Способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока
METHOD OF TESTING A BIPOLAR HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTING DC CABLE LINE

Область техники
Изобретение относится к области испытаний линий передачи электроэнергии и может быть применено при проведении ресурсных и других видов испытаний сверхпроводящих кабельных линий.
Уровень техники
Известен способ испытания сверхпроводящего кабеля, согласно которому испытания проводят при нормальной температуре, заполняя сверхпроводящий кабель газом вместо хладагента [RU 2358274]. Однако, такие испытания недостаточно достоверны.
Известен способ испытания высокотемпературной сверхпроводящей кабельной линии (ВТСП-кабельной линии), описанный в статье B.C. Высоцкого, В.Е. Сытникова и др. «Создание силового сверхпроводящего кабеля на базе ВТСП технологий», Ж-л «Кабели и провода» №2 (321), 2010 г., стр. 3-10.
По этому способу проводят испытания ВТСП-кабельной линии, поддерживая сверхпроводящее состояние ее жил с помощью хладагента, поступающего от системы криогенного обеспечения (СКО), подавая испытательное напряжение между жилами испытываемой ВТСП-кабельной линии и обеспечивая протекание тока нагрузки с помощью имитатора нагрузки. В указанной статье описаны испытания трехфазной ВТСП-кабельной линии переменного тока. При этом для имитации токовой нагрузки используется трехфазный токоограничивающий реактор. Для аналогичных испытаний ВТСП-кабельной линии постоянного тока, вместо имитатора реактивной нагрузки необходимо использовать имитатор активной нагрузки, способный поглощать значительную активную мощность, равную произведению значений тока и напряжения. Например, для испытания линии на напряжение 20 кВ и ток 2,5 кА потребовался бы имитатор, способный рассеивать мощность 50 мВт, а также источник питания соответствующей мощности. Примером выполнения мощного имитатора активной нагрузки может служить «Машина для испытаний под нагрузкой» по патенту РФ RU 2554604, содержащая множество мощных теплорассеивающих резисторов и обдувающих их воздушных вентиляторов.
С учетом изложенного, в качестве способа-прототипа, характеризующего предшествующий уровень техники, рассматривается решение, описанное в указанной статье с использованием мощного имитатора активной нагрузки.
К признакам способа-прототипа, совпадающим с заявляемым способом, относится поддержание сверхпроводящего состояния ВТСП-кабельной линии с помощью хладагента, поступающего от системы криогенного обеспечения, подача испытательного напряжения между жилами ВТСП-кабельной линии и имитация токовой нагрузки.
Недостаток прототипа - большие масса и габариты имитатора нагрузки и источника питания, большая потребляемая мощность и высокая стоимость испытаний.
Раскрытие существа изобретения
Предметом изобретения является способ испытания биполярной ВТСП-кабельной линии постоянного тока, заключающийся в поддержании сверхпроводящего состояния ее жил хладагентом, поступающим от системы криогенного обеспечения, подаче напряжения между жилами биполярной ВТСП-кабельной линии, и имитации токовой нагрузки, отличающийся тем, что токовую нагрузку имитируют с помощью, по меньшей мере, одного источника постоянного тока, который замыкают на одну из жил биполярной ВТСП-кабельной линии.
Использование заявленной совокупности существенных признаков, включающей указанное отличие, позволяет провести информативные и достоверные испытания ВТСП-кабельной линии постоянного тока без применения мощного имитатора полной активной нагрузки и мощного источника питания и, тем самым, получить технический результат, состоящий в сокращении и удешевлении необходимого испытательного оборудования.
Изобретение имеет развития, направленные на повышение полноты, информативности и достоверности испытаний, которые состоят в том. что:
- заземляют одну выходную клемму источника напряжения;
- замыкают источник постоянного тока на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к указанной заземленной клемме;
- замыкают дополнительный источник постоянного тока, изолированный от земли, на жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, подключенную к незаземленной клемме источника испытательного напряжения;
- заземляют внешнюю жилу биполярной ВТСП-кабельной линии, расположенную коаксиально относительно ее внутренней жилы;
- по меньшей мере, часть ВТСП-кабельной линии испытывают в спрямленном виде;
- имитируют протекание хладагента по ВТСП-кабельной линии, длина которой превышает длину испытываемой линии, путем подогрева одного из концов испытываемой линии;
- испытываемую ВТСП-кабельную линию подключают к системе криогенного обеспечения через криостатированный хладопровод, имитирующий линию возврата хладагента от конца ВТСП-кабельной линии, удаленного от системы криостатного обеспечения;
- указанный криостатированный хладопровод выполняют в виде двух отрезков строительной длины, состыкованных соединительной муфтой;
- ВТСП-кабельную линию испытывают в виде двух отрезков ВТСП-кабеля строительной длины, состыкованных соединительной муфтой.
Осуществление изобретения с учетом его развития
На фиг. 1 показана общая схема испытаний, на фиг. 2 - электрическая схема испытаний. На фиг. 1 и 2 обозначено:
1 - первый отрезок ВТСП кабеля строительной длины, намотанный на катушечный каркас;
2 - соединительная муфта ВТСП кабеля;
3 - второй отрезок ВТСП кабеля строительной длины, испытываемый в спрямленном виде;
4 - первый отрезок строительной длины криостатированной линии возврата хладагента в систему криогенного обеспечения (СКО);
5 - второй отрезок строительной длины указанной линии возврата;
6 - СКО с охладителем 10 и насосом 11, подключенными к системе энергоснабжения испытательного полигона;
7 - муфта для соединения отрезков 4 и 5 возврата хладагента;
8 - концевая муфта (токоввод), имитирующая удаленный от СКО конец ВТСП-кабельной линии, от которого отходит линия возврата хладагента;
9 - концевая муфта (токоввод), имитирующая ближний к СКО конец ВТСП-кабельной линии;
10 - охладитель хладагента (жидкого азота) в составе СКО;
11 - насос для прокачки хладагента в составе СКО;
12 - регулируемый источник испытательного напряжения (например, 20 кВ);
13 - регулируемый источник испытательного тока (например, 2500 А);
14 - внутренняя жила ВТСП-кабельной линии;
15 - внешняя жила ВТСП-кабельной линии, расположенная коаксиально относительно внутренней жилы 14;
16 - криостатная оболочка ВТСП-кабельной линии.
Для захолаживания и поддержания сверхпроводящего состояния жил ВТСП кабельной линии под ее криостатную оболочку 16 насосом 11 закачивается хладагент, поступающий от охладителя 10. В процессе испытаний хладагент непрерывно циркулирует через муфту 9, спрямленный отрезок 3, муфту 2, отрезок 1 и через криостатированные отрезки 4 и 5, имитирующие трубопровод возврата хладагента в СКО 6 с удаленного конца ВТСП-кабельной линии.
Контроль параметров, заданных программой испытаний ВТСП-кабельной линии, должен проводиться в режиме имитации передачи полной мощности, т.е. с приложением заданного испытательного напряжения и с протеканием заданного испытательного тока нагрузки. Для этого, согласно заявляемому способу, прикладывают испытательное напряжение от источника 12 между жилами 14 и 15, а токовую нагрузку имитируют с помощью источника 13, замыкая его на жилу 15. Приведенные на фиг. 1 и 2 схемы испытаний отражают результат выполнения этих операций.
Согласно развитию изобретения одна клемма источника 12 напряжения, например, подключенная к жиле 15, может быть заземлена, как показано на чертежах. При этом источник 13 может быть замкнут на жилу 15, т.е. тоже заземлен одним выводом. В другом частном случае (не показан на чертежах) источник постоянного тока может быть полностью изолирован от земли и замкнут на жилу 14, к которой подключен незаземленный высоковольтный вывод источника 12 напряжения. Возможно также совместное использование двух (заземленного и изолированного) источников постоянного тока с имитацией протекания тока нагрузки по обеим жилам 14 и 15. Это позволяет дополнительно приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации ВТСП-кабельной линии и, тем самым, повысить достоверность испытаний.
В случае коаксиального расположения внутренней жилы 14 относительно внешней жилы 15, предпочтительно заземлять жилу 15.
Испытание, по меньшей мере, части ВТСП-кабельной линии, в спрямленном виде (а не в бухте) позволяет оценить величину тепловой деформации ВТСП-кабеля, возникающей в результате охлаждения до температуры жидкого азота (вплоть до 65 К - минимальная температура жидкого азота) и устойчивость кабеля к этой деформации. В спрямленном отрезке 3 отсутствуют сопротивления растяжению в местах перегибов и радиального сжатия кабеля, возникающие при испытании в бухте отрезка 1 кабеля.
Для имитации теплопритока от внешней среды в ВТСП-кабельную линию полной длины, превышающей суммарную длину испытываемых отрезков 1 и 3, а также теплопритока в соответствующую линию возврата хладагента, длина которой превышает суммарную длину криостатированных отрезков 4 и 5, может осуществляться подогрев (с помощью электронагревателя, не показанного на чертежах) одного из концов испытываемой линии, например конца, примыкающего к муфте 8.