一種超導(dǎo)電纜交流損耗測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量超導(dǎo)電纜交流損耗的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫超導(dǎo)電纜使用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線作為傳輸電力的主要導(dǎo)體，與傳統(tǒng)架空線路和地下電纜相比，高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于相同橫截面積的電纜，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線使得載流容量與傳統(tǒng)交流電纜相比增加3?5倍，與傳統(tǒng)直流電纜相比增加高達(dá)十倍。
[0003]高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在通過(guò)交流電時(shí)將產(chǎn)生交流損耗，該熱損耗是高溫超導(dǎo)電纜的主要熱負(fù)荷之一。交流損耗的大小是超導(dǎo)電纜低溫系統(tǒng)制冷量設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一，但目前對(duì)于交流損耗的理論計(jì)算還不夠準(zhǔn)確，需要通過(guò)實(shí)際測(cè)量獲得。
[0004]現(xiàn)有超導(dǎo)電纜交流損耗的測(cè)試方法主要有熱測(cè)法和電測(cè)法兩種。
[0005]熱測(cè)法通過(guò)測(cè)量超導(dǎo)電纜通電后冷卻介質(zhì)的揮發(fā)量或低溫介質(zhì)溫升來(lái)獲得損耗估計(jì)值。然而，熱測(cè)法在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問(wèn)題:
[0006]一、超導(dǎo)電纜通常較長(zhǎng)，為保證冷卻介質(zhì)的流動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用中均采用加壓過(guò)冷低溫介質(zhì)閉式循環(huán)模式進(jìn)行冷卻，如液氮冷卻超導(dǎo)電纜通常工作于3?5bar、70K左右過(guò)冷液氮中，無(wú)氣體排放，因此無(wú)法通過(guò)測(cè)量低溫介質(zhì)揮發(fā)量來(lái)獲得交流損耗。若采用常壓低溫介質(zhì)，一方面難以保證低溫介質(zhì)能夠完全浸沒(méi)長(zhǎng)距離的通電導(dǎo)體，另一方面常壓下低溫介質(zhì)溫度高于正常運(yùn)行溫度，而不同溫度條件下超導(dǎo)體的交流損耗值也不同。
[0007]二、部分研究采用低溫介質(zhì)溫升估計(jì)交流損耗，但由于交流損耗數(shù)值小，而低溫介質(zhì)的熱容很大，長(zhǎng)距離超導(dǎo)電纜的溫度分布難以準(zhǔn)確測(cè)量，因此kW量級(jí)以下的損耗值較難通過(guò)介質(zhì)溫升準(zhǔn)確獲得。
[0008]三、若在裝配前常壓下進(jìn)行測(cè)試，則需要單獨(dú)制作測(cè)量容器，且超導(dǎo)電纜的通電導(dǎo)體均由繞線盤(pán)卷繞成螺線管，與實(shí)際一般為近似直線鋪設(shè)，而超導(dǎo)體在螺線管與直線條件下的交流損耗值有較大差別。
[0009]中國(guó)發(fā)明專利201210454374.1公布了一種超導(dǎo)電纜交流損耗測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于熱測(cè)法，通過(guò)兩個(gè)集氣裝置采集超導(dǎo)電纜在通電過(guò)程中低溫介質(zhì)氣化后的氣體，由流量計(jì)測(cè)得揮發(fā)氣體流量后解算出超導(dǎo)電纜的交流損耗。該系統(tǒng)未能避免熱測(cè)法所面臨的問(wèn)題，只能獲得77K條件下的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量精度較低且時(shí)間長(zhǎng)，其采用的金屬殼體在交流磁場(chǎng)中產(chǎn)生的渦流損耗會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試精度。
[0010]電測(cè)法直接測(cè)量超導(dǎo)電纜通過(guò)的電流和兩端的電壓，進(jìn)而計(jì)算出超導(dǎo)電纜的交流損耗。由于超導(dǎo)電纜的感抗遠(yuǎn)大于交流損耗對(duì)應(yīng)的電阻，因此常規(guī)電測(cè)法通過(guò)在電路中串入無(wú)感電阻來(lái)測(cè)量超導(dǎo)電纜傳輸電流值，并為鎖相放大器提供阻性參考信號(hào)。但由于超導(dǎo)電纜通常較長(zhǎng)，測(cè)試時(shí)電流信號(hào)與電壓信號(hào)間的相位差接近90度，鎖相放大器難以鎖定電壓信號(hào)，進(jìn)而無(wú)法獲得交流損耗值。
[0011]中國(guó)發(fā)明專利200710045794.3公布了一種超導(dǎo)帶材交流損耗測(cè)試裝置及方法，其通過(guò)計(jì)算機(jī)控制加載到被試樣品上的電流相位，并由鎖相放大器同步測(cè)量樣品上的電壓和相位差，進(jìn)而得到交流損耗。中國(guó)發(fā)明專利200810244015.7公布了一種超導(dǎo)材料交流損耗移相合成法測(cè)量方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩路可調(diào)的信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)電流源和作為鎖相放大器的參考信號(hào)。由于產(chǎn)生的信號(hào)相位差已知，因此可以基于此得到交流損耗。但是，以上兩種測(cè)試裝置及方法無(wú)法避免長(zhǎng)距離超導(dǎo)電纜電感帶來(lái)的影響，只適用于超導(dǎo)帶材短樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種測(cè)量超導(dǎo)電纜交流損耗的裝置。本發(fā)明通過(guò)增加一組與超導(dǎo)電纜電壓測(cè)試回路并行的輔助測(cè)量回路，降低了超導(dǎo)電纜感應(yīng)電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
[0013]本發(fā)明的超導(dǎo)電纜交流損耗測(cè)量裝置包含測(cè)試電源、無(wú)感電阻、輔助導(dǎo)體、鎖相放大器、數(shù)字電壓表，以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。
[0014]所述的測(cè)試電源的輸出正極通過(guò)銅電纜與無(wú)感電阻的正極連接，測(cè)試電源的輸出負(fù)極通過(guò)銅電纜與待測(cè)超導(dǎo)電纜的超導(dǎo)通電導(dǎo)體的負(fù)極連接。所述的輔助導(dǎo)體與待測(cè)超導(dǎo)電纜中的超導(dǎo)通電導(dǎo)體并行布置并緊密貼合。數(shù)字電壓表的輸入通道正極連接無(wú)感電阻的正極，數(shù)字電壓表的輸入通道負(fù)極連接無(wú)感電阻的負(fù)極。鎖相放大器的參考信號(hào)通道正極連接無(wú)感電阻的正極，鎖相放大器的參考信號(hào)通道負(fù)極連接無(wú)感電阻的負(fù)極。鎖相放大器的輸入信號(hào)通道正極連接待測(cè)超導(dǎo)電纜中的超導(dǎo)通電導(dǎo)體電壓測(cè)量信號(hào)線的正極，鎖相放大器的輸入信號(hào)通道負(fù)極連接輔助導(dǎo)體引出線的正極。鎖相放大器將測(cè)得的超導(dǎo)電纜的超導(dǎo)通電導(dǎo)體兩端的電壓在電流相位上的分量Ux經(jīng)數(shù)字接口發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明測(cè)試對(duì)象超導(dǎo)電纜通常包含杜瓦管和超導(dǎo)通電導(dǎo)體。超導(dǎo)通電導(dǎo)體由多根超導(dǎo)帶材沿長(zhǎng)度方向連接在一起組成，用于傳輸電流。本發(fā)明交流損耗測(cè)量裝置用于測(cè)量所述的超導(dǎo)通電導(dǎo)體在流過(guò)電流時(shí)消耗的有功功率。
[0016]所述的杜瓦管是能夠提供低溫保溫環(huán)境的一種容器，為本領(lǐng)域的基本專業(yè)術(shù)語(yǔ)，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知常識(shí)。本發(fā)明裝置中，杜瓦管用于盛放待測(cè)超導(dǎo)通電導(dǎo)體和輔助導(dǎo)體，為待測(cè)超導(dǎo)通電導(dǎo)體提供低溫冷卻環(huán)境。
[0017]所述的測(cè)試電源為常規(guī)交流變頻電源，用于為被試超導(dǎo)電纜提供電流。本發(fā)明采用銅電纜連接測(cè)試電源的輸出正極與無(wú)感電阻的正極，同時(shí)采用銅電纜連接測(cè)試電源的輸出負(fù)極與待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體的負(fù)極。所用的銅電纜額定載流能力需要大于待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體擬測(cè)量值的最大電流值1.1倍以上。根據(jù)測(cè)量需要，測(cè)試電源的輸出頻率應(yīng)為被測(cè)電流頻率的10倍以上，測(cè)試電源的輸出電流有效值一般為待測(cè)超導(dǎo)電纜擬測(cè)量的最大電流值1.25倍以上，測(cè)試電源的輸出電壓有效值一般為待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體擬測(cè)量的最大電流值對(duì)應(yīng)電壓的1.25倍以上。
[0018]所述的無(wú)感電阻為常規(guī)無(wú)感電阻。無(wú)感電阻是指電感值遠(yuǎn)小于電阻值的一種電阻，為本領(lǐng)域的基本專業(yè)術(shù)語(yǔ)，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知常識(shí)。當(dāng)無(wú)感電阻通過(guò)電流時(shí)，一般均認(rèn)為電阻兩端的電壓相位與電流相位相同。根據(jù)測(cè)量需要，無(wú)感電阻的額定電流有效值一般為待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體擬測(cè)量的最大電流值1.25倍左右。由于無(wú)感電阻的電阻值R可以使用預(yù)先測(cè)得，通過(guò)測(cè)量無(wú)感電阻兩端的電壓值U，由電壓值U除以電阻值R就得到流過(guò)無(wú)感電阻的電流I。由于無(wú)感電阻與超導(dǎo)電纜串聯(lián)連接，因此流過(guò)無(wú)感電阻的電流I即為流過(guò)超導(dǎo)電纜超導(dǎo)通電導(dǎo)體的電流。本發(fā)明采用銅電纜連接測(cè)試電源的輸出正極與無(wú)感電阻的正極，同時(shí)采用銅電纜連接無(wú)感電阻的負(fù)極與待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體的正極。所用的銅電纜額定載流能力需要大于待測(cè)超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體擬測(cè)量值的最大電流值1.1倍以上。
[0019]所述的輔助導(dǎo)體與待測(cè)的超導(dǎo)電纜中超導(dǎo)通電導(dǎo)體并行布置，緊密貼合在一起。輔助導(dǎo)體兩端的引出線與超導(dǎo)通電導(dǎo)體兩端的電壓測(cè)量信號(hào)線在同一位置引出，引出后用一根雙絞線分別連接輔助導(dǎo)體引出線的正極和超導(dǎo)通電導(dǎo)體電壓測(cè)量信號(hào)線的正極，用一根雙絞線分別連接輔助導(dǎo)體引出線的負(fù)極和超導(dǎo)通電導(dǎo)體電壓測(cè)量信號(hào)線的負(fù)極。所述的輔助導(dǎo)體采用常規(guī)電線或電磁線制作，所采用的常規(guī)電線或電磁