具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

请参阅图1～2，本发明实施例提出一种超导电缆制冷系统，应用于超导电缆的冷却，包括测控模块1、制冷主模块2、液氮循环管道4、制冷备用模块3、传感模块5；需说明的是，图2为简化结构图，图2中示出了管道的简化结构形式，部分管道使用直线表示。

其中，所述液氮循环管道4包括液氮出口42和液氮入口41，所述液氮出口42用于与超导电缆的液氮通道的入口连通，所述液氮入口41用于与超导电缆的液氮通道的出口连通，冷却液氮在所述液氮循环管道4中循环流动；可以理解的是，本实施例可以应用于各种类型的超导电缆；任一类型的超导电缆均设置有液氮通道，液氮冷却循环系统的冷却液氮通过所述液氮出口42流出，送至超导电缆液氮通道入口，流过超导电缆的液氮通道的液氮需要回流至制冷系统重新冷却，即从超导电缆液氮通道出口流出，然后通过管道回流至所述液氮入口41。

其中，所述制冷主模块2用于采用第一制冷方式对所述液氮循环管道4中循环流动的冷却液氮进行冷却；

其中，所述传感模块5至少用于实时检测所述制冷主模块2的状态信息，并将所述制冷主模块2的状态信息发送给所述测控模块1；

其中，所述测控模块1至少用于接收所述制冷主模块2的状态信息，并根据所述制冷主模块2的状态信息判断所述制冷主模块2是否故障，并在所述制冷主模块2故障时，控制所述制冷主模块2停止工作，并控制所述制冷备用模块3采用第二制冷方式对所述液氮循环管道4中循环流动的冷却液氮进行冷却。

本实施例系统通过所述传感模块5实时检测制冷主模块2的运行状态参数，所述测控模块1响应于接收到传感模块5发送的制冷主模块2的运行状态参数，判断制冷主模块2是否故障，若故障，则所述测控模块1发送指令控制制冷主模块2停机，并控制制冷备用模块3启动，当制冷机组21出现故障时，超导电缆不需要立刻切除，从而提高了超导电缆系统并网运行的供电可靠性。其中，超导电缆切除指的是保护装置动作，断开线路断路器。

示例性地，请参阅图3，所述制冷主模块2包括制冷机组21、过冷液氮杜瓦22以及循环液氮换热器；所述过冷液氮杜瓦22中存放有过冷液氮，所述循环液氮换热器设置于所述过冷液氮杜瓦22中的过冷液氮中；所述制冷机组21设置于所述过冷液氮杜瓦22的上方；所述制冷机组21用于对所述过冷液氮杜瓦22中的过冷液氮进行制冷，维持所述过冷液氮杜瓦22中的过冷液氮在目标温度范围。

优选地，所述制冷机组21采用12台AL600制冷机组211成。

具体地，所述制冷主模块2还包括氮再液化器23，所述氮再液化器23设置于所述过冷液氮杜瓦22的上方，并与所述过冷液氮杜瓦22连通；所述制冷机组21设置于所述氮再液化器23的上方；具体而言，所述氮再液化器23为一壳体，壳体内具有容纳腔体；

其中，所述过冷液氮杜瓦22中的部分过冷液氮进行换热后蒸发进入所述氮再液化器23中；所述制冷机组21用于对进入所述氮再液化器23中气体进行冷凝得到冷却液氮，冷凝得到的冷却液氮在重力作用回流至所述过冷液氮杜瓦22中。

具体而言，所述制冷机组21设置于所述氮再液化器23的上方；所述制冷机组21的冷气输入至所述氮再液化器23的容纳腔体中，由于所述氮再液化器23与所述过冷液氮杜瓦22连通，因此，冷气可以通过所述氮再液化器23再进入所述过冷液氮杜瓦22中，以对所述过冷液氮杜瓦22中的液氮进行冷却，来维持所述过冷液氮杜瓦22中的液氮在目标温度区间。

示例性地，所述过冷液氮杜瓦22的顶部设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔远离所述循环液氮换热器设置，所述第二通孔靠近所述循环液氮换热器设置，以便于氮气通过所述第二通孔进入所述氮再液化器23的腔体中；所述氮再液化器23的底部设置有液氮回流通孔，以便于冷凝后的液氮在重力作用下流入所述过冷液氮杜瓦22中，右侧壁上设置有氮气进孔；其中，所述液氮回流通孔与所述第一通孔连通，且所述液氮回流通孔与所述第一通孔上下对应布置；所述氮气进孔与所述第二通孔通过管道连通。

优选地，所述液氮回流通孔与所述第一通孔均为圆形孔，且两者孔径相同；所述氮气进孔与所述第二通孔均为圆形孔，且两者孔径相同；所述第二通孔的孔径小于所述第一通孔的孔径。

需说明的是，本实施例考虑了液氮循环换热过程中出现的液氮换热蒸发问题，设计了氮再液化器23，对蒸发的氮气进行冷凝液化，冷凝液化后的液氮重新回到过冷液氮杜瓦22中循环使用，提高了制冷装置的制冷效果，能够保证电缆温度均匀，从而提高超导电缆系统并网运行的供电可靠性。示例性地，请参阅图4，所述制冷备用模块3包括真空泵31、缓冲罐32、调节阀33、第一空浴式汽化器34；所述真空泵31一端、缓冲罐32、调节阀33、第一空浴式汽化器34一端通过管道依次连接；所述过冷液氮杜瓦22的侧壁上设置有第三通孔；所述第一空浴式汽化器34的另一端通过管道与所述第三通孔连通；

其中，所述真空泵31用于提供抽空动力以抽走所述过冷液氮杜瓦22中的氮气，降低所述过冷液氮杜瓦22中的压力，维持所述过冷液氮杜瓦22中的过冷液氮在目标温度范围；氮气进入所述缓冲罐32可以起到抽氮气过程中的气体缓冲，所述调节阀33用于管道中的气体流量大小，因此，所述缓冲罐32与所述调节阀33共同起到将抽空压力稳定在目标范围内的作用；所述空浴式汽化器用于将低温氮气加热至室温。因为低温环境会对真空泵31造成损坏，需将低温氮气加热至室温后再通入所述真空泵31，可以理解的是，所述真空泵31的另一端排出氮气。

示例性地，请参阅图5，所述液氮循环管道4包括第一管道61、第二管道62、第三管道63和第四管道64；所述循环液氮换热器包括第一换热器24和第二换热器25；

其中，所述第一管道61的一端设置为所述液氮入口41，即从超导电缆处流回的回流液氮的入口，另一端用于连接第一换热器24一端，以将超导电缆液氮通道出口处的回流液氮送至所述第一换热器24以进行回流液氮的第一次换热冷却；

其中，所述第二管道62的一端用于连接第一换热器24另一端，以接收经过所述第一换热器24进行第一次换热冷却后的回流液氮，第二管道62的另一端连接液氮泵一端；

其中，所述第三管道63的一端连接所述液氮泵另一端，所述第三管道63的另一端用于连接第二换热器25的一端，以将经过所述第一换热器24进行第一次换热冷却后的回流液氮送至所述第二换热器25以进行回流液氮的第二次换热冷却；

其中，所述第四管道64的一端设置为所述液氮出口42，另一端用于连接第二换热器25的另一端，以接收经过所述第二换热器25进行第二次换热冷却后的回流液氮，并输出至超导电缆液氮通道入口处。

示例性地，所述液氮泵为2个，分别第一液氮泵43和第二液氮泵44；所述液氮循环管道4结构还包括第五管道65、第一三通阀91、第二三通阀92、第三三通阀93和节流阀121；

其中，所述第二管道62的另一端连接所述第一三通阀91的第一端；

其中，所述第一三通阀91的第二端连接所述第一液氮泵43的一端，所述第一液氮泵43的另一端连接所述第三管道63的一端；

其中，所述第一三通阀91的第三端连接所述第二液氮泵44的一端，所述第二液氮泵44的另一端连接第三管道63的一端；

其中，所述第一三通阀91的第二端通过第一截止阀71连接所述第一液氮泵43的一端，所述第一液氮泵43的另一端通过第二截止阀72连接第二三通阀92的第一端；

其中，所述第一三通阀91的第三端通过第二截止阀72连接所述第二液氮泵44的一端，所述第二液氮泵44的另一端通过第四截止阀74连接第二三通阀92的第三端；

其中，所述第三三通阀93的第一端连接所述第二三通阀92的第二端，所述第三三通阀93的第二端连接所述第三管道63的一端，所述第三三通阀93的第三端通过所述节流阀121连接所述第五管道65的一端，所述第五管道65的另一端引至所述过冷液氮杜瓦22中。

具体而言，本实施例中可以通过切换第一三通阀91和第二三通阀92的阀门状态，来形成不同的液氮通路；所述第一液氮泵43和第二液氮泵44互为备用，可以同时启动，也可以单独启动，单独启动时通过控制所述第一三通阀91、所述第二三通阀92切换至对应状态，导通其中单独启动的液氮泵对应的管道即可；可以避免当采用单个液氮泵的泵送能力不足，或故障使得循环液氮流速降低，无法实现良好冷却效果的技术问题。示例性地，所述第一管道61上设置第五截止阀75和第一排气阀81，所述第二管道62上设置有第二排气阀82和第一安全阀101，所述第三管道63上设置有第三排气阀83和第二安全阀102，所述第四管道64上设置第六截止阀76、第四排气阀84、以及旁通阀125；所述缓冲罐32上设置有第五排气阀85和第三安全阀103；所述第一空浴式汽化器34的入口管道处设置有第六排气阀86和第四安全阀104。示例性地，所述超导电缆制冷系统还包括液氮补充装置11；请参阅图6，所述液氮补充装置11包括液氮储罐111和第二空浴式汽化器112，所述液氮储罐111上设置有第七排气阀87、第五安全阀105、注液阀122、单向阀123，所述液氮储罐111中存放有过冷液氮；所述液氮储罐111一侧壁顶部位置开设有第一开孔，底部位置开设有第二开孔，所述液氮储罐111另一侧壁的中部位置上开设有第三开孔；所述液氮储罐111上还设置有注液阀122和单向阀123；所述注液阀122和单向阀123连接，所述注液阀122用于在向所述液氮储罐111注入液氮时开启。

所述第二空浴式汽化器112的输出端通过管道与所述第一开孔连通，输入端通过管道以及第七截止阀77与所述第二开孔连通；所述第三开孔通过管道以及输液阀124与所述第三管道63连接；

其中，所述第一管道61和所述第四管道64之间设置有第八截止阀78；

具体地，所述第一截止阀71、第二截止阀72、第三截止阀73、第四截止阀74、第五截止阀75、第六截止阀76、第七截止阀77、第八截止阀78的作用是对应不同管道位置的切断、调节和节流；

所述第一安全阀101、第二安全阀102、第三安全阀103、第四安全阀104、第五安全阀105的作用是压力太大时泄压，提高制冷系统的安全可靠性；

所述第一排气阀81、第二排气阀82、第三排气阀83、第四排气阀84、第五排气阀85、第六排气阀86、第七排气阀87用于在充入冷却液氮之前对系统管道进行排空吹除冷却循环管道中的杂质以及冷却循环管道的预冷，所述预冷指的是向冷却循环管道充入冷却液氮进行预冷，直至管道中的液氮温度达到目标温度区间。

其中，所述测控装置具体用于控制所述第二空浴式汽化器112对从所述第二开孔进入所述第二空浴式汽化器112中的液氮加热成为氮气，并将氮气通过所述第一开孔送入所述液氮储罐111中，以利用所述氮气压力作为送液动力。

具体地，当需要进行液氮补充时，所述控制装置控制所述第七截止阀77和输液阀124切换至相应状态位置，液氮通过所述第二开孔和所述第七截止阀77进入所述第二空浴式汽化器112，所述第二空浴式汽化器112对从所述第二开孔进入所述第二空浴式汽化器112中的液氮加热成为氮气，并将氮气通过所述第一开孔送入所述液氮储罐111中，此时，所述液氮储罐111中的压力增大，以利用所述氮气压力作为送液动力，将所述液氮储罐111中的液氮通过管道和输液阀124送入所述冷却循环管道中；液氮补充完毕，则所述控制装置控制所述第七截止阀77和输液阀124切换至相应另一状态位置，停止液氮补充。

示例性地，所述传感器模块包括设置于所述过冷液氮杜瓦22中的温度传感器、液位计51和第一压力传感器、设置于所述第四管道64上的流量计、设置于所述真空泵31入口处的第二压力传感器以及设置于所述第一空浴式汽化器34入口处的第三压力传感器；所述流量计处设置有旁通阀125，所述旁通阀125用于平衡对应管道流量计处液压；

其中，所述温度传感器用于实时检测所述过冷液氮杜瓦22中的液氮温度参数；所述液位计51用于实时检测所述过冷液氮杜瓦22中的液氮液位参数；所述第一压力传感器用于实时检测所述过冷液氮杜瓦22中的液氮压力参数；所述过冷液氮杜瓦22中的液氮状态参数包括所述液氮温度参数、液氮液位参数和液氮压力参数；所述流量计用于实时检测所述第四管道64上的液氮流量信号，并将液氮流量信号发送给所述测控装置；所述第二压力传感器用于实时检测所述真空泵31与所述缓冲罐32之间管道的第一压力值，并将所述第一压力值发送给所述测控模块1；所述第三压力传感器用于实时检测所述空浴式汽化器入口处的第二压力值，并将所述第二压力值发送给所述测控模块1。

其中，所述测控模块1用于根据所述液氮温度参数与预设温度阈值的比较结果、液氮液位参数与预设液位阈值的比较结果、液氮压力参数与预设压力阈值的比较结果判断所述制冷机组21是否故障；

其中，所述测控装置用于根据所述液氮流量信号判断所述冷却循环管道中的液氮流量是否偏低，若偏低，则控制控制所述第七截止阀77和输液阀124切换至相应位置状态，所述第二空浴式汽化器112启动提供送液动力，将所述液氮储罐111中的过冷液氮送至所述冷却循环管道中以进行液氮补充；

其中，所述测控装置用于根据所述液氮液位信号判断所述过冷液氮杜瓦22中的液氮液位是否偏低，若偏低，则控制所述节流阀121、第七截止阀77、输液阀124切换至相应位置状态，所述第二空浴式汽化器112启动提供送液动力，将所述液氮储罐111中的过冷液氮送至所述冷却循环管道中，补充的过冷液氮最终经所述节流阀121与所述第五管道65进入所述过冷液氮杜瓦22中以进行液氮补充。

其中，所述测控模块1用于响应于接收到所述第一压力值、所述第二压力值，根据所述第一压力值与第一压力阈值的比较结果、所述第二压力值与第二压力阈值的比较结果、所述第一压力值和所述第二压力值的差值与预设差值的比较结果判断所述制冷备用模块3是否故障，若所述制冷备用模块3故障，则控制所述制冷备用模块3停机，并发送切除指令至超导电缆的保护装置以控制所述保护装置启动保护切除超导电缆。

具体而言，当所述液氮温度参数大于预设温度阈值、所述液氮液位参数大于预设液位阈值或者所述液氮压力参数大于预设压力阈值中任一成立，则判断所述制冷机组21故障，从多个方面监控所述制冷机组21状态；当所述第一压力值大于第一压力阈值、所述第二压力值大于第二压力阈值、所述第一压力值和所述第二压力值的差值大于预设差值中任一满足，则判定所述制冷备用模块3故障。

具体而言，本实施例系统可以通过相应的传感器实时监测整个液氮冷却循环系统中各个关键位置处的状态信息；所述控制装置用于根据预设控制策略以及所述状态信息控制第一截止阀71、第二截止阀72、第三截止阀73、第四截止阀74、第五截止阀75、第六截止阀76、第七截止阀77、第一三通阀91、第二三通阀92、第三三通阀93、第一排气阀81、第二排气阀82、第三排气阀83、第四排气阀84、第五排气阀85、第六排气阀86、第七排气阀87、节流阀121、输液阀124、旁通阀125、注液阀122等阀门的位置状态，以及制冷设备、液氮补充装置11、第一液氮泵43和第二液氮泵44的启动/关闭状态，来调节循环管道中液氮的流速、流向，控制液氮制冷。

其中，所述预设控制策略的设置，遵循超导电缆的冷却要求设计，使得循环管道中的循环液氮的温度、流速、流量满足目标要求，其具体与超导电缆冷却要求有关，超导电缆的冷却要求与其超导电缆的结构、长度有关。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。