《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》涉及电线电缆生产制造技术领域，具体的说是一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法。

核聚变装置用CS超导电缆导体是一种多级电缆，导体的第一级子缆由若干根铜线和若干根超导线材按照一定的绞合节距绞合构成，然后将若干根子缆单元再按照一定的绞合节距绞合构成二级子缆，同理再构成三级、四级子缆，最终绞制成五级极缆。超导电缆绞合后的股线达864根，每根超导股线直径为0.82±0.003毫米。由于各级缆外径、电缆的空隙系数对于导体的电磁性能影响较大，因此，CICC管装电缆导体绞缆过程对于电缆的外径、电缆的空隙率的控制要求是非常严格的。

由于核聚变装置用CS超导电缆导体各级缆的绞合节距是其它核聚变装置用超导电缆导体绞合节距的一半，核聚变装置用管状超导电缆的设计外径远小于电缆绞合的自然外径，在电缆的绞合中必须采取外径缩径措施，超导丝的材质比较硬，几乎没有伸长率，如按常规核聚变装置用导体缩径的办法对CS超导电缆的外径进行控制，在缩径中超导股线表面的铌镀层极易被刮掉，导致位于超导电缆表层的超导股线发生变形，甚至股线的超导丝断裂，由于位于表层股线的空隙率比里层股线的空隙率小，造成电缆空隙率不均衡，这样绞合出的超导电缆不符合CS超导电缆技术规范的要求。

图1是《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》的生产流程图。

2018年12月20日，《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》获得第二十届中国专利优秀奖。

如图1所示的一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法，它包括以下步骤：

步骤一、一级缆绞合，使用单绞机对两根0.82±0.003毫米超导股线和一根0.82±0.003毫米软铜线进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为20-25毫米，超导股线和软铜线的放线张力值控制在18-20牛，绞合后超导丝表面镀层完好、无损；

步骤二、二级缆绞合，将步骤一所制备的一级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为44-54毫米，一级缆的放线张力值控制在43-45牛；

步骤三、三级缆绞合，将步骤二所制备的二级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为81-97毫米，二级缆的放线张力值控制在77-80牛；

步骤四、四级缆绞合，将步骤三所制备的三级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为150-170毫米，三级缆的放线张力值控制在150-200牛；

步骤五、紧压四级缆，步骤四所制备的四级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*25毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向，绕包率为70±5%；绕包好铜带后，采用六道辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对四级缆进行紧压，六道辊压轮采用一竖一横三组辊压方式，辊压轮的孔径分别为15.5毫米，15.5毫米，14.5毫米14.5毫米，13.8毫米，13.8毫米，整形钨钢模的孔径为13.9毫米；紧压后将包覆的铜带拆除，紧压后的四级缆外径为13.0-14.0毫米；

步骤六、绞合五级缆，将步骤五所制备的四级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为430-470毫米，四级缆的放线张力值控制在350-400牛；

步骤七：紧压五级缆，将步骤六所制备的五级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*35毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向；绕包好铜带后，采用十道辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对五级缆进行紧压，十道辊压轮采用一竖一横五组辊压方式，辊压轮的孔径分别为36.0毫米，36.0毫米，35.0毫米35.0毫米，34.0毫米，34.0毫米，33.0毫米，33.0毫米，32.5毫米，32.5.毫米，整形钨钢模的孔径为32.4毫米，辊压轮为尼龙材质；紧压后将包覆的铜带拆除，对电缆进行整形，所得五级缆的外经为32.4-32.9毫米。

为了满足四级缆、五级缆的外径要求，对绞合后的四级缆、五级缆必须进行紧压，为了防止在紧压过程中电缆外表面股线直接接触辊压轮，造成股线压扁受损，紧压前，在绞合好的四级缆、五级缆外面需要重叠绕包相应规格的铜带进行防护。

《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》所述方法所制备的核聚变装置用CS超导电缆导体的各项性能指标完全满足ITER国际组织所颁布的技术规范要求，超导股线完好无损，电缆孔隙率均衡，导体表面无扁平压断等不良现象。

一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法专利目的

《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》的目的是提供一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法，以解决超导电缆在绞合紧压外径控制中超导股线镀层脱落、超导丝损伤断裂、空隙率不均匀的问题。

一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法技术方案

《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》包括以下步骤：

步骤一、一级缆绞合，使用单绞机对两根0.82±0.003毫米超导股线和一根0.82±0.003毫米软铜线进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为20-25毫米，超导股线和软铜线的放线张力值控制在18-20牛，绞合后超导丝表面镀层完好、无损；

步骤二、二级缆绞合，将步骤一所制备的一级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为44-54毫米，一级缆的放线张力值控制在43-45牛；

步骤三、三级缆绞合，将步骤二所制备的二级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为81-97毫米，二级缆的放线张力值控制在77-80牛；

步骤四、四级缆绞合，将步骤三所制备的三级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为150-170毫米，三级缆的放线张力值控制在150-200牛；

步骤五、紧压四级缆，步骤四所制备的四级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*25毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向，绕包率为70±5%；绕包好铜带后，采用六道辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对四级缆进行紧压，紧压后将包覆的铜带拆除，紧压后的四级缆外径为13.0-14.0毫米；

步骤六、绞合五级缆，将步骤五所制备的四级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为430-470毫米，四级缆的放线张力值控制在350-400牛；

步骤七：紧压五级缆，将步骤六所制备的五级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*35毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向；绕包好铜带后，采用十道辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对五级缆进行紧压，紧压后将包覆的铜带拆除，对电缆进行整形，所得五级缆的外经为32.4-32.9毫米。

作为《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》的进一步改进，所述步骤五中对四级缆紧压的六道辊压轮采用一竖一横三组辊压方式，辊压轮的孔径分别为15.5毫米，15.5毫米，14.5毫米14.5毫米，13.8毫米，13.8毫米，整形钨钢模的孔径为13.9毫米。

作为《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》的更进一步改进，所述步骤七中对五级缆紧压的十道辊压轮采用一竖一横五组辊压方式，辊压轮的孔径分别为36.0毫米，36.0毫米，35.0毫米35.0毫米，34.0毫米，34.0毫米，33.0毫米，33.0毫米，32.5毫米，32.5.毫米，整形钨钢模的孔径为32.4毫米。

作为《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》的更进一步改进，所述步骤七中所使用的辊压轮为尼龙材质。

在上述的各个步骤中，各级缆在绞合中必须严格控制各股线的放线张力，否则，如果张力过大，会造成超导丝由于拉伸过度而损伤，如果各股线张力不一致，造成绞合中各股线的绞入量不一致，绞合后电缆会产生弯曲等不良现象。

步骤一所述的一级缆绞合采用经过改造的φ630单绞机上进行绞合，该单绞机的特点是主动放线、主动退扭；放线张力自动检测自动反馈自动控制。绞合后的一级缆超导丝表面镀层完好、无损。

步骤二、步骤三所述的二级缆、三级缆绞合采用能够完全退扭的φ500/6型笼式绞线机绞合，该设备经过改造具有主动放线且张力能够自动控制，保证股线在绞合放出时张力恒定、可控。

步骤四、步骤六所述的四级缆、五级缆绞合采用具有完全退扭且经改造后具有主动放线、张力可控功能的φ1250/6笼式绞线机进行绞合。

为了满足四级缆、五级缆的外径要求，对绞合后的四级缆、五级缆必须进行紧压，为了防止在紧压过程中电缆外表面股线直接接触辊压轮，造成股线压扁受损，紧压前，在绞合好的四级缆、五级缆外面需要重叠绕包相应规格的铜带进行防护。

一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法改善效果

《一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法》所述方法所制备的核聚变装置用CS超导电缆导体的各项性能指标完全满足ITER国际组织所颁布的技术规范要求，超导股线完好无损，电缆孔隙率均衡，导体表面无扁平压断等不良现象。

1.一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一、一级缆绞合，使用单绞机对两根0.82±0.003毫米超导股线和一根0.82±0.003毫米软铜线进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为20-25毫米，超导股线和软铜线的放线张力值控制在18-20牛，绞合后超导丝表面镀层完好、无损；步骤二、二级缆绞合，将步骤一所制备的一级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为44-54毫米，一级缆的放线张力值控制在43-45牛；步骤三、三级缆绞合，将步骤二所制备的二级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为81-97毫米，二级缆的放线张力值控制在77-80牛；步骤四、四级缆绞合，将步骤三所制备的三级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为150-170毫米，三级缆的放线张力值控制在150-200牛；步骤五、紧压四级缆，步骤四所制备的四级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*25毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向，绕包率为70±5%；绕包好铜带后，采用六道辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对四级缆进行紧压，紧压后将包覆的铜带拆除，紧压后的四级缆外径为13.0-14.0毫米；步骤六、绞合五级缆，将步骤五所制备的四级缆用笼式绞线机进行绞合，绞合方向为右向，绞合节距为430-470毫米，四级缆的放线张力值控制在350-400牛；步骤七：紧压五级缆，将步骤六所制备的五级缆外面重叠绕包1层规格为0.1*35毫米的铜带，重叠率为5±1%，绕包方向为左向；绕包好铜带后，采用十道尼龙辊压轮加一道整形钨钢模的紧压方式，对五级缆进行紧压，紧压后将包覆的铜带拆除，对电缆进行整形，所得五级缆的外经为32.4-32.9毫米。

2.根据权利要求1所述的一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法，其特征在于：所述步骤五中对四级缆紧压的六道辊压轮采用一竖一横三组辊压方式，辊压轮的孔径分别为15.5毫米，15.5毫米，14.5毫米14.5毫米，13.8毫米，13.8毫米，整形钨钢模的孔径为13.9毫米。

3.根据权利要求1或2所述的一种核聚变装置用CS超导电缆导体生产方法，其特征在于：所述步骤七中对五级缆紧压的十道辊压轮采用一竖一横五组辊压方式，辊压轮的孔径分别为36.0毫米，36.0毫米，35.0毫米35.0毫米，34.0毫米，34.0毫米，33.0毫米，33.0毫米，32.5毫米，32.5.毫米，整形钨钢模的孔径为32.4毫米。

超导输电方法是一种采用超导电缆技术输送电力的方法。超导体能承载比普通的导体高很多数量级的电流密度，使用超导电缆输送电力可以达到单路几百万千瓦的输送功率，大幅度地提高了输电效率。这种输电电缆的磁场不高，可以实现工频交流输电。由于在实际使用中需要建立庞大的液氦低温系统，距离愈长，成本愈高。但自1987年以来，液氮温区新超导材料(亦称高温超导材料)的出现与发展，使超导输电技术的应用难度减小。

超导体具有强大的载流能力，高的电流密度和磁通密度，可以获得极高的能量密度，每单位体积的储能量比普通电容器储能高几个数量级。利用超导储能技术，可以作为特种脉冲电源，大规模地调节电力系统尖峰负载和抑制系统中的有害振荡。在系统中安装一个3000万焦耳的超导储能设备，可解决交流电和直流电并入输电网后所引起的低频振荡问题，运行证明，可得到满意的效果。 2100433B

超导电缆主要由电缆本体、终端以及低温制冷装置组成。

超导电缆本体包括电缆芯、电绝缘和低温容器，电缆芯是由超导体组成，它装在维持电缆芯所需低温的低温容器管中，低温容器管两端与终端相连。电缆芯的超导带在终端通过电流引线与外部电源或负载相联接。对高温超导电缆，电缆芯是由绕在骨架上的多层高温超导带材组成，超导带层间缠绕绝缘带，以降低电缆因电磁耦合引起的交流损耗。电缆的低温容器管采用具有高真空和超级绝热的双不锈钢波纹管结构，这种结构保证了高温超导电缆的柔性和保持夹层高真空度。对低温绝缘电缆，电绝缘包在导体层外侧，与导体层同处低温环境中。对常温绝缘电缆，电绝缘处在低温容器外侧，在绝缘层外再加电缆保护层。

终端是超导电缆与外部电气部件连接的端口，同时也是电缆低温部分与外部室温的过渡段，因此终端要求有很好的热绝缘，以保证超导电缆整体热损耗最小。同时，低温冷却装置还要通过终端冷却超导电缆芯的超导带材，保证超导体能在设计的运行温度下运行。另外，由于超导电缆导体层将通过电流引线与外部高电压母线连接，因此要求终端有相应的电绝缘水平。