CN101340067A - 高压设备的冷却 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电系统以及这种配电系统中的高压设备的冷却的领域。具体地，本发明涉及在这种系统内采用的套管的冷却。本发明还涉及一种相应的方法。

Description

高压设备的冷却

技术领域

本发明涉及配电系统以及这种配电系统中的高压设备的冷却的技术领域。具体地，本发明涉及在这种系统内采用的套管的冷却。本发明还涉及一种相应的方法。

背景技术

电力设施和电力设备，特别是配电系统中的高压设施，散热量高并因此需要充分冷却。例如，传统高压直流(HVDC)换流阀可以是空气绝热和水冷却的。冷却系统通常设为包括例如成形为满足特定需要的冷却水分配管。外冷却系统的另一示例是使用风扇。

然而，在配电系统中也有未由例如上述水分配管等任何外冷却系统冷却的电力设备。这些设备由于缺乏外冷却系统所以仅仅是自冷的，即空气自然对流冷却。这种自冷设备的一个示例是换流变压器套管。

配电系统内通常的电压等级的范围高达到约直流500kv。然而，该电压等级不断增加并可达到直流800kv之多，并且据推测未来电压等级将会更高。同样，电流等级可达4000-5000A或甚至更高。自然而然，这种高的电压等级和电流等级导致了更高的散热量并且对套管电绝缘的需求变得极高。由于电绝缘尺寸增加使热量达到周围的冷却空气的距离更长，所以电绝缘的尺寸限制了套管的冷却效率。因此认为在很高的电压和电流等级下仅靠自冷是不够的。

在增加电压等级从而降低了散热量时采用更大的导体是可行的，但是这样又会使该设施增大。亦即，绝缘的尺寸仍然会很大。

考虑到上述因素，需要能够改善对高压设备例如高压套管的冷却效果。此外，还需要提供一种用于冷却这种套管的相应的方法。

在2006年8月25日提交的未决(尚未公开)PCT申请SE2006/000977中，描述了一种基于水的高压套管冷却系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压设备的改进冷却，并且具体地是配电系统内套管的气态流体冷却。具体地，本发明的目的是提供套管的外冷却装置，从而克服或至少减轻现有技术的上述缺点。通过采用例如干空气或其它合适的实例等气态介质作为冷却介质，消除了高压环境中液态流体泄漏的风险。

本发明的另一目的是提供一种套管的改进冷却，其也足够用于非常高的电压和电流。具体地，本发明的目的是提供可处理高的电压和电流的外冷却装置。

本发明的又一目的是提供一种当通过增加电流和电压来增加输出功率时不用增加组件尺寸的、用于冷却套管的冷却装置。

通过如权利要求1所述的高压套管和如权利要求14所述的方法实现了这些及其他目的。

根据本发明，提供了一种用于从液态流体冷却的高压直流阀输送高的电压和电流的高压套管。该高压套管包括围绕电导体的绝缘体，其中所述电导体可电连接到所述高压直流阀的接头。根据本发明，所述高压套管的电导体包括用于气态流体的冷却导管，所述冷却导管可经由热交换器连接到所述高压直流阀的液体冷却系统。通过利用经由热交换器转换到气态流体的、现有和已使用过的冷却流体冷却套管的新颖方法能够获得节省成本和可靠的冷却，使得能够用气态流体对所述套管进行冷却。

由于控制了所述套管的导体和绝缘材料的温度，所以通过本发明可使套管的设计得到显著简化。具体地，尽管采用了高的电流和电压，但所述套管的尺寸仍然不会增加。此外，即使用于高的电流和高压等级时，例如从直流500kv至高达直流800kv并且进一步高达很高的电压等级的范围，套管也能得到充分冷却。

根据本发明的实施方式，所述高压套管的电导体包括具有一个或多个流体通道的冷却导管。这种流体通道可以分离的通道，至少在一个点处彼此流体连接并且设置成容纳穿过电导体的循环冷却气态流体，所述气态流体由源自所述高压直流阀的处于高电势上的液体经由所述热交换器冷却。因此可通过所述一个或多个流体通道将所述高压套管经由所述热交换器连接至所述高压直流阀的液态流体冷却系统。

此外，所述一个或多个气态流体通道优选地与所述高压套管的电导体成为一体。从而提供了一种节省尺寸和成本的技术方案。

根据本发明的另一实施方式，所述电导体包括内流体管，借以提供分离的通道。所述管设为在其内部沿一个方向引导冷却气态流体，并且所述流体通过所述流体管的外侧和所述电导体的冷却导管之间形成的通道引回。从而提供了用于循环所述冷却流体的简单装置。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种由所述液态冷却流体驱动的涡轮，该涡轮被设为驱动气泵以将所述气态流体从所述热交换器循环至所述套管并回到热交换器。

进一步的实施方式在从属权利要求中限定。

本发明还包括一种方法，通过该方法可实现与上述相应的优点。

在阅读以下详细的说明时，本发明的其它特征、优点和目的将变得显而易见。

附图说明

图1是现有技术高压套管的总图。

图2是已装配至变压器壳体的图1的套管的横截面图。

图3通过示例的方式示意性地示出本发明的一个实施方式。

图3a通过示例的方式示意性地示出本发明的一个实施方式。

图4示出在套管内的图3的导体。

图5更详细地示出所述导体和冷却通道的实施方式。

图6通过示例的方式示出阀厅，本发明可有利地实施于所述阀厅中。

具体实施方式

在适用时，通篇说明书中相同的附图标记表示相同或类似的部件。

高压套管是一种用于穿过接地屏障输送高电压电流的设备，这些接地屏障可以是例如诸如变压器箱等电力设备的壁或外壳等。所述套管依靠其绝缘性能保持电流不会进入所述接地屏障。

图1和2示出传统套管，其中图1中示出套管1的整体结构。图2中示出图1的套管1安装至变压器壳体18的横截面图。高压导体10穿过中空套管绝缘体12的中部，所述绝缘体形成围绕高压导体10的壳体。通常，露天使用时绝缘体12由瓷或硅胶制成。

在电容式套管中，在所述绝缘体壳体内设置有电容器芯14以进行均压。所述套管及其周围结构上的电压应力包括交流(AC)和直流(DC)分量。交流分量均压取决于绝缘材料的电容率。直流分量分压取决于绝缘材料的热敏电阻率。设置法兰16以将所述套管的壳体12通过变压器壳体18接地。尽管在图中示出的是电容式套管，但应当理解的是本发明也可用于非电容式套管。

图2中还示意性地示出套管1与变压器内部组件的连接。该示例性连接包括由高压导体10的底端部分形成的底部触头20。底部触头20设置在套管1的下部底端并被设为将与设置在变压器壳体18中的相配的内部触头22连接。此外，上部外接线端24设置在套管1上与底部触头20端部相反的端部。外接线端24经基本平整的接触面与高压导体10电连接并被设置用于将所述变压器设备电连接至外部电源。应当理解的是可采用任意适合用于将所述套管连接至其它电力设备的连接装置。

图3示意性地示出本发明的一个实施方式。具体地，该图示出根据本发明的套管30。套管30可以是上述套管或任意其它高压套管。高压导体31容纳在套管30内。根据本发明，套管30的高压导体31设有一个或多个用以导引冷却气态流体的通道32，在该示例中的冷却气态流体是冷却干空气，这将参照图4和5进行详细说明。

传统地，高压直流阀由在闭环系统中循环的脱离子水冷却。热量转移到可在室外冷却器中冷却的第二回路。可连同采用脱离子水作为冷却介质的高压直流阀来实施本发明。

图3中，示意性地示出高压直流阀并用附图标记34表示。高压直流阀34的冷却系统的水管用附图标记39表示。箭头I和II表示冷却水的方向。具体地，在I处源自高压直流阀34的冷却水被引向热交换器300，而在II处稍微变热的冷却水返回到所述高压直流阀冷却系统。在本领域公知的是，高压直流阀34的冷却系统可进一步包括脱离子器、泵、热交换器等。所述冷却系统的这些部件在40处示意性地示出。热交换器300中，源自所述套管的循环空气被冷却。

图3a中示意性地示出冷却系统39、40，其包括设为由所述液态流体冷却系统中的液体驱动的涡轮301，并且所述气态流体系统包括用以循环所述气态流体的气泵302，并且示出所述气泵302由所述涡轮301借助以303示出的传动装置驱动。

高压直流阀34的冷却液态流体可处于与套管30的导体31相同或不同的电势。根据本发明仅有一小部分用于冷却高压直流阀34的水用来经由热交换器300通过气态流体冷却套管30。例如，这一小部分水可以是1/5000至1/500的范围，尽管根据具体应用可能需要或多或少的水。

图4示出在套管30内的图3的导体31。附图标记35表示接地壳体，例如变压器箱或壁。附图标记36表示连接装置，其用于将套管30连接至封装的电力设备，例如连接至变压器的内部组件。附图标记37表示至例如高压电网的连接。套管30因此可起到将封装的电力设备连接至高压电网的作用，尽管其它应用也有可能。在32处示出气态冷却装置，并且套管30顶部的双头箭头表示流动的冷却气态流体。

图5更详细地示出高压套管30的导体31和所述冷却导管。一个或多个导管32设为与导体31成为一体。管38优选地设置在冷却导管32内。冷却气态流体然后可经管38导引，允许气态流体进入管38内并在管38的外侧引出。亦即，管38被设为在管38内单向导引冷却气态流体，并且所述气态流体然后经过形成于管38的外侧和冷却导管32的内部之间的通道32a、32b导引。

导体31容纳冷却导管32的中空内部优选地不是通孔，从而减少气态流体进入例如变压器等电力设备的风险。所述一个或多个冷却通道32a、32b经由热交换器300连接到用于冷却高压直流阀的所述冷却系统。

根据本发明的一个实施方式，导体31的温度近似保持在40℃至80℃的范围，优选地在60℃左右。应当理解的是该温度可被监控并且也可以保持在其它温度。

图6示出高压直流阀厅，并示意性地示出本发明如何容易地在这类应用中实施。高压直流换流变压器通过换流变压器套管与所述高压直流阀连接。传统地，所述换流变压器就设置在所述高压直流阀厅外侧并且其套管穿到所述阀厅中。所述套管的顶部然后直接与所述高压直流阀连接。箭头II表示电连接和冷却水连接。箭头IV表示所述阀厅内的几个高压直流阀之一。

通过采用经由热交换器的现有的和已使用过的冷却水冷却套管的新颖方法能够获得节省成本和可靠的冷却。通过本发明套管设计将得到显著简化，因为所述套管的导体和绝缘材料的温度都保持受控。对于更高的电压而言，例如直流800kv，要承载例如4000A的电流，现有技术套管将会变得很大。本新颖的套管冷却使所述导体的直径更小并从而减少了整个套管的尺寸。

此外，即使对于高的电流和电压等级，例如从直流500kv至高达直流800kv并且进一步高达非常高的电压等级的范围，也能够充分地冷却套管。

本发明适用于例如换流变压器套管、阀厅壁套管和室内平波电抗器套管等。

前面的详细说明中，参照了本发明的具体示例性实施方式对本发明进行了说明。在不偏离本发明在权利要求中所阐明的范围的前提下，可对本发明作出各种改型和变型。说明书和附图相应地应被认为是说明性的而不是限制性的。因此，尽管已说明水是一种优选的冷却液态流体，油也可以是其替代品。

作为冷却气态流体，可使用干空气，但也可以是其它合适的情况，优选为其它环境友好型气体例如氮气。

Claims (21)

1.一种用于从流体冷却型高压直流阀(34)输送高的电压和电流的高压套管(30)，所述高压套管(30)包括围绕电导体(31)的绝缘体(12)，所述电导体(31)能够与所述高压直流阀(34)的接头电连接，所述高压套管(30)的特征在于，所述高压套管(30)的所述电导体(31)包括冷却导管(32)，所述冷却导管(32)能够经由热交换器(300)连接到所述高压直流阀(34)的液态流体冷却系统(39，40)。

2.如权利要求1所述的高压套管(30)，其中所述冷却导管(32)包括至少两个分离的通道(32a，32b)，所述通道(32a，32b)至少在一处彼此流体连接并设置成容纳循环的冷却气态流体，所述气态流体由来自所述高压直流阀(34)的处于高电势的液体经由热交换器(300)冷却。

3.如权利要求1或2所述的高压套管(30)，其中所述冷却导管(32)与所述高压套管(30)的所述电导体(31)成为一体。

4.如权利要求1至3中任一项所述的高压套管，其中所述高压套管(30)能通过所述一个或多个气态流体通道(32a，32b)经由所述热交换器(300)连接到所述高压直流阀(34)的所述液态流体冷却系统(39，40)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的高压套管(30)，其中所述电导体(31)的所述冷却导管(32)包括设置成导引冷却气态流体的流体管(38)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的高压套管，其中所述高压套管(30)被设为用来穿过至少一个接地平面(35)将高的电压和电流输送至变压器。

7.如权利要求1至6中任一项所述的高压套管，其中所述电导体(31)的温度保持在40℃至80℃的范围。

8.如权利要求1至7中任一项所述的高压套管，其中所述高压直流阀冷却系统(39，40)的冷却液态流体的一小部分被用于经由所述热交换器(300)冷却所述气态流体以冷却所述高压套管(30)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的高压套管，其中所述液态流体冷却系统(39，40)包括设为由所述液态流体冷却系统中的液体驱动的涡轮(301)，并且所述气态流体系统包括用来使所述气态流体循环的气泵(302)，所述气泵(302)由所述涡轮(301)通过传动装置(303)驱动。

10.如权利要求1至9中任一项所述的高压套管，其中所述热交换器(300)、涡轮(301)和气泵(302)及传动装置(303)形成一个整体单元。

11.如权利要求1至10中任一项所述的高压套管，其中所述流体冷却系统(39，40)中的液态流体是水。

12.如权利要求1至11中任一项所述高压套管，其中所述气态流体是空气。

13.如权利要求1至11中任一项所述的高压套管，其中所述气态流体是氮气。

14.一种用于冷却从液态流体冷却高压直流阀(34)输送高的电压和电流的高压套管(30)的方法，所述高压套管(30)包括围绕电导体(31)的绝缘体(12)，所述电导体(31)能够电连接到所述高压直流阀(34)的接头，所述方法的特征在于通过将所述高压套管(30)的所述电导体(31)经液体/气体热交换器连接至所述高压直流阀(34)的液体冷却系统(39，40)来冷却所述高压套管(30)的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述电导体(31)包括冷却导管(32)，所述冷却导管(32)具有至少两个分离的通道(32a，32b)，所述通道(32a、32b)在至少一处彼此气态流体连接，所述方法包括在所述通道(32a，32b)中接收通过来自所述高压直流阀(34)的处于高电势的液体经由所述热交换器冷却的循环冷却气态流体的步骤。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中通过所述气态流体将所述电导体(31)保持在40℃至80℃的温度范围内。

17.如权利要求14至16中任一项所述的方法，其中所述高压直流阀冷却系统(39，40)的冷却液态流体的一小部分被用于经由所述热交换器冷却所述气态流体以冷却所述高压套管(30)。

18.如权利要求14至17中任一项所述的方法，其中所述液态流体冷却系统包括涡轮并且所述气态流体系统包括气泵，所述方法包括通过循环液态流体驱动所述涡轮的步骤、通过所述气泵使所述气态流体循环的步骤以及通过所述气体涡轮驱动所述气泵的步骤。

19.如权利要求14至18中任一项所述的方法，其中所述液态流体是水。

20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述气态流体是空气。

21如权利要求14至19中任一项所述的方法，其中所述气态流体是氮气。

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