CN101694960A - 高电压直流极线plc电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明的高电压直流极线PLC电容器，7～30层电容器单元垂直叠放成电容器柱，上下端分别引出高低压接线端子，还有同样层数同高的2个绝缘子柱，或者2个电容器柱，或者1个绝缘子柱和1个电容器柱。三柱底端固定于底座架，同一水平上三柱中心的连线形成三角形，该三角形各边长为电容器单元直径的2～10倍，各角为30°～90°，最佳为等边三角形。每层或隔1～3层有构架连接该层的三个电容器单元和/或支柱绝缘子，使三柱成为整体，提高稳定性。在电容器柱高压端的顶层和靠近高压端的20层内，每层或隔1～3层装设均压环，以减小电晕的产生。本电容器对电容器单元瓷套机械强度的要求大幅降低，成本降低十倍，电容器稳定性提高；安装使用方便。

Description

高电压直流极线PLC电容器
(一)技术领域
本发明涉及高电压直流输电领域，具体为一种用于高压直流输电系统的高电压直流极线PLC电容器，即滤除换流变压器直流侧频率为30kHz～300kHz的谐波分量的滤波器用电容器。
(二)背景技术
我国电力资源(水电、煤电)绝大部分集中在经济欠发达的西部地区，而经济相对发达的东南沿海地区电力资源欠缺，再加上我国地域辽阔，这就决定了我国电力能源需要长距离大容量送电——西电东送。
目前，世界上长距离大容量送电的最新高端技术就是超高压直流输电(HVDC)。我国从上世纪80年代中期开始从国外跨国公司引进这种先进的技术，首先在葛洲坝-上海±500kV直流输电线路上并取得成功。此后又陆续建成了三峡-常州、三峡-广东、三峡-上海、天生桥-广东、贵州-广东等多条±500kV直流输电线路。现在正在筹建±800kV的云南-广东特高压直流输电线路。
HVDC可以减小线路电能损耗，节约大量的电力能源；可以将不同电压等级的区域大电网联网，这种柔性的区域大电网联网，可以极大提高电网的安全可靠性，避免类似美国加州大停电的电网事故。
HVDC系统的主设备包括换流变、换流阀、滤波电容器及控制系统等。目前其核心的技术控制在跨国公司手中，如ABB、西门子和诺基亚等公司。主要依赖国外的HVDC技术不利于我国电力能源的安全。因此，国家极力推动HVDC技术的国产化。国务院国发[2006]8号文《国务院关于加快装备制造业的若干意见》中列为第二项需要加快振兴的重大技术装备的国家级重点项目为：“开展1000千伏特高压交流和±800千伏直流输电成套设备的研制，全面掌握500千伏交直流和750千伏交流输变电关键设备制造技术。”
在输电系统中，输电线路输送电流的同时，还用之传送载波信号。称之为电力线载波通信，英文为power-line carrier communication，缩写为PLC通讯。这是世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。为了防止本直流输电系统对附近交流输电线路载波通讯的干扰，需要使用直流PLC滤波电容器，滤除本系统直流侧的30kHz～300kHz范围内的PLC谐波分量，该滤波电容器接在换流站的直流侧极母线上，电力行业内称其为直流极线PLC电容器。
这类电容器是由多节瓷套式电容器单元组成，具有爬电距离大，塔架高的特点。电容器单元的箱壳内有多个电容元件串并构成的芯子，内设有均压电阻。
瓷套式结构的直流极线PLC电容器由于要适应±500千伏甚至±800千伏的直流高压，要求爬电比距达到64mm/kV以上，而且爬电距离达到45米以上，电容器高达到15米以上。目前单柱式高达15米以上的电容器的稳定性难以解决，即使采用目前的高强瓷也难以满足如此高大的电容器瓷套的机械强度要求，另一方面特制瓷套的成本极高，使高电压直流PLC电容器的价格高达1000万元。
为了解决我国超高压直流输电(HVDC)的设备国产化，高压直流输电系统中的直流极线PLC电容器的研制是其中的关键。
(三)发明内容
本发明的目的是设计一种用于高压直流输电系统的高电压直流极线PLC电容器，在电容器两侧增加绝缘子柱，绝缘子柱与电容器形成三角形立体结构，爬电距离满足要求，有效地解决电容器的稳定性问题，且使产品的总成本大幅降低。
本发明设计的高电压直流极线PLC电容器，包括垂直叠放的电容器单元，电容器元件连接而成的芯子位于瓷套管内浸渍于绝缘浸渍剂中构成电容器单元，电容器单元内装有作为均压元件的均压电阻；7层～30层电容器单元垂直叠放成电容器柱，上端引出高压接线端子，下端引出低压接线端子，还有2个7层～30层支柱绝缘子垂直叠放的绝缘子柱，或者2个7层～30层电容器单元垂直叠放成电容器柱，或者1个7层～30层支柱绝缘子垂直叠放的绝缘子柱和1个7层～30层电容器单元垂直叠放成电容器柱。三柱的每层高度相同，总高度也相同，三柱底端固定于底座架，同一水平上三柱中心的连线形成三角形。为保证稳定性，同一水平上三柱中心连线形成的三角形，各边的长度为电容器单元直径的2～10倍，各个角为30°～90°，最佳方案为同一水平上三柱中心连线形成的三角形为等边三角形。为保证支撑的稳定，所用支柱绝缘子的直径为电容器单元直径的0.4～1.1倍。
在顶层和每层或隔1～3层有构架连接该层的电容器单元和支柱绝缘子，以使三柱成为整体，提高本电容器的稳定性。在三柱的顶层和靠近顶端的3～20层内，电压在252kV以上，每层或隔1～3层装设均压环，以减小电晕的产生。
构架为三角形，构架与该层的电容器单元和支柱绝缘子连接。
均压环为圆环形，均压环与该层的构架处于同一平面上、相互连接。均压环的内半径大于构架外接圆的半径与电容器单元半径的和。均压环与构架之间有至少三根连接条连接。
电容器单元的瓷套管和支柱绝缘子，可以是防污型大小伞结构，或者是等径的或不等径的深棱型伞形结构。
本发明高电压直流极线PLC电容器的优点为：1、可用于覆盖电压为±500千伏到±1500千伏的直流输电系统，对电容器单元瓷套机械强度的要求可大幅降低，无需使用特制的高强瓷，电容器的成本降低十倍，而三角形的整体结构大大提高了电容器稳定性；2、电容器单元内设均压电组，外设均压环，安装使用方便。
(四)附图说明
图1为本高电压直流极线PLC电容器实施例的正视结构示意图；
图2为本高电压直流极线PLC电容器实施例的侧视结构示意图；
图3为本高电压直流极线PLC电容器实施例的俯视结构示意图；
图4为图1中电容器单元结构示意图。
图中标号为：
1、均压环，2、支柱绝缘子，3、电容器单元，3-1、芯子，3-2、均压电阻，3-3、瓷套管，4、构架，5、底座架，6、低压出线端子，7、高压出线端子，8、连接条。
(五)具体实施方式
本高电压直流极线PLC电容器的实施如图1至图4所示，包括垂直叠放的电容器单元3，电容器元件连接而成的芯子3-1位于瓷套管3-3内浸渍于绝缘浸渍剂中构成电容器单元3，电容器单元3内装有作为均压元件的分布式均压电阻3-2；11层电容器单元3垂直叠放成电容器柱，上端引出高压接线端子7，下端引出低压接线端子6，还有2个11层支柱绝缘子2垂直叠放的绝缘子柱，所用支柱绝缘子的直径为电容器单元直径的0.5倍。三柱的每层高度相同，总高度也相同，三柱底端固定于槽钢制作的底座架5，同一水平上三柱中心的连线形成三角形，该三角形为等边三角形，边长为电容器单元3直径的4倍。
顶层及每隔1层有三角形构架4连接该层的电容器单元3和两个支柱绝缘子2，使三柱成为整体，构架4可以采用钢板或型钢制作。高压端的顶端三层的电压在252kV以上，顶层和靠近顶端的二层和三层之间，装设圆环形均压环1，以减小电晕的产生。均压环1的内半径大于构架4外接圆的半径与电容器单元3半径的和。均压环1的直径和电容器单元3的瓷套管管径均根据电场计算确定，以抑制电晕的产生。顶层的均压环1与顶层的构架4处于同一平面连接。二层和三层之间的均压环1与二层和三层之间的构架4处于同一平面，各层的均压环1与构架4之间有三根连接条8连接。
本例的电容器单元3的瓷套管的总爬电距离为43500毫米，整体高度为15米。
也可采用3个相同的11层的电容器柱，或采用2个相同的11层的电容器柱和1个11层的绝缘子柱，其结构与本例相同。
电容器单元3的瓷套管和支柱绝缘子2，可以是防污型大小伞结构，或者是等径的或不等径的深棱型伞形结构。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.高电压直流极线PLC电容器，包括垂直叠放的电容器单元(3)，电容器元件连接而成的芯子(3-1)位于瓷套管(3-3)内浸渍于绝缘浸渍剂中构成电容器单元(3)，电容器单元(3)内装有均压电阻(3-2)；7层～30层电容器单元(3)垂直叠放成电容器柱，上端引出高压接线端子(7)，下端引出低压接线端子(6)，其特征在于：
还有2个7层～30层支柱绝缘子(2)垂直叠放的绝缘子柱，或者2个7层～30层电容器单元(3)垂直叠放成电容器柱，或者1个7层～30层支柱绝缘子(2)垂直叠放的绝缘子柱和1个7层～30层电容器单元(3)垂直叠放成电容器柱，三柱的每层高度相同，总高度也相同，三柱底端固定于底座架(5)，同一水平上三柱中心的连线形成三角形，顶层和每层或隔1～3层有构架(4)连接该层的电容器单元(3)和支柱绝缘子(2)。
2.根据权利要求1所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述三柱的电压在252kV以上的顶层和靠近顶端的电压在252kV以上的3～20层内，每层或隔1～3层装设均压环(1)。
3.根据权利要求1或2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述同一水平上三柱中心连线形成的三角形，各边的长度为电容器单元(3)直径的2～10倍，各个角为30°～90°。
4.根据权利要求3所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述三柱中心连线形成的三角形为等边三角形。
5.根据权利要求1或2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述支柱绝缘子(2)的直径为电容器单元(3)直径的0.4～1.1倍。
6.根据权利要求1或2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述构架(4)为三角形，构架(4)与该层的电容器单元(3)和支柱绝缘子(2)连接。
7.根据权利要求2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述均压环(1)为圆环形，均压环(1)与该层的构架(4)处于同一平面、相互连接。
8.根据权利要求7所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述均压环(1)的内半径大于构架(4)外接圆的半径与电容器单元半径(3)的和，均压环(1)与构架(4)之间有至少三根连接条(8)连接。
9.根据权利要求1或2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述电容器单元(3)的瓷套管(3-3)和支柱绝缘子(2)是防污型大小伞结构。
10.根据权利要求1或2所述的高电压直流极线PLC电容器，其特征在于：
所述电容器单元(3)的瓷套管(3-3)和支柱绝缘子(2)是等径的或不等径的深棱型伞形结构。
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