CN102768874A - 气体绝缘母线及气体绝缘母线的异物除去方法 - Google Patents

Abstract

满足绝缘性能以及通电性能，并且使气体绝缘母线小型化。此外，提高异物调节的可靠性。一种气体绝缘母线，在装入绝缘气体的圆筒状的金属容器（1）内，具有经由绝缘构件（2）支撑的导体（3），该气体绝缘母线的特征在于，金属容器具有在绝缘构件（2）所在位置的部位的一定范围形成的大径部（1a）、在除去大径部的部位形成的小径部（1b）。由此，即使通电时绝缘构件（2）的温度上升，其热量通过大径部的宽阔的空间向金属容器传热，从金属容器的大径部的宽阔的外表面向大气中放热，所以能够将绝缘构件的温度上升抑制在规定值内。此外，由于能够降低金属容器的大径部的电场，所以大径部作为异物调节的异物捕捉部分发挥功能。

Description

气体绝缘母线及气体绝缘母线的异物除去方法

技术领域

本发明涉及气体绝缘母线或者气体绝缘输电线（以下，适应地总称为气体绝缘母线）及其内部的异物除去方法。

背景技术

气体绝缘母线（GIB：Gas Insulated Bus）或者气体绝缘输电线（GasInsulated Line）是气体绝缘变电设备或者气体绝缘输电设备的构成装置的一种，在装入绝缘气体（典型地为SF6气体）的被接地的圆筒状的金属容器内以绝缘构件支撑并同轴状地容纳导体（高电压导体）来构成。此外，一般根据需要，关于气体绝缘母线，多个串联地联结来被使用或者与气体绝缘开关装置（Gas Insulated Switchgear）、气体绝缘变压器相联结来被使用，所以在各气体绝缘母线的两端设置了联结用的法兰盘。另外，作为支撑高电压导体的绝缘构件，使用各种形状的绝缘隔离物。例如，在由环氧树脂等形成的、并形成为圆盘型或者锥型（圆锥型）的绝缘隔离物的中心，贯通连接高电压导体的连接导体并安装在圆筒状的金属容器内。另外，根据需要，适当地使用柱状的邮筒型的绝缘隔离物等。

这样的气体绝缘母线满足所要求的绝缘性能以及通电性能自不用说，还要求小型化、高可靠化。此处，绝缘性能要求满足规定的例如绝缘击穿电压以上的耐电压性能等，但是如果在金属容器的内部存在金属等导电性的异物，那么绝缘性能将显著地下降。因此，在制造工序以及组装工序中进行严格的品质管理，以防异物混入到金属容器内部。另一方面，通电性能包含满足电流容量以及例如在JEC等标准下所要求的绝缘隔离物部的容许温度上升等。

因此，在专利文献1中，报告了为了使气体绝缘母线小型化，形成为锥型的绝缘隔离物附近的电场分布的分析结果。由此，报告了圆锥内表面侧的金属容器内的电场强度比绝缘隔离物的圆锥外表面侧的金属容器内的电场强度小；以及绝缘隔离物的圆锥外表面侧的金属容器内的电场强度伴随着远离绝缘隔离物而变小。因此，在同一文献中，提出了比圆锥外表面侧的金属容器的直径更小地来形成绝缘隔离物的圆锥内表面侧的金属容器的直径，从距绝缘隔离物离开了一定距离的位置较小地形成圆锥外表面侧的金属容器的直径。

另一方面，在专利文献2中，提出了异物调节法，该异物调节法在金属容器内形成电场低的异物捕捉部分，在运转前将比运转电压低的电压分阶段地施加给高电压导体，使异物漂浮并在异物捕捉部分集聚。特别地，为了使异物容易运动，降低绝缘气体的绝缘性能，实施异物调节。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6－86432号公报

专利文献2：日本特开2007－325415号公报

发明内容

但是，专利文献1的使气体绝缘母线小型化的方法并没有考虑以下内容，即满足绝缘性能以及通电性能的同时还使气体绝缘母线小型化。即，对于在使气体绝缘母线的金属容器的直径变小的情况下为了满足通电性能而抑制绝缘隔离物部的温度上升这一情况没有考虑。例如，关于通电时的温度上升，在JEC标准等中规定了绝缘隔离物部的温度为105℃以下，所以如果使金属容器的直径过小，则通电时的温度上升会成为问题。

此外，专利文献2的异物调节法没有考虑以下异物捕捉部分，即、即使预先放置向电场低的异物捕捉部分移动的异物，也不对绝缘性能带来恶劣影响的可靠性高的异物捕捉部分。另外，在专利文献2中，对于母线长度长的气体绝缘母线的情况没有进行考虑。即，没有考虑在异物混入到母线长度长的气体绝缘母线的内部的情况下，使得异物迅速地向电场低的异物捕捉部分移动来缩短异物调节的作业时间。

本发明将满足绝缘性能以及通电性能并且使气体绝缘母线小型化作为第1课题。

此外，除了第1课题以外，将提高异物调节的可靠性作为第2课题。

更进一步，除了第1课题和第2课题以外，将缩短异物调节的作业时间作为第3课题。

解决第1课题的本发明的第1实施方式，其特征在于，在装入绝缘气体的圆筒状的金属容器内，具有经由绝缘构件支撑的导体的气体绝缘母线中，上述金属容器具有在上述绝缘构件所处的部位的一定范围形成的大径部、以及在除去该大径部的部位形成的小径部。

如此，由于在绝缘构件所处位置的部位形成大径部，所以即使通电时绝缘构件温度上升，绝缘构件的热量通过大径部的宽阔的空间向金属容器传热，从金属容器的大径部的宽阔的外表面向大气中放热。其结果，能够将绝缘构件的温度上升抑制在规定值内。此外，能够降低金属容器的大径部的电场，所以大径部作为异物调节的异物捕捉部分发挥功能。

在上述的情况中，优选上述金属容器的与至少小径部相对的位置的上述导体的表面以绝缘被覆覆盖。由此，能够提高小径部的绝缘性能，所以进一步能把小径部的直径缩小，使气体绝缘母线小型化。其结果，能够谋求气体绝缘母线的轻型化、低成本化。

此外，解决第2课题的本发明的第2实施方式在上述的任一个的情况中，优选将上述金属容器的至少大径部的内表面以绝缘被覆覆盖。由此，能够降低大径部的金属容器的内表面附近的电场强度，所以能够抑制由异物调节在大径部捕捉的异物的再次浮出，即使向高电压导体施加通常的运转电压，异物可靠地停留在作为异物捕捉部分的大径部，所以能够提高异物调节的可靠性。其结果，即使放置移动到大径部的异物，也能实现对绝缘性能不带来恶劣影响的可靠性高的异物捕捉部分。

另外，除了将上述金属容器的大径部的内表面以绝缘被覆覆盖以外，能够将上述金属容器的小径部的内表面以绝缘被覆覆盖。由此，能够进一步提高小径部的绝缘性能，所以能够进一步缩小小径部的直径，使气体绝缘母线小型化。

此外，在上述任一个的情况中，在上述金属容器的上述绝缘构件的至少单侧的大径部能够形成具有能够装卸的盖的开口。由此，不放置大径部捕捉到的异物，而根据需要从外部取出变得容易。

此外，为了解决第3课题，在除去混入到上述的任一个的气体绝缘母线的上述金属容器内的异物的异物除去方法中，与在上述金属容器的两端形成的其它的气体绝缘母线的金属容器联结的法兰盘的一端，联结具有向上述导体供电的供电导体的供电用金属容器，在另一端联结端部密封用的密封容器，将上述金属容器至少以倾斜的方式设置，在上述各容器装入绝缘气体，经由上述供电用金属容器将电压向上述导体分阶段地供给，使混入到上述金属容器内的异物漂浮，使异物集聚在倾斜的上述金属容器的低位置的大径部。

根据本发明的异物除去方法，至少以倾斜的方式设置了金属容器，进行异物调节，所以在由于电场而漂浮的异物落下到金属容器内表面的时候，重力的作用发生作用，落下到高度低的一方的金属容器内表面。即，重复漂浮落下的异物的位置向金属容器低的位置的大径部移动，所以能够增大异物的移动速度。其结果，能够缩短异物调节的作业时间。另外，本发明的异物除去方法能够对多根气体绝缘母线在一次中进行异物调节。

根据本发明的第1实施方式的气体绝缘母线，能够满足绝缘性能以及通电性能，并且使气体绝缘母线小型化。另外，除此之外，根据第2实施方式的气体绝缘母线，能够提高异物调节的可靠性。进一步，根据本发明的异物除去方法，能够缩短异物调节的作业时间。

附图说明

图1是示出了本发明的一个实施例的气体绝缘母线的结构的剖面图。

图2是示出了图1实施例的气体绝缘母线的主要部分结构的剖面图和金属容器内表面附近的电场强度的图。

图3是说明图1实施例的气体绝缘母线的异物调节中的异物的行动的一个例子的图。

图4是用于除去图1实施例的气体绝缘母线的异物的装置的一个实施例的结构概要图。

图5是示出了图1实施例的气体绝缘母线的变形例的结构的剖面图。

图6是示出了本发明的其它的实施例的气体绝缘母线的主要部分结构的剖面图。

图7是示出了金属容器内的绝缘被覆的厚度与异物浮出电场的关系的曲线图。

图8是示出了本发明的进一步的其它的实施例的气体绝缘母线的主要部分结构的剖面图。

图9是说明根据绝缘被覆的有无而导致的绝缘击穿电压的不同的图。

符号说明

1金属容器

1a大径部

1b小径部

1c过渡部

2绝缘隔离物

3高电压导体

4连接导体

5法兰盘

9手孔

10气体绝缘母线

11a，11b支架

12供电用金属容器

13供电用套管

14密封间隙

21、22绝缘被覆

具体实施方式

以下，根据图示的实施例对本发明的气体绝缘母线进行说明。

实施例1

本发明还能够直接地适用于气体绝缘输电线，根据图1所示的气体绝缘母线的一个实施例的剖面图对本发明进行说明。如图1所示，气体绝缘母线在装入高气压SF₆气体的圆筒状的金属容器1内，具有经作为绝缘构件的绝缘隔离物2被支撑的高电压导体3，被紧凑地构成。绝缘隔离物2由具有高绝缘强度的环氧树脂形成为锥型（圆锥型）。在绝缘隔离物2的中心，连接高电压导体3的连接导体4以贯通方式被设置。此外，金属容器1虽未图示，但接地来使用。

图示例中，在圆筒状的金属容器1的两端设置法兰盘5，由设置于邻接的金属容器1的各自的端部的法兰盘5相互夹着绝缘隔离物2的边缘部分，通过未图示的螺丝联结。另外，邻接的金属容器1并不限于气体绝缘母线。例如，也可以是容纳与气体绝缘开关装置、气体绝缘变压器连接的高电压导体3的金属容器1。

本实施例的特征在于，金属容器1的直径具有在绝缘隔离物2所处的部位的一定范围较大地形成的大径部1a、在除去大径部1a的部位形成的小径部1b、在大径部1a与小径部1b的连接部分逐渐地收缩直径（或扩大直径）的过渡部分1c来构成。即，在远离绝缘隔离物2的小径部1b的内表面与高电压导体3之间形成气体间隙部分。在图2中，示出了绝缘隔离物2附近的放大图。在图中，如果大径部1a的内直径设为ΦDa，小径部1b的内直径设为ΦDb，那么有ΦDa＞ΦDb的关系。

因此，根据本实施例，在绝缘隔离物2的两侧的一定范围形成了大径部1a，所以即使通电时绝缘隔离物2的温度上升，绝缘隔离物2的热量经由大径部1a的宽阔的空间向金属容器1传热，从金属容器1的大径部la的宽阔的外表面向大气中放热。结果，通过恰当地设计大径部1a的直径ΦDa，可以将绝缘隔离物2的温度上升抑制在规定值以内。另一方面，在满足绝缘击穿电压的限度下，能够设计得使小径部1b的直径ΦDb较小，所以能够使气体绝缘母线小型化。

此处，对大径部1a和小径部lb的内表面附近的电场强度进行研究。将大径部1a的内表面附近的电场强度设为Ea，将小径部1b的内表面附近的电场强度设为Eb。此外，如果金属容器1的内直径设为D，高电压导体3的外直径设为d，在这些为同轴结构的情况下，在向高电压导体3施加的电压为V的情况下，利用几何学的结构通过下式（1）表示金属容器1的内表面附近中的电场强度E。

E=V／｛（D／2）×log（D／d）｝（1）

因此，大径部1a的内表面附近的电场强度Ea与小径部1b的内表面附近的电场强度Eb变为图2所示的关系。过渡部分1c的内表面附近的电场强度处于这些电场强度的中间。

另一方面，金属容器1与高电压导体3为同轴结构的情况下，混入内部的金属等导电性异物的开始立起或浮出的电场强度E_L通过下式（2）表示。

E_L=√（ρgr／1．43εo）（2）

在式（2）中，ρ为异物的密度，g为重力加速度、r为异物半径、εo为绝缘气体的介电常数。

在通过异物调节使异物向低电场部分移动的情况下，就要从低于运转电压的电压分阶段地升压到超过运转电压的电压，使金属异物运动并移动到低电场部分。为此，小径部1b的内表面附近的电场强度Eb比E_L大时，即满足Eb＞E_L的条件的情况下，异物将会运动。相反地，大径部1a的内表面附近的电场强度Ea小于E_L的时候，即Ea<E_L的时候，因为变为异物的开始立起或者浮出的电场强度以下，所以异物不动。

因此，如果设为在气体绝缘母线的运转电压下满足Ea<E_L<Eb的条件的结构，则在异物调节中，如果异物从电场强度高于E_L的小径部1b浮出，向电场强度低于E_L的Ea的大径部1a移动，则将停留在绝缘隔离物2的附近的低电场部分。由此，能够实现可靠性高的气体绝缘母线。即，根据本实施例，能够降低金属容器1的大径部1a的电场，所以大径部1a作为异物调节的异物捕捉部发挥作用。

使用图3对其进行说明。如同图所示，如果高于E_L的小径部1b的内表面附近的电场Eb作用于金属等的导电性异物，那么具有长度的异物立起，并且浮出，重复在重力场中的下侧的内表面跳跃的运动。由此，如果异物从作为高电场的小径部1b向作为低电场的大径部1a移动，则在大径部1a中浮出运动停止。即，在跳跃方向是随机的运转电压下，在作为低电场的大径部1a中异物的运动停止的状态下，难以再次浮出，所以异物调节的可靠性变高。

此外，如图3所示，通过形成由在大径部1a具有能够装卸的盖9a的开口9b构成的手孔9，从而在向大径部1a移动并停止的异物残留的情况下，能够在异物调节后打开手孔9并去除捕捉到的异物。即，也有气体绝缘母线为数米以上的长同轴结构的情况，所以难以对内部进行观察、检查和清扫。这一点，如本实施例那样，通过异物调节在大径部1a中收集异物，通过仅对该部分进行检查、清扫，能够提供绝缘可靠性高的气体绝缘母线。

实施例2

图4中，示出对在图1的实施例中示出的气体绝缘母线实施异物调节，适于除去异物的一个实施例的异物调节装置的结构。该图（a）为平面图、该图（b）为从侧面观察的剖面图。示出了对于多个（图示例中为4根）气体绝缘母线10，同时实施异物调节的装置。本实施例与使用图1～3说明的异物调节的不同点在于，如图4（b）所示那样，将气体绝缘母线10的两端部分设置于高度不同的支架11a，11b，将整体倾斜进行异物调节。

即，在使用图1～3进行说明的异物调节中，以水平地保持气体绝缘母线10的状态下进行为前提进行了说明。但是，由电场而作用于异物的浮出力主要是小径部1b的直径方向，使在水平方向（轴方向）移动的力不起作用。因此，在本实施例中，通过将气体绝缘母线10从水平倾斜设置，从而由于将重力作为外力作用于异物，所以使异物有效地向倾斜方向、即气体绝缘母线10的设置高度低的一方的端部的大径部1a移动。

即，如图4所示，将多个（图示例中为4跟）气体绝缘母线10排列并设置于支架11a、11b。然后，在高度高的一方的气体绝缘母线10的端部的大径部1a的法兰盘5上经由绝缘隔离物2，联结具有向气体绝缘母线10的高电压导体3施加电压的导体的供电用金属容器12的法兰盘12a。经由供电用套管13，从未图示的高压电源向供电用金属容器12的导体供给异物调节用的高电压。另一方面，经由绝缘隔离物2，密封间隙14的法兰盘5联结到气体绝缘母线10的高度低的一方的端部的大径部1a的法兰盘5。

如果使用这样构成的异物调节装置，经由供电用套管13和供电用金属容器12，对气体绝缘母线10的高电压导体3分阶段地施加比运转电压低的电压，那么每次对小径部1b施加超过上述（2）式示出的异物的开始立起或者浮出的电场强度E_L，异物就浮出。并且，由电场而漂浮的异物落入到小径部1b的内表面时，重力的作用发生作用，落入到低的一侧的小径部1b的内表面。异物重复这样的运动，异物的位置向气体绝缘母线10的低的位置的大径部1a移动。即，能够与重力作用相应地加大异物的移动速度，所以能够缩短异物调节的作业时间。

实施例3

此外，在图1的实施例中，示出了在气体绝缘母线的两侧使用锥型的绝缘隔离物的例子，但本发明并不限于此，还能够使用单侧为为邮筒形的绝缘隔离物15、或者两侧都为邮筒形的绝缘隔离物15来构成。在图5（a）～（c）中示出了使用这样的各种形式的绝缘隔离物而构成的气体绝缘母线。锥型的绝缘隔离物2不仅仅支撑高电压导体3，还具有保持邻接的金属容器1内的气体密封的功能。与此相对，邮筒形的绝缘隔离物15具有支撑高电压导体3的功能，但不具有保持气体密封的功能。气体绝缘母线很多情况下要联结来进行非常长距离的电力传送，将使用各种各样的绝缘隔离物的形状、配置。在使用本发明的气体绝缘母线的情况下，不管在异物调节时是锥型还是邮筒形，异物都移动在绝缘隔离物附近的大径部1a的低电场部分并被捕捉，所以在运用时在内部不存在异物，能够提高对异物的可靠性。

实施例4

图1的实施例中，其特征为，在绝缘隔离物2的附近的金属容器1形成大径部1a，异物调节时在该大径部1a收集异物。在如图6示出的本实施例中，其特征为，将图1的实施例中金属容器1的大径部1a的内表面以绝缘被覆21覆盖。即，如图7示出的那样，如果在大径部1a的内表面施加绝缘被覆21，那么伴随着绝缘被覆21变厚，异物浮出电场E_L也变高。如果异物浮出电场E_L变高，异物再次浮出变得困难，所以，根据本实施例，被在大径部1a捕捉到的异物不会再次浮出，而是确实地停留在作为异物捕捉部分的大径部la。其结果，即使放置着向大径部la移动的异物，也能够实现不对绝缘性能带来恶劣影响的可靠性高的异物捕捉部。

此外，除了将金属容器1的大径部1a的内表面以绝缘被覆21覆盖以外，还能够将金属容器1的小径部1b的内表面以绝缘被覆覆盖。该情况下，优选与小径部1b的绝缘被覆的厚度相比，使大径部1a的绝缘被覆21的厚度更厚。由此，能够使得一旦移动到大径部1a为止的异物不再次浮出。如此，除了使金属容器1的内直径不同以外，通过控制金属容器1的内表面的绝缘被覆的厚度，能够提供可靠性更高的气体绝缘母线。另外，根据本实施例，能够进一步提高小径部1b的绝缘性能，所以能够进一步缩小小径部1b的直径，使气体绝缘母线小型化。

实施例5

图8中示出了本实施例的气体绝缘母线的主要部分的剖面结构。本实施例与图1的实施例的不同点在于，在小径部lb的高电压导体3形成绝缘被覆22；以及在金属容器1的内表面整体形成绝缘被覆23。在图9中，分成小径部1b的高电压导体3的绝缘覆盖层22的有无、以及在金属容器1内不存在金属异物的清洁的时候与存在金属异物的时候，并示出绝缘击穿电压的不同。

由图9可知，根据本实施例，通过向高电压导体3施加绝缘被覆22，能够升高绝缘击穿电压并提高绝缘性能。此外，在施加有绝缘被覆22的情况下，由于提高对异物的耐电压，所以能够以更高的的施加电压来进行异物调节。例如，以往在对高电压导体3未设置绝缘被覆22的情况下，异物调节中有可能意外发生绝缘击穿。但是，若由于小径部1b的绝缘击穿，再供电时不反复发生耐电压降低，则也可以说能够允许异物调节中的绝缘击穿。但是，在实际中难以明确地确定发生绝缘击穿的位置，所以最好不发生击穿。

关于这一点，如本实施例那样，对高电压导体3施加绝缘被覆22的情况下，提高了耐电压性能，乃至更高的施加电压也难于绝缘击穿，能够以更高的施加电压下进行异物调节。式（2）中，异物的浮出电场与异物长度无关，但实际上，异物长度越长越不是理想的直线状态而是发生变形、异物长度越短越容易紧贴在底面，所以更高的施加电压的一方对短的金属异物能够切实地进行异物调节。此外，在图8中，仅将小径部1b的高电压导体3进行了绝缘被覆，但关于异物调节，通过将大径部1a的高电压导体3以及连接导体4实施绝缘被覆，在异物调节中，具有同样的效果。

以上，根据实施例对本发明进行了说明，面向气体绝缘母线的低成本化、轻型化，有必要使金属容器直径进一步缩小化。作为决定气体绝缘母线的尺寸的主要因素，例举了绝缘性能和通电性能，满足作为气体绝缘母线的双方性能，并且希望进一步小型化、高可靠化。关于通电性能，在JEC标准的规定下银接触的导体连接部的通电温度为115℃以下，相对于此，绝缘隔离物部需要设定为105℃以下，从温度上升的观点看绝缘隔离物部分需要的性能更严格。

从这一点看，如本发明那样，在绝缘隔离物附近形成金属容器的直径大的大径部，在远离绝缘隔离物的部位形成金属容器的直径小的小径部是理想的。即，金属容器的直径大的大径部由于放热面积增加，能够抑制温度上升。此外，如图8所示的实施例那样，在绝缘隔离物附近的高电压导体中，没有施加绝缘被覆的一方更易于放热。由此，即使使除去绝缘隔离物附近的部分的金属容器的直径较小，也能够抑制温度上升并满足通电性能。

此外，如上所述，在异物调节中，仅小径部的高电压导体的绝缘被覆就足够了，所以能够满足气体绝缘母线的绝缘性能和通电性能并小型化。

Claims (5)

1.一种气体绝缘母线，其特征在于：

在装入有绝缘气体的圆筒状的金属容器内，具有经由绝缘构件支撑的导体，

上述金属容器具有在上述绝缘构件所处的部位的一定范围形成的大径部、以及在除去该大径部的部位形成的小径部。

2.如权利要求1所述的气体绝缘母线，其特征在于，

上述金属容器的至少与小径部相对的位置的上述导体的表面被绝缘被覆覆盖。

3.如权利要求1或2所述的气体绝缘母线，其特征在于，

上述金属容器的至少大径部的内表面被绝缘被覆覆盖。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的气体绝缘母线，其特征在于，

在上述金属容器的上述绝缘构件的至少单侧的大径部形成具有能够装卸的盖的开口。

5.一种异物除去方法，将混入权利要求1-4中的任一项所述的气体绝缘母线的上述金属容器内的异物除去，该异物除去方法的特征在于，

与在上述金属容器的两端形成的其它的气体绝缘母线的金属容器相联结的法兰盘的一端，联结具有对上述导体供电的供电线的供电用金属容器，另一端联结试验用密封容器，

至少使上述金属容器以倾斜的方式设置，向各上述容器装入绝缘气体，

经由上述供电用金属容器将电压分阶段地向上述导体进行供给，使混入上述金属容器内的异物漂浮，使得异物聚集在倾斜了的上述金属容器的低的位置的大径部。

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