CN103295736B - 充绝缘气体直流套管迷宫式油循环交换结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，在充绝缘气体直流套管的卷绕金属管上设有油纸绝缘芯体，安装固定在套管安装法兰处；在卷绕金属管的内孔中设有传输电流的载流导，通过卷绕金属管上端紧固件、卷绕金属管下端紧固件对载流导管和卷绕金属管进行固定连接；该载流导管上开设了多个载流导管下端油道孔以及载流导管油道孔，在卷绕金属管上也开设了多个卷绕金属管上端油道孔和卷绕金属管下端油道孔。本发明使充绝缘气体直流套管在换流变压器上安装使用时，对换流变和套管进行抽空浸油工艺处理后无残留气体，使用过程中散热性能优良、能提高套管油纸绝缘结构内的温度均匀性和电场均匀性。

Description

充绝缘气体直流套管迷宫式油循环交换结构

技术领域

本发明涉及一种高压、超（特）高压直流套管，具体的说是一种充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构。

背景技术

我国能源资源和负荷中心分布极不均衡，需进行远距离大容量的电力传送，超（特）高压直流输变电工程以运行效率比交流输变电高而特别受到重视并得以发展。

直流套管用于直流输变电工程中的换流变压器，它的运行质量、技术性能影响到换流变乃至整个直流输变电工程的安全。为满足直流输变电换流阀厅的技术特性及安全可靠性要求，目前我国直流输变电中的换流变压器多采用充绝缘气体的直流套管。

充绝缘气体直流套管实际应用时，与换流变压器侧连接配合的下方绝缘结构中，采用了运行经验丰富、电气性能优良的油纸绝缘，在阀厅侧采用充填电气性能优良的绝缘气体和交、直流耐污性能非常好的硅橡胶绝缘外套。

如上所述，根据运行使用的技术特性，该类型的直流套管要求：

1）套管安装到换流变上后，换流变进行工艺抽空浸油时，对套管内油纸绝缘也同时进行抽空浸油；要求换流变压器抽空浸油后套管中油纸绝缘结构内不能有残留的气体；

2）套管在运行使用过程需通过很大的传输电流，它产生的发热：W=RI²会加剧套管中油纸绝缘结构内部直流电场的分布不均，降低产品的电气性能，严重时会导致产品电气击穿和损坏；要求尽可能的降低该发热对油纸绝缘结构造成的不均匀温升和不均匀电场；

3）上述充绝缘气体直流套管的油纸绝缘结构使用运行中，需要良好的油循环、油对流和油交换功能，要有良好的散热功能，使油纸结构保持良好的绝缘自恢复性和耐老化性。

目前，国内外同类充绝缘气体直流套管中还没有能很好满足上述技术要求的产品结构。

发明内容

针对现有技术中充绝缘气体直流套管不能满足套管内无残留的气体，以及套管内温升及电场不均匀等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种使充绝缘气体直流套管安装抽空浸油后，无残留气体、具有良好通畅的油流循环、油交换功能，具有良好电气性能的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，在充绝缘气体直流套管的卷绕金属管上设有油纸绝缘芯体，安装固定在套管安装法兰处；在卷绕金属管的内孔中设有传输电流的载流导，通过卷绕金属管上端紧固件、卷绕金属管下端紧固件对载流导管和卷绕金属管进行固定连接；该载流导管上开设了多个载流导管下端油道孔以及载流导管油道孔，在卷绕金属管上也开设了多个卷绕金属管上端油道孔和卷绕金属管下端油道孔。

在卷绕金属管的管壁上，沿轴向圆周方向均匀设置多个渗透交换油孔。

所述渗透交换油孔为100～500个的孔。

在载流导管最上方的密封件上设置了密封油塞。

所述载流导管油道孔为2～4个。

载流导管和卷绕金属管轴向之间具有间隙。

所述载流导管下端油道孔为2～4个。

所述卷绕金属管上端油道孔和卷绕金属管下端油道孔各为2～4个。

在套管安装法兰的下方开设法兰下方油孔。

所述法兰下方油道孔为4～8个。

本发明具有以下有益功效和优点：

1.本发明使充绝缘气体直流套管在换流变压器上安装使用时，对换流变和套管进行抽空浸油工艺处理后无残留气体；

2.本发明在产品使用过程中散热性能优良、能提高套管油纸绝缘结构内的温度均匀性和电场均匀性；

3.本发明具有良好通畅的油流循环和油交换功能，能很好的满足产品要求的绝缘自恢复性和耐老化性，满足产品使用安装及运行技术要求。

附图说明

图1为本发明的储油柜及载流导管上部结构示意图；

图2为本发明中双导管开孔油循环散热过程示意图；

图3为本发明中绝缘芯体油的渗透对流和交换过程示意图；

图4为本发明中套管法兰下方的油道孔结构示意图。

图中：1为储油柜，2为载流导管，3为载流导管油道孔，4为密封油塞，5为载流导管中的油，6为储油柜内油，7为变压器升高座，8为油纸绝缘芯体，9为套管内油，10为管壁间冷却油道，11为变压器内油，12为载流导管下端油道孔，13为卷绕金属管，14为卷绕金属管上端油道孔，15为卷绕金属管下端油道孔，16为卷绕金属管上端紧固件，17为卷绕金属管下端紧固件，18为载流导管内孔中冷却油，19为渗透交换油孔，20为套管安装法兰，21为法兰下方油孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

一、如图1所示，为保证充绝缘气体直流套管（以下简称套管）安装及产品抽空浸油工艺处理后套管的油纸结构无气隙，本实施例在油纸绝缘芯体8上方储油柜1内部的载流导管2上，设有多个载流导管油道孔3，在该载流导管2最上方的密封件上设置了密封油塞4。

图1的功能效果简述如下：

当套管在变压器升高座7上安装完成后，换流变压器会进行抽空浸油的工艺处理，由于该种形式套管内油9与变压器内油11相通，所以套管也随着变压器同时进行抽空浸油。由于储油柜内油6与套管内油9相通，所以产品中逐渐升高的油面，会将套管中残留气体赶往油纸绝缘芯体8上方的储油柜1中，再通过储油柜1内载流导管2上开设的多个载流导管油道孔3，使该残留气体进入到载流导管2的内孔中。

当换流变抽空浸油工艺处理结束后，套管中的残留气体会集中到该载流导管2内孔的上方，此时将密封油塞4旋松，这些残留气体就会从套管中被释放出来。当残留气体排尽并冒出了变压器油时，再将密封油塞4旋紧并保证该处的密封性能。

本发明采取这样的结构功能方式，满足了套管中油纸绝缘结构内不能有残留气体的要求。

二、如图2所示，本发明在卷绕金属管13上卷制了一个油纸绝缘芯体8并把它固定在套管安装法兰20处，均匀套管安装法兰附近的电场，该油纸绝缘芯体8处于变压器升高座7下方的部分，可满足套管与变压器线圈连接的电气绝缘配合要求。

在本实施例中，卷绕金属管13的内孔中穿过一传输电流的载流导管2，在该载流导管2上开设了载流导管下端油道孔12（2～4个），（该载流导管2上还开设了油道孔3，如图1所示）。并且，在卷绕金属管13上也开设了卷绕金属管上端油道孔14（2～4个）、卷绕金属管下端油道孔15（2～4个）。采用卷绕金属管上端紧固件16、卷绕金属管下端紧固件17对载流导管2和卷绕金属管13进行固定联接。

油纸绝缘材料的性能及使用情况如下：

a)该油纸绝缘芯体8在直流电压下的场强分布与电阻率成正比，电阻率与温度成反比。

b)该油纸绝缘芯体8是一个好的固体绝缘材料（油纸），但同时它的隔热（保温）性能也很好。

c)运行使用时，油纸绝缘芯体8的中心（即卷绕金属管13的中心）穿过的载流导管2上，会流过很大的传输电流，它产生的热量（W=RI²）会在不同程度上分别加热该油纸绝缘芯体8的不同部位。

d）套管运行使用时的高电压场强也会使该油纸绝缘芯体8产生介质损耗而发热。

在油纸绝缘芯体8靠近轴向中心附近的位置，径向尺寸小的地方温度偏高（接受的热量多，散热效果差），离轴向中心位置远、径向尺寸大的地方温度较低（接受的热量少，散热效果好）。这样就会使油纸绝缘芯体8的轴向方向和径向方向，出现了由于温度不均而导致直流电场强度分布不均【如以上a）中所述】的现象，严重时会导致油纸绝缘芯体8的击穿。

针对上述情况，本发明采用了图2的油循环散热结构（即双导管开油道孔进行油循环散热结构），用来改善油纸绝缘芯体8内部直流电场分布不均的现象。

图2的结构及技术工作原理简述如下：

在双导管开油道孔油循环散热结构中：

Ⅰ）在载流导管2上开设载流导管下端油道孔12和载流导管油道孔3（油道孔12与油道孔3是开设在同一根载流导管2下端和上端的孔）；

Ⅱ）在卷绕金属管13的两端各开设2～4个卷绕金属管上端油道孔14和卷绕金属管下端油道孔15。

Ⅲ）上述载流导管2和卷绕金属管13上、下端之间，各用一个带螺纹孔的紧固件，将它们旋入载流导管2的螺纹中，压紧并固定住卷绕金属管13，从而将载流导管2和卷绕金属管13固定联接在一起。

Ⅳ）在载流导管2和卷绕金属管13之间设计留有合适的轴向油道间隙，该油道间隙尺寸一般为3～7mm。

安装使用时，套管安装法兰20以上部分处于大气环境中，套管安装法兰20以下部分处于变压器升高座7内（即变压器油箱内）。一般来说，套管的上部分（即套管安装法兰20以上部分）散热条件更好些，套管下部分（即套管安装法兰20以下部分）的油温会高于套管上方的油温。套管下方油温高的油比重变轻而上升，到了套管上方该油冷却、比重变大，该比重变大的油就会下沉，这样就在套管中形成了由于温差而产生的油流循环。这些通过上、下端油道孔和油道间隙进行的油流循环，可以带走很多由于载流导管2发热而传递给绝缘芯体的热量，可以使油纸绝缘芯体8的不同部位受载流导管2加热而产生的温度差减小。因而可以使油纸绝缘芯体8沿径向和轴向的电阻率变化减小，从而可使油纸绝缘芯体8内部的直流电场强度分布趋于均匀，提高套管的电气绝缘水平。

三．为了使油纸绝缘芯体8有良好的油（渗透）对流、油交换功能，保持良好的绝缘自恢复性和耐老化性，本发明在双导管开油道孔进行油循环散热结构的基础上，又进一步采用了在缠绕油纸绝缘芯体8的卷绕金属管13的管壁上，沿轴向圆周上均匀的打出多个渗透交换油孔19，用这样的一种结构形式来提高产品绝缘自恢复性和耐老化性的要求。该结构形式如图3所示，本实施例中油渗透交换油孔19为100～500个的孔。对图3结构形式的工作原理简述如下：

这些渗透交换油孔19能使管壁间冷却油道10的变压器油，通过这些小油孔向油纸绝缘芯体8的内部进行渗透、交换。通过这种变压器油的渗透、交换，可以使油纸绝缘芯体8外部电气性能优良的油，置换出其内部处于高场强状态下的油（高场强状态下的油有易于老化的倾向）。

通过这种变压器油的渗透交换，再加上油道间隙的油循环流动散热的效果，使油纸绝缘芯体8内部散热和温度均匀性得到改善，使油纸绝缘芯体8保持良好的绝缘自恢复性和耐老化性。

四．安装到换流变压器上的直流套管，是换流变压器结构中电气绝缘水平要求最高的一个组件，需要有良好的油交换、油循环散热功能，使套管内的油纸绝缘芯体8保持良好的电场均匀性以及良好的电气自恢复性和耐老化性。

为满足和提高上述直流套管的技术性能和要求，本发明充绝缘气体直流套管迷宫式油循环交换结构中，还在套管安装法兰20的下方开设油道孔21（如图4所示），使套管中的油与换流变压器中的油在更大的程度上构成一个油流循环系统，使套管中的油和换流变压器中的油更流畅的连通对流，以提高整个直流套管的油循环散热效果，提高直流套管的电场均匀性、以及良好的绝缘自恢复和耐老化性，保证直流套管的电气性能安全可靠。

本实施例中法兰下方油孔21为4～8个。

技术说明：

上述各项的技术方案措施中，任一项技术方案中的每一个油循环、油对流、油渗透置换的任一个油分子，都有可能随机的交替出现在这些油道孔处，以及油循环、油对流（渗透）置换过程中的任一处。

即可以认为：如果对变压器油中的某一个油分子的运动轨迹进行跟踪，这个油分子运动到达上述四项技术方案中任一个油道孔、油流循环、置换过程中的任一处、以及油纸绝缘芯体内各处的概率基本上是相等的。这个油分子在套管内、变压器油箱内、以及油纸绝缘芯体结构内的运动行走，就像是在迷宫中行走一样，其行走路线是随机的盲然的、但其运行轨迹符合统计概率上的规律，能很好的满足充绝缘气体直流套管的上述技术要求

充绝缘气体直流套管迷宫式油循环交换结构可应用于±200kV、±400kV、±500kV、±800kV等充SF6直流套管中，采用该结构生产的这些直流套管按照GB/T22674-2008国家标准《直流系统用套管》进行了全部的交、直流型式试验项目，均一次性试验合格通过，并且该类型套管在直流输变电线路上挂网运行使用，产品实际运行使用的电气性能和有关的监测质量数据良好。

Claims (7)

1.一种充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：

在充绝缘气体直流套管的卷绕金属管(13)上设有油纸绝缘芯体(8)，该油纸绝缘芯体(8)安装固定在套管安装法兰(20)处；在卷绕金属管(13)的内孔中设有传输电流的载流导管(2)，通过卷绕金属管上端紧固件(16)、卷绕金属管下端紧固件(17)对载流导管(2)和卷绕金属管(13)进行固定连接；该载流导管(2)上开设了多个载流导管下端油道孔(12)以及载流导管油道孔(3)，在卷绕金属管(13)上也开设了多个卷绕金属管上端油道孔(14)和卷绕金属管下端油道孔(15)；

在卷绕金属管(13)的管壁上，沿轴向圆周方向均匀设置多个渗透交换油孔(19)；

所述渗透交换油孔(19)为100～500个的孔；

在套管安装法兰(20)的下方开设法兰下方油孔(21)。

2.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：在载流导管(2)最上方的密封件上设置了密封油塞(4)。

3.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：所述载流导管油道孔(3)为2～4个。

4.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：载流导管(2)和卷绕金属管(13)径向之间具有间隙。

5.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：所述载流导管下端油道孔(12)为2～4个。

6.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：所述卷绕金属管上端油道孔(14)和卷绕金属管下端油道孔(15)各为2～4个。

7.按权利要求1所述的充绝缘气体直流套管的迷宫式油循环交换结构，其特征在于：所述法兰下方油孔(21)为4～8个。