CN103345990B - 一种应用于高压超导电力设备的出线套管 - Google Patents

Abstract

一种应用于高压超导电力设备的出线套管，由玻璃钢护套（1）、低温胶浸纸（2）、引线（3）和伞裙（4）组成；由紧固螺母（5）和密封垫圈（6）组成的夹紧机构安装在低温容器盖板上；玻璃钢护套（1）、低温胶浸纸（2）和引线（3）的上端位于室温环境，下端插入低温容器中；玻璃钢护套（1）的上部安装有伞裙（4）以减小引线（1）对低温容器上盖板的沿面爬电。所述的玻璃钢护套（1）和伞裙（4）采用玻璃钢棒材加工而成，所述的低温胶浸纸（2）采用耐低温、高耐压强度、易浸渍的聚芳酰胺纸（Nomex）、聚丙烯层压纸（PPLP）或聚酰亚胺玻璃丝布复合纸与低温胶或漆采用真空压力灌封或真空压力浸渍工艺制成。

Description

一种应用于高压超导电力设备的出线套管

技术领域

本发明涉及一种高压超导电力设备的出线套管。

背景技术

近些年来，高压超导电力设备的研究开发取得了较大进展，超导变压器、超导电抗器、超导限流器等超导电力设备进入了示范运行阶段。与应用于科学仪器、医疗设备的强场超导装置不同，超导电力设备面临过压、过流冲击，采用液氦冷却或制冷机传导冷却比较困难等问题。超导电力设备大都运行在液氮温区，一般是把超导线圈装配在保温性能良好的低温容器内，采用液氮蒸发冷却或液氮加制冷机迫流循环冷却。

无论采用哪种冷却方法，超导电力设备的电流引线或测量引线都要从室温过渡到77K液氮温区或更低到65K的过冷液氮温区。应用于科学仪器和医疗设备的强场超导装置大都工作在直流、稳态情况下，引线与低温容器之间的电压只有几伏到几十伏，所以主要的出线技术都集中在减小由室温到低温的热传导上。而超导电力设备的电流引线，除了考虑热传导以外，更为重要的是电流引线的高电压绝缘问题。超导电力设备的出线套管技术需要解决从室温过渡到77K、甚至65K的高压低温绝缘技术。对于超导电力设备而言，电流引线或测量引线一般采用低电阻率的紫铜材料，但是铜的热导率也非常好，裸露在低温容器外的引线极易结霜，这对出线结构的高电压绝缘技术提出了更高的要求。

目前高压电力设备大都采用油纸套管，它的主绝缘为油浸纸芯子，芯子经真空干燥后由变压器油真空浸渍而成，虽然油纸套管具有优良的电气性能，但是油纸结构无法应用于液氮温区。中国实用新型专利200920032778.8公开了一种应用于常规高压电力设备的胶浸纸套管。它是在绝缘纸卷成芯子后，采用低粘度、低损耗、无溶剂的合成树脂对芯子进行真空浸渍，然后通过加热、加压固化后制成。常规电力设备胶浸纸套管通常采用电缆皱纹纸，浸渍胶采用普通环氧胶，另外其外部护套和伞裙采用硅橡胶材料，在低温下容易开裂，其采用的材料和结构工艺都也无法应用于液氮温区。中国发明专利201210042720.5公开了一种应用于超导电力装置的高压绝缘电流引线，其直接将铜引线套入玻璃钢套管中，通过环氧胶密封，并未采用胶浸纸结构。美国发明专利US7709738B2公开了一种应用于超导电缆的绝缘套管，其采用复杂的三温区结构，常温区绝缘与常规电力设备相同，中温区绝缘在电容芯子和环氧绝缘的基础上，增加了保温结构，低温区绝缘为电容芯子和环氧绝缘结构，也没有采用胶浸纸结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有油浸纸套管、硅橡胶护套胶浸纸套管无法应用于低温环境、普通玻璃钢套管存在的耐压低、局部放电量大等缺点，提出一种应用于高压超导电力设备的高耐压、低局放的胶浸纸出线套管结构。

本发明应用于高压超导电力设备的出线套管主要由玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙等部件组成。所述出线套管通过由紧固螺母和密封垫圈组成的夹紧机构固定安装在低温容器盖板上,低温容器盖板位于两个密封垫圈之间，两个紧固螺母分别位于两个密封垫圈的上面和下面。玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙均为同心圆柱结构，从内到外依次为引线、低温胶浸纸、玻璃钢护套和伞裙。玻璃钢护套、低温胶浸纸和引线的上端位于室温环境，玻璃钢护套、低温胶浸纸和引线的下端插入低温容器中。玻璃钢护套的上部安装有伞裙，以减小铜引线对低温容器上盖板的沿面爬电。玻璃钢护套和伞裙采用高密度、耐低温、低局放的玻璃钢棒材加工而成；所述的低温胶浸纸采用耐低温、高耐压强度、易浸渍的聚芳酰胺纸（Nomex）或聚丙烯层压纸（PPLP）或聚酰亚胺玻璃丝布复合纸与低温胶或漆制成，采用真空压力灌封或真空压力浸渍工艺制作。

为了满足在不同电压、不同电流的出线装置上应用，本发明可以采用以下四种技术方案：

第一种应用于高压超导电力设备的出线套管为最基本的结构，可应用于35kV及以下电压等级小电流引线。该出线套管由玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙组成。该出线套管由紧固螺母和密封垫圈组成的夹紧机构固定安装在低温容器盖板上。对于小电流引线出线套管，由于引线较细，传导热不明显，因此，采用环氧玻璃钢护套和低温胶浸纸的复合结构可同时起到绝缘和绝热作用；

第二种出线套管为应用于35kV以上电压等级小电流引线的出线套管结构，由玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙组成。与35kV及以下电压等级出线套管不同的是，由于电压较高，在低温胶浸纸的内部采用了由多组金属箔制成的电容芯子，电容芯子与出线套管同轴布置，电容芯子的长度由轴中心向外依次减小，可提高电场分布的均匀性；

第三种出线套管为应用于35kV及以下电压等级大电流引线的出线套管结构，主要组件仍然是玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙。与第一种方案不同，由于大电流超导电力设备的电流引线很粗，为了减少漏热，在上下两个密封垫圈之间除了低温容器盖板之外，还增加了保温护套，保温护套位于玻璃钢护套的外部，在上、下两个密封垫圈之间，低温容器盖板下方。由于保温护套为多孔材料，如果低温容器盖板为金属材料，为了降低保温护套中的局部放电，保温护套的内壁也需采用金属管制作，与低温容器管壁等电位。

第四种出线套管为应用于35kV以上电压等级大电流引线的出线套管结构，主要组件仍然是玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞裙。由于电压较高，在低温胶浸纸的内部采用了由多组金属箔支撑的电容芯子，可提高电场分布的均匀性；由于电流较大，为了减少漏热，在上下两个密封垫圈之间除了低温容器盖板之外增加了保温护套，保温护套位于低温容器盖板下方、玻璃钢护套的外部。由于保温护套为多孔材料，如果低温容器盖板为金属材料，为了降低保温护套中的局部放电，保温护套的内壁也需采用金属管制作，与低温容器管壁等电位。

本发明应用于高压电力设备的出线套管具有局部放电量低、耐压强度高、力学稳定性和热稳定性高等优点，其维护和安装方便，气密性极好，可应用于各种不同电压等级和电流的超导电力设备。

附图说明

图1为本发明实施例1应用于35kV及以下电压等级小电流超导电力设备出线套管外型结构示意图；

图2为实施例1应用于35kV及以下电压等级小电流超导电力设备出线套管组成结构图；

图3为实施例2应用于35kV以上电压等级小电流超导电力设备出线套管组成结构图；

图4为实施例3应用于35kV及以下电压等级大电流超导电力设备的出线套管结构示意图；

图5为实施例4应用于35kV以上电压等级大电流超导电力设备的出线套管组成结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明出线套管主要由玻璃钢护套1、低温胶浸纸2、引线3和伞裙4等部件组成。所述出线套管通过由紧固螺母5和密封垫圈6组成的夹紧机构固定安装在低温容器盖板上。玻璃钢护套1、低温胶浸纸2、引线3和伞裙4均为同心圆柱结构，从内到外依次为引线3、低温胶浸纸2、玻璃钢护套1和伞裙4。玻璃钢护套1、低温胶浸纸2和引线的上端位于室温环境，玻璃钢护套1、低温胶浸纸2和引线3的下端插入低温容器中。玻璃钢护套1的上部安装有伞裙4。

图1所示为实施例1应用于35kV及以下电压等级小电流超导电力设备出线套管外型结构示意图。图2所示为实施例1应用于35kV及以下电压等级较小电流超导电力设备的出线套管具体组成结构图。所述应用于高压超导电力设备的出线套管由环氧玻璃钢护套1、低温胶浸纸2、引线3和伞裙4等主要部件组成，所述出线套管通过由紧固螺母5和密封垫圈6组成的夹紧机构固定安装在低温容器盖板上。对于小电流引线出线套管，由于引线较细，漏热不严重，采用绝缘结构可同时实现绝热。

图3所示为实施例2应用于35kV以上电压等级较小电流超导电力设备的出线套管结构示意图。与实施例1相同，所述的出线套管由环氧玻璃钢护套1、低温胶浸纸2、引线3和伞裙4等主要部件组成，所述的出线套管由紧固螺母5和密封垫圈6组成的夹紧机构安装在低温容器盖板上。对于35kV以上超导电力设备的出线套管，电场均匀性设计更为重要，在低温胶浸纸2内部，增加了由金属箔制成的电容芯子7，电容芯子7与出线套管同轴布置，电容芯子7的长度由轴中心向外依次减小，可提高电场分布的均匀性。对于小电流引线出线套管，由于引线较细，漏热不严重，采用绝缘结构可同时实现绝热。

图4所示为实施例3应用于35kV及以下电压等级大电流超导电力设备的出线套管结构示意图。与实施例1和2相同，所述的出线套管由环氧玻璃钢护套1、低温胶浸纸2、引线3、伞裙4几个主要部件组成，通过由紧固螺母5和密封垫圈6组成的夹紧机构安装在低温容器盖板上。由于高压大电流超导电力设备的铜引线很粗，为了减少漏热，在上下两个密封垫圈6之间除了低温容器盖板外，还增加了保温护套8，保温护套8位于低温容器盖板下方、玻璃钢护套1的外部。由于保温护套8为多孔材料，当低温容器和低温容器盖板为金属材料制作时，为了降低保温护套8中的局部放电，保温护套8的内壁也需采用金属管制作，与低温容器壁等电位。

图5所示为实施例4应用于35kV以上电压等级大电流超导电力设备的出线套管组成结构图。实施例4与实施例2相同的是，由于设备电压较高，为了均匀电场，在出线套管的低温胶浸纸2内部，增加了由金属箔制成的电容芯子7组件，电容芯子7与出线套管同轴布置，电容芯子7的长度由轴中心向外依次减小，可提高电场分布的均匀性。实施例4与实施例3相同的是，由于高压大电流超导电力设备的铜引线很粗，为了减少漏热，在上下两个密封垫圈6之间除了低温容器盖板外，还增加了保温护套8，保温护套8位于低温容器盖板下方、玻璃钢护套1的外部。由于保温护套8为多孔材料，当低温容器和低温容器盖板为金属材料制作时，为了降低保温护套8中的局部放电，保温护套8的内壁也需采用金属管制作，与低温容器壁等电位。

Claims (5)

1.一种应用于高压超导电力设备的出线套管，其特征在于，所述的出线套管由玻璃钢护套(1)、低温胶浸纸(2)、引线(3)和伞裙(4)组成；所述出线套管通过由紧固螺母(5)和密封垫圈(6)组成的夹紧机构固定安装在低温容器盖板上；玻璃钢护套(1)、低温胶浸纸(2)、引线(3)和伞裙(4)均为同心圆柱结构，从内到外依次为引线(3)、低温胶浸纸(2)、玻璃钢护套(1)和伞裙(4)；玻璃钢护套(1)、胶浸纸(2)和引线(3)的上端位于室温环境，玻璃钢护套(1)、胶浸纸(2)和引线(3)的下端插入低温容器中；玻璃钢护套(1)的上部安装有伞裙(4)；所述的低温胶浸纸(2)采用聚芳酰胺纸或聚丙烯层压纸或聚酰亚胺玻璃丝布复合纸与低温胶或漆制成，制作工艺为真空压力灌封或真空压力浸渍。

2.根据权利要求1所述的出线套管，其特征在于，所述的玻璃钢护套(1)和伞裙(4)采用玻璃钢棒材加工而成。

3.根据权利要求1所述的出线套管，其特征在于，所述的出线套管应用于35kV以上的超导电力设备时，在低温胶浸纸(2)的内部布置有由金属箔制成的电容芯子(7)，电容芯子(7)与出线套管同轴布置，电容芯子(7)的长度由轴中心向外依次减小。

4.根据权利要求1所述的出线套管，其特征在于，所述的出线套管应用于超导电力设备的大电流引线时，在上下两个密封垫圈(6)之间有保温护套(8)，保温护套(8)位于玻璃钢护套(1)的外部，在低温容器盖板的下方。

5.根据权利要求4所述的出线套管，其特征在于，当低温容器盖板为金属材料制作时，所述的保温护套(8)的内壁采用金属管制作，与低温容器壁等电位。