CN103748641B - 包括绝缘结构的高电压装置 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于高电压电力系统的高电压装置(1)。高电压装置(1)具有降低绝缘结构中的爬电路径的绝缘结构。高电压装置(1)包括围绕第二导体(13)布置用于提供第二导体(13)绝缘的绝缘结构(6)，其中绝缘结构(6)具有在轴向上从其第一端延伸到第二端的连续延伸部，所述第一端提供所述第二导体(13)基本上整个长度的绝缘，绝缘结构的所述第二端围绕所述套管部(11‑1)布置，当高电压装置(1)在使用时，所述第二端(21‑2)围绕套管部(11‑1)至少延伸至套管部(11‑1)的外表面的电势至多等于第一导体(9)的电势和对接平面(4)的电势的平均值的一点。
Description
技术领域
本公开总体上涉及电力系统，且具体涉及一种包括绝缘结构的高电压装置。
背景技术
在高电压应用中，当使高电压导体穿过与具有该高电压导体不同电势的导电结构时，套管用于使该高电压导体绝缘。套管例如使用在变压器和电抗器的感应设备中以便能够提供穿过该设备的接地外壳的高电压导体。
高电压直流(HVDC)变压器由于连接至DC电网而受到AC和DC电压元件的影响。因此，这些变压器需要同时考虑AC和DC电压应力来进行设计。
WO2007/111564公开了一种用于HVDC的高电压绝缘系统和用于制造该绝缘系统的方法。WO2007/111564公开了一种布置在变压器的转塔(turret)中的套管、延伸穿过套管的套管导体、套管导体和从变压器箱延伸的变压器导体之间的连接、以及尤其包括圆柱形绝缘屏障和围绕该连接的变压器绝缘材料的绝缘系统。
如果要满足与超高电压操作有关的安全性规定，则WO2007/111564的装置将在转塔中占据非常大的空间。
JP60193313公开了一种用油填充的直流电气装置。一种具有线圈缠绕的芯部的DC变压器。所述DC变压器用油填充并具有套管。在所述套管的底部处，围绕所述套管端子提供有绝缘屏蔽。所述套管端子和所述芯部使用绝缘高压引线连接，所述高压引线包括具有绝缘层的引线。
EP0795877公开了一种具有增大的DC介电强度的DC套管，并且包括构成其下部并浸入箱内容纳的绝缘油中的陶瓷管，下部绝缘屏蔽被提供在所述陶瓷管的下端部处，并且由用绝缘盖所覆盖的屏蔽电极和围绕所述下部绝缘屏蔽的外围放置的屏蔽屏障组成，所述屏蔽屏障具有在所述屏蔽屏障和所述下部绝缘屏蔽之间限定的油隙。从其横向方向上看，所述屏蔽屏障的厚度大于所述油隙的宽度。
因此，需要改进现有的总体上用于高电压的应用，且特别是用于HVDC应用的绝缘方案。
发明内容
本公开的总体目的是提供一种高电压装置，其中绝缘系统在满足与超高电压设备有关的安全性需求的同时占据较小的空间。
另一个目的是提供一种紧凑但可靠的高电压装置。
因此，在本公开的第一个方面中，提供一种用于高电压电力系统的高电压装置，所述高电压装置包括：限定高电压装置的第一例和第二侧之间的接口的对接平面；具有由对接平面接收的套管部从而式的使套管从高电压装置的第一例延伸至第二侧的套管；延伸穿过套管的第一导体，所述第一导体从高电压装置的第二侧处的套管部突出；在第二侧处连接至第一导体的第二导体；以及布置在第二导体周围用于提供第二导体的绝缘的绝缘结构，其中所述绝缘结构在轴向上从提供第二导体的整个长度的基本绝缘的其第一端至布置在套管部周围的绝缘结构的第二端具有连续的延伸部，其中当高电压装置在使用时，所述第二端围绕套管部延伸至少到套管部的外表面的电势至多等于第一导体的电势和对接平面的电势的平均值的一个点。
通过提供连续延伸的使得第二导体、第一导体、第一导体和第二导体之间的连接、并且还有高电压装置的第二侧上的套管部绝缘的绝缘结构，提供了没有任何间隙的绝缘表面。因此，能够获得没有爬电路径的绝缘结构。
爬电路径取决于设备中所使用的电压水平。对于诸如在HVDC系统中使用的800-1100kV的超高电压，爬电路径必须非常长。由于通过使用本绝缘结构，不需要爬电路径，该绝缘结构以及由此本高电压装置的绝缘系统可以设计得更紧凑。因此，高电压装置可以设计成占用较小的空间，其中需要较少的材料以制造高电压装置。
有利地，借助于本绝缘结构，由于高电压装置可以设计得比现有技术中的更小，因此在制造高电压装置期间可以节约成本。而且，由于绝缘结构的设计不具有爬电路径，因此本公开提供了更可靠的绝缘结构并由此提供操作时更可靠的高电压设备。由于不存在爬电路径，因此可以实现降低形成电弧的风险。
绝缘结构可以延伸至套管部的外表面的电势基本上等于对接平面的电势的一个点。
绝缘结构可以通过将提供围绕套管部的绝缘的第一绝缘部和提供第二导体的绝缘的第二绝缘部接合来形成。因此，现有的绝缘系统可以容易地修改成消除爬电路径。
第一绝缘部和第二绝缘部可以借助于绝缘纤维素材料的层接合在一起。
该层可以缠绕在第一绝缘部和第二绝缘部之间的接合处周围，借此形成作为一片绝缘结构的绝缘结构。
绝缘结构可以由纤维素材料构成。
第一侧可以为空气侧而第二侧可以为流体介电媒质侧。
高电压装置可为HVDC换流变压器。
第二导体可以连接至高电压装置的变压器绕组。
对接平面可以为转塔壁。
附加的特征和优点将在以下内容中公开。
附图说明
本发明及其优点将通过参考附图的非限制性实例进行描述，其中：
图1a为用于高电压直流应用的高电压装置的实例的局部的示意图。
图1b为输电网的一部分中的高电压装置的示意单线图。
图2a为图1a中的高电压装置的绝缘结构和套管的一部分的原理图。
图2b为高电压装置的另一个实例。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释和非限制性的目的，给出诸如特定的技术和应用的具体细节，以提供对本公开的全面理解。然而，本领域技术人员会明白，本公开可以脱离这些具体细节的其它实施方式中实现。在其它情形中，省略了公知的方法和装置的详细描述以便不以非必须的细节而使描述难以理解。
本公开涉及高电压装置及其用于套管和与套管相关联的导体的绝缘结构。特别地，绝缘结构布置用于为套管和导体提供绝缘以便套管能够被具有与导体不同电势的对接平面所接收。典型地，对接平面为接地平面。
根据本公开的高电压装置例如可以通过诸如HVDC换流变压器、用于交流的电力变压器或平滑电抗器的感应设备来举例说明。
参考图1a，高电压装置1的第一个实例将得以更详细地描述。特别是在该第一实例中，高电压装置1由HVDC换流变压器来举例说明。
高电压装置1，其中与本公开不相关的细节被省略，包括被提供具有开口的箱3、具有转塔壁5-1的转塔5，其中所述转塔5布置在箱3的开口周围、布置在箱3中的感应变压器铁芯7、套管11以及绝缘结构6。
转塔壁5-1和箱3给出对接平面5-2并接地。对接平面形成高电压装置1的接地平面5-2。转塔5和箱3形成高电压装置1的壳体。
箱3和转塔5，即壳体，使用介电媒质，典型地是诸如变压器油的介电流体进行填充。在一个实施例中，绝缘结构6可以浸入在介电媒质中。
套管11具有布置在转塔5中的套管部11-1、延伸穿过套管11的第一导体9和连接至第一导体9的第二导体13。第二导体13可以与高电压装置1的次级绕组直接物理连接，或者可替换地与高电压装置1的初级绕组直接物理连接。因此，第二导体13可以连接至高电压装置1的变压器绕组。
绝缘结构6被布置用于提供围绕第一导体9、第二导体13和套管部11-1的至少一部分的绝缘。
充当套管11的支撑的转塔5，可以借助于诸如螺杆接合的多个紧固装置和密封装置固定至箱3以提供密封的结构，从而使得任意流体介电媒质包含在高电压装置1的内部。可替换地，通过将转塔5焊接至箱3，转塔5可以固定至箱3。在一个实施例中，转塔和箱可以形成为集成的一体结构。
在一个实施例中，转塔相对于箱可以具有零高度延伸，即箱不具有凸出的转塔，借此套管直接布置在高电压装置的箱中。在这一实施例中，箱单独地形成接地平面，套管通过接地平面被接收。
要注意的是，HVDC换流变压器典型地具有多于一个的转塔，例如多个转塔，而每一个转塔中布置一个套管。在一个实施例中，高电压设备的阀门侧，即可连接至功率转换器的一侧上的每一个转塔的绝缘结构，具有相同的结构。
参考图2a，将更详细地描述布置在套管部11-1周围的绝缘结构6。
要注意的是，用于例如HVDC换流变压器的绝缘系统除了绝缘结构6之外，典型地还包括进一步的绝缘部，例如用于屏蔽第一和第二导体9、13之间的连接的屏蔽电极和围绕所述导体轴向延伸的一个或多个压板屏障。图2中省略这些和其它部件以提供绝缘结构6的清楚阐释。
对接平面，即接地平面5-2，限定高电压装置1的第一侧25-1和第二侧25-2之间的接口。在一个实施例中，第一侧25-1可以为空气侧，例如在高电压装置1的壳体3外部的侧。第二侧25-2可以为诸如油填充侧的流体介电媒质侧。套管11由接地平面5-1的开口22，即转塔壁5-1中的开口所接收。
可替换地，在不具有转塔的高电压装置的实施例中，套管可以由对接平面4，举例来说，诸如高电压装置的壳体的接地平面中的开口直接接收，如图2b所示。
当套管11布置在接地平面5-2中时，套管部11-1凸出在接地平面5-2的第二侧25-2上。第一导体9延伸穿过套管11并从第二侧25-2处的套管部11-1凸出。第一导体9和第二导体13在第二侧25-2处电连接，由此形成连接19。
绝缘结构6具有在其第一端21-1和第二端21-2之间连续延伸的本体6-1。
在图2a的实例中，绝缘结构6布置在高电压装置1的第二侧25-2处的第一导体9和第二导体13周围。绝缘结构6被布置从而使得其从箱3的内部延伸至转塔5中而不会产生沿着轴A的任何轴向间隙。轴A由转塔5中的第一导体9和第二导体13限定。因此，绝缘结构6沿着转塔5中的轴A连续延伸。换句话说，绝缘结构6在转塔5中连续延伸从而使得其围绕并接收第一导体9、第二导体13以及布置在转塔5中的套管部11-1的至少一部分。
一般来说上述绝缘结构的装置也适用于不具有转塔的高电压装置的实施例，其中套管由不是转塔壁的接地平面中的开口所接收。
在绝缘结构6的一个变形中，绝缘结构6具有轴向延伸部从而使得其在第二侧25-2上接收套管部11-1的最宽部23周围。绝缘结构6由此围绕套管部11-1从而使得其在第二侧25-2处围绕套管部11-1的最宽部23而不会在第二侧25-2上产生沿着绝缘结构的延伸部的任何间隙。
绝缘结构6围绕第二导体13布置并在与轴A共轴的轴向上连续延伸从而使得其接收或覆盖套管部11-1的一部分。在一个实施例中，绝缘结构6从其第一端21-1连续延伸至与其第二端21-2，所述第二端21-2与套管部11-1的一个点基本上齐平，其中当高电压装置1在使用时，套管部11-1的外表面的电势至多等于第一导体9的电势和对接平面5-1的电势的平均值。电势沿着套管部11-1的外表面在轴向上朝向接地平面5-2中的开口22线性降低。套管部11-1经受的最大电势通常在第一导体9从其凸出的末端部获得。
通过为绝缘结构6提供接地平面5-2的第二侧25-2上的连续本体，从而使得其在朝向套管部11-1的对接平面的方向上，围绕套管部11-1至少延伸至一个点，其中当高电压装置1在使用时，套管部11-1的外表面具有至多等于第一导体9的电势和对接平面的电势的平均值的电势，消除了现有技术中产生的爬电路径。因此可以在高电压装置1中获得更紧凑的绝缘系统。因此，包括高电压装置1的绝缘结构6的绝缘系统可以减小尺寸，借此能够减小高电压装置的尺寸。
在一个实施例中，绝缘结构的第一端终止于距离连接19的如下轴向距离处，该轴向距离使得绝缘结构承受绝缘结构在连接19处承受的DC电压水平的50％或更小。
在一个实施例中，绝缘结构延伸至对接平面，即接地平面。在这一情形下，绝缘结构的第二端基本上与接地平面物理接触。可替换地，第二端可以与接地平面或与接地平面相关联的接地部件实际上物理接触。因此，绝缘结构的第二端可以至套管部的电势基本上等于对接平面的电势的一个点处接收套管部。
在一个实施例中，在绝缘结构和接地平面之间存在间隙，即绝缘结构的第二端与对接平面隔开一段距离。在这一实施例中，由于套管周围的电势在绝缘结构的第二端和对接平面之间的区域中足够低，因此不需要在绝缘结构和对接平面之间的间隙中提供额外绝缘。
在绝缘结构的一个实例中，绝缘结构在制造时可以被形成为集成的单片本体。可替换地，绝缘结构可以通过接合第一绝缘部和第二绝缘部而形成。第一绝缘部可以例如为套管绝缘屏障，且第二绝缘部可以为变压器绝缘子。第一绝缘部和第二绝缘部在这一情形下可以例如通过将，举例来说，诸如纸的纤维素材料的绝缘材料缠绕在第一绝缘部和第二绝缘部之间的接合处周围来接合。在一个实施例中，绝缘结构可以由多于两个部件构成。
绝缘结构6可以由诸如压板或纸的纤维素材料制成。
本公开提供一种具有绝缘结构的高电压装置，所述绝缘结构导致高电压装置中的绝缘系统更紧凑，并由于减小的爬电路径，导致更可靠的高电压装置中的绝缘系统。绝缘结构尤其可以适用于具有集成壳体的高电压装置。这一装置的一个实例是具有集成转塔的变压器，例如转塔和箱集成在一起的壳体。可以设想，本公开将应用于HVDC变压器、平滑电抗器、用于AC网络的AC变压器和电抗器以及HVDC或FACTS环境中的其它类似设备。尤其是，该绝缘结构可以使用在套管布置成通过接地平面被接收的任意高电压应用中。
本领域技术人员认识到本发明绝非以任何方式限制于上述实例。相反，在所附权利要求书的范围内可以有许多修改或变形。
Claims (10)
1.一种用于高电压电力系统的高电压装置(1)，所述高电压装置(1)包括：
对接平面(4；5-2)，限定所述高电压装置(1)的第一侧(25-1)和第二侧(25-2)之间的接口，
套管(11)，具有由所述对接平面所接收的套管部(11-1)，借此所述套管(11)从所述高电压装置(1)的所述第一侧(25-1)延伸至所述第二侧(25-2)，
第一导体(9)，延伸穿过所述套管(11)，所述第一导体(9)从所述高电压装置(1)的第二侧(25-2)处的所述套管部(11-1)凸出，
第二导体(13)，在所述第二侧(25-2)处连接至所述第一导体(9)，以及
绝缘结构(6)，围绕所述第二导体(13)布置，用于提供所述第二导体(13)的绝缘，其中所述绝缘结构(6)具有在轴向方向上从其第一端(21-1)延伸到第二端(21-2)的连续延伸，所述第一端(21-1)提供所述第二导体(13)整个长度的绝缘，所述绝缘结构的所述第二端(21-2)围绕所述套管部(11-1)布置，当所述高电压装置(1)在使用时，所述第二端(21-2)围绕所述套管部(11-1)至少延伸至所述套管部(11-1)的外表面的电势至多等于所述第一导体(9)的电势与所述对接平面(4；5-2)的电势的平均值的一点。
2.根据权利要求1所述的高电压装置(1)，所述绝缘结构延伸至所述套管部(11-1)的所述外表面的电势基本上等于所述对接平面(4；5-2)的电势的所述套管部(11-1)的一点。
3.根据权利要求1或2所述的高电压装置(1)，其中所述绝缘结构(6)通过接合提供围绕所述套管部的绝缘的第一绝缘部和提供所述第二导体(13)的绝缘的第二绝缘部来形成。
4.根据权利要求3所述的高电压装置(1)，其中所述第一绝缘部和所述第二绝缘部借助于绝缘纤维素材料的层接合在一起。
5.根据权利要求4所述的高电压装置(1)，其中所述层围绕所述第一绝缘部和所述第二绝缘部之间的接合处缠绕，借此形成单片绝缘结构的所述绝缘结构。
6.根据权利要求1或2所述的高电压装置(1)，其中所述绝缘结构(6)由纤维素材料构成。
7.根据权利要求1或2所述的高电压装置(1)，其中所述第一侧(25-1)为空气侧且所述第二侧(25-2)为流体介电媒质侧。
8.根据权利要求1或2所述的高电压装置(1)，所述高电压装置为HVDC换流变压器。
9.根据权利要求1或2所述的高电压装置(1)，其中所述第二导体(13)连接至所述高电压装置(1)的变压器绕组。
10.根据权利要求9所述的高电压装置(1)，其中所述对接平面(5-2)为转塔壁(5-1)。
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