CN1075659C - 直流绝缘套管 - Google Patents

Abstract

一种具有增加了的直流绝缘强度的直流绝缘套管，包括一瓷管，此瓷管组成其下部分并浸没在盛在容器内的绝缘油中；包括装配在瓷管的下端部分，并由覆盖有绝缘套的屏蔽电极组成的下绝缘屏蔽体；包括一个围绕下绝缘屏蔽体外圆周放置，并在屏蔽阻挡层和下绝缘屏蔽体间有油隙的屏蔽阻挡层。

Description

直流绝缘套管

本发明一般涉及一种应用于输电系统的直流绝缘套管。尤其，本发明涉及配备有屏蔽阻挡层的直流绝缘套管的改进构造，而此屏蔽阻挡层包围着一个放置在直流绝缘套管下部分的下绝缘屏蔽体。

不但在日本，在其它国家也一样，电能需求持续稳定地增长，这带来开发更大规模高级输电系统的倾向和系统构造上的错综复杂。此外，考虑到电力企业近年所遇到的状况，发电厂倾向于建在远离电力用户居住的地区。同时，输电系统的规模也在增加。在这种情况下，对输电系统的稳定性和可靠性提出要求，包括：电压的稳定性，更强的抗短路能力等等。为此目的，直流输电被认为是能有效满足上面所提到要求的方式。同时，正在设计用于500KV级的直流输电系统的结构。(此后也称之为DC-500KV输电系统。)要实现那样的DC-500KV输电系统，用于直流设备和机械的直流绝缘套管是不可缺少的。

附图中图1显示了一个装配在变压器装置中的直流绝缘套管。参照附图，在传输线路中使用的变压器装置中，由芯子21和线圈22组成的变压器20安置在充满绝缘油23的容器11内。在此变压器装置中，直流绝缘套管24用于使变压器20的输出或输λ线与容器11绝缘。

关于直流绝缘，值得注意的是如表现出的那样，电场的分布主要由电压分配决定，而电压本身又由绝缘油和绝缘油浸渍纸的电阻系数所决定。因此，要实现令人满意的直流绝缘，除了此前针对交流仪器和/或设备的绝缘中采用的绝缘技术外，还要求实芯绝缘组件，例如，与绝缘油相比有更高电阻系数的绝缘油浸渍纸等的绝缘强度必须提高。

在这些情形下，已提出象附图中图2所示那样的绝缘结构。尤其，图2显示了在专利JP-A-56-81909中所公开的绝缘结构。参照附图，在充满绝缘油的容器11中支撑的瓷管1的下部分上它配有一屏蔽阻挡层6，屏蔽阻挡层6由绝缘油浸渍纸制成，其中放置屏蔽电极3以包围装配在瓷管1下端部的金属法兰盘10，屏蔽电极3用绝缘套或绝缘层4覆盖，而绝缘套或绝缘层4由绝缘油浸渍纸制成以形成一下绝缘屏蔽体5。用上述的绝缘结构，应用时电压在实心绝缘子间分配，同时直流绝缘强度得到加强。通常，在实芯绝缘子是由绝缘油浸渍纸径向叠层制成的情况下，在绝缘油浸渍纸层的厚度方向出现高强度的击穿电场。这样，为了防止电介质击穿发生，从导体2和下绝缘屏蔽体5开始，这些部分的外圆周被纸浆压制成形的屏蔽阻挡层8所包围，屏蔽阻挡层8由绝缘油浸渍纸制成，同时，在屏蔽阻挡层8和下绝缘屏蔽体5间留有油隙7，以允许绝缘油沿油隙7流动。

在此前所知的传统直流绝缘套管中，使用一种矿质油作为绝缘油，同时，实芯绝缘子由用矿质油浸渍的牛皮纸或压板纸制成。在此，要注意矿质油的体积电阻系数比绝缘油浸渍纸的体积电阻系数低一个数量级。随之而来，当加上一直流电压，电压的大部分将由油浸渍纸负荷，而这些绝缘油浸渍纸形成下绝缘屏蔽体5的绝缘套4，结果电场作用在绝缘油浸渍纸层上，而此电场比在油隙7中出现的电场高一个量级。此外，由于结构的或几何的因素，在浸没于油中的下绝缘屏蔽体5上端部分产生的电场显示出最高强度。因为这些原因，用上述传统直流绝缘套管的构造，当然可以对250KV直流电压绝缘。可是，当加上500KV直流电压时，可能发生电介质击穿，从下绝缘屏蔽体5的上端部分开始。

根据上述技术状态，本发明的一个目的是提供一种在下绝缘屏蔽体附近能保证直流绝缘强度的增大和可靠性提高的直流绝缘套管。

由于上面的和其它随着叙述进展而变得明显的目的，本发明针对一种直流绝缘套管，该直流绝缘套管包含一个组成它本身下部分的瓷管，且瓷管浸没在容器中盛的绝缘油中，在瓷管的下端部分有一下绝缘屏蔽体，并包括一用绝缘套覆盖的屏蔽电极，在下绝缘屏蔽体的外圆周围安置一屏蔽阻挡层，同时在屏蔽阻挡层和下绝缘屏蔽体之间形成一油隙。

在上述构造的直流绝缘套管中，按本发明的第一方面讲授了怎样实现屏蔽阻挡层，而从前面提到的油隙的宽度方向看，此屏蔽阻挡层的厚度比油隙的宽度要大。

此外。从本发明的另一方面讲授了用实芯绝缘子制成屏蔽阻挡层，而此实芯绝缘子具有比绝缘油浸渍纸更高的体积电阻系数。

再按本发明的另一方面，讲授了：要这样实现构造屏蔽阻挡层，根据加载直流电压的情况，由屏蔽阻挡层负荷的直流电压部分要高于15％(包含15％)。

仅作为例子，联系附图，通过阅读下面选取的较好实施例的描述，将更易于理解上面的和其他的目的，特征，及本发明随之而来的优点。

在下列描述过程中，将要参照附图，其中：

图1是一个图解式显示一设备的视图，其中装配有此前所知的直流绝缘套管；

图2是一显示此前所知直流绝缘套管的截面图；

图3是表示根据本发明的一示范实施例的一直流绝缘套管的截面图。

图4是显示传统直流绝缘套管主要部分的局部放大剖视图，连同在加载直流电压情况下出现的电场图；

图5是在图3中所示直流绝缘套管的主要部分的局部放大剖视图，连同加载直流电压情况下出现的电场图；

图6是表示根据本发明另一个示范实施例的一直流绝缘套管的截面图。

现在，参照附图，联系目前被认为是较好或典型的实施例详细地描述本发明。在下列描述中，相同参考数字标注贯穿几个视图的相同或相应部分。在下列描述中还应理解为：象“上”，“下”，“顶”，“底”和类似那样的词只是方便词汇，而不解释为限定术语。

图3是一直流绝缘套管的剖视图，此套管是据本发明示范实施例，为用于直流500KV级输电系统而设计的。

参见图3，直流绝缘套管24牢固地装配在充满绝缘油的容器11中，其中用金属法兰盘10把导体2固定在直流绝缘套管24的瓷管1之底部。下绝缘屏蔽体5放置得使金属法兰盘10和导体2的外圆周部分被它包围。为此，下绝缘屏蔽体5由屏蔽电极3和绝缘套4组成，而围绕屏蔽电极3的绝缘套4由绝缘油浸渍皱纹纸缠绕制成。由皱纹纸制成的阻挡层6装在瓷管1的下部分，这样放置以封闭在瓷管1和下绝缘屏蔽体5间形成的间隙。而且，由绝缘油浸渍纸制成的，用作实芯绝缘子的屏蔽阻挡层8如此放置以便盖住阻挡层6的下端部分和下绝缘屏蔽体5的外圆周部分，其中，在屏蔽阻挡层8和下绝缘屏蔽体5间形成油隙以便绝缘油通过油隙7流动。

图5是一显示直流绝缘套管的主要部分的局部放大剖视图，连同在导体2上加载500KV直流电压时，在下绝缘屏蔽体5和屏蔽阻挡层8的顶端部分出现的电场图，而屏蔽阻挡层8与下绝缘屏蔽体5相对放置。从图5中可见，与下绝缘屏蔽体5相对放置的屏蔽阻挡层8有比油隙7的宽度W1更大的厚度W2，在沿油隙7的宽度方向观看时可见。为了比较起见，图4显示了在图2中所示的传统直流绝缘套管现出的电场图。由图4中可见，在此前所知的直流绝缘套管的情况下，屏蔽阻挡层8的厚度W3比由下绝缘屏蔽体5和屏蔽阻挡层8间形成的油隙7的宽度W1更小，这是由于制造上的一些原因。尤其，为了防止可能发生的电介质击穿，从下绝缘屏蔽体5和导体2起实际上配有屏蔽阻挡层8；且此前一直相信没有必要增加屏蔽阻挡层8的厚度，因为沿垂直于实芯绝缘子叠层方向有在实芯绝缘子中的更高电场强度。可是，当屏蔽阻挡层8的厚度W2增加时，如上所述，在传统直流绝缘套管情况下(见图4)由阻挡层6负荷的电压的一部分被转移到屏蔽阻挡层8上，这点由图5可见，结果导致阻挡层6和绝缘套4内部的电场强度相应地降低，所以作为一个整体，直流绝缘套管的绝缘强度可被加强。

插句话说，当屏蔽阻挡层8按25mm的厚度W2制成(此厚度比油隙宽度大)，且在导体2上加载直流500KV电压时，已实验性地实现：穿过下绝缘屏蔽体5的绝缘套4表现的电压比例是66％(例如，由绝缘套4负荷的电压比例)，而屏蔽阻挡层8的负荷比例是34％。相反，当在图4中所示传统直流绝缘套管的导体2上加载500KV电压时，(其中屏蔽阻挡层8的厚度W3是5mm)，由下绝缘屏蔽体5的绝缘套4负荷的电压比例总计高达92％，即由屏蔽阻挡层8负荷的电压比例是8％。从这些实验的示范对比看，将容易理解：由于据本发明直流绝缘套管的构造，在绝缘套4中表现出的电场强度可极大地减缓或减少。这样，按在图3或5中演示的实施例实现的本发明的讲解，可以实现一直流绝缘套管，此套管用于直流输电应用时可保证提高了的绝缘强度和高可靠性。

图6显示的是据本发明的另一实施例，为用于直流500KV输电系统而设计的一直流绝缘套管的剖视图。

图6中所示直流绝缘套管在屏蔽阻挡层的材料和厚度上不同于图3中所示的构造。按现在更明确地，考虑的本发明的手头上的实施例，参考数9标注的屏蔽阻挡层由实芯绝缘子制成，而此实芯绝缘子比绝缘油浸渍纸有更高的体积电阻系数，同时，使屏蔽阻挡层9的厚度大致与传统直流绝缘套管中所用的屏蔽阻挡层8的厚度相同。除这些不同以外，按本发明现在实施例，直流绝缘套管大致与传统套管相同。相应，与图3中所示直流绝缘套管中相同或等价的组件用相同标注数字标明，因此重复的描述省略掉。

在图6所示直流绝缘套管情况下，绝缘套4由绝缘油浸渍纸，例如牛皮纸，压板纸等类似物制成，这些材料的体积电阻系数在10¹⁵到10¹⁶Ωcm之间。现在关心的直流绝缘套管中，屏蔽阻挡层9是由绝缘材料制成，而这些材料的体积电阻系数比油浸渍纸的高一个数量级。作为制造屏蔽阻挡层9的较好绝缘材料，可提及工程塑料材料，例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PTFE(聚四氟乙烯)，PPO(聚苯醚)，PPS(聚亚苯基硫醚)，PMP(聚甲基戊烯)，PE(聚乙烯)等等。通过上面提及材料薄片的铸造，或所说材料的胶片缠绕而制成屏蔽阻挡层9。上面列举的材料有特殊的介电常数，在范围“2”至“3”之间。换句话说，这些材料的介电常数比绝缘油浸渍纸的要低，甚至当导体2上加载浆液电压时也不会导致在油隙中电场的集中。由于这些原因，上面提及的材料更适合制造屏蔽阻挡层9。

在导体2上加载直流电压的情况下，用上述的直流绝缘套管结构，由屏蔽阻挡层9负荷的电压比例要比传统直流绝缘套管的屏蔽阻挡层负荷的电压比例更高。这样，在绝缘材料套4中产生的电场强度可被减低，因此直流绝缘套管的直流绝缘强度随着可靠性的增强而提高。

在此，当用具有最高体积电阻系数，厚度为5mm，略等于油隙7的宽度的PTFE制成屏蔽阻挡层9，且当在导体2上加载500KV直流电压时，可实验性地实现穿过下绝缘屏蔽体5的绝缘套4而表现出的电压比例(换句话说，由绝缘套4负荷的电压比例)是76％，而屏蔽阻挡层9的电压比例是24％。

在图3中所示直流绝缘套管情况下，选择屏蔽阻挡层8的厚度W3比在屏蔽阻挡层8和下绝缘屏蔽体5间形成的油隙7的宽度W1要大，而在图6所示直流绝缘套管中，屏蔽阻挡层9由具有比绝缘油浸渍纸更高体积电阻系数的实心绝缘子制成，因而可以实现由绝缘套4负荷的电压比例的下降。可是，反过来屏蔽阻挡层的厚度或材料可基于预定的由屏蔽阻挡层负荷的电压比例确定。在此，由本申请的发明人进行的实验已显示出：除非由屏蔽阻挡层负荷的电压比例大于15％(包括15％)，否则，在下绝缘屏蔽体5的顶端位置附近，在罩6内沿叠层方向产生的电场，以及在下绝缘屏蔽体5内产生的绝缘油内电场就会变强而导致电介质击穿。由屏蔽阻挡层负荷的，大于15％(包括15％)的电压比例可通过增加屏蔽阻挡层厚度或用有大的体积电阻系数材料制造屏蔽阻挡层而容易实现。

在前面的描述中，假定在图3所示示流套管中的屏蔽阻挡层8是由绝缘油浸渍纸制成。可是，不言而喻，当采用在图6中所示直流绝缘套管中采用的高体积电阻系数绝缘材料如PET或类似物以实现图3中所示屏蔽阻挡层8时，绝缘强度可进一步加强。

此外，在图3和图6各自所示直流绝缘套管中，由屏蔽阻挡层8负荷的电压比例和直流绝缘套管的直流绝缘强度整体上可进一步增加，这主要通过在不使进行热扩散的绝缘油热对流受影响的范围内减少油隙的宽度而达到。

从前述可以判断，按本发明在直流绝缘套管中通过选择从宽度方向看比油隙宽度更大厚度的屏蔽阻挡层，或通过制造比绝缘油浸渍纸有更高体积电阻系数的实芯绝缘子的屏蔽阻挡层的方法，可降低下绝缘屏蔽体的绝缘材料套负荷的电压比例；或改为通过按那样一种构造制造屏蔽阻挡层，使得在加载直流电压情况下，由屏蔽阻挡层负荷的直流电压比例高于15％(包括15％)。用按本发明的直流绝缘套管结构，下绝缘屏蔽体附近的直流绝缘强度可获较大提高，以确保直流绝缘套管的高可靠性。

Claims (4)

1．一种直流绝缘套管，包括：

一种组成所述直流绝缘套管的下部分，并浸没于盛在一容器内的绝缘油之中的瓷管；

一种装配在所述瓷管的下端部分并包括一覆盖有绝缘套的屏蔽电极的下绝缘屏蔽体；

一种围绕所述下绝缘屏蔽体外圆周放置的屏蔽阻挡层，同时在所述屏蔽阻挡层和所述下绝缘屏蔽体间形成油隙，其特征在于，

所述屏蔽阻挡层制成其厚度比当从所述油隙的宽度方向看时的所述油隙宽度要大。

2．一种直流绝缘套管，包括：

一种组成所述直流绝缘套管下部分，并浸没于盛在一容器中的绝缘油内的瓷管；

一种装配在所述瓷管的下端部分，并包括一覆盖有绝缘套的屏蔽电极的下绝缘屏蔽体；

一种围绕所述下绝缘屏蔽体外圆周放置的屏蔽阻挡层，同时在所述屏蔽阻挡层和所述下绝缘屏蔽体间形成油隙，其特征在于，

所述屏蔽阻挡层是由具有比绝缘油浸渍纸更高体积电阻系数的实芯绝缘子制成。

3．按权利要求2的一种直流绝缘套管，其特征在于所述屏蔽阻挡层制成当沿所述油隙宽度方向看时，所述屏蔽罩厚度比所述油隙宽度要大。

4．一种直流绝缘套管，包括：

一种组成所述直流绝缘套管的下部分，并浸没于盛在一容器中的绝缘油内的瓷管；

一种装置在所述瓷管的下端部分并包括一覆盖有绝缘套的屏蔽电极的下绝缘屏蔽体；

一种围绕所述下绝缘屏蔽体外圆周放置的屏蔽阻挡层，同时在所述屏蔽阻挡层和所述下绝缘屏蔽体间形成的油隙，其特征在于，

所述屏蔽阻挡层按这样一种结构制成，使得根据直流电压加载情况，由所述屏蔽阻挡层负荷的所述直流电压比例是高出15％(包括15％)。

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