CN108766680B - 一种超导电力装置的低温高电压绝缘装置 - Google Patents
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Abstract
一种超导电力装置的低温高电压绝缘装置，由柱体(9)和多个伞裙(10)构成。柱体(9)与伞裙(10)同轴，且多个伞裙(10)沿柱体(9)轴向均匀分布，间隔相等。柱体(9)是机械应力承载的主体，可在吊装超导装置(10)中承载拉伸机械应力，在支撑超导装置中承载支撑机械应力。伞裙(10)能够提高沿面闪络耐压强度。柱体(9)和伞裙(10)为一体结构，用于超导装置(2)在低温容器(3)内的低温高电压绝缘与机械安装。
Description
技术领域
本发明涉及一种超导电力装置的绝缘装置。
背景技术
超导电力技术是利用超导体的零电阻、高载流密度、强磁场等特性发展起来的电力应用技术，在提高电网的输送能力、降低电网损耗、改善电能质量、增强电力系统的稳定性和可靠性、实现电力设备的轻量化和高功率密度化等方面将发挥不可替代的作用，被美国能源部誉为21世纪电力工业唯一的高技术储备，是当今电力技术最活跃的研究领域之一。超导电力技术主要包括超导限流器、超导储能系统、超导变压器、超导电缆、多功能超导电力装置以及基于超导电感的柔性交流输电技术(FACTS)等。超导电力技术经过近二十年的快速发展，已经实现了在电压较低的配电网的示范应用，正在向更高电压等级的输电网、实用化和产业化方向发展。
超导电力装置的核心部件是超导线圈等器件及维持低温环境的低温容器。除超导变压器外的低温容器都采用金属材质，且低温容器是接地安装。超导装置则采用悬吊或支撑的方式安装于低温容器的中心位置。由于超导装置浸泡在液氮或液氦等沸腾的冷却剂中，超导装置自身热损耗与低温容器漏热导致制冷剂内部有大量气泡存在，极端条件下可能形成气体通路甚至完全气化。因沿面闪络电压比纯气体、液体或固体单独作绝缘介质时的击穿电压要低得多，所以从超导装置到低温容器的最小击穿电压，即二者间的耐压水平，是沿悬吊杆或支撑体的沿面放电电压。因此提高沿悬吊杆或支撑体的沿面放电电压水平，可以有效的减小低温容器的体积、降低制冷剂的用量，是超导电力装置的核心技术。
为了提高超导装置与低温容器间的耐压水平，目前通行的技术手段是延长悬吊或支撑体的长度，例如文献Physics Procedia 36(2012)921～926采用增加支撑体长度的方法改善耐压水平、文献IEEE Trans.Appl.Supercond.,16,2006,pp.658-661采用延长悬吊杆长度来提高耐压强度。而专利CN105190787A、ZL 2012 1 0042720.5和CN201510424094.X等主要解决了超导电力装置在低温容器中两根终端出线的技术问题。
常规绝缘子结构可以大幅提高在空气中的沿面闪络电压，但常规绝缘子(陶瓷、玻璃和复合绝缘子)在低温环境中易裂易碎，不能应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种超导电力装置的低温高电压绝缘装置。本发明缩短了超导装置悬吊杆或支撑体的长度，大幅度减小低温容器的体积，从而有效减小制冷剂的用量，减小低温容器的漏热。本发明可以提高沿悬吊杆或支撑体的沿面放电电压水平，有效的减小低温容器的体积、降低制冷剂的用量。
本发明由柱体和伞裙组成，柱体和伞裙由G10玻璃钢材质一体化加工成型.玻璃钢—G10在低温下具有优良绝缘性能和机械性能。并且，本发明增加了吊杆或支撑体的沿面路径，从而提高吊杆或支撑体的沿面闪络电压，达到缩短吊杆或支撑体直线长度的目的。
本发明由柱体和多个伞裙构成，柱体和伞裙为一体结构。柱体与伞裙同轴，多个伞裙沿柱体轴向均布，间隔相等，柱体与伞裙为一体结构。柱体是本发明的中心轴体，是机械应力承载的主体，用于吊装超导装置时承载拉伸机械应力，用于支撑超导装置时承载支撑机械应力。伞裙可提高沿面闪络耐压强度。本发明可用于超导装置在低温容器内的低温高电压绝缘安装，可用于超导装置在低温容器内的悬吊、支撑或二者组合的安装方式，通过本发明将超导装置固定在低温容器内部，并确保超导装置与低温容器之间有充分的绝缘距离。本发明用作吊杆、支撑体等，实现超导装置在低温容器内的机械固定，确保超导装置与低温容器的空间距离，并通过本发明大幅提高吊杆、支撑体等机械连接体的沿面闪络耐压水平，在解决低温高电压绝缘的问题的同时，大幅减小低温容器的体积。
单个伞裙的直线长度为d、单个伞裙最短沿面路径为l。单个伞裙最短沿面路径l是单个伞裙直线长度d的2.2-3倍。这样吊杆或支撑体的沿面闪络电压等同于垂直距离的气体或液体的击穿电压。如此，可以根据高压超导电力设备主绝缘耐压U和制冷剂饱和蒸汽的击穿电压V，确定伞裙的数量，从而确定了吊杆或支撑体长度。以常压液氮作为制冷剂、主绝缘耐压U＝395kV的高压电力设备为例，氮气饱和蒸汽的击穿电压V＝3kV/mm，单个伞裙间的直线距离为d＝30mm，则需要5个伞裙。
本发明可以用于立式悬吊超导磁体等超导装置的吊杆，利用三支或多支本发明把超导装置同轴悬吊在低温容器内；也可以作为具有剧烈震动或摆动风险的立式悬吊超导磁体等超导装置的底部支撑体，把超导装置与低温装置同轴安装；还可以用作卧式超导磁体、超导电缆等超导装置的支撑体，把超导装置与低温装置同轴安装。
附图说明
图1为低温绝缘子示意图；
图2为超导装置立式吊装实施例；
图3为超导装置立式吊装底部支撑实施例；
图4为超导装置立式支撑安装实施例；
图5为超导装置卧式支撑安装实施例，图中：1吊杆，2超导装置，3立式低温容器，4低温容器盖板，5支撑体，6轴向承重支撑体，7卧式低温容器，8高压套管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明采用在低温下具有优良电绝缘性能和机械性能的玻璃钢—G10材质，伞裙一体化加工成型结构，在4.2K-77.3K的低温区具有可靠的机械性能和高的低温高电压绝缘性能。
如图1所示，本发明由柱体9和多个伞裙10构成，柱体9和伞裙10由G10玻璃钢材质一体化加工成型；柱体9与伞裙10同轴，且多个伞裙10沿柱体9轴向均匀分布，间隔相等。柱体9是本发明的中心轴体，是机械应力承载的主体，在吊装超导装置应用中承载拉伸机械应力，在支撑超导装置应用中承载支撑机械应力；伞裙10可以提高沿面闪络耐压强度；柱体9和伞裙10为一体结构，是本发明的主体部分，用于超导装置2在立式低温容器3内的低温高电压绝缘与机械安装，可用于超导装置2在立式低温容器3内的悬吊、支撑或二者组合的安装方式。通过本发明将超导装置2固定在立式低温容器3或卧式低温容器7内部，并确保超导装置2与立式低温容器3或卧式低温容器7之间有充分的绝缘距离；本发明用作吊杆1、支撑体5或轴向承重支撑体6等，实现超导装置2在低温容器3或卧式低温容器7内的机械固定，确保超导装置2与低温容器3或卧式低温容器7的空间距离，并通过本发明大幅提高吊杆1、支撑体5或6等机械连接体的沿面闪络耐压水平，在解决低温高电压绝缘的问题的同时，大幅减小低温容器3或卧式低温容器7的体积。
单个伞裙间的直线长度为d、单个伞裙最短沿面路径l，伞裙最短沿面路径l是单个伞裙间的直线长度d的2.2-3倍。在单个伞裙间的直线长度不增加的情况下，延长沿面路径，提高沿面闪烙电压。
实施例1
如图2所示，本发明可以用作立式悬吊超导装置2的吊杆1。吊杆1的柱体9的两端分别固定在超导装置2和低温容器盖板4上，其中超导装置2与低温容器盖板4同心装配，3根或多根吊杆1垂直平行安装，且与超导装置2同圆心均布，吊杆1的安装圆心半径在超导装置2半径的4/5处。低温容器盖板4和超导装置2通过吊杆1吊装在立式低温容器3内，低温容器盖板4与低温容器3同心装配。制冷剂浸没超导装置2。吊杆1由柱体9和多个伞裙10构成，柱体9与伞裙10同轴，且多个伞裙10沿柱体9轴向均匀分布，间隔相等。吊杆1的伞裙数量根据制冷剂饱和蒸气的绝缘能力和超导装置2的绝缘水平确定。
实施例2
如图3所示，在故障限流器等超导电气设备中，在大电流和强磁场扰动的条件下，立式悬吊超导装置2会有剧烈震动或摆动风险。本发明除用于立式悬吊超导装置2的吊杆1外，还可以用于超导装置2底部支撑。本实施例通过3根或多根吊杆1，将超导装置2吊装在低温容器盖板4上。吊杆1柱体9的两端分别固定在超导装置2和低温容器盖板4上，其中超导装置2与低温容器盖板4同心装配，3根或多根吊杆1垂直平行安装，且与超导装置2同圆心均布，吊杆1的安装圆心半径在超导装置2半径的4/5处。支撑体5的柱体9一端固定在超导装置2的外侧面，另一端固定在立式低温容器3的内壁上，3根或多根支撑体在低温容器的同一个径向截面上，且沿圆周均布，将超导装置2与立式低温容器3同心固定。支撑体5的结构和吊杆1相同。因为立式低温容器3为金属材质且需要接地安装，支撑体5的沿面闪络电压决定了超导装置2与低温容器3之间的绝缘水平。支撑体5的伞裙数量根据制冷剂饱和蒸气的绝缘能力和超导装置2的绝缘水平来确定。
实施例3
如图4所示，本发明可用作立式超导装置2的轴向承重支撑体6，同时用于超导装置2上部同心固定支撑体5。轴向承重支撑体6和支撑体5均由柱体9和多个伞裙10构成，柱体9与伞裙10同轴，且多个伞裙10沿柱体9轴向均匀分布，间隔相等。本实施例通过3根或多根轴向承重支撑体6，将超导装置2支撑安装在低温容器3内部。轴向承重支撑体6柱体9的下端固定在低温容器3的底板上，柱体9的上端固定在超导装置2的底面上，3根或多根轴向承重支撑体6在低温容器3底板的圆周上均布，超导装置2与低温容器3同心且悬空支撑固定。3根或多根支撑体5沿低温容器3的径向布置，支撑体5柱体9的一端固定在超导装置2的外侧面，另一端固定在低温容器3的内壁上，3根或多根支撑体在低温容器的同一个径向截面上，且沿圆周均布，将超导装置2与低温容器3的同心安装固定。因为低温容器3为金属材质且需要接地安装，固定支撑体5和轴向承重支撑体6的沿面闪络电压决定了超导装置2与低温容器3之间的绝缘水平。固定支撑体6和轴向承重支撑体5的伞裙数量根据制冷剂饱和蒸气的绝缘能力和超导装置2的绝缘水平来确定。
实施例4
如图5所示，本发明用作于卧式超导装置2的承重和低温高电压绝缘组件的支撑。本实施例通过2组或多组，每组三根或多根支撑体5将超导装置2与卧式低温容器7支撑安装，具体方法是：支撑体5的柱体9一端固定在卧式低温容器7的内桶壁上，另一端固定在超导装置2的外侧面；每3根或多根支撑体5为一组，沿卧式低温容器7径向均布排列。通过2组或多组支撑体5，将超导装置2与卧式低温容器7同心固定。支撑体5由柱体9和多个伞裙10构成，柱体9与伞裙10同轴，且多个伞裙10沿柱体9轴向均匀分布，间隔相等。因为卧式低温容器7为金属材质且需要接地安装，支撑体5的沿面闪络电压决定了超导装置2与卧式低温容器7之间的绝缘水平。支撑体5的伞裙数量根据制冷剂饱和蒸气的绝缘能力和超导装置2的绝缘水平来确定。高压套管8是超导装置2接入电网的接口，在低温容器7顶部的两端。每根高压套管8的下端连接超导装置2，顶端连接电网。
Claims (4)
1.一种超导电力装置的低温高电压绝缘装置，其特征在于：所述的超导电力装置的低温高电压绝缘装置由柱体(9)和多个伞裙(10)构成；柱体(9)与伞裙(10)同轴，且多个伞裙(10)沿柱体(9)轴向均匀分布，间隔相等；柱体(9)是机械应力承载的主体，用于吊装超导装置(10)时承载拉伸机械应力，用于支撑超导装置应用中承载支撑机械应力；伞裙(10)能够提高沿面闪络耐压强度；柱体(9)和伞裙(10)为一体结构，用于超导装置(2)在低温容器(3)内的低温高电压绝缘与机械安装；柱体(9)和伞裙(10)的材质为G10玻璃钢；根据高压超导电力设备主绝缘耐压U和制冷剂饱和蒸汽的击穿电压V，确定伞裙的数量，从而确定吊杆或支撑体长度。
2.如权利要求1所述的低温高电压绝缘装置，其特征在于：所述的低温高电压绝缘装置用作立式悬吊超导装置2的吊杆(1)；吊杆(1)柱体(9)的两端分别固定在超导装置(2)和低温容器盖板(4)上；超导装置(2)与低温容器盖板(4)同心装配，3根或多根吊杆1垂直平行安装，且与超导装置(2)同圆心均布，吊杆(1)的安装圆心半径在超导装置(2)半径的4/5处；低温容器盖(4)与立式低温容器(3)同心装配。
3.如权利要求1所述的低温高电压绝缘装置，其特征在于：所述的低温高电压绝缘装置用作立式超导装置(2)的轴向承重支撑体(6)，同时用于超导装置(2)上部同心固定支撑体(5)；3根或多根轴向承重支撑体(6)将超导装置(2)支撑安装在低温容器(3)内部；轴向承重支撑体(6)柱体(9)的下端固定在低温容器(3)的底板上，柱体(9)的上端固定在超导装置(2)的底面上，三根或多根轴向承重支撑体(6)在低温容器(3)底板的圆周上均布，超导装置(2)与低温容器(3)同心且悬空支撑固定；用于超导装置(2)上部同心固定支撑体(5)沿低温容器(3)径向布置；3根或多根支撑体(5)柱体(9)的一端固定在超导装置(2)的外侧面，柱体(9)的另一端固定在低温容器(3)的内壁上，3根或多根支撑体在低温容器的同一个径向截面上，且沿圆周均布，将超导装置(2)与低温容器(3)同心安装固定。
4.如权利要求1所述的低温高电压绝缘装置，其特征在于：所述的低温高电压绝缘装置用作于卧式超导装置(2)的承重和低温高电压绝缘组件的支撑体(5)；2组或多组，每组三根或多根支撑体(5)将超导装置(2)与卧式低温容器(7)支撑安装；支撑体(5)柱体(9)的一端固定在卧式低温容器(7)的内桶壁上，柱体(9)的另一端固定在超导装置(2)的外侧面；每3根或多根支撑体(5)为一组，沿卧式低温容器(7)的径向均布排列；通过2组或多组支撑体(5)将超导装置(2)与卧式低温容器(7)同心固定。
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