CN108933003A - 一种超高压绝缘气体管线电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压绝缘气体管线电缆，包括有导体，其特征在于：所述导体上套装有数组间隔设置的绝缘子，且每组绝缘子均包括有两个对应连接配合且相对称的绝缘子，所述绝缘子的截面为锥形，其小端通过固定件固定在导体上，其大端设有与其配合的法兰，其相邻组绝缘子的法兰之间设有外壳，且导体、固定件、绝缘子、法兰以及外壳之间构成一个单元密封腔，且单元密封腔内封装有高压绝缘气体。本发明结构设计合理，材料性能优良，其电缆具有较高的电压等级，可适用于电压500kV的水电、火电、核电的高压输出线路，电缆不仅成本较低、安全风险较低，而且可保证设备、人员安全运行及工作，满足现今的电厂使实际工作环境的需求。

Description

一种超高压绝缘气体管线电缆

技术领域：

本发明涉及超高压电缆领域，主要涉及一种超高压绝缘气体管线电缆。

背景技术：

众所周知，2020年我国的发电总装机容量将超过16亿千瓦。由于我国的煤、水、风等能源资源与生产力的地区布局很不平衡，决定了必须走大规模集中开发、远距离外送电之路，这需要输电网的保障。我国发展智能电网的独特挑战是保障特大规模、特高电压等级、特大输电能力以及输电网的“清洁、安全、自愈、经济、互动”运行。国家电网公司建设和推进“坚强智能电网”三个阶段中对远距离输电方面强调，应达到国际先进水平的关键技术和装备，同时实现重大突破和广泛应用，气体绝缘高压输电线路就是长距离输电技术。

超高压绝缘气体管线电缆与电力电缆相比较能够传输更大容量的电能，可达GW级。超高压绝缘气体管线电缆与架空输电线路相比较更适用于高压和超高压远距离、大容量的电力传输。另外适用于水力和火力发电厂、超高压变电所出线路或联络线路；特别适用于气候恶劣如严重冰雪灾害地区、环境特殊的地区如群山地带及崇山峻岭。超高压绝缘气体管线电缆可有效利用有限的空间资源，实现高压超高压大容量电能直接进入城市的地下变电所等负荷中心。超高压绝缘气体管线电缆对于优化电厂布置、输电线路交叉穿越、地下输电系统的长斜井或竖井敷设、地面高架安装、气体绝缘组合电器开关站更新改造和气体绝缘组合电器开关站扩容或联络都有广泛的用途。另外，还可以应用在架空线因空间受限制使用之处，如市容要求、官方规定或环境等原因不允许使用架空线的地方，像人口密集的大城市，因此，采用超高压绝缘气体管线电缆L供电也许是一种不错的抉择。超高压绝缘气体管线电缆特别适用于电站厂房布置在地下的大型水电站高压出线，大型抽水蓄能电站高压出线，核电站主变高压侧与高压配电装置之间的连接，以及高压直流换流站和特高压变电所内高压联络。

超高压绝缘气体管线电缆原理上类似气体绝缘组合电器中同轴放置的管状导体母线，内部充以绝缘气体。虽说超高压绝缘气体管线电缆与气体绝缘组合电器母线相似之处，但是根据不同的应用场所，尤其是在长距离输电时，还是与气体绝缘组合电器有许多不同的关键技术，超高压绝缘气体管线电缆可以选择不同的壁厚、直径和绝缘气体，能够较经济的满足不同要求。超高压绝缘气体管线电缆的优点很多，主要是载流量很高，能够允许大容量传输。超高压绝缘气体管线电缆的另一个重要的优点是电容比高压电缆小的多, 因而即使长距离输电，也不需要无功补偿。因此，超高压绝缘气体管线电缆安全运行可靠度高，输送容量大，与周边环境友好相处，而且损耗比挤包电缆和架空线路都低。在创建坚强智能电网方面可以集强电输送与信息技术业务于一体。同时对军事战备与大城市的安全均具有特别重要的意义。超高压绝缘气体管线电缆符合电力系统现场运行维护、安全综合预控方案和现代外观审美要求。由于超高压绝缘气体管线电缆具有送电能力强、与周边环境友好相处的优点， 超高压绝缘气体管线电缆具有安装、运行维护方便，故障率低，基本不检修等许多优点，在国外已经有超过30年的运行经验，它的设计使用寿命长达50年以上。

超高压绝缘气体管线电缆与高压架空及电缆线路比较的优点是具有传输容量特别大，热能和电能损耗很少，节能效果好，无电磁干扰，辐射低，不影响无线通讯，防护性能好，维护量少故障率极低，抗冰雪和地震等灾害能力强，防火性能优良，安全可靠性高，使用寿命长可达半个世纪之久，输电走廊和占地空间小以及可节约大量土地资源等。

轻质的刚性结构金属筒体外壳与同轴导电杆以及盆式绝缘子、干净的绝缘压缩空气组成的环保型绝缘输电线路是第三代超高压绝缘气体管线电缆，属全环保型产品，同时，又是智能电网技术中的高新技术电力设备产品。在某些特定的使用环境和条件下，更具有技术和经济的优越性。与常规线路的造价比较有低有高。 超高压绝缘气体管线电缆在国外已经有超过30年的运行经验，在我国的水电和核电工程中已采用。超高压绝缘气体管线电缆的设计使用寿命长达50年。我国电力和水电设计研究院认为超高压绝缘气体管线电缆特别适合在高电压、大容量及走廊困难、自然条件恶劣等地区应用，并将为今后超高压绝缘气体管线电缆输电线路工程提供设计参考依据。同时认为超高压绝缘气体管线电缆特别适用于电站厂房布置在地下的大型水电站引出线，以及抽水蓄能电站引出线、核电站和高压换流站、大型变电站站内联络线等。目前在国内尚无长距离输电的经验。

该种电缆的绝缘材料SF6气体具有绝缘性能佳，还具有独特的热特性和电特性。SF6气体是电负性气体，其分子和原子具有很强的吸附自由电子的能力，可以大量吸附弧隙中的自由电子，生成负离子。负离子的运动比自由电子慢得多，很容易和正离子复合成中性的分子和原子，大大加快了电流过零时的弧隙介质强度的恢复。六氟化硫气体具有不可燃的持性，并具有良好的绝缘性能和灭弧性能，60年代时首先被用于断路器中，接着扩大应用于变压器、电缆……等各种电气设备。

SF6气体绝缘的电气设备与充油电气设备相比，它具有以下主要特点：

(1)不易着火、安全性高。常温、常压下的SF6为不燃气体，万一设备本身出现故障或周围发生火灾时，SF6不会燃烧，可防止火势的蔓延。封闭组合电器的带电部分全部密封在接地的金属壳内，无触电的危险，面且不存在因飞来物等外因引起的有关事故，能确保安全运行。

(2)使用寿命和检修周期长。SF6电气设备为完全密封结构，外部的空气、水分和其它杂质等不易侵入，一般不会出现内部受潮和气、尘污染等现象，其内各部件又为不活泼的SF6所包围，从而减缓了电气材料的老化。SF6本身不易变质，沉积物和其它污染杂质也较少，与充油设备相比，相对延长了设备的使用寿命和检修周期。

(3)占地面积小，安装、操作简便。全封闭的SF6组合电器设备，其结构十分紧凑，体积小，使用、安装的占地面积也小。据统计，一个采用全封闭组合电器的变电所的占地面积仅为敞开式变电所的20％。SF6断路器和变压器的安装、操作比较简单，其总重量比充油设备轻得多，运行时的噪声也较小。

(4)性能优良、远行可靠。SF6的绝缘特性比空气好，开断容量大，为优良的灭弧介质。在相同条件下，其灭孤能力相当于空气的100倍；灭孤后又不产生游离碳之类的炭质物，运行安全可靠。

但是作为管线电缆的绝缘介质，SF6的使用存在较大的风险，纯净的新的SF6气体无色、无味、无臭、不燃，在常温下化学性能稳定，属惰性气体。但在电力系统，由于SF6气体主要充当绝缘和灭弧介质，在断路器或 GIS 分断操作过程中，在点弧作用、电晕、火花放电和局部放电、高温等因素影响下，SF6气体会进行分解，它的分解物遇到水分后变成腐蚀性电解质，尤其是某些高毒性分解物，如SF4 、S2F2 、S2F10 、SOF2 、HF及SO2，它们会刺激皮肤、眼睛、粘膜，如果吸入量大，还会引起头晕和肺水肿，甚至致人死亡。在密闭空间，由于空气流通缓慢，分解物在室内沉积，不易排出，从而对检修与巡视人员产生极大的危险；而且由于SF6装置室发生SF6气体泄漏，极有可能造成恶性事故。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超高压绝缘气体管线电缆,其结构设计合理，材料性能优良，满足实际工作环境的需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超高压绝缘气体管线电缆，包括有导体，其特征在于：所述导体上套装有数组间隔设置的绝缘子，且每组绝缘子均包括有两个对应连接配合且相对称的绝缘子，所述绝缘子的截面为锥形，其小端通过固定件固定在导体上，其大端设有与其配合的法兰，其相邻组绝缘子的法兰之间设有外壳，且导体、固定件、绝缘子、法兰以及外壳之间构成一个单元密封腔，且单元密封腔内封装有高压绝缘气体。

所述的导体采用电工圆铜管，其截面为3000mm。

所述的绝缘子采用盆形钢化玻璃绝缘子，所述绝缘子端部法兰的尺寸和外壳尺寸大小相同，材质为铝合金。

所述的固定件采用自紧式紧固件，材质为铝合金，其内空间设计成圆锥形，在导体和固定件之间套上反向锥形塑料垫圈。

所述的高压绝缘气体为SF6+N2+He的混合气体。

所述的混合气体中SF6：N2：He的比例为30:50:20。

所述的外壳为壁厚10mm的铝合金管，其每节管线采用法兰连接。

本发明的优点是：

本发明结构设计合理，导体采用大截面的电工圆铜管，这样的设计是由于高压输电的电流集肤效应而采取的措施，实现大电流、高电压、低电容输电、无需功率补偿等。

绝缘气体采用SF6+N2+He混合气体，混合气体比例为30:50:20，具有和纯净的SF6气体一样的电气性能，并且具有极佳的经济性，并且降低气体泄漏所带来的风险。绝缘子采用钢化玻璃，不仅具有较强的机械性能、还具有优良的绝缘性能，耐高压，达到750kV及以上，耐电弧，灭电晕。

铝合金固定件，用于固定铜导体的作用，且为自紧装置，内空间设计成圆锥形，在导体和固定件之间套上反向锥形塑料垫圈，当扭紧法兰螺帽后，由于铝合金固定件向前移动，而锥形塑料垫圈套在导体上不移动，所以紧固导体。绝缘子为盆形，这样设计可增长绝缘表面的距离，防止产生电弧的作用。

电缆外壳为壁厚10mm的铝合金管，每节管线采用法兰连接；采用铝合金管作为电缆的外壳，具有极轻的重量，耐腐蚀、耐压力、不对周边环境形成污染；而且电缆可实现超长距输电，最远距离达到10km。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

参见附图。

一种超高压绝缘气体管线电缆，包括有导体1，导体1上套装有数组间隔设置的绝缘子2，且每组绝缘子2均包括有两个对应连接配合且相对称的绝缘子，所述绝缘子2的截面为锥形，其小端通过固定件6固定在导体1上，其大端设有与其配合的法兰5，其相邻组绝缘子2的法兰5之间设有外壳4，且导体1、固定件6、绝缘子2、法兰5以及外壳4之间构成一个单元密封腔，且单元密封腔内封装有高压绝缘气体。

所述的导体1采用电工圆铜管，其截面为3000mm。

所述的绝缘子2采用盆形钢化玻璃绝缘子，所述绝缘子2端部法兰5的尺寸和外壳4尺寸大小相同，材质为铝合金。

所述的固定件6采用自紧式紧固件，材质为铝合金，其内空间设计成圆锥形，在导体和固定件之间套上反向锥形塑料垫圈。

所述的高压绝缘气体为SF6+N2+He的混合气体。

所述的混合气体中SF6：N2：He的比例为30:50:20。

所述的外壳4为壁厚10mm的铝合金管，其每节管线采用法兰连接。

上述技术方案中：

（1）、电缆的导体，采用电工用圆铜管，截面达到3000mm²，可实现大电流、高电压、低电容输电、无需功率补偿等。

（2）、绝缘子，采用盆形钢化玻璃，绝缘子的法兰的尺寸和电缆管外壳尺寸大小相同，材质为铝合金，固定件采用自紧式紧固件，材质为铝合金，绝缘子为钢化玻璃，形状为盆形；绝缘子采用钢化玻璃，不仅具有较强的机械性能、还具有优良的绝缘性能，耐高压，达到750kV及以上，耐电弧，灭电晕。绝缘子的外缘为法兰，材质为铝合金，用于固定绝缘子和外壳的作用，绝缘子的盆底为铝合金固定件，用于固定铜导体的作用，且为自紧装置，内空间设计成圆锥形，在导体和固定件之间套上反向锥形塑料垫圈，当扭紧法兰螺帽后，由于铝合金固定件向前移动，而锥形塑料垫圈套在导体上不移动，所以紧固导体。绝缘子为盆形，这样设计可增长绝缘表面的距离，防止产生电弧的作用。

（3）、高压绝缘气体，采取SF6+N2+He混合气体(气体压力0.5MPa)，混合气体比例为30:50:20，具有和纯净的SF6气体一样的电气性能，并且具有极佳的经济性，并且降低气体泄漏所带来的风险。

（4）、电缆外壳，采取壁厚为10mm的铝合金管，每节管线采用法兰连接。采用铝合金管作为电缆的外壳，具有极轻的重量，耐腐蚀、耐压力、不对周边环境形成污染。

以上管线电缆结构中所使用的材料性能优良，该设计的电缆具有较高的电压等级，可适用于电压500kV的水电、火电、核电的高压输出线路，电缆不仅成本较低、安全风险较低，而且可保证设备、人员安全运行及工作，满足现今的电厂使用要求。

Claims (7)

1.一种超高压绝缘气体管线电缆，包括有导体，其特征在于：所述导体上套装有数组间隔设置的绝缘子，且每组绝缘子均包括有两个对应连接配合且相对称的绝缘子，所述绝缘子的截面为锥形，其小端通过固定件固定在导体上，其大端设有与其配合的法兰，其相邻组绝缘子的法兰之间设有外壳，且导体、固定件、绝缘子、法兰以及外壳之间构成一个单元密封腔，且单元密封腔内封装有高压绝缘气体。

2.根据权利要求1所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的导体采用电工圆铜管，其截面为3000mm。

3.根据权利要求1所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的绝缘子采用盆形钢化玻璃绝缘子，所述绝缘子端部法兰的尺寸和外壳尺寸大小相同，材质为铝合金。

4.根据权利要求1所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的固定件采用自紧式紧固件，材质为铝合金，其内空间设计成圆锥形，在导体和固定件之间套上反向锥形塑料垫圈。

5.根据权利要求1所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的高压绝缘气体为SF6+N2+He的混合气体。

6.根据权利要求5所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的混合气体中SF6：N2：He的比例为30:50:20。

7.根据权利要求1所述的高压绝缘气体管线电缆，其特征在于：所述的外壳为壁厚10mm的铝合金管，其每节管线采用法兰连接。