CN110931161B - 一种高压引线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压引线结构，包括：高压引线、杜瓦罐和置于杜瓦罐中的超导电力装置；其中，高压引线的一端与超导电力装置相连接，高压引线的另一端从杜瓦罐的顶部穿出并延伸至杜瓦罐的上方，并且，高压引线位于杜瓦罐外部的常温段的顶部设置有安全阀，用以在高压引线内部的压力超过预设值时，对高压引线中的氮气进行排放。本发明通过将安全阀安装在高压引线常温段的顶部，可以节省低温杜瓦罐的体积，简化低温杜瓦罐的设计和加工难度；同时，可以减少对杜瓦罐真空层的破坏，避免外界热量扩散至杜瓦罐内，从而有利于降低杜瓦罐的热损耗；此外，可以最大程度的减少对低温杜瓦罐上安装的其他测控设备以及附近工作人员的伤害。

Description

一种高压引线结构
技术领域
本发明涉及超导电工技术领域，具体而言，涉及一种高压引线结构。
背景技术
自20世纪80年代以来，超导技术以高温超导材料为突破口得到了迅速发展，超导电力装置的研制水平得到了很大提高。超导电力装置工作在液氮环境中（77Ｋ），与常规电网的电气连接和温度过渡需要通过高压引线实现。超导电力装置用高压引线结构复杂、温度跨度大、工作条件苛刻，高压引线的结构设计、功能创新一直是超导技术的研究热点，高压引线的研制对超导电力装置的发展具有重要意义。
超导电力装置通常工作在液氮浸泡条件下，在发生故障乃至超导绕组失超时，由于发热会导致液氮的大量汽化蒸发，从而引起低温杜瓦罐内部压力的急剧升高，造成设备和人员伤害。为避免这种情况的发生，在超导电力装置的杜瓦罐上需要设置安全阀，当低温杜瓦罐内部压力达到设定的阈值时打开，释放杜瓦罐内部过大的压力。然而安全阀安装在杜瓦罐上会引起多方面的问题：①为了降低系统漏热，用于安装超导电力装置的低温杜瓦罐要求尽量体积小，而安全阀的安装无疑会增加杜瓦罐的体积；②安全阀安装在杜瓦罐上时，需要穿透杜瓦罐的真空层，增加设计难度，同时也会引起热损耗增加；③从安全方面考虑，安全阀安装在杜瓦罐上时，如果发生故障，安全阀打开释放杜瓦罐内部压力时，由于安全阀安装在杜瓦罐表面，可能会破坏法兰上其他测控设备、危及到附近工作人员的安全。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种高压引线结构，旨在解决现有高压引线结构中由于安全阀设置不合理导致的上述问题。
一个方面，本发明提出了一种高压引线结构，包括：高压引线、杜瓦罐和置于所述杜瓦罐中的超导电力装置；其中，所述高压引线的一端与所述超导电力装置相连接，所述高压引线的另一端从所述杜瓦罐的顶部穿出并延伸至所述杜瓦罐的上方，并且，所述高压引线位于所述杜瓦罐外部的常温段的顶部设置有安全阀，用以在所述高压引线内部的压力超过预设值时，对所述高压引线中的氮气进行排放。
进一步地，上述高压引线结构中，所述高压引线靠近顶部的侧壁上还开设有排气孔，用以排放所述超导电力装置中蒸发的冷氮气流。
进一步地，上述高压引线结构中，所述高压引线包括：电流引线和包覆在所述电流引线外部的空心金属管；其中，所述空心金属管的顶部与所述安全阀的压力进气口相连接。
进一步地，上述高压引线结构中，所述电流引线包括：第一金属导杆和第二金属导杆；其中，所述第一金属导杆与所述第二金属导杆并列设置且二者均匀分布在所述空心金属管内。
进一步地，上述高压引线结构中，所述第一金属导杆为多根；各根所述第一金属导杆沿所述空心金属管的内侧壁的周向依次设置并形成环状结构，所述第二金属导杆设置于所述环状结构的中心。
进一步地，上述高压引线结构中，任意相邻的两根所述第一金属导杆均与所述第二金属导杆相切。
进一步地，上述高压引线结构中，所述空心金属管为空心铜管，所述第一金属导杆和所述第二金属导杆均为铜导杆。
进一步地，上述高压引线结构中，所述第一金属导杆和/或所述第二金属导杆为空心结构。
进一步地，上述高压引线结构中，所述高压引线外部套设有绝缘套管。
进一步地，上述高压引线结构中，所述绝缘套管的一端位于所述杜瓦罐内，另一端通过法兰与所述杜瓦罐连接并延伸至所述高压引线的顶部下方。
本发明中，通过将安全阀安装在高压引线常温段的顶部，可以节省低温杜瓦罐的体积，简化低温杜瓦罐的设计和加工难度；同时，可以减少对杜瓦罐真空层的破坏，避免外界热量扩散至杜瓦罐内，从而有利于降低杜瓦罐的热损耗；此外，可以最大程度的减少对低温杜瓦罐上安装的其他测控设备以及附近工作人员的伤害。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的高压引线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高压引线的内部结构的截面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1，本发明实施例的高压引线结构包括：高压引线3、杜瓦罐4和置于所述杜瓦罐4中的超导电力装置5；其中，所述高压引线3的一端与所述超导电力装置5相连接，所述高压引线3的另一端从所述杜瓦罐4的顶部穿出并延伸至所述杜瓦罐4的上方，并且，所述高压引线3位于所述杜瓦罐4外部的常温段的顶部设置有安全阀1，用以在所述高压引线3内部的压力超过预设值时，对所述高压引线3中的氮气进行排放。
具体而言，为了实现超导电力装置与常规电网的电气连接，需要通过高压引线来实现，由于超导电力装置5需要在低温的液氮环境中工作，高压引线3在实现超导电力装置5与常规电网的电气连接的同时也有利于实现超导电力装置5与常规电网的温度过渡。本实施例中，将所述高压引线3位于所述杜瓦罐4内部的部分称为低温段，将高压引线3位于杜瓦罐4外部的部分称为常温段。
在高压引线的常温段的顶部设置安全阀1，安全阀1可以为现有技术中的任意一种安全阀，能在高压引线3内部的压力增大到安全阀1的阈值时，将高压引线3中的氮气排放出去即可。当高压引线3内的压力超过规定值时，安全阀1打开，将高压引线3中的氮气排入大气/管道外，使内部压力不超过允许值，从而保证整个装置不因压力过高而发生事故。
将安全阀1设置在高压引线常温段的顶部，与现有技术中将安全阀设置在杜瓦罐上相比，无需增加杜瓦罐的体积，降低了杜瓦罐的设计难度，还能避免由于安全阀的安装导致杜瓦罐的真空层受到破坏而使杜瓦罐的热损耗大大增加的弊端；此外，在安全阀1释放杜瓦罐内部压力时，由于距离杜瓦罐表面较远，排放的气体不会对杜瓦罐表面的其他测控设备造成损坏，同时也可有效避免由于高压引线3内部气体压力过大导致安全阀失效而危及杜瓦罐附近区域工作人员的安全。
需要说明的是，本实施例中，高压引线中的高压指的是10KV以上。
上述显然可以得出，本实施例中提供的高压引线结构，通过将安全阀安装在高压引线常温段的顶部，可以节省低温杜瓦罐的体积，简化低温杜瓦罐的设计和加工难度；同时，可以减少对杜瓦罐真空层的破坏，避免外界热量扩散至杜瓦罐内，从而有利于降低杜瓦罐的热损耗；此外，可以最大程度的减少对低温杜瓦罐上安装的其他测控设备以及附近工作人员的伤害。
继续参阅图1，所述高压引线3靠近顶部的侧壁上还开设有排气孔2，用以排放所述超导电力装置5中蒸发的冷氮气流。也就是说，排气孔2可以设置在高压引线3的常温段的顶部。排气孔2的孔径和数量可以根据实际情况确定，本实施例对其不作任何限定。超导电力装置5正常工作时，高压引线3内部产生的氮气可以通过排气孔2排出，冷氮气的冷量可以带走高压引线3产生的热量；当超导电力装置5发生故障时，高压引线3内部的压力增大到安全阀1的阈值时，杜瓦罐4中的氮气从高压引线3内部充分挥发出去，准确高效的启动安全阀1，从而保证超导电力装置5的安全稳定运行。
结合图1和图2，所述高压引线3包括：电流引线31和包覆在所述电流引线31外部的空心金属管32；其中，所述空心金属管32的顶部与所述安全阀1的压力进气口相连接。电流引线31可以由一根或多根金属导杆组成。所述高压引线的空心金属管32外部套设有绝缘套管6。所述绝缘套管6的一端位于所述杜瓦罐4内，另一端通过法兰与所述杜瓦罐4连接并延伸至所述高压引线3的顶部下方，绝缘套管6一方面可以保证高压引线与杜瓦罐及外部常规电网设备之间的绝缘，另一方面还可以起到固定高压引线的作用。具体设计时，可以根据实际的电压等级，选择不同形式的绝缘套管。
继续参阅图2，所述电流引线31包括：第一金属导杆311和第二金属导杆312；其中，所述第一金属导杆311与所述第二金属导杆312并列设置且二者均匀分布在所述空心金属管32内。本实施例中，第一金属导杆311和第二金属导杆312的结构相同。
在本实施例的一种具体实施方式中，所述第一金属导杆311为多根；各根所述第一金属导杆311沿所述空心金属管32的内侧壁的周向依次设置并形成环状结构，所述第二金属导杆312设置于所述环状结构的中心。任意相邻的两根所述第一金属导杆311均与所述第二金属导杆312相切。任意两个相邻的第一金属导杆311与第二金属导杆312之间，以及任意两个相邻的第一金属导杆311与空心金属管32的内侧壁之间形成了氮气的流通通道。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括：第三金属导杆（图中未示出）；其中，所述第一金属导杆311为多根；各根所述第一金属导杆311沿所述空心金属管32的内侧壁的周向依次设置并形成第一环状结构；所述第二金属导杆312为多根，各根所述第二金属导杆312沿所述第一环状结构的内侧依次设置并形成第二环状结构；所述第三金属导杆设置于所述第二环状结构的中心。当然，高压引线的结构不限于此。例如，可以在第三金属导杆与所述第二金属导杆之间设置呈环状结构排布的第四金属导杆等。
可以看出，同时采用多组金属导杆结构的电流引线设计，可以利用超导装置正常工作时产生的冷氮气对电流引线进行冷却，降低引入低温杜瓦内部的总功耗，从而降低低温制冷系统的功率负荷。
所述空心金属管32为空心铜管，所述第一金属导杆311和所述第二金属导杆312均为铜导杆。
为了预留出高压氮气的排放通路，优选的，所述第一金属导杆311和/或所述第二金属导杆312均为空心结构。实际设计时，可以根据超导电力装置5的工作电流大小确定第一金属导杆311和第二金属导杆312的结构，例如，在超导电力装置5的工作电流时，优选使用空心结构的第一金属导杆311和第二金属导杆312，这样可以使得一部分氮气从金属导杆的中空部分挥发出去，增加氮气的流通面积。
超导电力装置5正常工作时，内部产生的氮气可以通过排气孔2排出，冷氮气通过第一金属导杆311和第二金属导杆312时，可以充分利用低温氮气的冷量来冷却电流引线，有效降低电流引线引入低温杜瓦的热量，降低低温低温内部的总损耗；对于一般的超导电力装置5而言，由电流引线引入低温系统的漏热通常占系统制冷功耗的50%以上，因此采用实施例中提供的高压引线结构，可以极大降低电流引线引入低温系统的漏热，降低低温系统的功率负荷。
当超导电力装置5发生故障时，在高压引线3内部的压力增大到安全阀1的阈值时，杜瓦罐4中的氮气沿着高压引线3内部的各铜导杆之间的氮气流通通道充分蒸发出去，其中小部分通过排气孔2排放出去，其余部分可以经安全阀1的压力进气口准确高效的启动安全阀1并经安全阀1释放出去，从而保证超导电力装置5的安全稳定运行。
综上，本发明提供的高压引线结构，通过将安全阀安装在高压引线常温段的顶部，可以节省低温杜瓦罐的体积，简化低温杜瓦罐的设计和加工难度；同时，可以减少对杜瓦罐真空层的破坏，避免外界热量扩散至杜瓦罐内，从而有利于降低杜瓦罐的热损耗；此外，可以最大程度的减少对低温杜瓦罐上安装的其他测控设备以及附近工作人员的伤害。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种高压引线结构，其特征在于，包括：高压引线、杜瓦罐和置于所述杜瓦罐中的超导电力装置；其中，
所述高压引线的一端与所述超导电力装置相连接，所述高压引线的另一端从所述杜瓦
罐的顶部穿出并延伸至所述杜瓦罐的上方，并且，所述高压引线位于所述杜瓦罐外部的常
温段的顶部设置有安全阀，用以在所述高压引线内部的压力超过预设值时，对所述高压引
线中的氮气进行排放；
所述高压引线包括：电流引线和包覆在所述电流引线外部的空心金属管；其中，所述空
心金属管的顶部与所述安全阀的压力进气口相连接；
所述电流引线包括：第一金属导杆和第二金属导杆；其中，所述第一金属导杆与所述第二金属导杆并列设置且二者均匀分布在所述空心金属管内；
所述第一金属导杆为多根；各根所述第一金属导杆沿所述空心金属管的内侧壁的周向依次设置并形成环状结构，所述第二金属导杆设置于所述环状结构的中心；
任意相邻的两根所述第一金属导杆均与所述第二金属导杆相切。
2.根据权利要求1所述的高压引线结构，其特征在于，所述高压引线靠近顶部的侧壁上
还开设有排气孔，用以排放所述超导电力装置中蒸发的冷氮气流。
3.根据权利要求1所述的高压引线结构，其特征在于，所述空心金属管为空心铜管，所述第一金属导杆和所述第二金属导杆均为铜导杆。
4.根据权利要求1所述的高压引线结构，其特征在于，所述第一金属导杆和/或所述第二金属导杆为空心结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高压引线结构，其特征在于，所述高压引线外部套设有绝缘套管。
6.根据权利要求5所述的高压引线结构，其特征在于，所述绝缘套管的一端位于所述杜瓦罐内，另一端通过法兰与所述杜瓦罐连接并延伸至所述高压引线的顶部下方。
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