CN112751422A - 一种用于管道输电的输送管道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于管道输电的输送管道，包括：输送管道的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔；所述输送管道的管壁为多层设计，包括保护层、结构层和导波层；设于所述输送管道内壁的导波层的材质为良导体或超导体。本发明通过在输送管道的内壁涂覆有材质为良导体或超导体的导波层来降低通过输送管道传输电磁波时的损耗，从而也就提高了输电系统的整体传输效能。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种用于管道输电的输送管道。
背景技术
传统方式中电能的长距离输送一般都需要单独建设输电线路，采用三相交流输电或采用正负极直流输电。
近年新兴的管道输电，GIL气体绝缘管道或者利用油气传输管道，都是通过在其内部增加导电线进行输电，利用工频交流或直流进行输电，其中包括了LNG管道的超导输电科研项目-《超导直流输电/输气一体化能源管道》实现了电力和LNG的共输。
上述现有技术中的输电/输气一体化能源管道(简称超导能源管道)或者气体绝缘管道技术中，均通过在管道内架设由绝缘支撑骨架、超导/通电导体等部件构成的输电设备，来实现输电或输电/输气一体化。
发明人经过研究发现，上述现有技术中利用管道进行电力传输的技术方案至少存在以下缺陷：
设于管道内部的导电部分需要采用电阻率很低的导电材料，LNG共用管道输电需要的高温超导材料，目前难以成线型，导致其成本很高，此外，设于LNG管道内部的绝缘支撑骨架需要耐受LNG低温的材料，所以其成本也较高。
也就是说，由于适用于超导能源管道的导电部分和绝缘支撑骨架的制作成本均很高，导致了现有技术中的电力传输系统的整体成本过高。
据发明人所知，至少在一项尚未公开的技术方案中，就已经实现了低成本的使用共用管道来进行电力的传输；该技术方案中，采用了在输送管道的内部传输电磁波，然后在接收端将接收到的电磁波转换为电能的方式实现电力的转换和输送。但是，发明人经过研究发现，上述技术方案中，在输送管道内传送电磁波的技术方案还存在传输效能较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提高通过输送管道进行电力传输时的传输效能。
本发明提供了一种用于管道输电的输送管道，包括：
所述输送管道的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔；所述输送管道的管壁为多层设计，包括保护层、结构层和导波层；设于所述输送管道内壁的导波层的材质为良导体或超导体。
在本发明中，所述导波层的材质包括：
铜、铝、钢或超导体。
在本发明中，所述导波层涂覆设于所述结构层。
在本发明中，所述输送管道包括：
电磁波输送和油气输送的共用管道，或，电磁波输送和气体绝缘输电线路GIL的共用管道。
在本发明中，还包括高频接地装置；
所述高频接地装置包括：在阴极保护直流电源的出口和所述输送管道之间串联阻波电感，对地并联高频电容。
在本发明中，所述导波层的厚度大于预设值，所述预设值根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取根据。
在本发明中，所述预设值根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取，包括：
根据第一不等式：
确定导波层的初始厚度dmin；
其中，ω为角频率，γ为导波层的电导率，μ为磁导率；
然后，根据输电系统预设的目标损耗比，计算生成或通过电磁波模拟出导波层部分的损耗功率是否小于设计值，即，判断第二不等式Ploss≤(1-η)P是否成立；
如果否，则逐步增加导波层的厚度dmin的取值并重复上述各个步骤；
当不等式Ploss≤(1-η)P成立时，确定对应的dmin的取值为所述导波层的厚度；其中，η为设计传输效率，P为传输功率。
在本发明中，所述结构层的材质包括钢。
在本发明中，所述保护层为3PE保护层。
在本发明中，所述输送管道的转接点还设有用于连接电磁波导管的连接孔。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的典型应用场景为：在通过输送管道进行电力传输(即管道输电)时，在输送管道的送电端通过高频发送器和电磁波导管将电流转换为电磁波能量，利用了输送管道的内壁使电磁波沿输送管传输至接收端，接着，在接收端通过高频接收器和电磁波导管再将电磁波能量转换为电能，从而实现电力的传输。上述技术方技术方案无需在输送管道中使用金属导体线路和相应的绝缘装置来实现电磁波的传输并限制电磁场能量；因此可以简化整个输电系统的结构，降低输电系统的整体成本。
为了提高上述技术方案中输电系统的传输效能，在本发明中，一方面在输送管道的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔，另一方面还将输送管道的管壁设计为多层，其中，通过在输送管道的内壁涂覆有材质为良导体或超导体的导波层来降低通过输送管道传输电磁波时的损耗，从而也就提高了输电系统的整体传输效能。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明中所述用于管道输电的输送管道的结构示意图；
图2是本发明中所述基于输送管道的输电系统的结构示意图；
图3是本发明中所述高频接地装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
为了提高通过输送管道进行电力传输时的传输效能，参考图1和图2，在本发明实施例中，提供了一种用于管道输电的输送管道，包括：
所述输送管道01的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔07；所述输送管道01的管壁为多层设计，包括保护层11、结构层12和导波层13；设于所述输送管道01内壁的导波层13的材质为良导体或超导体。
首先需要说明的是，本发明实施例的应用场景为一种管道传输方式的输电系统，具体来说该输电系统直接采用输送管道来实现电磁波的传输并限制电磁场能量，无需在输送管道中使用良导体金属或超导材料，直接采用管道空间或传输物料作为电磁场通道，不需要附加的绝缘材料装置。
由于该输电系统通过输送管道传输电磁波时，传输管道的内部并没有实体的物质传输，因此可以将输送管道设置为共用管道，比如，可以电磁波输送和油气输送的共用管道，或，电磁波输送和气体绝缘输电线路GIL的共用管道。
该输电系统的典型结构可以如图2所示，包括设于所述输送管道01的送电端的高频发生器02将送端电网03的电流转换为预设频率的电磁波能量；与所述高频发生器02连接的第一电磁波导管04用于通过发射天线将所述电磁波能量导入所述输送管道01；设于所述输送管道01的接收端的高频接收器05连接有第二电磁波导管06，所述第二电磁波导管06用于通过接收天线将接收自所述输送管道01的电磁波能量换为电能。
在本发明实施例中，所述共用管道(即复用的输送管道)可以是天然气输送管道；为了适用于电磁波的传导，本发明实施例中的共用管道可以在共用管道的内壁设有材质为良导体或超导体的涂层或覆层，从而提高电磁波在共用管道内的传输效能。
在实际应用中，在本发明实施例中导波层13的材质具体可以是铜、铝、钢或超导体等适于电磁波输送的材质。
为了能够在尽量少的使用良导体材料的前提下，获得最佳的电磁波的传输效能，在本发明中，还对导波层13的厚度进行了相应的设定，具体的包括：
预设值根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取根据；根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取预设值的步骤可以包括：
根据第一不等式：
确定导波层13的初始厚度dmin；
其中，ω为角频率，γ为导波层13的电导率，μ为磁导率；
然后，根据输电系统预设的目标损耗比，实验测试或通过电磁波模拟计算生成出导波层13部分的损耗功率是否小于设计值，即，判断第二不等式Ploss≤(1-η)P是否成立；
如果否，则逐步增加导波层13的厚度dmin的取值并重复上述各个步骤；
当不等式Ploss≤(1-η)P成立时，确定对应的dmin的取值为所述导波层13的厚度；其中，η为设计传输效率，P为传输功率。
通过上述对于导波层13的厚度的确定，可以在保证输送管道输电效能的前提下，达到了节约材料和成本的目的。
综上所述，为了提高上述技术方案中输电系统的传输效能，在本发明实施例中，一方面在输送管道的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔，另一方面还将输送管道的管壁设计为多层，其中，通过在输送管道的内壁涂覆有材质为良导体或超导体的导波层13来降低通过输送管道传输电磁波时的损耗，从而也就提高了输电系统的整体传输效能。
进一步的，在本发明实施例中，还可以包括高频接地装置，该高频接地装置为输油管道和波导管所共用；其具体结构如图3所示，可以是：
在阴极保护直流电源的出口和所述输油管道01之间串联阻波电感31，对地并联高频电容32。
需要说明的是，本发明实施例中的高频接地装置需要直接与所述输油管道01的金属部分接触连接，将所述输油管道01的3PE保护层11高频接地、保证阴极保护直流电源或地电位检测装置工作正常。
由上可知，本发明实施例中的接地装置不需要改变原有输送管道的接地方式，只需要增设简单的高频接地装置即可。通常油气管道需要采用阴极保护，设置阴极保护直流电源并有管道直流电位检测装置，管道直流电位一般为-1.0V左右。本发明实施例中，只需要在阴极保护直流电源装置出口和管道之间串联阻波电感和对地并联高频电容即可，因此本发明实施例中的接地装置不会影响原有的管道直流电位检测装置。
进一步的，在本发明实施例中，在管路设备的两端或是支路的分接点的两端的传输管路上还可以分别设有转接空，两个所述转接空分别用于连接转接装置的接收单元和转发单元；其中接收单元包括高频接收器和接收波导管，所述转发单元包括高频发生器和转发波导管，所述高频接收器和所述高频发生器之间用电路连接，以实现电能的输送。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于管道输电的输送管道，其特征在于，包括：
所述输送管道的送电端和接收端分别设有用于连接电磁波导管的连接孔；所述输送管道的管壁为多层设计，包括保护层、结构层和导波层；设于所述输送管道内壁的导波层的材质为良导体或超导体。
2.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述导波层的材质包括：
铜、铝、钢或超导体。
3.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述导波层涂覆设于所述结构层。
4.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述输送管道包括：
电磁波输送和油气输送的共用管道，或，电磁波输送和气体绝缘输电线路GIL的共用管道。
5.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，还包括高频接地装置；
所述高频接地装置包括：在阴极保护直流电源的出口和所述输送管道之间串联阻波电感，对地并联高频电容。
6.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述导波层的厚度大于预设值，所述预设值根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取根据。
7.根据权利要求6所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述预设值根据集肤效应要求对于透入深度的要求获取，包括：
根据第一不等式：
确定导波层的初始厚度dmin；
其中，ω为角频率，γ为导波层的电导率，μ为磁导率；
然后，根据输电系统预设的目标损耗比，实验测试或通过电磁波模拟计算生成出导波层部分的损耗功率是否小于设计值，即，判断第二不等式Ploss≤(1-η)P是否成立；
如果否，则逐步增加导波层的厚度dmin的取值并重复上述各个步骤；
当不等式Ploss≤(1-η)P成立时，确定对应的dmin的取值为所述导波层的厚度；其中，η为设计传输效率，P为传输功率。
8.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述结构层的材质包括钢。
9.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述保护层为3PE保护层。
10.根据权利要求1所述用于管道输电的输送管道，其特征在于，所述输送管道的转接点还设有用于连接电磁波导管的连接孔。
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