專利名稱：高壓設(shè)備的冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的領(lǐng)域是電力分配系統(tǒng)以及這種電力分配系統(tǒng)中的高 壓設(shè)備的冷卻。具體來說，本發(fā)明涉及這種系統(tǒng)內(nèi)使用的套管的冷卻。
本發(fā)明還涉;M目應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
電氣設(shè)備和裝置-特別是電力分配系統(tǒng)中的高壓設(shè)備散發(fā)出很多
熱量，因而需要充分冷卻。例如，傳統(tǒng)的HVDC (高壓直流)換流閥可 以是空氣絕緣和水冷型。通常情況下設(shè)置冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括例 如構(gòu)形為滿足特定要求的冷卻7jC分配管線。外部冷卻系統(tǒng)的另 一個(gè)示例 是使用風(fēng)扇。
然而，電力分配系統(tǒng)中還有一些電氣設(shè)備沒有通過任何外部冷卻系 統(tǒng)進(jìn)行冷卻。那些缺少外部冷卻系統(tǒng)的設(shè)備于是僅靠自身冷卻，即自然 對(duì)流的空氣冷卻。這種自身冷卻設(shè)備的一個(gè)示例是高壓套管，例如換流 變壓器套管。
電力分配系統(tǒng)內(nèi)的一般電壓等級(jí)可達(dá)大約500千伏直流電。然而， 電壓等級(jí)會(huì)持續(xù)升高，可累計(jì)達(dá)到800千伏直流電，而且將來可能達(dá)到 更高的電壓等級(jí)。同時(shí)，電流等級(jí)會(huì)達(dá)到4000-5000安或更高。這種高 電壓和高電流等級(jí)必然會(huì)導(dǎo)致更多的熱量排放，而且對(duì)于套管電絕緣的 要求會(huì)變得極高。電絕緣體的尺寸限制了套管的冷卻效率，這是因?yàn)橛?于尺寸增加，熱量必須被引導(dǎo)一段更長的距離到周圍的冷卻氣體。所以 在電壓和電流等級(jí)非常高時(shí)自身冷卻的效率變得4艮低。
當(dāng)電壓等級(jí)增加時(shí)，釆用較大的導(dǎo)體是可行的，從而減少了M出 的熱量，但是這又將導(dǎo)致i殳備尺寸增大。也就是說，絕緣體的尺寸還會(huì) 很大。
美國專利公報(bào)US 2,953,629致力于防止電容式套管內(nèi)發(fā)生閃絡(luò)，但 是該文獻(xiàn)還描述了通過強(qiáng)制冷卻機(jī)構(gòu)冷卻套管的嘗試。該冷卻機(jī)構(gòu)的原 理在于將諸如水之類的流體密封在中夾導(dǎo)體的孔腔內(nèi)。當(dāng)電容式套管變 熱時(shí)，該液體被煮沸，蒸氣上升并冷凝，冷凝液又返回導(dǎo)體底部。于是 熱量通過熱交換管從套管內(nèi)部轉(zhuǎn)移到大氣中。
上述現(xiàn)有技術(shù)的冷卻裝置存在很多缺陷。例如，流體的沸點(diǎn)決定了
冷卻溫度，這意味著，當(dāng)流體是水的時(shí)候，冷卻溫度將限于ioor。雖
然通過改變壓力來改變冷卻溫JLA可行的，但是這需要配置壓力容器， 結(jié)果將造成冷卻機(jī)構(gòu)笨重且昂貴。具體來說，這種解決方案將涉及4艮多 裝置，這些裝置需要高昂的初始成本和維護(hù)成本。另一個(gè)缺點(diǎn)是，由于 水的蒸發(fā)，設(shè)備上會(huì)有產(chǎn)生沉淀物的風(fēng)險(xiǎn)。
基于上述考慮，希望能改進(jìn)高壓設(shè)備的冷卻，特別是高壓套管的冷 卻。進(jìn)一步地，還希望提供一種相應(yīng)的冷卻這種套管的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)電力分配系統(tǒng)內(nèi)的高壓套管的冷卻。更具 體的說，本發(fā)明的目的是為套管提供外部冷卻裝置，從而克服或至少緩 解上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是改進(jìn)套管的冷卻，所述冷卻對(duì)于非常高的電 壓和電流來說也是充分的。具體的說，本發(fā)明的目的是提供能夠應(yīng)對(duì)高 電壓和高電流的外部冷卻裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用于冷卻套管的冷卻裝置，該冷卻 裝置在套管內(nèi)的耗散功率隨電流和電壓等級(jí)的增大而增大時(shí)不會(huì)增加 組成部件的尺寸。
這些目的通過獨(dú)立權(quán)利要求中請(qǐng)求保護(hù)的高壓套管和方法來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種高壓套管，該高壓套管可以通過外部冷卻系 統(tǒng)進(jìn)行冷卻。該套管例如適用于從流體冷卻的HVDC換流閥傳輸高電 壓和高電流。該高壓套管包括環(huán)繞電導(dǎo)體的絕緣體，其中，電導(dǎo)體能夠 電連接到高壓設(shè)備，例如能夠連接到HVDC換流閥的連接器。根據(jù)本 發(fā)明，高壓套管的電導(dǎo)體能夠連接到外部冷卻系統(tǒng)，例如連接到HVDC
換流閥的冷卻系統(tǒng)。通過本發(fā)明，套管的設(shè)計(jì)大大簡化，因?yàn)樘坠艿膶?dǎo) 體和絕緣材料的溫度得到了控制。具體來說，盡管使用了更高的電流和 電壓，但是套管的尺寸不必增加。進(jìn)一步地，即使對(duì)于高電流和高電壓
等級(jí)-例如500到800千伏直流電以及更高的電壓等級(jí)來說，也可以實(shí) 現(xiàn)套管的充分冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，外部冷卻系統(tǒng)是HVDC換流閥的冷卻 系統(tǒng)。這提供了一種通過利用現(xiàn)有且^U吏用的HVDC換流閥的冷卻流 體來冷卻套管的創(chuàng)造性方式，從而實(shí)現(xiàn)成本合算且可靠的冷卻。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，高壓套管的電導(dǎo)體包括具有一個(gè)或多 個(gè)流體通道的冷卻管道。這些流體通道可以是獨(dú)立通道，這些通道在至 少一處彼此流體連通并設(shè)置成穿過所述電導(dǎo)體從HVDC換流閥接收高 電位的循環(huán)冷卻流體。高壓套管因此可以通過一個(gè)或多個(gè)流體通道連接 到外部冷卻系統(tǒng)的流體冷卻系統(tǒng)。
進(jìn)一步地，該一個(gè)或多個(gè)流體通道優(yōu)選地與高壓套管的電導(dǎo)體設(shè)置 為一體。從而提供一種尺寸和成本都合算的解決方案。
才艮據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，電導(dǎo)體包括其中i殳置有獨(dú)立通道的內(nèi) 部流體管。該內(nèi)部流體管設(shè)置成在其內(nèi)部沿著一個(gè)方向引導(dǎo)冷卻流體， 流體通過流體管的外部和電導(dǎo)體的冷卻管道之間生成的通道被導(dǎo)引回 去。從而提供了使冷卻流體循環(huán)的簡單裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例，電導(dǎo)體在其上端設(shè)置有能夠防止流體 滲漏的密封件。優(yōu)選地，該密封件是焊接到電導(dǎo)體端部的。該4支術(shù)特征 通過設(shè)置阻止冷卻流體進(jìn)入變壓器或其它敏感設(shè)備的裝置而增強(qiáng)了安 全性。進(jìn)一步地，由于將蓋優(yōu)選地焊接在其端部，因此得以提供一種永 久性連接，該連接可以進(jìn)行壓力測試和泄，測，還進(jìn)一步增強(qiáng)了安全 性并且便于故障定位。
進(jìn)一步的實(shí)施例限定在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明還包括這種方法，依i&該方法可以獲得對(duì)應(yīng)于上述優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
通過閱讀下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的特征、優(yōu)點(diǎn)和目的將變 得顯而易見。


圖l是高壓套管的總體圖。
圖2是裝配到變壓器外殼上的圖1中套管的截面圖。
圖3示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例。
圖4示出了圖3中的套管內(nèi)的導(dǎo)體。
圖5更詳細(xì)地示出了導(dǎo)體和新型冷卻通道。
圖6示出了可在其中有利地實(shí)施本發(fā)明的換流閥廳。
具體實(shí)施例方式
在可能的情況下，說明書全文中用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似 的部件。
高壓套管是一種用于穿過接地障礙物傳輸高電位電流的裝置，該接 地障礙物可以是例如墻壁或諸如變壓器箱之類的電力i殳備的外殼。該套 管借助其絕緣性能阻止電流i^^接地障礙物。
傳統(tǒng)的套管如圖l和2所示，其中，圖l中示出了套管l的總體結(jié) 構(gòu)。在圖2中，示出了圖1中的套管1安裝到變壓器外殼18的截面圖。 高壓導(dǎo)體10穿過中空的套管絕緣體12的中心，該套管絕緣體形成環(huán)繞 高壓導(dǎo)體10的外殼。通常情況下，對(duì)于露天應(yīng)用場合來說，該絕緣體 12由瓷料或硅橡膠制成。
在電容式套管中，絕緣體外殼內(nèi)設(shè)有用于電壓遞減的電容器芯部 14。套管及其周圍結(jié)構(gòu)上的電壓應(yīng)力包括交流(AC)和直流(DC)分 量。AC分量電壓遞減取決于絕緣材料的電容率。DC分量電壓遞減取 決于絕緣材料的隨溫度而變化的電阻率。凸緣16設(shè)置為連接套管的外 殼12從而使其穿過變壓器外殼18。盡管圖中示出了電容式套管，但是 應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明同樣可以應(yīng)用在非電容式套管中。
圖2中還示意性地示出了套管1到變壓器內(nèi)部組件的連接。這種示 例性連接包括由高壓導(dǎo)體10的底端部分形成的底部觸點(diǎn)20。該底部觸 點(diǎn)20設(shè)置在套管1的下部底端并配置為與設(shè)置在變壓器外殼18中的相匹配的內(nèi)部觸點(diǎn)22相連接。此外，上部外端子24設(shè)置在套管1的與底 部觸點(diǎn)20 —端相反的一端處。外端子24通過大體上呈平面狀的界面電 連接到高壓導(dǎo)體10，設(shè)置外端子24的目的是為了將變壓器設(shè)備連接到 外部電源。
除了圖示的換流變壓器套管以外，其它套管也可以采用本發(fā)明。在 此情況下，值得注意的是，可以采用其它合適的連接裝置將套管和其它 電氣設(shè)備連接起來。例如，如果本發(fā)明的教導(dǎo)被用于構(gòu)造墻壁套管，那 么其連接裝置應(yīng)該適用于這種目的，而不是能夠與變壓器外殼18連接。
圖3示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中示出了新型套管30。套 管30可以是如上所述的套管或者任何其它高壓套管。高壓導(dǎo)體31容納 在套管30內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，套管30的高壓導(dǎo)體31設(shè)有一個(gè)或多個(gè)用 于導(dǎo)通冷卻流體的通道32，該冷卻流體在本示例中是冷卻水，該通道將 參照?qǐng)D4和5進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
接下來用HVDC換流閥的冷卻系統(tǒng)來說明本發(fā)明。常規(guī)情況下， HVDC換流閥通過在閉環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)的去離子水來進(jìn)行冷卻。熱量被轉(zhuǎn) 移到次級(jí)電路，該次級(jí)電路可以在室外冷卻器中冷卻。本發(fā)明可以與利 用去離子水作為冷卻介質(zhì)的HVDC換流閥結(jié)^來實(shí)施。冷卻HVDC 換流閥的冷卻裝置也可用于冷卻套管。
在圖3中，HVDC換流閥被示意性地示出并由附圖標(biāo)記34表示。 HVDC換流閥34的冷卻系統(tǒng)的水管由附圖標(biāo)記39表示。箭頭I和II 表示冷卻水(或其它流體)的方向。具體來說，在I方向上，來自HVDC 換流閥34的冷卻;;M^導(dǎo)向套管30，而在II方向上，被稍微加熱的冷卻 水返回HVDC換流閥冷卻系統(tǒng)。本領(lǐng)域內(nèi)公知的是，HVDC換流閥34 的冷卻系統(tǒng)可進(jìn)一步包括去離子器、泵、熱交換器等。冷卻系統(tǒng)的這些 部件以40示意性地標(biāo)示。
HVDC換流閥34的冷卻流體可以與套管30的導(dǎo)體31的電位相同 或不同。根據(jù)本發(fā)明，僅有一部分用于冷卻HVDC換流閥34的水故用 于冷卻套管30。例如，這部分水的比例在1/5000到1/500的范圍內(nèi)，盡 管根據(jù)具體應(yīng)用場合可能需要更多或更少的水。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，外部冷卻裝置;l獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，即 不是HVDC的冷卻系統(tǒng)。然而，可以采用與HVDC換流閥的冷卻系統(tǒng)類似的冷卻系統(tǒng)。也就是說，冷卻介質(zhì)可以在閉環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，不過該 系統(tǒng)是用于冷卻套管的獨(dú)立系統(tǒng)。
圖4示出了圖3中位于套管30內(nèi)的導(dǎo)體31。附圖標(biāo)記35表示接地 外殼，例如變壓器箱或墻壁。附圖標(biāo)記36表示用于將套管30連接到諸 如變壓器內(nèi)部組件等的封閉的電氣設(shè)備的連接裝置。附圖標(biāo)記37表示 與例如高壓電網(wǎng)相連的連接部。套管30可因此用于將封閉的電氣設(shè)備 連接到高壓電網(wǎng)，盡管它也可以用在其它應(yīng)用場合。在32處示出了新 型流體冷卻裝置，套管30頂部的雙箭頭表示流動(dòng)的冷卻流體。
圖5更詳細(xì)地示出了高壓套管30的導(dǎo)體31和該新型冷卻管道。一 個(gè)或多個(gè)冷卻管道32與導(dǎo)體31 —體設(shè)置。水管38優(yōu)選地^1置在冷卻 管道32內(nèi)。于是冷卻水可通過水管38導(dǎo)引，從而允許水ii^水管38 內(nèi)且被導(dǎo)出水管38之外。也就是說，水管38設(shè)置為在水管38內(nèi)沿著 一個(gè)方向?qū)б鋮s水，然后該7m引導(dǎo)通過水管38的外部與冷卻管道 32的內(nèi)部之間生成的通道32a、 32b。
容納冷卻管道32的導(dǎo)體31的中空內(nèi)部優(yōu)選的不是通孔，從而減少 了水i^諸如變壓器之類的電氣設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。該一個(gè)或多個(gè)冷卻水通道 32a、 32b連接到用于冷卻HVDC換流閥的冷卻系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)體31的溫度大約保持在40X:到80匸
之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選的是6or;左右。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，該溫度可以^:控并 且可以保持在其它溫度下。
值得注意的是，在設(shè)計(jì)和實(shí)施本發(fā)明的過程中應(yīng)該小心，以防止冷 卻水ii^變壓器或其它敏感設(shè)備中。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，高壓導(dǎo)
體31設(shè)有焊接在其末端的蓋。焊接提供了一種永久性連接，可以對(duì)該 連接進(jìn)行例如壓力測試并能夠進(jìn)行泄^r測。
應(yīng)該意識(shí)到的是，可以采用其它能夠防止水滲漏的密封件，以及其 它用于緊固這種密封件的裝置。圖6示出了 HVDC換流閥廳，并且示 意性地示出了在這種應(yīng)用場合中如何容易地實(shí)施本發(fā)明。HVDC換流變 壓器通過換流變壓器套管連接到HVDC換流閥。通常情況下，換流變 壓器直接布置在HVDC換流閥廳外部，而其套管伸入換流閥廳內(nèi)。然 后套管的頂部直接連接到HVDC換流閥。箭頭II表示電氣和冷卻水連 接。箭頭IV表示換流閥廳內(nèi)的若干HVDC換流閥之一。
如前所述，外部冷卻系統(tǒng)的冷卻流體可以與套管30的導(dǎo)體31的電 位相同或不同。不過需要對(duì)套管和冷卻流體的電位差引起的非期望電流 進(jìn)行處理。冷卻系統(tǒng)可以i殳置例如導(dǎo)出這，種非期望電流的電極。
這種采用現(xiàn)有且已被使用的冷卻水來冷卻套管的創(chuàng)造性方式^f吏得 能夠?qū)崿F(xiàn)成本合算且可靠的冷卻。通過本發(fā)明，套管的設(shè)計(jì)將大幅度簡 化，因?yàn)樘坠艿膶?dǎo)體和絕緣材料的溫度處于控制中。對(duì)于較高電壓-例 如800千伏直流電來說，現(xiàn)有技術(shù)的套管將不得不變得非常巨大以使_傳 輸例如4000安電流。對(duì)套管的這種創(chuàng)造性冷卻可使導(dǎo)體直徑較小，從 而減小整個(gè)套管的尺寸。
更進(jìn)一步的，即使是高強(qiáng)度電流和高電壓等級(jí)，例如500到800千 伏甚至更高電壓等級(jí)的直流電，也能實(shí)現(xiàn)套管的充分冷卻。
本發(fā)明適用于例如換流變壓器套管、換流閥廳墻壁套管和室內(nèi)平波 電抗器套管。
在先前的詳細(xì)描述中，已參照本發(fā)明具體的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行了說明。在不背離權(quán)利要求限定的范圍的情況下可以做出本發(fā)明的 各種改型和變型。因此，說明書和附圖應(yīng)理解為示例性的而非限制性的。 因而，盡管水被描述為優(yōu)選的冷卻流體，但是油也是一種可行的替代物。
權(quán)利要求
1.一種高壓套管(30)，包括環(huán)繞電導(dǎo)體(31)的絕緣體(12)，該電導(dǎo)體(31)能夠電連接到高壓設(shè)備(34)，其特征在于，所述高壓套管(30)的所述電導(dǎo)體(31)能夠連接到外部流體冷卻系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的高壓套管(30)，其中，所述電導(dǎo)體(31) 包括冷卻管道(32)。
3. 如權(quán)利要求2所述的高壓套管(30)，其中，所述冷卻管道(32) 包括至少兩個(gè)獨(dú)立通道(32a, 32b)，所述至少兩個(gè)獨(dú)立通道(32a， 32b) 至少在一處彼此流體連通并且設(shè)置成穿過所述電導(dǎo)體(31)從所述外部 流體冷卻系統(tǒng)接收高電位的循環(huán)冷卻流體。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的高壓套管(30 ),其中，所述冷卻管道 (32)與所述高壓套管(30)的所述電導(dǎo)體(31)設(shè)置成一體。
5. 如權(quán)利要求l-4中任一項(xiàng)所述的高壓套管(30)，其中，所述外 部冷卻系統(tǒng)是高壓直流換流閥(34)的流體冷卻系統(tǒng)(39，40)。
6. 如權(quán)利要求l-5中任一項(xiàng)所述的高壓套管，其中，所述高壓套 管(30)包括用于從流體冷卻的高壓直流換流閥(34)傳輸高電壓和高 電流的裝置。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的高壓套管，其中，所述高壓直流換流 閥冷卻系統(tǒng)(39, 40 )的冷卻流體的一部分用于冷卻所述高壓套管(30 )。
8. 如權(quán)利要求5、 6或7所述的高壓套管，其中，所述高壓套管(30) 能夠通過所述一個(gè)或多個(gè)流體通道(32a， 32b)連接到所述高壓直流換 流閥(34)的所述流體冷卻系統(tǒng)(39, 40)。
9.如權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的高壓套管(30)，其中，所述 電導(dǎo)體(31)的所述冷卻管道(32)包括設(shè)置成引導(dǎo)冷卻流體的流體管 (38)。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的高壓套管，其中，所述高壓 套管(30)設(shè)置成用于穿過至少一個(gè)接地平面(35)將高電壓和高電流 傳輸給變壓器。
11. 如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的高壓套管，其中，所述電導(dǎo) 體(31)在其上端設(shè)置有能夠防止流體滲漏的密封件。
12. 如權(quán)利要求ll所述的高壓套管，其中，所述密封件焊接到所 述端部。
13. 如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的高壓套管，其中，所述電導(dǎo) 體(31)的溫度保持在40"C到80X:的范圍內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的高壓套管，其中，所述流體 是水。
15. —種冷卻高壓套管(30)的方法，所述高壓套管(30)包括環(huán) 繞電導(dǎo)體(31)的絕緣體(12)，該電導(dǎo)體(31)能夠電連接到高壓設(shè) 備(34)，該方法的特征在于通過將所述高壓套管(30)的所述電導(dǎo)體(31)連接到外部流體冷卻系統(tǒng)來冷卻所述高壓套管(30)的步驟。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述電導(dǎo)體(31)包括冷 卻管道(32)，該冷卻管道(32)具有至少兩個(gè)獨(dú)立通道(32a， 32b )， 所述至少兩個(gè)獨(dú)立通道(32a， 32b)在至少一處彼此流體連通，所述方法包括在所述通道(32a, 32b)內(nèi)容納流過所述電導(dǎo)體(31)的循環(huán)冷 卻流體的步驟。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，所述電導(dǎo)體(31)的溫度保持在40℃到80℃的范圍內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述外部冷 卻系統(tǒng)的冷卻流體的一部分用于冷卻所述高壓套管(30)。
19. 如權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述流體是水。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力分配系統(tǒng)和這種電力分配系統(tǒng)中的高壓設(shè)備的冷卻的領(lǐng)域。具體來說，本發(fā)明涉及用于這種系統(tǒng)中的套管的冷卻。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的方法。
文檔編號(hào)H02B1/56GK101346779SQ200680049282
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者單·古斯塔夫松, 厄本·阿斯特羅姆, 弗雷德里克·彼得里什, 彼得·舍貝里, 拉爾斯·斯韋耶赫德 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司