一种用于超导电力设备的气冷电流引线的制作方法
【专利摘要】一种用于超导电力设备的气冷电流引线，由导电杆(1)和气冷管道(2)组成。导电杆(1)为圆柱形，气冷管道(2)为中空的圆柱形管道。导电杆(1)有一个和气冷管道(2)顶部端面法兰配合的法兰端面，导电杆(1)法兰端面下方的部分穿过气冷管道(2)的中心通孔。导电杆(1)和气冷管道(2)同轴安装，通过导电杆(1)的法兰端面与气冷管道(2)顶部端面法兰紧固。气冷电流引线通过气冷管道(2)的安装端面安装在杜瓦盖板(3)上，通过气冷管道(2)低温侧的螺纹配合螺母进行紧固。
【专利说明】—种用于超导电力设备的气冷电流弓I线
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种应用于超导电力设备的高电压气冷电流引线。
【背景技术】
[0002]近年来，诸如超导变压器、超导限流器等高电压超导电力设备的研究开发取得了较大进展。当前超导电力设备大多运行于液氮温区，较多采用液氮蒸发冷却形式维持超导电力设备中超导部件所需的低温环境。
[0003]电流引线是高电压超导电力设备的关键部件，其用于连接低温超导部件和室温侧电源。然而，外部热源经由电流引线进入杜瓦内部，导致系统的冷却效率极大降低。由于液氮蒸发后产生的氮气具有较大的显热，可以充分利用蒸发的冷氮气来带走引线产生的焦耳热以及外部热源向引线的漏热。
[0004]中国发明专利201110067987.5公开了一种气冷引线的低温绝缘结构，其结构包括真空法兰盘和设在气冷引线外表面的三层绝缘结构。该发明的结构只解决了电流引线导体外表面的绝缘问题，没有考虑电流引线在室温部分导体结霜带来的绝缘问题。
[0005]中国发明专利201310236984.9公开了一种应用于高压超导电力设备的出现套管，其由玻璃钢护套、低温胶浸纸、引线和伞群组成。该发明只解决了电流引线导体与杜瓦间的绝缘问题，没有考虑气冷弓丨线结构。
[0006]中国发明专利201210042720.5公开了一种超导电力装置用高电压绝缘电流引线，其主要包含紫铜导体、绝缘子、绝缘套管等部分。该发明同样只解决了电流引线导体与外部环境的绝缘问题，没有考虑气冷引线结构。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的缺点，针对电流引线外部结霜对绝缘的影响和绝缘层过厚影响气冷引线换热效率的问题，提供一种用于超导电力设备的高电压气冷电流引线。本发明为一种真空绝热管道高电压气冷电流引线，采用胶浸纸结合环氧树脂伞裙法兰的技术方案，适用于不超过35kV的大电流超导电力设备。
[0008]本发明的气冷电流引线主要由导电杆和气冷管道两大部件组成。
[0009]所述的导电杆为圆柱形。所述的气冷管道为中空的圆柱形管道。导电杆有一个和气冷管道顶部端面法兰配合的法兰端面，导电杆法兰端面下方的部分穿过气冷管道的中心通孔。导电杆和气冷管道同轴安装，通过导电杆的法兰端面与气冷管道顶部端面法兰紧固。气冷电流引线通过气冷管道的安装端面安装在杜瓦盖板上，通过气冷管道低温侧的螺纹配合螺母进行紧固。
[0010]所述的导电杆包含通电导体、室温端子、伞裙法兰、胶浸纸绝缘套管和上密封O圈。通电导体与室温端子间通过螺纹同轴连接；通电导体和伞裙法兰间通过螺纹同轴连接，且伞裙法兰位于室温端子的下方。上密封O圈位于室温端子和伞裙法兰之间，与室温端子同轴；胶浸纸绝缘套管位于伞群法兰的下方，与通电导体同轴安装。
[0011]所述的通电导体为一根形状均匀的圆形棒，由高电导率材料制成，通常采用紫铜棒。通电导体的一端，即低温端穿过真空绝热管道后插入杜瓦内部；通电导体的中温端加工有一段外螺纹，用于与室温端子和伞裙法兰连接。
[0012]所述的室温端子为圆柱形，室温端子的直径大于通电导体的直径，室温端子采用与通电导体相同材质的棒材加工而成。室温端子与通电导体连接的一端的底面加工有密封凹槽，该密封凹槽为圆环形，密封凹槽的内径和外径分别与上密封O圈的内径和外径相等，用于放置上密封O圈。所述室温端子与通电导体连接的一端的底面中心开有内螺纹孔，内螺纹孔位于圆形凹槽的中心部位，与密封凹槽同心。内螺纹孔的外径小于圆形凹槽的内径，用于和通电导体连接。
[0013]所述的室温端子根据外径的不同分为两段，其中一段用于与外部接线端子电气连接，位于室温端子的上部。室温端子的另一段用于和伞裙法兰之间的密封连接，位于室温端子的下部，且该段的直径约为室温端子上段直径的1.5倍。所述的室温端子虽然两段直径不同，但是均由一根整体的圆柱形铜棒加工而成。室温端子的尺寸根据实际使用的外部连接端子尺寸确定。
[0014]所述的外部连接端子是用于电气设备与外部电缆连接的连接件。
[0015]所述的伞裙法兰由环氧树脂块材加工而成，具有防水结构。伞裙法兰上部为一个平台，伞裙法兰中间部分加工有内螺纹，该内螺纹与通电导体上部的外螺纹配合，利用通电导体上部的外螺纹，使伞裙法兰沿通电导体的轴向运动，在保持室温端子和通电导体相对位置不动的情况下，通过螺纹旋转带动伞裙法兰的室温端平面沿轴向往室温端子的底面运动，从而可以压紧置于室温端子的底面圆环形凹槽中的上密封O圈。伞群法兰上部平台上与真空绝热管道配合处加工有沉头法兰孔，用螺母将真空绝热管道顶部的下密封O圈压紧。
[0016]所述的胶浸纸绝缘套管为中空的圆柱形，其中心的通孔直径与通电导体的外径相等，圆柱形胶浸纸绝缘套管的壁厚根据绝缘等级的不同进行调整，一般选择依据约为Imm厚度对应1kV绝缘要求。所述的胶浸纸绝缘套管长度约比通电导体的长度小50mm，且同轴套装在通电导体外。制作时，先将通电导体、室温端子和伞裙法兰装配完毕，然后再采用采用真空压力灌封或真空压力浸溃工艺，将包覆层完全浸润低温胶或漆。所述包覆层采用耐低温、高耐压强度、易浸溃的聚芳酰胺纸(Nomex)或聚丙烯层压纸(PPLP)或聚酰亚胺玻璃丝布复合纸。包覆层均匀缠绕在通电导体外侧。通电导体处于低温侧的端部有一段不缠绕包覆层，以用作电气连接。缠绕包覆层时，使通电导体与伞裙法兰连接处紧密连接并密封，不得露出通电导体。
[0017]所述的上密封O圈为密封用橡胶圈，上密封O圈放置于室温端子底部的凹槽内，并由伞裙法兰通过螺纹压紧，防止气体从伞裙法兰和室温端子之间的接合部位溢出。
[0018]所述的气冷管道包含真空绝热管道、通气绝缘支架、下密封O圈、锁紧螺母以及密封垫等部件。其中，通气绝缘支架同轴安装在真空绝热管道的底部，下密封O圈同轴安装在真空绝热管道的顶部，密封垫同轴安装在距离真空绝热管道顶部端面约4/5真空绝热管道总长度的位置，锁紧螺母与真空绝热管道同轴安装，安装在密封垫以下距离一倍于杜瓦盖板厚度的位置。
[0019]所述的真空绝热管道为一根中心为等径通孔的真空管道，采用不锈钢加工而成，包含室温端、排气孔、安装端，以及低温端。根据该真空绝热管道外径的不同分为室温侧和低温侧两段；室温侧为真空绝热管道位于杜瓦盖板以上的部分，低温侧为是指真空绝热管道位于杜瓦盖板以下的部分；室温侧的外径约为低温侧外径的倍，室温侧的长度约为整个真空绝热管道长度的4/5，低温侧的长度约为整个真空绝热管道长度的1/5。室温端位于真空绝热管道室温侧的最顶部。排气孔位于真空绝热管道室温侧偏下部位，排气孔的中心距离室温端的长度约为真空绝热管道总长度的3/5 ;安装端位于排气孔下方，安装端距离室温端的长度约为真空绝热管道总长度的4/5 ;低温端位于安装端的下方，是真空绝热管道的最底端。真空绝热管道的长度与胶浸纸绝缘套管的长度相等。
[0020]真空绝热管道的室温端用于与导电杆连接，该端面加工有法兰孔，法兰孔的数量和尺寸与伞裙法兰的室温端的沉头法兰孔数量和尺寸相同。真空绝热管道的室温端加工有圆环形凹槽，该凹槽与真空绝热管道同心，用于安放下密封O圈。该凹槽的内径和外径分别与下密封O圈的内径和外径相等。真空绝热管道的排气孔位于真空绝热管道中部偏下的位置，即所述排气孔的中心距离室温端的长度约为3/5真空绝热管道的长度。所述的排气孔用于将冷却气体排放至外部管道。真空绝热管道的安装端为一个环形平台，且安装端距离排气孔中心的长度约为1/5真空绝热管道的长度。真空绝热管道的安装端处的平台下部加工有30?40mm长的外螺纹，用于将真空绝热管道固定在杜瓦盖板上。真空绝热管道的低温端为一个凹形的环状平台，用于放置通气绝缘支架。
[0021]所述的通气绝缘支架为圆环形，通气绝缘支架的外径与真空绝热管道的低温端处的凹形平台外径一致，装配时将通气绝缘支架置于该凹形平台的凹槽中，用于防止胶浸纸绝缘套管侧方位移动。通气绝缘支架中心加工有一个通孔，该通孔的直径与胶浸纸绝缘套管的外径相等。通气绝缘支架的内圆为锯齿状。低温冷却气体通过通气绝缘支架进入真空绝热管道内部。
[0022]所述的下密封O圈为密封用橡胶圈，下密封O圈放置于真空绝热管道顶部的凹槽内，并由伞裙法兰通过螺钉压紧，防止气体从伞裙法兰和真空绝热管道之间的接合部位溢出。
[0023]所述的密封垫为聚四氟乙烯材料制作的平垫，密封垫平整放置于真空绝热管道下部与杜瓦盖板接合部位的凸台上，由处于杜瓦盖板内侧的螺母压紧，防止气体从真空绝热管道与杜瓦盖板结合部位溢出。
[0024]所述的锁紧螺母为不锈钢材料制作，其内螺纹的直径和真空绝热管道安装端处平台下方的外螺纹直径相等。锁紧螺母用于将真空绝热管道密封固定在杜瓦盖板上。
[0025]所述的杜瓦是能够提供低温保温环境的一种容器，为本领域的基本专业术语，是本领域专业技术人员的公知常识。所述的杜瓦盖板，是指杜瓦顶部起密封连接的一个法兰，通常与杜瓦内部联系的介质流通和电气连接等通道都安装在盖板上，为本领域的基本专业术语，是本领域专业技术人员的公知常识。
[0026]本发明的气冷电流引线在通电导体外侧增加胶浸纸绝缘套管，在保证气冷引线换热效率的同时确保了绝缘强度。本发明在气冷引线外侧增加伞群法兰，使得气冷引线室温端子侧即便有大量冷凝水的条件下依旧可以保证绝缘强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1气冷电流引线结构图，图中:1导电杆、2气冷管道、3杜瓦盖板；
[0028]图2导电杆I结构图，图中:11室温端子、12上密封O圈、13伞裙法兰、14通电导体、15胶浸纸绝缘套管、A通电导体14的中温端、B通电导体14的低温端、C胶浸纸绝缘套管15的中温端、D胶浸纸绝缘套管15的低温端、E伞裙法兰13的室温端、F伞裙法兰13的中温端、G室温端子11的底面、I1浸纸绝缘套管15的长度、I2室温端子11的长度、I3室温端子11的螺纹孔深度、I4伞裙法兰13的平台厚度、I5通电导体14的长度、I6通电导体14的螺纹长度；
[0029]图3气冷管道2结构图，图中:21真空绝热管道、22下密封O圈、23密封垫、24锁紧螺母、25通气绝缘支架、H真空绝热管道21的室温侧、I真空绝热管道21的排气孔、J真空绝热管道21的安装端、K真空绝热管道21的低温侧、I7真空绝热管道21的长度、I8真空绝热管道21的排气孔I的中心距离真空绝热管道21的室温侧H的长度、I9真空绝热管道21的安装端J距离真空绝热管道21的排气孔I中心的长度；
[0030]图4导电杆I和气冷管道2装配示意图。
【具体实施方式】
[0031 ] 下面结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0032]如图1所示，本发明的气冷电流引线主要由导电杆I和气冷管道2组成。所述的导电杆I为多个零件组成的复合结构，总体为圆柱形。所述的气冷管道2为多个零件组成的复合结构，总体为中空的圆柱形管道。导电杆I具有一个和气冷管道2顶部端面法兰配合的法兰端面，导电杆I法兰端面下方的部分穿过气冷管道2的中心通孔。导电杆I和气冷管道2同轴安装，由导电杆I的法兰端面与气冷管道2顶部端面法兰进行紧固。气冷电流引线通过气冷管道2的安装端面安装在杜瓦盖板3上，通过气冷管道2低温侧的螺纹配合螺母进行紧固。
[0033]如图2所示，本发明的气冷电流引线的导电杆I包含:室温端子11、上密封O圈12、伞裙法兰13、通电导体14和胶浸纸绝缘套管15。导电杆I用于传输电流，同时实现和气冷管道2之间的主绝缘。
[0034]所述的室温端子11采用与通电导体14相同材质的棒材加工而成，本实施例中选用紫铜棒，用于传输电流和密封连接。所述的室温端子11根据外径的不同分为两段，其中一段用于与外部接线端子电气连接，位于室温端子11的上部，为沿长度方向直径相同的圆柱体。另一段用于和伞裙法兰13之间的密封连接，位于室温端子11的下部，为沿长度方向直径相同的圆柱体，且该段的直径约为室温端子11上段直径的1.5倍。所述的室温端子11虽然两段直径不同，但是均由一根整体的圆柱形铜棒加工而成，因此室温端子11的上部和下部之间不需要额外的连接，二者本质上即为一体。室温端子11的尺寸根据实际使用的外部连接端子尺寸确定，其中室温端子11的直径需要比外部连接端子直径大20mm左右，室温端子11的长度I2约为外部连接端子高度的1.2倍左右。本实施例的室温端子11选用紫铜棒，直径为50mm,长度I2为100mm。室温端子11的底面G开有圆环形凹槽,该凹槽与室温端子11同心，用于安放上密封O圈12。凹槽的内径和外径分别与上密封O圈12的内径和外径相等。室温端子11的底面G中心加工有内螺纹孔，内螺纹孔位于圆形凹槽的中心部位，且内螺纹孔的外径约比圆形凹槽的内径小6mm。室温端子11的内螺纹孔深度I3为室温端子11的长度I2的1/3左右，在本实施例中选择室温端子11的内螺纹孔深度I3为30_。内螺纹孔的外径与通电导体14的外径相等，用于与通电导体14的电气和机械连接。室温端子11的上部与外部接线端子连接，因此室温端子11上部圆柱体的半径和长度需根据外部接线端子的连接半径和长度而定，在本实施例中室温端子11的上部圆柱体直径为33mm，长度为75mm。
[0035]所述的外部连接端子是用于电气设备与外部电缆连接的连接件，为本领域专业技术人员公知的部件。
[0036]所述的上S封O圈12为橡I父S封圈，为标准广品。
[0037]所述的伞裙法兰13用整块环氧树脂加工而成。伞裙法兰13整体为圆柱形，上部伞裙法兰13的室温端E和伞裙法兰13的中温端F之间为平台结构，伞裙法兰13的平台厚度I4可以根据绝缘强度需求确定，一般选择20_。伞裙法兰13的下部中空，外侧加工成伞裙，用于实现室温端子对气冷管道2之间的主绝缘与气体密封。伞裙法兰13的室温端E为一个平面，上面加工有若干个沉头法兰孔，在本实施例中为6个。所述的法兰孔用于将导电杆I固定在气冷管道2上。伞裙法兰13的中心加工有内螺纹，该螺纹的外径与通电导体14的外径相等。利用通电导体14上部的外螺纹，使伞裙法兰13沿通电导体14的轴向运动，在保持室温端子11和通电导体14位置相对不动的情况下，通过旋转伞裙法兰13，带动伞裙法兰13的室温端E平面沿轴向往室温端子11的底面G运动，从而可以压紧置于室温端子11的底面G圆环形凹槽中的上密封O圈12。伞裙法兰13的中温端F为一个平面，用于压紧导电杆I和气冷管道2之间的密封圈。伞裙法兰13的下部伞裙主要用于防止室温端子11的冷凝水滴在气冷管道2上，如果冷凝水成串滴到气冷管道2上，则会造成电气短路，威胁到设备的运行安全。伞裙法兰13的下部采用中空结构，与伞裙法兰13同心。伞裙法兰13下部空隙的直径比气冷管道2的外径大5_，可以使得伞裙法兰13的中温端F能够完全与气冷管道2的顶部端面贴合。
[0038]所述的通电导体14采用与室温端子11相同的材料制作，在本实施例中为紫铜棒，直径20mm，用于传输电流。所述的通电导体14沿轴向分为两段，分别为中温侧和低温侧，中温侧和低温侧的外径相同，中温侧的长度约为整个通电导体14的长度I5的4/5，低温侧的长度约为整个通电导体14的长度I5的1/5。所述的通电导体14的中温端A位于通电导体14中温侧的最顶部，用于与室温端子11之间的紧固连接和传输电流；所述的通电导体14的低温端B位于通电导体14低温侧的最底部，用于与杜瓦内部超导电力设备之间的电气连接和传输电流。通电导体14的长度I5—般选择为100mm左右，这样既能保证使用时具有一定的温度梯度，也不会因为过长而难以加工。通电导体14的中温端A加工有外螺纹，该螺纹的外径与通电导体14的直径相等。通电导体14的螺纹长度I6比室温端子11的螺纹孔深度I3与伞裙法兰13的平台厚度I4的和大3?5_。所述的胶浸纸绝缘套管15采用采用耐低温、高耐压强度、易浸溃的聚芳酰胺纸(Nomex)或聚丙烯层压纸(PPLP)或聚酰亚胺玻璃丝布复合纸与低温胶或漆制成，本实施例选用聚芳酰胺纸(Nomex)与低温环氧胶制作。胶浸纸绝缘套管15套装在通电导体14的外表面。伞裙法兰13与通电导体14装配完成后，将完全浸润有低温环氧胶的聚芳酰胺纸紧贴伞裙法兰13的中温端F，紧密缠绕在通电导体14的外表面。聚芳酰胺纸宽度为胶浸纸绝缘套管15的长度I1，且有胶浸纸绝缘套管15的长度I1等于通电导体14的长度I5减去通电导体14的螺纹长度I6 ;聚芳酰胺纸的缠绕层数根据主绝缘要求确定，若以η表示聚芳酰胺纸的缠绕层数，则对于n kV的绝缘要求需要缠绕η层聚芳酰胺纸。缠绕完成后，将胶浸纸绝缘套管15置于真空加热炉中进行加温固化，固化后的聚芳酰胺纸即为胶浸纸绝缘套管15。
[0039]导电杆I的装配步骤如下:
[0040](I)将伞裙法兰13中心的内螺纹旋入通电导体14的中温端A的外螺纹；
[0041](2)将上密封O圈12置于室温端子11的底面G的圆环形凹槽中；
[0042](3)将通电导体14的中温端A的外螺纹旋入室温端子11的底面G的内螺纹孔中；
[0043](4)旋转伞裙法兰13，使伞裙法兰13的室温端E尽量贴近室温端子11的底面G，以确保上密封O圈完全被压紧；
[0044](5)将完全浸润低温环氧胶的聚芳酰胺纸紧贴伞裙法兰13的中温端F，紧密缠绕在通电导体14的外表面；
[0045](6)缠绕完毕后，将导电杆I置于真空加热炉中进行加温固化，固化时间和温度根据市售低温环氧胶的使用说明书中规定的固化时间和温度要求确定；
[0046](7)固化完成后，将导电杆I取出，即完成导电杆I的装配。
[0047]如图3所示，本发明的气冷电流引线的气冷管道2包含以下零部件:真空绝热管道21、下密封O圈22、密封垫23、锁紧螺母24和通气绝缘支架25。气冷管道2为通电导体14提供冷却气体，并为冷却气体提供排放通路。
[0048]所述的真空绝热管道21，为一根中心为等径通孔的真空管道，采用不锈钢加工而成，包含室温端H、排气孔1、安装端J，以及低温端K。根据该真空绝热管道21外径的不同分为室温侧和低温侧两段；室温侧为真空绝热管道21位于杜瓦盖板3以上的部分，低温侧为是指真空绝热管道21位于杜瓦盖板3以下的部分；室温侧的外径约为低温侧外径的1.5倍，室温侧的长度约为整个真空绝热管道21长度的4/5，低温侧的长度约为整个真空绝热管道21长度的1/5。室温端H位于真空绝热管道21室温侧的最顶部；排气孔I位于真空绝热管道21室温侧偏下部位，其中心距离室温端H的长度约为真空绝热管道21总长度的3/5 ;安装端J位于排气孔I下方，其距离室温端H的长度约为真空绝热管道21总长度的4/5 ;低温端K位于安装端J下方，是真空绝热管道21的最底端。真空绝热管道21的长度I7与胶浸纸绝缘套管15的长度I1相等。真空绝热管道21的室温端H用于与导电杆I连接，该端面加工有法兰孔，法兰孔的数量和尺寸与伞裙法兰13的室温端E的沉头法兰孔数量和尺寸相同。真空绝热管道21的室温端H加工有圆形凹槽，凹槽与真空绝热管道21同心，用于安放下密封O圈22。该凹槽的内径和外径分别与下密封O圈22的内径和外径相等。真空绝热管道21的排气孔I位于真空绝热管道21中部偏下的位置，即所述排气孔I的中心距离室温端H的长度I8约为3/5真空绝热管道21的长度17。所述的排气孔I用于将冷却气体排放至外部管道。真空绝热管道21的安装端J为一个环形平台，且安装端J距离排气孔I中心的长度I9约为1/5真空绝热管道21的长度17。真空绝热管道21的安装端J处的平台下部加工有30?40mm长的外螺纹，用于将真空绝热管道21固定在杜瓦盖板3上。真空绝热管道21的低温端K为一个凹形的环状平台，用于放置通气绝缘支架25。
[0049]所述的下密封O圈22是橡胶密封圈，为标准产品。
[0050]所述的密封垫23为聚四氟乙烯环，厚度为l_2mm，密封垫23的内径和外径与真空绝热管道21的安装端J处的平台尺寸一致。装配时，将密封垫23置于真空绝热管道21的安装端J处的平台下部。
[0051]所述的锁紧螺母24为不锈钢材料制作，其内螺纹的直径和真空绝热管道21的安装端J处平台下方的外螺纹直径相等。锁紧螺母24与真空绝热管道21的安装端J处的外螺纹相配合，将真空绝热管道2密封固定在杜瓦盖板3上。
[0052]所述的通气绝缘支架25为环氧板加工而成，为环状结构。通气绝缘支架25中心有通孔。通气绝缘支架25的直径与胶浸纸绝缘套管15的外径相等。通气绝缘支架25内圆加工成锯齿状凹槽，用作冷却气体通道。通气绝缘支架25的外径与真空绝热管道21的低温端K处的凹形平台外径一致，装配时将通气绝缘支架25置于该凹形平台的凹槽中。
[0053]按照以下步骤装配气冷管道2:
[0054](I)将密封垫23置于真空绝热管道21的安装端J处的平台下，确保装配时不会掉出；
[0055](2)将真空绝热管道21的低温端K从正面穿过杜瓦盖板3上的安装孔，直至密封垫23与杜瓦盖板3完全均匀接触；
[0056](3)将锁紧螺母24旋入真空绝热管道21的安装端J的外螺纹，确保密封垫23被完全压实；
[0057](4)将通气绝缘支架25置于真空绝热管道21的低温端K处的凹形平台内，并用低温环氧胶粘接牢固；
[0058](5)待低温环氧胶完全固化后，即完成气冷管道2的装配。
[0059]如图4所示，将分别装配完成的导电杆I和气冷管道2装配在一起，即得到完整的气冷电流引线，装配步骤如下:
[0060](I)将下密封O圈22置于真空绝热管道21的室温端H —端的圆环形凹槽内；
[0061](2)将导电杆I的通电导体B端相继穿过真空绝热管道21的室温端H处的中心通孔和真空绝热管道21的低温端K处通气绝缘支架25的中心通孔，直至导电杆I的伞裙法兰13的中温端F贴近真空绝热管道21的室温端H ；
[0062](3)旋转导电杆1，使伞裙法兰13的室温端E上的沉头法兰孔与真空绝热管道21的室温端H上法兰孔完全对正，并用螺钉连接，确保已经将下密封O圈22完全压紧；
[0063](4)至此完成气冷电流引线的装配。
[0064]本发明提供了一种胶浸纸结合环氧树脂伞裙法兰的真空绝热管道高电压气冷电流引线，采用环氧伞群极大避免了电流引线外部结霜对绝缘的影响，采用胶浸纸极大降低了绝缘层过厚对气冷引线换热效率的影响，可以应用于不超过35kV的大电流高温超导电力设备。
【权利要求】
1.一种用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的气冷电流引线由导电杆(I)和气冷管道(2)组成；所述的导电杆(I)为圆柱形，所述的气冷管道(2)为中空的圆柱形管道；导电杆⑴有一个和气冷管道⑵顶部端面法兰配合的法兰端面，导电杆⑴法兰端面下方的部分穿过气冷管道(2)的中心通孔；导电杆(I)和气冷管道(2)同轴安装，通过导电杆(I)的法兰端面与气冷管道(2)顶部端面法兰紧固；气冷电流引线通过气冷管道(2)的安装端面安装在杜瓦盖板(3)上，通过气冷管道(2)低温侧的螺纹配合螺母进行紧固。
2.按照权利要求1所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的导电杆(I)包含通电导体(14)、室温端子(11)、伞裙法兰(13)、胶浸纸绝缘套管(15)和上密封O圈(12);通电导体(14)与室温端子(11)间通过螺纹同轴连接；通电导体(14)和伞裙法兰(13)间通过螺纹同轴连接，且伞裙法兰(13)位于室温端子(11)的下方；上密封O圈(12)位于室温端子(11)和伞裙法兰(13)之间，与室温端子(11)同轴；胶浸纸绝缘套管(15)位于伞群法兰(13)的下方，与通电导体(14)同轴安装； 所述的通电导体(14)为紫铜棒；通电导体(14)的一端，即低温端穿过气冷管道(2)的真空绝热管道(21)插入杜瓦内部；通电导体(14)的另一端加工有一段螺纹，用于与室温端子(11)和伞裙法兰(13)连接； 所述的室温端子(11)为圆柱体，室温端子(11)的直径大于通电导体(14)的直径，采用与通电导体(14)相同材质的棒材加工而成；室温端子(11)与通电导体(14)连接的一端的端面中心有内螺纹孔，用于和通电导体(14)连接；室温端子(11)与通电导体(14)连接的一端还加工有密封凹槽，该密封凹槽为圆环形，密封凹槽的内径大于所述内螺纹孔的外径，且密封凹槽与内螺纹同心，用于放置上密封O圈(12)； 所述的室温端子(11)分为两段，其中一段与外部接线端子电气连接，位于室温端子(11)的上部，另一段和伞裙法兰(13)之间的密封连接，位于室温端子(11)的下部，位于室温端子(11)下段的直径约为室温端子(11)上段直径的1.5倍；所述的室温端子(11)均由一根整体的圆柱形铜棒加工而成:室温端子(11)的尺寸根据所述的外部连接端子尺寸确定；室温端子(11)的底面(G)开有圆环形密封凹槽，该凹槽与室温端子(11)同心，用于安放上密封O圈(12);该凹槽的内径和外径分别与上密封O圈(12)的内径和外径相等；室温端子(11)的底部中心开有内螺纹孔，该内螺纹孔位于圆环形凹槽的中心部位，且密封凹槽的内径大于所述内螺纹孔的外径，内螺纹孔的外径与通电导体(14)的外径相等，用于与通电导体(14)的电气和机械连接； 所述的伞裙法兰(13)由环氧树脂块材加工而成，整体为圆柱形，伞裙法兰(13)的室温端(E)和伞裙法兰(13)的中温端(F)之间为平台结构，用于压紧导电杆(I)和气冷管道(2)之间的密封圈；伞裙法兰(13)的中心加工有内螺纹孔，该内螺纹孔与通电导体(14)上部的外螺纹配合，利用通电导体(14)上部的外螺纹，使伞裙法兰(13)沿通电导体(14)的轴向运动。在保持室温端子(11)和通电导体(14)相对位置不动的情况下，通过旋转伞裙法兰(13)，带动伞裙法兰(13)的室温端(E)平面沿轴向往室温端子(11)的底面(G)运动，压紧置于室温端子(11)的底面(G)圆环形凹槽中的上密封O圈(12);伞群法兰(13)上部平台上与气冷管道(2)的真空绝热管道(21)配合处加工有沉头法兰孔，用螺母将所述真空绝热管道(21)顶部的气冷管道(2)的下密封O圈(22)压紧；伞裙法兰(13)的下部中空，外侧加工成伞裙，用于实现室温端子(11)对气冷管道(2)之间的主绝缘与气体密封； 所述的胶浸纸绝缘套管(15)为中空的圆柱形，其中心的通孔直径与通电导体(14)的外径相等，胶浸纸绝缘套管(15)的壁厚根据绝缘等级的不同调整；所述的胶浸纸绝缘套管(15)的长度约比通电导体(14)的长度小50mm，且同轴套装在通电导体(14)外； 所述的上密封O圈(12)为密封用橡胶圈，上密封O圈(12)放置于室温端子(11)底部的圆环形凹槽内，并通过伞裙法兰(13)和通电导体(14)之间沿轴向的相对运动压紧，防止气体从伞裙法兰(13)和室温端子(11)之间的结合部位溢出。
3.按照权利要求1所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的气冷管道(2)包含真空绝热管道(21)、通气绝缘支架(25)、下密封O圈(22)、锁紧螺母(24)以及密封垫(23);所述的通气绝缘支架(25)同轴安装在真空绝热管道(21)的底部，下密封O圈(22)同轴安装在真空绝热管道(21)的顶部，密封垫(23)同轴安装在距离真空绝热管道(21)顶部端面约4/5真空绝热管道(21)总长度的位置；锁紧螺母(24)为不锈钢材料制作，锁紧螺母(24)内螺纹的直径和真空绝热管道(21)安装端(J)处平台下方的外螺纹直径相等，通过螺纹与真空绝热管道(21)同轴安装，锁紧螺母(24)安装在密封垫(23)以下距离一倍于杜瓦盖板(3)厚度的位置，用于将真空绝热管道(21)密封固定在杜瓦盖板(3)上。
4.按照权利要求2所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的真空绝热管道(21)为一根中心为等径通孔的真空管道，分为室温侧和低温侧两段；室温侧为真空绝热管道(21)位于杜瓦盖板(3)以上的部分，低温侧为真空绝热管道(21)位于杜瓦盖板(3)以下的部分；真空绝热管道(21)室温侧的外径约为低温侧外径的1.5倍；室温侧的长度约为整个真空绝热管道(21)长度的4/5，低温侧的长度约为整个管道长度的1/5 ;所述的真空绝热管道(21)位于气冷管道(2)的最外层，通电导体(14)与真空绝热管道(21)同轴，安装在真空绝热管道(21)的中心通孔内；导电杆⑴的室温端子(11)与通电导体(14)连接后与真空绝热管道(21)同轴安装在真空绝热管道(21)顶部平台处；所述的真空绝热管道(21)位于杜瓦内部的一段的外径小于位于杜瓦外的一段外径；在真空绝热管道(21)外径变化的部位有一个圆环状的平台，所述的密封垫(24)平整置于该平台上，通过螺纹将真空绝热管道(21)固定在杜瓦盖板(3)上；在所述的真空绝热管道(21)的室温侧开有一个圆形排气孔，用于冷却气体的排放，该排气孔的直径与真空绝热管道(21)的中心通孔直径相等，排气孔的中心距离真空绝热管道(21)室温侧的顶部端面约为真空绝热管道(21)总长度的3/5 ;真空绝热管道(21)顶部开有法兰孔，用于与伞裙法兰(13)连接；真空绝热管道(21)顶部法兰孔内侧有密封槽，密封槽用于安装下密封O圈(22)。
5.按照权利要求2所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的通气绝缘支架(25)为圆环形，置于真空绝热管道(21)处于杜瓦内一段的端面，用于防止通电导体(14)侧方位移动；通气绝缘支架(25)中心有一个通孔，该通孔的直径与通电导体(14)的外径相等。
6.按照权利要求2所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的下密封O圈(22)为橡胶圈，下密封O圈(22)放置于真空绝热管道(21)顶部的凹槽内，并由伞裙法兰(13)通过螺钉压紧，防止气体从伞裙法兰(13)和真空绝热管道(21)之间的接合部位溢出。
7.按照权利要求2所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的密封垫(23)为聚四氟乙烯制作的平垫，密封垫(23)平整放置于真空绝热管道(21)下部与杜瓦盖板(3)接合部位的凸台上，由处于杜瓦盖板(3)内侧的锁紧螺母(24)压紧，防止气体从真空绝热管道(21)与杜瓦盖板(3)结合部位溢出。
8.按照权利要求1所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的导电杆⑴的装配步骤如下: (1)将伞裙法兰(13)中心的内螺纹旋入通电导体(14)的中温端A的外螺纹； (2)将上密封O圈(12)置于室温端子(11)的底面(G)的凹槽中； (3)将通电导体(14)的中温端(A)的外螺纹旋入室温端子(11)的底面(G)中心螺纹孔中； (4)旋转伞裙法兰(13)，使伞裙法兰(13)的室温端(E)尽量贴近室温端子(11)的底面(G)，以确保上密封O圈(12)被压紧； (5)将完全浸润低温环氧胶的聚芳酰胺纸紧贴伞裙法兰(13)的中温端(F)，紧密缠绕在通电导体(14)的外表面； (6)缠绕完毕后，将导电杆(I)置于真空加热炉中进行加温固化，固化时间和温度根据市售低温环氧胶的使用说明书给出的加热温度和时间要求确定； 固化完成后，将导电杆⑴取出，即完成导电杆⑴的装配。
9.按照权利要求1所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的气冷管道(2)的装配步骤如下: (1)将密封垫(23)置于真空绝热管道(21)的安装端(J)处的平台下，确保装配时不会掉出； (2)将真空绝热管道(21)的低温端(K)从正面穿过杜瓦盖板(3)上的安装孔，直至密封垫(23)与杜瓦盖板(3)完全均匀接触； (3)将锁紧螺母(24)旋入真空绝热管道(21)的安装端(J)的外螺纹，确保密封垫(23)被完全压实； (4)将通气绝缘支架(25)置于真空绝热管道(21)的低温端(K)处的凹形平台内，并用低温环氧胶粘接牢固； (5)待低温环氧胶完全固化后，即完成气冷管道(2)的装配。
10.按照权利要求1所述的用于超导电力设备的气冷电流引线，其特征在于，所述的气冷电流引线，装配步骤如下: (1)将下密封O圈(22)置于真空绝热管道(21)的室温端(H)上的凹槽内； (2)将导电杆⑴的通电导体⑶端相继穿过真空绝热管道(21)的室温端⑶处的中心通孔和真空绝热管道(21)的低温端(K)处通气绝缘支架(25)的中心通孔，直至导电杆(I)的伞裙法兰(13)的中温端(F)贴近真空绝热管道(21)的室温端(H)； (3)旋转导电杆(I)，使伞裙法兰(13)的室温端E上的沉头法兰孔与真空绝热管道(21)的室温端H上法兰孔对正，并用螺钉连接，将下密封O圈(22)压紧； 至此完成气冷电流引线的装配。
【文档编号】H01B12/14GK104332248SQ201410515897
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】马韬, 邱清泉, 戴少涛, 魏周荣, 薛天军, 李景珍, 朱志芹, 滕玉平, 胡磊 申请人:中国科学院电工研究所, 白银有色长通电线电缆有限责任公司