专利名称：高压设备的冷却的制作方法
技术领域：
本发明涉及的领域是电力分配系统以及这种电力分配系统中的高 压设备的冷却。具体来说，本发明涉及这种系统内使用的套管的冷却。
本发明还涉;M目应的方法。
背景技术：
电气设备和装置-特别是电力分配系统中的高压设备散发出很多
热量，因而需要充分冷却。例如，传统的HVDC (高压直流)换流阀可 以是空气绝缘和水冷型。通常情况下设置冷却系统，该冷却系统包括例 如构形为满足特定要求的冷却7jC分配管线。外部冷却系统的另 一个示例 是使用风扇。
然而，电力分配系统中还有一些电气设备没有通过任何外部冷却系 统进行冷却。那些缺少外部冷却系统的设备于是仅靠自身冷却，即自然 对流的空气冷却。这种自身冷却设备的一个示例是高压套管，例如换流 变压器套管。
电力分配系统内的一般电压等级可达大约500千伏直流电。然而， 电压等级会持续升高，可累计达到800千伏直流电，而且将来可能达到 更高的电压等级。同时，电流等级会达到4000-5000安或更高。这种高 电压和高电流等级必然会导致更多的热量排放，而且对于套管电绝缘的 要求会变得极高。电绝缘体的尺寸限制了套管的冷却效率，这是因为由 于尺寸增加，热量必须被引导一段更长的距离到周围的冷却气体。所以 在电压和电流等级非常高时自身冷却的效率变得4艮低。
当电压等级增加时，釆用较大的导体是可行的，从而减少了M出 的热量，但是这又将导致i殳备尺寸增大。也就是说，绝缘体的尺寸还会 很大。
美国专利公报US 2,953,629致力于防止电容式套管内发生闪络，但 是该文献还描述了通过强制冷却机构冷却套管的尝试。该冷却机构的原 理在于将诸如水之类的流体密封在中夹导体的孔腔内。当电容式套管变 热时，该液体被煮沸，蒸气上升并冷凝，冷凝液又返回导体底部。于是 热量通过热交换管从套管内部转移到大气中。
上述现有技术的冷却装置存在很多缺陷。例如，流体的沸点决定了
冷却温度，这意味着，当流体是水的时候，冷却温度将限于ioor。虽
然通过改变压力来改变冷却温JLA可行的，但是这需要配置压力容器， 结果将造成冷却机构笨重且昂贵。具体来说，这种解决方案将涉及4艮多 装置，这些装置需要高昂的初始成本和维护成本。另一个缺点是，由于 水的蒸发，设备上会有产生沉淀物的风险。
基于上述考虑，希望能改进高压设备的冷却，特别是高压套管的冷 却。进一步地，还希望提供一种相应的冷却这种套管的方法。
发明内容
本发明的一个目的是改进电力分配系统内的高压套管的冷却。更具 体的说，本发明的目的是为套管提供外部冷却装置，从而克服或至少緩 解上述现有技术的缺陷。
本发明的另一个目的是改进套管的冷却，所述冷却对于非常高的电 压和电流来说也是充分的。具体的说，本发明的目的是提供能够应对高 电压和高电流的外部冷却装置。
本发明的又一个目的是提供一种用于冷却套管的冷却装置，该冷却 装置在套管内的耗散功率随电流和电压等级的增大而增大时不会增加 组成部件的尺寸。
这些目的通过独立权利要求中请求保护的高压套管和方法来实现。
根据本发明，提供一种高压套管，该高压套管可以通过外部冷却系 统进行冷却。该套管例如适用于从流体冷却的HVDC换流阀传输高电 压和高电流。该高压套管包括环绕电导体的绝缘体，其中，电导体能够 电连接到高压设备，例如能够连接到HVDC换流阀的连接器。根据本 发明，高压套管的电导体能够连接到外部冷却系统，例如连接到HVDC
换流阀的冷却系统。通过本发明，套管的设计大大简化，因为套管的导 体和绝缘材料的温度得到了控制。具体来说，尽管使用了更高的电流和 电压，但是套管的尺寸不必增加。进一步地，即使对于高电流和高电压
等级-例如500到800千伏直流电以及更高的电压等级来说，也可以实 现套管的充分冷却。
根据本发明的一个实施例，外部冷却系统是HVDC换流阀的冷却 系统。这提供了一种通过利用现有且^U吏用的HVDC换流阀的冷却流 体来冷却套管的创造性方式，从而实现成本合算且可靠的冷却。
才艮据本发明的另一个实施例，高压套管的电导体包括具有一个或多 个流体通道的冷却管道。这些流体通道可以是独立通道，这些通道在至 少一处彼此流体连通并设置成穿过所述电导体从HVDC换流阀接收高 电位的循环冷却流体。高压套管因此可以通过一个或多个流体通道连接 到外部冷却系统的流体冷却系统。
进一步地，该一个或多个流体通道优选地与高压套管的电导体设置 为一体。从而提供一种尺寸和成本都合算的解决方案。
才艮据本发明的又一个实施例，电导体包括其中i殳置有独立通道的内 部流体管。该内部流体管设置成在其内部沿着一个方向引导冷却流体， 流体通过流体管的外部和电导体的冷却管道之间生成的通道被导引回 去。从而提供了使冷却流体循环的简单装置。
根据本发明的另 一个实施例，电导体在其上端设置有能够防止流体 渗漏的密封件。优选地，该密封件是焊接到电导体端部的。该4支术特征 通过设置阻止冷却流体进入变压器或其它敏感设备的装置而增强了安 全性。进一步地，由于将盖优选地焊接在其端部，因此得以提供一种永 久性连接，该连接可以进行压力测试和泄，测，还进一步增强了安全 性并且便于故障定位。
进一步的实施例限定在从属权利要求中。
本发明还包括这种方法，依i&该方法可以获得对应于上述优点的优点。
通过阅读下文的详细描述，本发明进一步的特征、优点和目的将变 得显而易见。
图l是高压套管的总体图。
图2是装配到变压器外壳上的图1中套管的截面图。
图3示意性地示出了本发明的实施例。
图4示出了图3中的套管内的导体。
图5更详细地示出了导体和新型冷却通道。
图6示出了可在其中有利地实施本发明的换流阀厅。
具体实施例方式
在可能的情况下，说明书全文中用相同的附图标记表示相同或相似 的部件。
高压套管是一种用于穿过接地障碍物传输高电位电流的装置，该接 地障碍物可以是例如墙壁或诸如变压器箱之类的电力i殳备的外壳。该套 管借助其绝缘性能阻止电流i^^接地障碍物。
传统的套管如图l和2所示，其中，图l中示出了套管l的总体结 构。在图2中，示出了图1中的套管1安装到变压器外壳18的截面图。 高压导体10穿过中空的套管绝缘体12的中心，该套管绝缘体形成环绕 高压导体10的外壳。通常情况下，对于露天应用场合来说，该绝缘体 12由瓷料或硅橡胶制成。
在电容式套管中，绝缘体外壳内设有用于电压递减的电容器芯部 14。套管及其周围结构上的电压应力包括交流(AC)和直流(DC)分 量。AC分量电压递减取决于绝缘材料的电容率。DC分量电压递减取 决于绝缘材料的随温度而变化的电阻率。凸缘16设置为连接套管的外 壳12从而使其穿过变压器外壳18。尽管图中示出了电容式套管，但是 应该认识到本发明同样可以应用在非电容式套管中。
图2中还示意性地示出了套管1到变压器内部组件的连接。这种示 例性连接包括由高压导体10的底端部分形成的底部触点20。该底部触 点20设置在套管1的下部底端并配置为与设置在变压器外壳18中的相匹配的内部触点22相连接。此外，上部外端子24设置在套管1的与底 部触点20 —端相反的一端处。外端子24通过大体上呈平面状的界面电 连接到高压导体10，设置外端子24的目的是为了将变压器设备连接到 外部电源。
除了图示的换流变压器套管以外，其它套管也可以采用本发明。在 此情况下，值得注意的是，可以采用其它合适的连接装置将套管和其它 电气设备连接起来。例如，如果本发明的教导被用于构造墙壁套管，那 么其连接装置应该适用于这种目的，而不是能够与变压器外壳18连接。
图3示意性地示出了本发明的实施例，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压套管。高压导体31容纳 在套管30内。根据本发明，套管30的高压导体31设有一个或多个用 于导通冷却流体的通道32，该冷却流体在本示例中是冷却水，该通道将 参照图4和5进行更详细的描述。
接下来用HVDC换流阀的冷却系统来说明本发明。常规情况下， HVDC换流阀通过在闭环系统中循环的去离子水来进行冷却。热量被转 移到次级电路，该次级电路可以在室外冷却器中冷却。本发明可以与利 用去离子水作为冷却介质的HVDC换流阀结^来实施。冷却HVDC 换流阀的冷却装置也可用于冷却套管。
在图3中，HVDC换流阀被示意性地示出并由附图标记34表示。 HVDC换流阀34的冷却系统的水管由附图标记39表示。箭头I和II 表示冷却水(或其它流体)的方向。具体来说，在I方向上，来自HVDC 换流阀34的冷却;;M^导向套管30，而在II方向上，被稍微加热的冷却 水返回HVDC换流阀冷却系统。本领域内公知的是，HVDC换流阀34 的冷却系统可进一步包括去离子器、泵、热交换器等。冷却系统的这些 部件以40示意性地标示。
HVDC换流阀34的冷却流体可以与套管30的导体31的电位相同 或不同。根据本发明，仅有一部分用于冷却HVDC换流阀34的水故用 于冷却套管30。例如，这部分水的比例在1/5000到1/500的范围内，尽 管根据具体应用场合可能需要更多或更少的水。
在本发明的另一个实施例中，外部冷却装置;l独立的冷却系统，即 不是HVDC的冷却系统。然而，可以采用与HVDC换流阀的冷却系统类似的冷却系统。也就是说，冷却介质可以在闭环系统中循环，不过该 系统是用于冷却套管的独立系统。
图4示出了图3中位于套管30内的导体31。附图标记35表示接地 外壳，例如变压器箱或墙壁。附图标记36表示用于将套管30连接到诸 如变压器内部组件等的封闭的电气设备的连接装置。附图标记37表示 与例如高压电网相连的连接部。套管30可因此用于将封闭的电气设备 连接到高压电网，尽管它也可以用在其它应用场合。在32处示出了新 型流体冷却装置，套管30顶部的双箭头表示流动的冷却流体。
图5更详细地示出了高压套管30的导体31和该新型冷却管道。一 个或多个冷却管道32与导体31 —体设置。水管38优选地^1置在冷却 管道32内。于是冷却水可通过水管38导引，从而允许水ii^水管38 内且被导出水管38之外。也就是说，水管38设置为在水管38内沿着 一个方向导引冷却水，然后该7m引导通过水管38的外部与冷却管道 32的内部之间生成的通道32a、 32b。
容纳冷却管道32的导体31的中空内部优选的不是通孔，从而减少 了水i^诸如变压器之类的电气设备的风险。该一个或多个冷却水通道 32a、 32b连接到用于冷却HVDC换流阀的冷却系统。
根据本发明的一个实施例，导体31的温度大约保持在40X:到80匸
之间的范围内，优选的是6or;左右。应该认识到，该温度可以^:控并 且可以保持在其它温度下。
值得注意的是，在设计和实施本发明的过程中应该小心，以防止冷 却水ii^变压器或其它敏感设备中。在本发明的一个实施例中，高压导
体31设有焊接在其末端的盖。焊接提供了一种永久性连接，可以对该 连接进行例如压力测试并能够进行泄^r测。
应该意识到的是，可以采用其它能够防止水渗漏的密封件，以及其 它用于紧固这种密封件的装置。图6示出了 HVDC换流阀厅，并且示 意性地示出了在这种应用场合中如何容易地实施本发明。HVDC换流变 压器通过换流变压器套管连接到HVDC换流阀。通常情况下，换流变 压器直接布置在HVDC换流阀厅外部，而其套管伸入换流阀厅内。然 后套管的顶部直接连接到HVDC换流阀。箭头II表示电气和冷却水连 接。箭头IV表示换流阀厅内的若干HVDC换流阀之一。
如前所述，外部冷却系统的冷却流体可以与套管30的导体31的电 位相同或不同。不过需要对套管和冷却流体的电位差引起的非期望电流 进行处理。冷却系统可以i殳置例如导出这，种非期望电流的电极。
这种采用现有且已被使用的冷却水来冷却套管的创造性方式^f吏得 能够实现成本合算且可靠的冷却。通过本发明，套管的设计将大幅度简 化，因为套管的导体和绝缘材料的温度处于控制中。对于较高电压-例 如800千伏直流电来说，现有技术的套管将不得不变得非常巨大以使_传 输例如4000安电流。对套管的这种创造性冷却可使导体直径较小，从 而减小整个套管的尺寸。
更进一步的，即使是高强度电流和高电压等级，例如500到800千 伏甚至更高电压等级的直流电，也能实现套管的充分冷却。
本发明适用于例如换流变压器套管、换流阀厅墙壁套管和室内平波 电抗器套管。
在先前的详细描述中，已参照本发明具体的示例性实施例对本发明 进行了说明。在不背离权利要求限定的范围的情况下可以做出本发明的 各种改型和变型。因此，说明书和附图应理解为示例性的而非限制性的。 因而，尽管水被描述为优选的冷却流体，但是油也是一种可行的替代物。
权利要求
1.一种高压套管(30)，包括环绕电导体(31)的绝缘体(12)，该电导体(31)能够电连接到高压设备(34)，其特征在于，所述高压套管(30)的所述电导体(31)能够连接到外部流体冷却系统。
2. 如权利要求1所述的高压套管(30)，其中，所述电导体(31) 包括冷却管道(32)。
3. 如权利要求2所述的高压套管(30)，其中，所述冷却管道(32) 包括至少两个独立通道(32a, 32b)，所述至少两个独立通道(32a， 32b) 至少在一处彼此流体连通并且设置成穿过所述电导体(31)从所述外部 流体冷却系统接收高电位的循环冷却流体。
4. 如权利要求2或3所述的高压套管(30 ),其中，所述冷却管道 (32)与所述高压套管(30)的所述电导体(31)设置成一体。
5. 如权利要求l-4中任一项所述的高压套管(30)，其中，所述外 部冷却系统是高压直流换流阀(34)的流体冷却系统(39，40)。
6. 如权利要求l-5中任一项所述的高压套管，其中，所述高压套 管(30)包括用于从流体冷却的高压直流换流阀(34)传输高电压和高 电流的装置。
7. 如权利要求5或6所述的高压套管，其中，所述高压直流换流 阀冷却系统(39, 40 )的冷却流体的一部分用于冷却所述高压套管(30 )。
8. 如权利要求5、 6或7所述的高压套管，其中，所述高压套管(30) 能够通过所述一个或多个流体通道(32a， 32b)连接到所述高压直流换 流阀(34)的所述流体冷却系统(39, 40)。
9.如权利要求2-8中任一项所述的高压套管(30)，其中，所述 电导体(31)的所述冷却管道(32)包括设置成引导冷却流体的流体管 (38)。
10.如权利要求1-9中任一项所述的高压套管，其中，所述高压 套管(30)设置成用于穿过至少一个接地平面(35)将高电压和高电流 传输给变压器。
11. 如权利要求1-10中任一项所述的高压套管，其中，所述电导 体(31)在其上端设置有能够防止流体渗漏的密封件。
12. 如权利要求ll所述的高压套管，其中，所述密封件焊接到所 述端部。
13. 如权利要求1-12中任一项所述的高压套管，其中，所述电导 体(31)的温度保持在40"C到80X:的范围内。
14. 如权利要求1-13中任一项所述的高压套管，其中，所述流体 是水。
15. —种冷却高压套管(30)的方法，所述高压套管(30)包括环 绕电导体(31)的绝缘体(12)，该电导体(31)能够电连接到高压设 备(34)，该方法的特征在于通过将所述高压套管(30)的所述电导体(31)连接到外部流体冷却系统来冷却所述高压套管(30)的步骤。
16. 如权利要求15所述的方法，其中，所述电导体(31)包括冷 却管道(32)，该冷却管道(32)具有至少两个独立通道(32a， 32b )， 所述至少两个独立通道(32a， 32b)在至少一处彼此流体连通，所述方法包括在所述通道(32a, 32b)内容纳流过所述电导体(31)的循环冷 却流体的步骤。
17. 如权利要求15或16所述的方法，其中，所述电导体(31)的温度保持在40℃到80℃的范围内。
18. 如权利要求15-17中任一项所述的方法，其中，所述外部冷 却系统的冷却流体的一部分用于冷却所述高压套管(30)。
19. 如权利要求15-18中任一项所述的方法，其中，所述流体是水。
全文摘要
本发明涉及电力分配系统和这种电力分配系统中的高压设备的冷却的领域。具体来说，本发明涉及用于这种系统中的套管的冷却。本发明还涉及相应的方法。
文档编号H02B1/56GK101346779SQ200680049282
公开日2009年1月14日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月30日
发明者单·古斯塔夫松, 厄本·阿斯特罗姆, 弗雷德里克·彼得里什, 彼得·舍贝里, 拉尔斯·斯韦耶赫德 申请人:Abb技术有限公司