CN101930818B

CN101930818B - 高压设备

Info

Publication number: CN101930818B
Application number: CN201010207328.2A
Authority: CN
Inventors: D·埃米尔森; R·哈汀斯; T·拉尔森
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: ZA201004307B; BRPI1001839B1; RU2010124870A; RU2531259C2; US8471150B2; BRPI1001839B8; BRPI1001839A2; EP2264719B1; US20100319955A1; CN101930818A; EP2264719A1

Abstract

本发明涉及高压设备、变电站和高压直流站。该高压设备用于提供延伸通过所述设备的导体的电气绝缘。所述设备包括：空心绝缘体；导体，延伸通过所述空心绝缘体；场梯度降低装置，其包括电容器心和均压屏蔽件。所述电容器心和均压屏蔽件以使得所述均压屏蔽件围绕所述电容器心的至少一部分布置的方式，而围绕空心绝缘体内的导体布置。

Description

高压设备

技术领域

本发明涉及高压技术领域，并且特别涉及高压设备，比如套管，用于提供导体的电气绝缘。

背景技术

高压套管用于通过常被称为接地平面的平面来承载高电势的电流，其中所述平面处于不同于电流路径的电势。套管被设计用以将位于套管内的高压导体与接地平面电气绝缘。举例来说，接地平面可以为变压器箱或壁，比如举例来说，高压直流(HVDC)阀厅壁。

为了获得导体与接地平面之间的平滑电势分布，套管通常包括电容器心。电容器心是通常包括数片由导电材料制成的浮动的、同轴箔片的本体，其中所述箔片由举例来说可以为油浸渍或树脂浸渍纸的介电间隔材料所隔开。包括电容器心的套管的范例被公开于专利文件EP1798740中。

发明内容

本发明的各个方面在所附附图中给出。

一种实施方式提供了一种高压设备，用于提供对延伸通过所述设备的导体的电气绝缘。所述设备包括空心绝缘体；延伸通过空心绝缘体的导体；以及包括电容器心和均压屏蔽件的场梯度降低装置。电容器心和均压屏蔽件以使得均压屏蔽件被布置为围绕电容器心的至少一部分布置的方式，被布置成围绕空心绝缘体内的导体布置。通过这种实施方式，在实现相同的均压效果的同时，实现了可以使用比在包括电容器心而没有均压屏蔽件的场梯度降低装置中更小的电容器心。

电容器心通常包括沿着导体的轴向方向延伸的多片同轴地布置的箔片，其中至少一片箔片被布置成具有的电势在多片箔片的电势中最接近于用以连接高压设备到接地平面的凸缘的电势。这样的一个或多个箔片常被称为接地箔片。根据一种实施方式，均压屏蔽件在导体的轴向方向中延伸超出接地箔片的至少一端，而电容器心的至少一片其他的箔片在相同方向中延伸超出均压屏蔽件的一端。特此实现了使电容器心以及均压屏蔽件贡献于朝向电压设备外的地的均压。此外还实现了使电容器心提供对导体与均压屏蔽件之间的电场的平滑。

在另一种实施方式中，均压屏蔽件在导体的轴向方向中延伸超出电容器心的至少一端。特此实现了使得在自导体的、在径向方向中的均压屏蔽件内的电场分布主要由电容器心所获得，而朝向设备外的地的电场分布主要由均压屏蔽件所获得。

高压设备可以包括凸缘，用于连接高压设备到接地平面。均压屏蔽件可被布置以在导体的轴向方向中在凸缘的两侧上延伸，或者均压屏蔽件可以在导体的轴向方向中被限制在凸缘的一侧。如果均压屏蔽件在凸缘的两侧延伸，那么电容器心的大小相较于不具有均压屏蔽件的场梯度降低装置的电容器心而言，可以在凸缘的两侧上缩小，从而增加了电容器心的尺寸缩小的可能性。

在一种实施方式中，高压设备包括在电容器心的至少一端围绕的导体布置的高压屏蔽件。所述高压屏蔽件贡献于在电容器心端部的场梯度的降低。举例来说，高压屏蔽件可以在导体的轴向方向中布置于在凸缘一侧的电容器心的端部，均压屏蔽件在该凸缘的一侧上延伸。

举例来说，高压设备可以为套管。在一方面，变电站包括这样的套管。在另一方面，高压直流站包括这样的套管。

尽管在随附的独立权利要求中陈述了本发明的各个方面，但本发明的其他方面包括在描述的实施方式和/或随附的权利要求书中给出的任何特征的组合，并且不仅仅是在随附的权利要求书中明确地陈述的组合。

附图说明

图1为具有包括电容器心的场梯度降低装置的套管范例的示意图。

图2为具有包括电容器心以及均压屏蔽件的场梯度降低装置的套管范例的示意图。

图3为具有包括电容器心以及均压屏蔽件的场梯度降低装置的套管的另一范例的示意图。

图4为均压屏蔽件的范例的示意图。

图5a为套管范例的示意图，其中均压屏蔽件在电容器心的至少一端、在导体的轴向方向中延伸至电容器心以外。

图5b为套管范例的示意图，其中均压屏蔽件在导体的轴向方向中短于电容器心，同时均压屏蔽件在电容器心的至少一端、在导体的轴向方向中延伸至接地箔片以外。

图6为包括布置于电容器心一端的高压屏蔽的套管范例的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了套管100，其包括空心的、伸长绝缘体105，导体110穿过此绝缘体延伸。在导体110的每一端装设有接线端子112用于将导体110连接到电气设备。图1的套管100此外还包括电容器心115。

电容器心115包括数片由比如油或树脂浸渍纸之类的固态介电材料隔离开的箔片120。箔片120通常被同轴地布置。举例来说，箔片120可以由铝或者其他导电材料制成。箔片120可以与介电材料集成，例如作为纸上的导电墨水，或者分立于介电材料。举例来说，箔片120与隔离介电材料可以被卷缠成期望的形状。举例来说，电容器心115可以为圆柱形状，或者为具有如图1中所示的圆锥形端部部分的圆柱形状等。通常，外侧箔片120的轴向长度小于内侧箔片120的轴向长度，以在电容器心115中保持不同的箔片120的相似的面积。因而，电容器心115具有圆锥形的端部部分通常是实用的。

在套管100被使用时将具有最接近于接地平面130的电势的一个或多个箔片120将在以下被称为接地箔片120a(尽管接地箔片120a不必处于接地电势)。接地箔片120a往往是电容器心115的最外层的一个或多个箔片。

图1的套管进一步包括凸缘125，绝缘体105附接于其上。凸缘125可被用以将套管100连接到导体110将延伸穿过的平面130，比如被称为接地平面的平面130。应当指出的是，接地平面130不必被连接到地，而可以具有不同于地的电势。然而，为便于描述，将在下文中使用词语“接地平面”。

当套管100在使用中时，电容器心115充当分压器并且沿着绝缘体110的长度分布电场，从而提供对电势分布的平滑。导体110与接地平面130之间的电势差越高，常规上为了实现对电势分布的有效平滑所需的电容器心115的尺寸越大。

在图2中，套管100的可选实施方式被示意性地示出。图2的套管100包括场梯度降低装置，其包括与均压屏蔽件205结合的电容器心115，该均压屏蔽件205围绕空心绝缘体105内的电容器心115和导体110的至少一部分布置。均压屏蔽件205被布置以具有与凸缘125的电势类似或相同的电势(并且由此，当套管100在使用中时，具有与接地平面130类似或相同的电势)。因而，使用与接地箔片120a和接地平面130类似的术语用法，均压屏蔽件205可以被称为接地均压屏蔽件205。均压屏蔽件205和电容器心115可以有益地被同轴地布置。

举例来说，图2的套管100可以被作为穿墙套管使用。穿墙套管通常被用于如下应用，其中接地平面130的两侧都与空气接触，比如当导体100要延伸通过HVDC阀厅的墙壁时。穿墙套管可以因此被说成是具有两个空气侧部210。

通过使用电容器心115和均压屏蔽件205的组合作为套管100中的场梯度降低装置，在电容器心115上的场梯度降低需求将会被减小，因为均压屏蔽件205围绕接地平面130的至少一侧提供几何场梯度减小。因而，电势分布的平滑的部分由电容器心115实现，并且部分由均压屏蔽件205实现。所以，导体100与接地平面130之间的某一电势差所需的电容器心115的大小将会小于在不包括均压屏蔽件205的套管100中的电容器心115的相应的大小。因而，这样的场梯度降低装置的电容器心115，相较于包括电容器心115但不包括均压屏蔽件的常规场梯度降低装置的电容器心115，可被缩减大小。

根据另一种实施方式的套管100的范例被示意性地示出于图3中。图3的套管100适合于作为变压器套管使用，在这种情况下，套管100用以为导体100提供隔离的接地平面130将会是变压器箱300。图3的套管100可以从变压器箱300以外的空气中延伸进入变压器箱300。图3的套管100被布置为借助于凸缘125而附接到变压器箱300，凸缘125因而将套管分隔为在套管100的空气侧的空气侧部307和在套管100的变压器侧的变压器侧部310。在图3的套管100中，空心绝缘体105主要在凸缘125的空气侧延伸。图3的套管100的变压器侧部310通常将会被浸渍在变压器油或者用于变压器的其他电气绝缘物质中。图3的套管100备选地可被用于其他环境中，使得套管100的空气侧部307与除空气以外的物质相接触，和/或使得变压器侧部310与除变压器油以外的物质相接触。在图3的套管100的导体110的空气侧端部上装设有接线端子112a，用于将导体110连接到其他电气设备。在导体110的变压器侧端部上装设有接线端子112b，用于将导体110连接到变压器绕组。

图3的套管100包括场梯度降低装置，其包括与均压屏蔽件205结合布置的电容器心115。在图3的套管100中，均压屏蔽件205仅从凸缘125延伸进入套管的空气侧部307。然而，在另一种实施中，均压屏蔽件205能够延伸进入套管的空气侧部307和变压器侧部310两者。

如以上所讨论的，与电容器心115组合使用均压屏蔽件205减小了对电容器心115上的均压需求，因而允许电容器心115的大小的缩减。相较于为了类似的目的而设计的常规电容器心，图3的电容器心115的大小在其中存在均压屏蔽件205的套管110的空气侧部307上被大大减小，而在图3的套管100的变压器侧部310上的电容器心115的大小基本上对应于常规套管的电容器心115的变压器侧部的大小。

均压屏蔽件205可以由导电材料，比如例如铝之类的金属制成，或者由被涂以导电涂料的塑料或由任何其它合适的至少部分地导电的结构制成。举例来说，均压屏蔽件205可具有管状或喉管屏蔽件的形状，并且举例来说，可借助于辊平的金属，通过金属的压力折转、金属的浇铸、塑料的浇铸，或者以任何其他合适的方法制造。

均压屏蔽件205的范例被示出于图4中。延伸进入套管100的凸缘125的两侧的均压屏蔽件205，如在WO2008/027004中所述的那样，可被作为单个部件、或者作为两个或更多部件制造。均压屏蔽件205可以有益地为旋转对称的形状。举例来说，它可以被塑形为圆柱，它可以具有凸出的部分，它可以被塑形为具有一个或多个如图4中所示出的圆锥形部分的圆柱，等等。在均压屏蔽件205被布置为远离接地平面130面向的端部可以有益地具有圆边400，用以确保围绕边缘400的平滑的电势分布。

除了提供对电场的平滑以外，电容器心115还充当套管100的导体110的机械支撑，以确保导体110与套管100的需要与导体110的间隙的任何部件(例如绝缘体105和均压屏蔽件205)之间的充足的间隙，即使在地震或者有其它机械应力施加到套管100的情况下亦如此。大小缩减的电容器心115，与均压屏蔽件205相结合，提供充分的场梯度减小，一般还为导体110提供有效的机械支撑。

包括电容器心115和均压屏蔽件205的场梯度降低装置与用以实现相同的场梯度减小并且仅包括电容器心115而没有均压屏蔽件205的场梯度降低装置相比，将会具有更低的重量，因为与均压屏蔽件205结合使用的电容器心115可被制作的相当小。因而，较小的电容器心115与均压屏蔽件205的组合将会在其将附接到的接地平面130上产生较小的机械应力。而且，从燃料消耗和易于处理的角度来讲，具有包括与均压屏蔽件205相结合的电容器心115的场梯度降低装置的套管100的运输的要求较低。

而且，较小的电容器心115的制造一般比较大的电容器心115的制造更加容易和快捷。用于较大的电容器心115的制造工艺的工具通常需要是相当不便地庞大的。此外，树脂浸渍的电容器心115的制造所需的时间随大小的增加而增加，因为树脂(例如环氧树脂)的固化时间随电容器心的体积而增加。因而，由于电容器心115在与均压屏蔽件205相结合时可以显著更小，所以具有包括电容器心115与均压屏蔽件205相结合的场梯度降低装置的套管100的制造能够比具有仅拥有电容器心115而没有均压屏蔽件205的场梯度降低装置的套管100的制造更加容易和快捷。

如上所述，套管100的空气侧的空心绝缘体105可以举例来说，包含具有良好的介电和热性能的气体，比如SF₆。可选地，凝胶体或液体，比如油，可以作为填充介质，全部地或者部分地替代所述气体。空心绝缘体105所包含的气体、凝胶体或液体通常提供导体100的电气绝缘以及热冷却。如果电容器心115包括油浸渍介电材料而空心绝缘体105包含气体，那么可以围绕电容器心115布置防止气体与油相混合的屏障物。举例来说，这样的屏障物可以由比如环氧树脂之类的聚合物材料制成。

由于当电容器心115与均压屏蔽件205相结合时电容器心115的轴向长度可被缩短，导体100的热冷却相较于具有相同的场梯度降低性能但不具有均压屏蔽件205的套管100能够得到改善。占据了空心绝缘体105内的空间的气体、凝胶体或液体可以传递更多的热量，因为在电容器心115较小时它将会抵达导体100的较大部分。气体、凝胶体或液体的冷却效果因而得到提高。

举例来说，均压屏蔽件205和电容器心115可被附接到凸缘125。可选地，均压屏蔽件205可以作为凸缘125的组成部分而被制造。均压屏蔽件205可以毗连电容器心115的接地箔片120a，或者均压屏蔽件205可以被布置为使得在均压屏蔽件205与电容器心115之间形成间隔。

电容器心115与均压屏蔽件205的组合还能够相对于具有均压屏蔽件205而没有电容器心115的套管提供优点。

凸缘125和电容器心115可以共同地提供在凸缘125的两侧上延伸的套管100的两部分的有效分隔。因而，在凸缘125的相应侧周围的填充介质可以被有效地分隔，而不需要任何额外的屏障物。例如，在其中电容器心115在套管的空气侧部307由SF₆以及由在变压器侧部310由变压器油所环绕的电容器心115中，电容器心115可以有效地将SF₆与变压器油分隔开。可以在凸缘125与电容器心115之间应用密封以提高密封效果。

由于电容器心115机械地稳定了导体110，可以使用具有比在不具有电容器心115的套管100中更小的直径的导体110，从而允许套管100的更小的直径。

还有，当导体110被电容器心115所环绕时，导体110上的平滑度要求在导体110由电容器心115所覆盖的部分上被降低。比如SF₆之类的介电气体的介电强度对与气体相接触的表面中的不均匀性是高度敏感的。然而，如果导体接头由电容器心115所覆盖，那么气体的介电性能降低的风险将被消除。因此，两个或多个导体件能够以使得一个或多个接头被隐蔽在电容器心115之下的方式而被连接起来，从而便于包括有介电气体的套管100的制造。在其中不存在电容器心115并且其中绝缘体被填充以比如SF₆之类的气体的套管100中，气体的敏感度限制了导体110的可接受的粗糙度，并且在导体110上引入接头一般是困难的。

具有包括电容器心115和均压屏蔽件205的场梯度降低装置的套管100的不同范例的一侧被示意性地示出于图5a和图5b中。举例来说，图5a和图5b的套管100可以是其一侧被示出的穿墙套管或者变压器套管。在图5a中，均压屏蔽件205在导体110的轴向方向中延伸超出电容器心115。在这种实施方式中，电容器心115在导体110与均压屏蔽件205之间的区域中，以平滑的方式分布电场，而朝向套管110以外的均压主要由均压屏蔽件205实现。因此，在均压屏蔽件205内的导体110的径向方向中的电场的分布主要通过电容器心115获得，而朝向套管100以外的分布主要通过均压屏蔽件205获得。由电容器心115所实现的、导体110与均压屏蔽件205之间的电场的平滑确保了在导体110上的电应力被减小。从而，相较于其中不存在电容器心115的套管100而言，需要做出的关于导体110对于电应力的抵抗的考虑变得更少，并且如果需要的话，一般可以使用直径更小的导体110。

在图5b中，均压屏蔽件205在导体110的轴向方向中延伸超出电容器心的接地箔片120a，但是电容器心115的一部分在这一方向中延伸超出均压屏蔽件205。电容器心115在这种实施方式中也实现了导体110与均压屏蔽件205之间的电场的平滑。此外，电容器心115，以及均压屏蔽件205，贡献于朝向套管100以外的均压。虽然未示出，但在图5a和图5b中所示出的套管100的均压屏蔽件205可以具有如图4中所示的圆边400。

通过结合电容器心115应用均压屏蔽件205以实现有效的场梯度减小，电容器心115的长度相较于在其中不存在均压屏蔽件205的套管的电容器心115，可以被大大缩短。可以预见到通常为10-20％或者更多的长度缩短。例如，通过使得接地箔片120a并不大大延伸超出接地箔片120a与凸缘125(或者套管100的具有适合于接地箔片120a的电势的其他部件)之间的电气连接的方式，接地箔片120a的长度相较于常规电容器心115可以被大大缩短。可选地，接地箔片120a可以延伸超出这样的电气连接。电容器心115的轴向长度可以实现的缩短是接地箔片120a的长度缩短外加上作为接地箔片120a的长度缩短的结果而可能的其余箔片120的长度缩短(通常，电容器心115的不同箔片120具有相似的面积是期待的)。然而，使用更大长度的电容器心115也是可选的。

为了改善围绕电容器心115的端部的场梯度，可以应用高压屏蔽件。这被示出于图6中，其中具有高压屏蔽件600的套管100的一侧被示意性的示出。图6的高压屏蔽件600被布置于电容器心115的端部605上，并且在电容器心端部605上提供电场的降低。举例来说，高压屏蔽件600可以由比如铝之类的合适的金属或者其他导电材料制成。举例来说，高压屏蔽件600可以被附接到电容器心115或者导体110。高压屏蔽件600可以有益地为具有远离导体110面向的平滑表面的旋转对称形状。举例来说，高压屏蔽件600可以是环绕导体110的环，或者高压屏蔽件600可以是伸长的环形，其中环的内圆周如图6中所示是平坦的并且毗连导体110，等等。在示出于图6中的套管100中，均压屏蔽件205在导体110的轴向方向中延伸超出均压屏蔽件600。高压屏蔽件600也可以被布置在电容器心115的延伸超出均压屏蔽件205的端部605上。

举例来说，均压屏蔽件205和电容器心115的接地箔片120a可以被布置成处于相同的电势，此电势可以与凸缘125并且从而在套管100在使用中时与接地平面130的电势相同。然而，均压屏蔽件205和接地箔片120a可以可选地被连接在不同的电势。例如，接地箔片120a，或者均压屏蔽件205，或者两者，可以被连接到与凸缘125电气分隔的测量点。

在图1-图6中，空心绝缘体105被示出为在图1-图6中的圆锥形状。然而，空心绝缘体105能够以任何合适的方式被塑形为例如圆柱、具有一个或多个圆锥形端部的圆柱等等。

以上的描述是根据用于导体110的绝缘的高压套管100而作出的。然而，如上所述包括电容器心115和均压屏蔽件205的组合的场梯度降低装置也可以被用于不总是被称为套管的其他用于高压导体110的绝缘的设备之中。举例来说，这样的场梯度降低装置可以被用于高压电缆接口中，或者用于将气体绝缘开关装置接合到例如变压器的气体绝缘开关装置接口中，等等。包括这样的场梯度降低装置的高压设备可以包括在以上描述中被称为空气侧部210、307的部件，其中空气侧部210、307可以被连接到例如电缆或气体绝缘开关装置，而不是被连接到另一个空气侧部210(如图2中)或者到变压器侧部310(如图3中)。

本领域内的技术人员将会明白，在此处介绍的技术并非仅限于仅仅为了示出的目的而介绍的、公开于随附的附图和前述的详细描述中的实施方式，而是可以被实施于数种不同的方式中，并且由以下的权利要求书所限定。

Claims

1.一种高压设备，用于提供延伸通过所述设备的导体的电气绝缘，所述设备包括：

空心绝缘体；

导体，其延伸通过所述空心绝缘体；

场梯度降低装置，其包括电容器心和均压屏蔽件，所述电容器心和所述均压屏蔽件以使得所述均压屏蔽件围绕所述电容器心的至少一部分布置的方式，而围绕所述导体布置在所述空心绝缘体内，其中所述均压屏蔽件在所述导体的轴向方向中在空气侧延伸至少超出所述电容器心的接地箔片。

2.根据权利要求1所述的高压设备，进一步包括：

凸缘，其用于将所述高压设备连接到接地平面；其中

所述电容器心包括多个同轴布置的箔片，其沿着所述导体的轴向方向延伸，其中至少一片箔片被布置成具有的电势在多片箔片的电势之中最类似于所述凸缘的电势；并且其中

所述均压屏蔽件在所述导体的轴向方向中延伸超出被布置成具有的电势最类似于所述凸缘的电势的所述多片箔片的至少一片的至少一端。

3.根据权利要求1或2所述的高压设备，其中

所述均压屏蔽件在所述导体的轴向方向中延伸超出所述电容器心的至少一端。

4.根据权利要求1或2所述的高压设备，进一步包括：

高压屏蔽件，其在所述电容器心的至少一端围绕所述导体布置。

5.根据权利要求1所述的高压设备，进一步包括：

凸缘，其用于将所述高压设备连接到接地平面；其中

所述均压屏蔽件被布置成在所述导体的轴向方向中在所述凸缘的两侧上延伸。

6.根据权利要求1所述的高压设备，进一步包括：

凸缘，其用于将所述高压设备连接到接地平面；其中

所述均压屏蔽件在所述导体的轴向方向中被限制到所述凸缘的一侧。

7.根据权利要求5或6所述的高压设备，其中所述均压屏蔽件被电连接到所述凸缘。

8.根据权利要求1或2所述的高压设备，其中

所述空心绝缘体包含绝缘气体。

9.根据权利要求8所述的高压设备，其中所述绝缘气体为SF6。

10.根据权利要求1或2所述的高压设备，其中

所述电容器心包括树脂浸渍纸，其提供箔片之间的绝缘。

11.根据权利要求1或2所述的高压设备，其中所述高压设备为套管。

12.根据权利要求11所述的高压设备，其中，所述套管为穿墙套管或者变压器套管。

13.一种变电站，其包括根据权利要求1至12中的任意一项所述的设备。

14.一种高压直流站，其包括根据权利要求1-12中的任意一项所述的设备。