[发明专利]温度补偿的套管设计

说明书

技术领域

本发明涉及高压电力系统领域，并且特别涉及用于诸如变压器或电抗器的形成该系统的一部分的高压设备中的高压套管。

背景技术

已知诸如高压变压器、电抗器、开关装置等的高压装置和设备通常配备有适用于承载高电位电流穿过接地屏障的套管，接地屏障例如诸如变压器箱的电气设备的壁或封装。

常见的高压套管包括空心管电导体。电导体连接套管的连接有高压电气设备的一侧，套管的另一侧连接有另一电气设备。例如，当第一电气设备为变压器，套管被安装在变压器封装上并且套管的导体将变压器的内部与外部相连接，诸如母线、电涌放电器或DC阀的另一电气设备可以被连接在变压器的外部。套管进一步包括由陶瓷或复合材料制成的围绕导体的空心绝缘子，其通常装备有棚(sheds)。

电气设备通常在诸如变压器箱的设备箱内部充满作为绝缘和冷却介质的油。这意味着套管通常需要在装备油之后组装至设备，这需要特殊的组装布置。其中一个示例为拉杆(draw rod)系统，其也允许现场安装，不需接入来自变压器主箱内部的引线。套管连接系统的下部在密封之前被留在变压器内部。在变压器现场安装期间，拉杆被推送穿过套管并且连接至变压器内部的套管连接系统。套管被放置在恰当位置并且套管连接系统由拉杆从外部牵拉以确保必要的接触力和变压器内部触头和套管底部触头之间的低的通过电阻(through resistance)。

现在将参考图1描述现有技术中普通套管的示意性示例，图1示出套管11的示意性截面视图。高压导体2穿过空心套管绝缘子12的中心，空心套管绝缘子12形成围绕高压导体的外壳。

外壳12的外部具有法兰16，借助于法兰，套管的外壳通过变压器箱壁18连接至地。

图1中还示出高压导体2的底端部如何形成底部触头3，底部触头被布置用于连接至变压器的内部组件。

在套管的上端部，与底部触头端相对之处，提供用于导体2的上部外端子24。外端子24通过接口电连接至导体2，也形成了套管的顶盖，以便于将导体并且由此将变压器电连接至外部源或者设备。

术语高压通常用于高于约50kV的电压。目前，商用高压设备的上限一般是1100kV，但是诸如1200kV或以上的更高电压在不久的将来可以想象。电流等级也在增加，并且可能高达4000-5000A或更高。

对于在500kV及以上范围内的高电压，和2000A及以上的额定电流，对套管诸如套管的散热和冷却、电场、电绝缘等的要求自然也增加了。电压越高，套管必须越长，并且对于这些高电压来说，套管的长度超过10m。在这种情况下，套管的低损耗和高效冷却变得必不可少。目前的套管的损耗出现主要由于导体以及套管不同部分之间的电流通路的每个接触处或者接合处的损耗。导体自身的损耗能够通过选择导体的材料、形状和尺寸得以优化。意识到要有低损耗的有效套管，重要的是确保底部触头和导体之间的接触压力足以确保良好的接触。在十分低的温度下具有全电流的套管“冷起动”可能十分困难，并且可以引起接触压力的损耗。

由通过拉杆装置在导体上施加力以确保底部触头和导体之间的接触压力。现有技术的拉杆装置在图2A和2B中示意性地示出，其中拉杆1在一端固定至底部触头3，并且在另一端构件4与导体2的顶部机械接触。夹持装置5适于在构件4上施加向下的力至导体2以确保底部触头3和导体2之间的接触压力足够。EP2117016中公开了拉杆1和构件4的示例。

拉杆通常由钢或另一合适的金属制成，并且导体由铜或铝或其合金制成。当套管在使用期间由于电损耗变热，两种材料之间的热膨胀不同将会改变底部触头和导体之间的接触压力。存在接触压力过低因此增加损耗或者接触压力过高并使套管、拉杆或触头的部件发生形变的风险。为了克服这些，已经实施带有弹簧的不同解决方案，弹簧被布置用于在套管温度改变时保持接触压力。另一方案是通过使用具有与导体相似的热膨胀的特殊材料来改变拉杆的热膨胀，以最小化在温度变化时拉杆和导体长度变化之间的差别。

带有弹簧以在套管的温度变化时保持接触压力的解决方案使得设计更复杂，并且增加了套管组装期间的发生错误的可能性。随着电压升高以及套管变得更长，必须由弹簧补偿的长度差增加，这使得带有弹簧的解决方案更不理想。使用具有与导体相似的热膨胀的特殊材料使设计更为昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供确保底部触头和导体之间的接触压力在操作温度范围上几乎恒定的高压套管，该高压套管改进了现有技术的套管。

本发明的目的还在于提供包括这样的高压套管的高压设备。