[发明专利]一种超导电力装置用高电压绝缘电流引线

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导电力装置的电流引线，特别涉及低温、高电压绝缘电流引线。

背景技术

超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态-正常态转变的物理特性发展起来的新型电力技术，可以改善电能的质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性、降低电压等级、提高电网的安全性；可以大大提高单机容量和电网的输送容量并大大降低电网的损耗；可以大大改善可再生能源的电能质量，并使其与大电网有效联结。

近些年来，超导电力技术的研究开发取得了重大进展，超导限流器、超导变压器、超导储能系统等超导电力装置进入了示范运行阶段。所有超导电力装置都是运行在一定的低温环境下，最通用的技术是把超导线圈等核心部件装配在保温性能良好的低温容器内，把液氮或液氦等制冷剂注入低温容器没过超导线圈等装置，也有极少数利用热传导的方法用制冷机冷却。

无论采用哪种冷却方法，超导线圈等超导装置的电流引线都要从室温过渡到-196℃或更低的低温环境。以前的超导装置，如医疗用的核磁共振、科学实验用的强磁场超导线圈等，都是工作在直流、稳态情况下，引线与低温容器以及引线之间的电压只有几伏到几十伏，所以主要的电流引线技术都集中在减小由室温到低温的热传导上。而最近发展起来的超导电力技术所涉及的超导装置的电流引线，除了考虑热传导以外，最要的是电流引线的高电压绝缘问题。因为超导装置几乎都工作在高电压状态下，引线与低温容器(通常低温容器接地)之间、引线之间的高电压绝缘水平，不仅关系到设备的稳定运行，更关乎安装、运行人员的人身安全。而电流引线从室温过渡到-196℃，不仅温度低而且温差大，常规绝缘技术难以满足要求。电流引线一般采用电阻率小、导电性能好的紫铜材质，而铜的热传导性好，再加上温差大，裸露在低温容器外的引线极易结水或霜，这对引线的高电压绝缘技术提出了更高的要求。目前尚没有可靠、成熟的技术来解决或克服上述问题。

脉冲高电压情况下的电流引线也有研究(IEEE Transactions on Applied Superconductivity，vol.10，no.1，2000，pp1477)，主要使用在液氦冷却条件下的气冷电流引线，技术重点解决的是从事温到液氦温区的漏热问题；有关高电压绝缘采用的是技术方案是在电流引线外套一个直径很大的不锈钢管，内充流动的氮气，采用氮气间隔绝缘。该引线结构复杂，并且采用流动的氮气绝缘，绝缘水平受氮气温度、流动情况的影响很大，高电压绝缘能力不稳定；由于有出气孔，极易结冰、水或露，对电流引线的绝缘有致命的破坏作用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的结构复杂、绝缘能力不稳定等缺陷，提出一种低温高电压绝缘引线装置，本发明可以广泛应用于室温到低温过度的高电压超导电力装置中。

本发明高电压绝缘电流引线主要由紫铜导体、绝缘套管、接线鼻子、绝缘子、密封O圈，以及低温容器法兰等部件组成。

所述的紫铜导体为一根粗细均匀的紫铜棒，紫铜导体的一端，即低温端插入低温容器内，所述的低温端的末端预制成接线端子；紫铜导体的另一端，即室温端伸出低温容器外；低温容器内充有液氮或液氦。紫铜导体的长度为l。所述的绝缘套管选用玻璃钢管材或G10管材制作，绝缘套管长度l′比紫铜导体的长度l短3～7cm。绝缘套管套装在紫铜导体外，绝缘套管的内径与紫铜导体的外径紧密配合，并使紫铜导体在低温容器外的室温端露出绝缘套管约2～5cm。接线鼻子与紫铜导体的室温端露出绝缘套管部分的端部压接，共同组成绝缘引线主体。

绝缘套管的中部位置有长度为l₂的螺纹。绝缘套管的室温端有长度为l₁的密封端子，l₁不小于30cm，此密封端子用于与常规电力电缆的密封连接，密封端子外径不大于绝缘套管螺纹部分的最小直径。根据超导装置的额定电压以及绝缘套管材质的电绝缘特性，密封端子的管壁厚度t满足下式：

t＝5+kU/u    (1)

式中t为密封端子的管壁厚度，单位为mm；U为超导装置的额定电压，单位kV；u为绝缘套管材质每mm厚度的击穿电压，单位为kV；k为不同电压等级下，U与一分钟工频耐压的比值。