包括絕緣結構的高電壓裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于高電壓電力系統的高電壓裝置(1)。高電壓裝置(1)具有降低絕緣結構中的爬電路徑的絕緣結構。高電壓裝置(1)包括圍繞第二導體(13)布置用于提供第二導體(13)絕緣的絕緣結構(6)，其中絕緣結構(6)具有在軸向上從其第一端延伸到第二端的連續(xù)延伸部，所述第一端提供所述第二導體(13)基本上整個長度的絕緣，絕緣結構的所述第二端圍繞所述套管部(11-1)布置，當高電壓裝置(1)在使用時，所述第二端(21-2)圍繞套管部(11-1)至少延伸至套管部(11-1)的外表面的電勢至多等于第一導體(9)的電勢和對接平面(4)的電勢的平均值的一點。
【專利說明】包括絕緣結構的高電壓裝置
【技術領域】
[0001]本公開總體上涉及電力系統，且具體涉及一種包括絕緣結構的高電壓裝置。
【背景技術】
[0002]在高電壓應用中，當使高電壓導體穿過與具有該高電壓導體不同電勢的導電結構時，套管用于使該高電壓導體絕緣。套管例如使用在變壓器和電抗器的感應設備中以便能夠提供穿過該設備的接地外殼的高電壓導體。
[0003]高電壓直流(HVDC)變壓器由于連接至DC電網而受到AC和DC電壓元件的影響。因此，這些變壓器需要同時考慮AC和DC電壓應力來進行設計。
[0004]W02007/111564公開了一種用于HVDC的高電壓絕緣系統和用于制造該絕緣系統的方法。W02007/111564公開了一種布置在變壓器的轉塔(turret)中的套管、延伸穿過套管的套管導體、套管導體和從變壓器箱延伸的變壓器導體之間的連接、以及尤其包括圓柱形絕緣屏障和圍繞該連接的變壓器絕緣材料的絕緣系統。
[0005]如果要滿足與超高電壓操作有關的安全性規(guī)定，則W02007/111564的裝置將在轉塔中占據非常大的空間。
[0006]因此，需要改進現有的總體上用于高電壓的應用，且特別是用于HVDC應用的絕緣方案。

【發(fā)明內容】

[0007]本公開的總體目的是提供一種高電壓裝置，其中絕緣系統在滿足與超高電壓設備有關的安全性需求的同時占據較小的空間。
[0008]另一個目的是提供一種緊湊但可靠的高電壓裝置。
[0009]因此，在本公開的第一個方面中，提供一種用于高電壓電力系統的高電壓裝置，所述高電壓裝置包括:限定高電壓裝置的第一側和第二側之間的接口的對接平面；具有由對接平面接收的套管部從而式的使套管從高電壓裝置的第一例延伸至第二側的套管；延伸穿過套管的第一導體，所述第一導體從高電壓裝置的第二側處的套管部突出；在第二側處連接至第一導體的第二導體；以及布置在第二導體周圍用于提供第二導體的絕緣的絕緣結構，其中所述絕緣結構在軸向上從提供第二導體的整個長度的基本絕緣的其第一端至布置在套管部周圍的絕緣結構的第二端具有連續(xù)的延伸部，其中當高電壓裝置在使用時，所述第二端圍繞套管部延伸至少到套管部的外表面的電勢至多等于第一導體的電勢和對接平面的電勢的平均值的一個點。
[0010]通過提供連續(xù)延伸的使得第二導體、第一導體、第一導體和第二導體之間的連接、并且還有高電壓裝置的第二側上的套管部絕緣的絕緣結構，提供了沒有任何間隙的絕緣表面。因此，能夠獲得沒有爬電路徑的絕緣結構。
[0011]爬電路徑取決于設備中所使用的電壓水平。對于諸如在HVDC系統中使用的SOO-1lOOkV的超高電壓，爬電路徑必須非常長。由于通過使用本絕緣結構，不需要爬電路徑，該絕緣結構以及由此本高電壓裝置的絕緣系統可以設計得更緊湊。因此，高電壓裝置可以設計成占用較小的空間，其中需要較少的材料以制造高電壓裝置。
[0012]有利地，借助于本絕緣結構，由于高電壓裝置可以設計得比現有技術中的更小，因此在制造高電壓裝置期間可以節(jié)約成本。而且，由于絕緣結構的設計不具有爬電路徑，因此本公開提供了更可靠的絕緣結構并由此提供操作時更可靠的高電壓設備。由于不存在爬電路徑，因此可以實現降低形成電弧的風險。
[0013]絕緣結構可以延伸至套管部的外表面的電勢基本上等于對接平面的電勢的一個點。
[0014]絕緣結構可以通過將提供圍繞套管部的絕緣的第一絕緣部和提供第二導體的絕緣的第二絕緣部接合來形成。因此，現有的絕緣系統可以容易地修改成消除爬電路徑。
[0015]第一絕緣部和第二絕緣部可以借助于絕緣纖維素材料的層接合在一起。
[0016]該層可以纏繞在第一絕緣部和第二絕緣部之間的接合處周圍，借此形成作為一片絕緣結構的絕緣結構。
[0017]絕緣結構可以由纖維素材料構成。
[0018]第一側可以為空氣側而第二側可以為流體介電媒質側。
[0019]高電壓裝置可為HVDC換流變壓器。
[0020]第二導體可以連接至高電壓裝置的變壓器繞組。
[0021]對接平面可以為轉塔壁。
[0022]附加的特征和優(yōu)點將在以下內容中公開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明及其優(yōu)點將通過參考附圖的非限制性實例進行描述，其中:
[0024]圖1a為用于高電壓直流應用的高電壓裝置的實例的局部的示意圖。
[0025]圖1b為輸電網的一部分中的高電壓裝置的示意單線圖。
[0026]圖2a為圖1a中的高電壓裝置的絕緣結構和套管的一部分的原理圖。
[0027]圖2b為高電壓裝置的另一個實例。
【具體實施方式】
[0028]在以下描述中，出于解釋和非限制性的目的，給出諸如特定的技術和應用的具體細節(jié)，以提供對本公開的全面理解。然而，本領域技術人員會明白，本公開可以脫離這些具體細節(jié)的其它實施方式中實現。在其它情形中，省略了公知的方法和裝置的詳細描述以便不以非必須的細節(jié)而使描述難以理解。
[0029]本公開涉及高電壓裝置及其用于套管和與套管相關聯的導體的絕緣結構。特別地，絕緣結構布置用于為套管和導體提供絕緣以便套管能夠被具有與導體不同電勢的對接平面所接收。典型地，對接平面為接地平面。
[0030]根據本公開的高電壓裝置例如可以通過諸如HVDC換流變壓器、用于交流的電力變壓器或平滑電抗器的感應設備來舉例說明。
[0031]參考圖la，高電壓裝置I的第一個實例將得以更詳細地描述。特別是在該第一實例中，高電壓裝置I由HVDC換流變壓器來舉例說明。[0032]高電壓裝置1，其中與本公開不相關的細節(jié)被省略，包括被提供具有開口的箱3、具有轉塔壁5-1的轉塔5，其中所述轉塔5布置在箱3的開口周圍、布置在箱3中的感應變壓器鐵芯7、套管11以及絕緣結構6。
[0033]轉塔壁5-1和箱3給出對接平面5-2并接地。對接平面形成高電壓裝置I的接地平面5-2。轉塔5和箱3形成高電壓裝置I的殼體。
[0034]箱3和轉塔5，即殼體，使用介電媒質，典型地是諸如變壓器油的介電流體進行填充。在一個實施例中，絕緣結構6可以浸入在介電媒質中。
[0035]套管11具有布置在轉塔5中的套管部11-1、延伸穿過套管11的第一導體9和連接至第一導體9的第二導體13。第二導體13與變壓器芯7電連接。第二導體13可以與高電壓裝置I的次級繞組直接物理連接，或者可替換地與高電壓裝置I的初級繞組直接物理連接。因此，第二導體13可以連接至高電壓裝置I的變壓器繞組。
[0036]絕緣結構6被布置用于提供圍繞第一導體9、第二導體13和套管部11-1的至少一部分的絕緣。
[0037]充當套管11的支撐的轉塔5，可以借助于諸如螺桿接合的多個緊固裝置和密封裝置固定至箱3以提供密封的結構，從而使得任意流體介電媒質包含在高電壓裝置I的內部。可替換地，通過將轉塔5焊接至箱3，轉塔5可以固定至箱3。在一個實施例中，轉塔和箱可以形成為集成的一體結構。
[0038]在一個實施例中，轉塔相對于箱可以具有零高度延伸，即箱不具有凸出的轉塔，借此套管直接布置在高電壓裝置的箱中。在這一實施例中，箱單獨地形成接地平面，套管通過接地平面被接收。
[0039]要注意的是，HVDC換流變壓器典型地具有多于一個的轉塔，例如多個轉塔，而每一個轉塔中布置一個套管。在一個實施例中，高電壓設備的閥門側，即可連接至功率轉換器的一例上的每一個轉塔的絕緣結構，具有相同的結構。
[0040]參考圖2a，將更詳細地描述布置在套管部11-1周圍的絕緣結構6。
[0041]要注意的是，用于例如HVDC換流變壓器的絕緣系統除了絕緣結構6之外，典型地還包括進一步的絕緣部，例如用于屏蔽第一和第二導體9、13之間的連接的屏蔽電極和圍繞所述導體軸向延伸的一個或多個壓板屏障。圖2中省略這些和其它部件以提供絕緣結構6的清楚闡釋。
[0042]對接平面，即接地平面5-2，限定高電壓裝置I的第一側25-1和第二側25_2之間的接口。在一個實施例中，第一側25-1可以為空氣側，例如在高電壓裝置I的殼體3外部的側。第二側25-2可以為諸如油填充側的流體介電媒質側。套管11由接地平面5-1的開口 22，即轉塔壁5-1中的開口所接收。
[0043]可替換地，在不具有轉塔的高電壓裝置的實施例中，套管可以由對接平面4，舉例來說，諸如高電壓裝置的殼體的接地平面中的開口直接接收，如圖2b所示。
[0044]當套管11布置在接地平面5-2中時，套管部11-1凸出在接地平面5_2的第二側25-2上。第一導體9延伸穿過套管11并從第二側25-2處的套管部11-1凸出。第一導體9和第二導體13在第二側25-2處電連接，由此形成連接19。
[0045]絕緣結構6具有在其第一端21-1和第二端21-2之間連續(xù)延伸的本體6_1。
[0046]在圖2a的實例中，絕緣結構6布置在高電壓裝置I的第二側25-2處的第一導體9和第二導體13周圍。絕緣結構6被布置從而使得其從箱3的內部延伸至轉塔5中而不會產生沿著軸A的任何軸向間隙。軸A由轉塔5中的第一導體9和第二導體13限定。因此，絕緣結構6沿著轉塔5中的軸A連續(xù)延伸。換句話說，絕緣結構6在轉塔5中連續(xù)延伸從而使得其圍繞并接收第一導體9、第二導體13以及布置在轉塔5中的套管部11-1的至少一部分。
[0047]一般來說上述絕緣結構的裝置也適用于不具有轉塔的高電壓裝置的實施例，其中套管由不是轉塔壁的接地平面中的開口所接收。
[0048]在絕緣結構6的一個變形中，絕緣結構6具有軸向延伸部從而使得其在第二側25-2上接收套管部11-1的最寬部23周圍。絕緣結構6由此圍繞套管部11_1從而使得其在第二側25-2處圍繞套管部11-1的最寬部23而不會在第二側25-2上產生沿著絕緣結構的延伸部的任何間隙。
[0049]絕緣結構6圍繞第二導體13布置并在與軸A共軸的軸向上連續(xù)延伸從而使得其接收或覆蓋套管部11-1的一部分。在一個實施例中，絕緣結構6從其第一端21-1連續(xù)延伸至與其第二端21-2，所述第二端21-2與套管部11-1的一個點基本上齊平，其中當高電壓裝置I在使用時，套管部11-1的外表面的電勢至多等于第一導體9的電勢和對接平面5-1的電勢的平均值。電勢沿著套管部11-1的外表面在軸向上朝向接地平面5-2中的開口 22線性降低。套管部11-1經受的最大電勢通常在第一導體9從其凸出的末端部獲得。
[0050]通過為絕緣結構6提供接地平面5-2的第二側25-2上的連續(xù)本體，從而使得其在朝向套管部11-1的對接平面的方向上，圍繞套管部11-1至少延伸至一個點，其中當高電壓裝置I在使用時，套管部11-1的外表面具有至多等于第一導體9的電勢和對接平面的電勢的平均值的電勢，消除了現有技術中產生的爬電路徑。因此可以在高電壓裝置I中獲得更緊湊的絕緣系統。因此，包括高電壓裝置I的絕緣結構6的絕緣系統可以減小尺寸，借此能夠減小高電壓裝置的尺寸。
[0051]在一個實施例中，絕緣結構的第一端終止于距離連接19的如下軸向距離處，該軸向距離使得絕緣結構承受絕緣結構在連接19處承受的DC電壓水平的50%或更小。
[0052]在一個實施例中，絕緣結構延伸至對接平面，即接地平面。在這一情形下，絕緣結構的第二端基本上與接地平面物理接觸?？商鎿Q地，第二端可以與接地平面或與接地平面相關聯的接地部件實際上物理接觸。因此，絕緣結構的第二端可以至套管部的電勢基本上等于對接平面的電勢的一個點處接收套管部。
[0053]在一個實施例中，在絕緣結構和接地平面之間存在間隙，即絕緣結構的第二端與對接平面隔開一段距離。在這一實施例中，由于套管周圍的電勢在絕緣結構的第二端和對接平面之間的區(qū)域中足夠低，因此不需要在絕緣結構和對接平面之間的間隙中提供額外絕緣。
[0054]在絕緣結構的一個實例中，絕緣結構在制造時可以被形成為集成的單片本體。可替換地，絕緣結構可以通過接合第一絕緣部和第二絕緣部而形成。第一絕緣部可以例如為套管絕緣屏障，且第二絕緣部可以為變壓器絕緣子。第一絕緣部和第二絕緣部在這一情形下可以例如通過將，舉例來說，諸如紙的纖維素材料的絕緣材料纏繞在第一絕緣部和第二絕緣部之間的接合處周圍來接合。在一個實施例中，絕緣結構可以由多于兩個部件構成。
[0055]絕緣結構6可以由諸如壓板或紙的纖維素材料制成。[0056]本公開提供一種具有絕緣結構的高電壓裝置，所述絕緣結構導致高電壓裝置中的絕緣系統更緊湊，并由于減小的爬電路徑，導致更可靠的高電壓裝置中的絕緣系統。絕緣結構尤其可以適用于具有集成殼體的高電壓裝置。這一裝置的一個實例是具有集成轉塔的變壓器，例如轉塔和箱集成在一起的殼體?？梢栽O想，本公開將應用于HVDC變壓器、平滑電抗器、用于AC網絡的AC變壓器和電抗器以及HVDC或FACTS環(huán)境中的其它類似設備。尤其是，該絕緣結構可以使用在套管布置成通過接地平面被接收的任意高電壓應用中。
[0057]本領域技術人員認識到本發(fā)明絕非以任何方式限制于上述實例。相反，在所附權利要求書的范圍內可以有許多修改或變形。
【權利要求】
1.一種用于高電壓電力系統的高電壓裝置(I)，所述高電壓裝置(I)包括: 對接平面(4 ;5-2)，限定所述高電壓裝置(I)的第一例(25-1)和第二側(25-2)之間的接口， 套管(11)，具有由所述對接平面所接收的套管部(11-1)，借此所述套管(11)從所述高電壓裝置(I)的所述第一側(25-1)延伸至所述第二側(25-2)， 第一導體(9)，延伸穿過所述套管(11)，所述第一導體(9)從所述高電壓裝置(I)的第二側(25-2)處的所述套管部(11-1)凸出， 第二導體(13)，在所述第二側(25-2)處連接至所述第一導體(9)，以及 絕緣結構(6)，圍繞所述第二導體(13)布置，用于提供所述第二導體(13)的絕緣，其中所述絕緣結構(6)具有在軸向方向上從其第一端(21-1)延伸到第二端(21-2)的連續(xù)延伸，所述第一端(21-1)提供所述第二導體(13)基本上整個長度的絕緣，所述絕緣結構的所述第二端(21-2)圍繞所述套管部(11-1)布置，當所述高電壓裝置(I)在使用時，所述第二端(21-2)圍繞所述套管部(11-1)至少延伸至所述套管部(11-1)的外表面的電勢至多等于所述第一導體(9)的電勢與所述對接平面(4;5-2)的電勢的平均值的一點。
2.根據權利要求1所述的高電壓裝置(I)，所述絕緣結構延伸至所述套管部(11-1)的所述外表面的電勢基本上等于所述對接平面(4 ；5-2)的電勢的所述套管部(11-1)的一點。
3.根據權利要求1或2所述的高電壓裝置(I)，其中所述絕緣結構(6)布置用于接收所述第二導體(13)整個長度以借此使所述第二導體(13)絕緣。
4.根據前述權利要求任一項所述的高電壓裝置(I)，其中所述絕緣結構(6)通過接合提供圍繞所述套管部的絕緣的第一絕緣部和提供所述第二導體(13)的絕緣的第二絕緣部來形成。
5.根據權利要求4所述的高電壓裝置(I)，其中所述第一絕緣部和所述第二絕緣部借助于絕緣纖維素材料的層接合在一起。
6.根據權利要求5所述的高電壓裝置(I)，其中所述層圍繞所述第一絕緣部和所述第二絕緣部之間的接合處纏繞，借此形成單片絕緣結構的所述絕緣結構。
7.根據前述權利要求任一項所述的高電壓裝置(I)，其中所述絕緣結構(6)由纖維素材料構成。
8.根據前述權利要求任一項所述的高電壓裝置(I)，其中所述第一側(25-1)為空氣側且所述第二側(25-2)為流體介電媒質側。
9.根據前述權利要求任一項所述的高電壓裝置(I)，所述高電壓裝置為HVDC換流變壓器。
10.根據前述權利要求任一項所述的高電壓裝置(I)，其中所述第二導體(13)連接至所述高電壓裝置(I)的變壓器繞組。
11.根據權利要求10所述的高電壓裝置(I)，其中所述對接平面(5-2)為轉塔壁(5-1)。
【文檔編號】H01F27/04GK103748641SQ201280025557
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權日:2011年5月27日
【發(fā)明者】M·伯格倫德, A·B·埃里克松, E·韋丁, J·林格倫, M·拉姆克維斯特, S·伯蒂爾森, T·布倫斯特羅姆 申請人:Abb技術有限公司