高压电载流管及具有其的高压套管的制作方法

1.本发明涉及高压电传输设备技术领域，具体涉及一种高压电载流管及具有其的高压套管。


背景技术：

2.随着我国特高压输电技术的不断发展，输电容量需求不断增大，高压输电设备的电压电流等级要求不断提高，特高压直流输电电压已由
±
800kv提升至
±
1100kv，输电电流已由5000a提升至6250a。高压设备在长期运行中承受着高电压、大电流以及强机械负荷的叠加作用，内部存在很高的电、热及机械应力。高压设备的电、热性能相互影响，实际运行中所发生的设备电气绝缘失效与其热性能有直接联系。为了输送更大功率的电能，需要加大输送电流与电压，造成高压电气设备运行过程中产生更高的电应力及热损耗，严重制约了电气设备在特高压工程的应用。例如超/特高压干式套管运行电压等级高，电能传输功率大，套管中心载流导体的载流量大、发热量高，套管内部均热问题突出，实际运行经验表明大部分干式套管的绝缘失效是由套管内部温度过高而导致其绝缘材料发生热膨胀所引起。
3.为了克服此问题，目前通常采用两种技术路线，一是增大电气设备的体积和重量，例如套管，通过将导电杆做粗从而降低发热量(芯体内径也将同步增大)、芯体厚度尺寸变大从而可以减小电应力的方式，确保套管绝缘材料的电应力和运行温度在安全运行范围内；二是在采取有效的热管理方式，例如换流阀，通过将给发热元件配备散热器的方式，由散热器中循环流动的去离子水不断将元件的热量带到室外散发的方式，保证元件维持在设计温度范围内。
4.对于高压套管而言，目前采用增大组部件的体积、重量以及采用更优质的进口原材料来克服高电压、大电流下套管遇到电应力大和温升控制难的问题，但这样又导致套管出现环氧绝缘芯子尺寸过大、套管重量增加过多、制造成本高昂、良品率低和运行温度高、运行可靠性低的新问题，极大地影响了单条输电容量占北京近一半半用电量的特高压工程的推广和应用。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的载流管通电后发出的热量难以排出的缺陷，从而提供一种高压电载流管及具有其的高压套管。通过设计一种新的套管结构降低套管电应力和热应力，降低套管整体的运行温度。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种高压电载流管，包括：管体；导热管，设置在管体的外侧壁上，导热管为两端封闭结构，导热管内填充有冷却介质；散热结构，与导热管的一端配合。
7.可选地，导热管为多个，多个导热管沿管体的周向间隔设置。
8.可选地，导热管嵌入至管体的外侧壁内。
9.可选地，管体的外表面上设置有安装槽，导热管嵌入至安装槽内。
10.可选地，导热管通过焊接固定在安装槽内。
11.可选地，散热结构包括多个间隔设置的散热翅片。
12.可选地，散热结构设置在管体的端部。
13.本发明还提供了一种高压套管，包括高压电载流管以及套设在高压电载流管外的绝缘套，高压电载流管为上述的高压电载流管。
14.可选地，高压套管被配置为至少穿过一个接地平面，且高压套管的至少一端与换流阀连接。
15.可选地，高压套管的一端与换流阀连接，另一端与变压器连接，以使高压套管适于传输高电压和高电流。
16.本发明具有以下优点：
17.利用本发明的技术方案，当高压套管工作时，高压电载流管的管体会发出热量。导热管内的冷却介质将高压电载流管发出的热量吸收，同时散热结构与对导热管进行冷却，进而将热量排放，从而持续对管体进行冷却，保证高压套管在工作时温度处于合理的范围内。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的载流管通电后发出的热量难以排出的缺陷。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本发明的高压电载流管的实施例的结构示意图；
20.图2示出了图1中高压电载流管的剖视示意图；
21.图3示出了图1中高压电载流管的导热管处的局部剖视示意图；以及
22.图4示出了图1中高压电载流管的散热结构的结构示意图。
23.附图标记说明：
24.10、管体；11、安装槽；20、导热管；30、散热结构；31、散热翅片。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.如图1和图2所示，本实施例中的高压电载流管包括管体10、导热管20以及散热结构30。其中，管导热管20设置在管体10的外侧壁上，导热管20为两端封闭结构。并且导热管20内填充有冷却介质。散热结构30与导热管20的一端配合。
30.利用本实施例的技术方案，当高压套管工作时，高压电载流管的管体10会发出热量。导热管20内的冷却介质将管体10发出的热量吸收，同时散热结构30与对导热管20进行冷却，进而将热量排放，从而持续对管体10进行冷却，保证高压套管在工作时温度处于合理的范围内。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的载流管通电后发出的热量难以排出的缺陷。
31.进一步地，本实施例中的导热管20以及散热结构30形成了热管散热结构。其中，热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，且本实施例中导热管20内填充的冷却介质为水。当高压套管工作时，管体10发出热量并对导热管20进行加热。导热管20内的水受热蒸发，并带走热热量。散热结构30对导热管20进行冷却，并与导热管20内的水蒸气进行换热，水蒸气冷凝并重新与管体10进行换热，进而持续的对管体10进行冷却。由此可见，本实施例中的导热管20以及散热结构能够在高压套管工作时，持续对管体10进行冷却，进而使得高压电载流管保持一个合理的温度范围内。
32.当然，上述的冷却介质并不限于水，例如冷却介质可以为空调系统中的制冷剂。同时，冷却介质既可以为液体，也可以为气体。
33.如图2所示，在本实施例的技术方案中，导热管20为多个，多个导热管20沿管体10的周向间隔设置。具体而言，管体10为圆柱空心管结构，导热管20为沿着管体10的中心线周向间隔设置的多个。多个导热管20能够在整个周向对管体10进行散热，进而大大提高散热效果。进一步地，多个导热管20之间平行设置，每个导热管20均沿着管体10的径向方向延伸。多个导热管20之间的间隔均匀布置。
34.如图2所示，在本实施例的技术方案中，导热管20嵌入至管体10的外侧壁内。具体而言，将导热管20嵌入至管体10的外侧壁内能够大大增加导热管20与管体10之间的换热面积，进而提升换热效果。当然，将导热管20设置在管体10的外表面上，也是可行的实施方式。
35.如图2所示，在本实施例的技术方案中，管体10的外表面上设置有安装槽11，导热管20嵌入至安装槽11内。具体而言，安装槽11为沿着管体10的径向延伸的槽结构，安装槽11可以通过铣削工艺加工。上述结构便于导热管20和安装槽11的安装。进一步地优选地，为了提高导热管20与安装槽11之间的热交换效果，本实例中的安装槽11采用的时窄槽口沟槽型式。具体而言，安装槽11的槽口的宽度略小于导热管20的直径，将导热管20压入其中，使导热管20与安装槽11产生一定的压力、并提高接触散热效果。当然，导热管20也可以是通过其他的方式嵌入至管体10的外表面，例如通过一体铸造成型的方式。
36.如图3所示，在本实施例的技术方案中，导热管20通过焊接固定在安装槽11内。具体而言，导热管20和安装槽11之间通过焊接连接在一起，一方面能够使导热管20和安装槽
11紧密的连接在一起，另一方面，焊料也能够使得导热管20与管体10之间的传热性能更好。此外，上述的焊接工艺可以采用断续焊缝、或长直焊缝的方式进一步增加导热管20与管体10之间的接触面积，同时还能起到很好的固定作用。
37.如图1所示，在本实施例的技术方案中，散热结构30设置在管体10的端部。具体而言，如上述所述，导热管20为周向间隔设置的多个，而散热结构30设置在管体10的端部使得多个导热管20的端部便于与散热结构30配合。从图1可以看到，导热管20的右端及中部的大部分嵌入至安装槽11内，导热管20的左端伸出管体10并与散热结构30配合，进而使管体10、导热管20以及散热结构30三者的结构更加的紧凑。当然，上述的散热结构30可以设置在管体10的其他位置上，例如在管体10的侧部。
38.如图4所示，在本实施例的技术方案中，散热结构30包括多个间隔设置的散热翅片31。具体而言，导热管20的端部与散热翅片31接触。导热管20的热量传递至散热翅片31上，同时，散热翅片31与外部环境换热，从而实现散热的技术效果。当然，散热结构30也可以为其他的常规的散热装置，例如散热风扇等等。
39.本实施例还提供了一种高压套管，高压套管包括高压电载流管以及套设在高压电载流管外的绝缘套，二者之间浇筑有环氧树脂，高压电载流管为上述的高压电载流管。
40.优选地，本实例中的为了保证高压套管的绝缘性，因此在绝缘套和高压电载流管之间填充了绝缘材料，绝缘材料可以为环氧树脂等等。
41.本实施例中，高压套管用于连接在变压器和换流阀之间，并用于传输高电压和高电流。高压套管穿过墙壁，也即穿过一个接地平面，进而使得具有较高电位的载流管能够穿过接地电位的墙壁。进一步地，上述的变压器为换流变压器，上述连接在换流变压器和换流阀之间的高压套管也被称作换流变压器阀侧套管。
42.进一步地，现有技术中还有将高压套管的两端均与换流阀连接的使用方式，此种方式下，高压套管被称作为穿墙套管，本领域技术人员可以理解，穿墙套管也可以采用上述实施例中的高压电载流管以及高压套管的结构。
43.结合上述内容，本实施例中的高压电载流管具有以下优点：
44.1、结构紧凑，在载流管的外圆柱表面开槽嵌入热管(也即导热管20)，不影响外形；
45.2、简单可靠，热管无需拼接或折弯，挤压嵌入沟槽或焊接能够更好地保证传热效果，省略了水冷管路和水机系统；
46.3、散热效果可控，可通过增加散热器翅片面积、或强制冷却来确保散热效果。
47.本实施例提供了一种新型的含有热管组件的高压套管技术，解决高电压、大电流套管电应力、热应力过高的问题，并且可以避免当前技术导致的环氧绝缘芯子尺寸过大、套管重量增加过多、制造成本高昂、良品率低和运行温度高、运行可靠性低的问题，实现高压套管的紧凑化轻量化设计、基础材料的国产替代、良品率的改善以及运行可靠性的提升；通过该技术还可以改善套管芯体温度分布均一性和大幅降低套管运行温度，提高套管的电压电流应用等级，满足后续更大容量，更高电压等级的特高压工程需求。本发明广泛适用于高压领域的套管，例如换流变阀侧套管，特别适合大电流工况下的套管。为大功率特高压工程的建设及可靠运行奠定技术基础。
48.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。