[发明专利]高压设备的冷却

说明书

技术领域

本发明涉及的领域是电力分配系统以及这种电力分配系统中的高 压设备的冷却。具体来说，本发明涉及这种系统内使用的套管的冷却。 本发明还涉及相应的方法。

背景技术

电气设备和装置-特别是电力分配系统中的高压设备散发出很多 热量，因而需要充分冷却。例如，传统的HVDC(高压直流)换流阀可 以是空气绝缘和水冷型。通常情况下设置冷却系统，该冷却系统包括例 如构形为满足特定要求的冷却水分配管线。外部冷却系统的另一个示例 是使用风扇。

然而，电力分配系统中还有一些电气设备没有通过任何外部冷却系 统进行冷却。那些缺少外部冷却系统的设备于是仅靠自身冷却，即自然 对流的空气冷却。这种自身冷却设备的一个示例是高压套管，例如换流 变压器套管。

电力分配系统内的一般电压等级可达大约500千伏直流电。然而， 电压等级会持续升高，可累计达到800千伏直流电，而且将来可能达到 更高的电压等级。同时，电流等级会达到4000-5000安或更高。这种高 电压和高电流等级必然会导致更多的热量排放，而且对于套管电绝缘的 要求会变得极高。电绝缘体的尺寸限制了套管的冷却效率，这是因为由 于尺寸增加，热量必须被引导一段更长的距离到周围的冷却气体。所以 在电压和电流等级非常高时自身冷却的效率变得很低。

当电压等级增加时，采用较大的导体是可行的，从而减少了散发出 的热量，但是这又将导致设备尺寸增大。也就是说，绝缘体的尺寸还会 很大。

美国专利公报US 2,953,629致力于防止电容式套管内发生闪络，但 是该文献还描述了通过强制冷却机构冷却套管的尝试。该冷却机构的原 理在于将诸如水之类的流体密封在中央导体的孔腔内。当电容式套管变 热时，该液体被煮沸，蒸气上升并冷凝，冷凝液又返回导体底部。于是 热量通过热交换管从套管内部转移到大气中。

上述现有技术的冷却装置存在很多缺陷。例如，流体的沸点决定了 冷却温度，这意味着，当流体是水的时候，冷却温度将限于100℃。虽 然通过改变压力来改变冷却温度是可行的，但是这需要配置压力容器， 结果将造成冷却机构笨重且昂贵。具体来说，这种解决方案将涉及很多 装置，这些装置需要高昂的初始成本和维护成本。另一个缺点是，由于 水的蒸发，设备上会有产生沉淀物的风险。

基于上述考虑，希望能改进高压设备的冷却，特别是高压套管的冷 却。进一步地，还希望提供一种相应的冷却这种套管的方法。

发明内容

本发明的一个目的是改进电力分配系统内的高压套管的冷却。更具 体的说，本发明的目的是为套管提供外部冷却装置，从而克服或至少缓 解上述现有技术的缺陷。

本发明的另一个目的是改进套管的冷却，所述冷却对于非常高的电 压和电流来说也是充分的。具体的说，本发明的目的是提供能够应对高 电压和高电流的外部冷却装置。

本发明的又一个目的是提供一种用于冷却套管的冷却装置，该冷却 装置在套管内的耗散功率随电流和电压等级的增大而增大时不会增加 组成部件的尺寸。

这些目的通过独立权利要求中请求保护的高压套管和方法来实现。

根据本发明，提供一种高压套管，该高压套管可以通过外部冷却系 统进行冷却。该套管例如适用于从流体冷却的HVDC换流阀传输高电 压和高电流。该高压套管包括环绕电导体的绝缘体，其中，电导体能够 电连接到高压设备，例如能够连接到HVDC换流阀的连接器。根据本 发明，高压套管的电导体能够连接到外部冷却系统，例如连接到HVDC 换流阀的冷却系统。通过本发明，套管的设计大大简化，因为套管的导 体和绝缘材料的温度得到了控制。具体来说，尽管使用了更高的电流和 电压，但是套管的尺寸不必增加。进一步地，即使对于高电流和高电压 等级-例如500到800千伏直流电以及更高的电压等级来说，也可以实 现套管的充分冷却。

根据本发明的一个实施例，外部冷却系统是HVDC换流阀的冷却 系统。这提供了一种通过利用现有且被使用的HVDC换流阀的冷却流 体来冷却套管的创造性方式，从而实现成本合算且可靠的冷却。

根据本发明的另一个实施例，高压套管的电导体包括具有一个或多 个流体通道的冷却管道。这些流体通道可以是独立通道，这些通道在至 少一处彼此流体连通并设置成穿过所述电导体从HVDC换流阀接收高 电位的循环冷却流体。高压套管因此可以通过一个或多个流体通道连接 到外部冷却系统的流体冷却系统。