高温超导电力装置的低温高电压局部放电实验和测试装置

摘要

一种高温超导电力装置的低温高电压局部放电实验和测试装置，为卧式结构。其低温容器(18)为圆柱形，水平放置；两个绝热终端(13)垂直焊接在低温容器(18)的上部；两个低温高压套管(1)通过其法兰及其配套的金属均压环(3)分别垂直安装在两个绝热终端(14)上，两个低温高压套管的下端分别插入两个绝热终端(14)。液氮输液管入口(11)和液氮输液管入口(13)分别安装在两个绝热终端(14)的侧壁；两个排气系统(5)和两个测量引线出口(12)分别安装在两个绝热终端(14)的侧壁；两个人行孔(9)分别位于低温容器(18)的两端。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高温超导电力装置的实验和测试用设备。

背景技术

超导电力装置与常规电力装置的区别是，高温超导电缆采用了具有零电阻、大电流传输特性的高温超导材料作为导体，以价格低廉的液态氮作为冷却介质，其传输容量是常规电缆的3～5倍，具有传输容量大、电磁污染小、损耗低等优点，是实现大容量、低损耗输电的一个重要途径。超导电力装置低温特性、高压特性、局部放电特性是高温超导电力装置的主要性能。高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置主要用于超导电力低温高压套管、小型超导磁体线圈低温性能、高压性能和局部放电性能试验研究。具备：①开展超导限流单元和高压套管低温性能试验、高压试验、局部放电试验、雷电冲击试验等试验研究功能；②超导限流单元、终端电流引线低压恒流实验研究功能；③超导限流单元及终端系统损耗实验研究功能；④超导电力装置用低温高压套管低温性能实验研究功能。

所述的高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置额定耐压110kV，额定载流1500A。

现有的实验装置通常只满足小型材料样品或者单相实验，无法开展面向超导电缆或超导单元短样模拟运行状态条件下的恒流试验、低温性能试验、终端损耗试验等多项实验。《IEEETRANSACTIONSONAPPLIEDSUPERCONDUCTIVITY》(IEEE应用超导汇刊)2005,VOL.15,NO.2文献“DielectricCharacteristicsofHTSCablesBasedonPartialDischargeMeasurement(基于局部放电测量的超导电缆介电特性)”涉及一种超导电缆局部放电测试装置，其低温容器结构采用立式封闭结构，主要适用于低温绝缘材料样品的局部放电测试。该装置无法实现超导电缆样品的耐压和局部放电测试，不具备液位和压力测试功能，且无法实现液氮循环。

发明内容

本发明的目的是克服常规高压局部放电试验装置无法开展液氮温区低温条件下高电压实验、局部放电实验的缺点，提出一种用于高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试装置，以解决超导电力装置低温特性、高压特性、局部放电特性实验研究装备问题。

本发明采用的技术方案如下述。

本发明高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置由低温高压套管、绝热终端、低温容器、液氮输液管入口、液氮输液管出口、两个排气系统、两个测量引线出口、两个人行孔等部分组成。所述的高温超导电力装置的低温高电压局部放电实验和测试装置为卧式结构；所说的低温容器为圆柱形，水平放置。两个绝热终端垂直安装在低温容器的上部；通过其法兰及其配套的金属均压环分别竖直安装在两个绝热终端上，两个低温套管的下端分别插入两个绝热终端。液氮输液管入口和液氮输液管出口分别垂直安装在两个绝热终端的侧壁；两个排气系统和两个测量引线出口分别垂直安装在两个绝热终端的侧壁，两个人行孔分别位于低温容器的两端。

所述的低温高压套管为电容式结构，其下端工作在低温环境中，其上端工作在室温空气环境中。所述的低温高压套管内部配套有电流引线，低温高压套管的主绝缘紧密包覆加工在电流引线外，主绝缘外配套有法兰，法兰套在主绝缘外表面并与主绝缘粘结固定为一体。所述的低温高压套管通过所述的法兰与所述的低温容器连接在一起，所述法兰的材料为无磁不锈钢，法兰上部有配套金属均压环，金属均压环为圆形套装在法兰外面。法兰下端面设计有非金属绝热层，非金属绝热层位于法兰下表面，非金属绝热层上表面与法兰下表面粘合为整体，以防止法兰结冰。所述低温高压套管下端外壁嵌装有用于屏蔽电场的不锈钢金属圆筒。

所述的低温容器为卧式双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。所述的低温容器外壁设计有伸缩节，以避免热循环过程中产生的应力造成的损伤。

所述的低温容器的上端设计有两个绝热终端。绝热终端用于低温高压套管的安装，为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作。绝热终端的内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。绝热终端的内壁、外壁分别与低温容器内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温容器真空层与绝热终端真空层为整体互通结构。

所述的液氮输液管入口、液氮输液管出口分别与两个绝热终端连接。液氮输液管入口、液氮输液管出口均为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。液氮输液管入口一端的内壁、外壁，以及液氮输液管出口一端的内壁、外壁，分别与低温容器的内壁和外壁对应焊接连接为整体，液氮输液管入口和液氮输液管出口与外壁之间的真空层与绝热终端的真空层为整体互通结构。

所述的两个测量引线出口分别与绝热终端连接。测量引线出口均为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。测量引线出口一端内壁、外壁分别与低温容器内壁和外壁对应焊接连接为整体，测量引线出口内壁、外壁之间的真空层与绝热终端真空层为整体互通结构。

所述的两个排气系统分别通过绝热管道与绝热终端连接，绝热管道为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。绝热管道一端的内壁、外壁分别与低温容器的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道内壁、外壁之间的真空层与绝热终端的真空层为整体互通结构。

所述的两个人行孔位于低温容器两端。每个人行孔通过内壁法兰和外壁法兰实现与低温容器内壁、外壁的密封。所述的人行孔与低温容器内壁的法兰密封为低温真空密封，以保证在低温条件下无液氮泄漏至低温容器内壁与外壁之间的真空层。

附图说明：

图1高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置结构示意图。图中：1低温高压套管、2主绝缘、3法兰及其配套金属均压环、4非金属绝热层、5排气系统、6不锈钢金属圆筒、8外壁法兰、9人行孔、10内壁法兰、11液氮输液管入口、12测量引线出口、13液氮输液管入口、14绝热终端、15真空层、16波纹型伸缩节、17电流引线、18低温容器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明装置包括低温高压套管1、绝热终端14、低温容器18、液氮输液管入口11、液氮输液管出口13、两个排气系统5、两个测量引线出口12、两个人行孔9。

所述的高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置为卧式结构。低温容器18为圆柱形，水平放置。两个绝热终端13垂直焊接在低温容器18上。两个低温高压套管1通过两个法兰及其配套金属均压环3分别竖直安装在绝热终端14上，两个低温高压套管1的下端分别插入两个绝热终端14。液氮输液管入口11和液氮输液管入口13分别安装在两个绝热终端14上；两个排气系统5和两个测量引线出口12分别安装在两个绝热终端14上，两个人行孔9分别位于低温容器18的两端。

所述的低温高压套管1由电流引线17、主绝缘2、法兰及其配套金属均压环3和非金属绝热层4组成，电流引线17为金属圆柱或圆管型导体，主绝缘2紧密包覆在电流引线17上；法兰及其配套金属均压环3套装在在主绝缘2外表面并与主绝缘2粘结固定为一体；所述的低温高压套管1通过所述的法兰及其配套金属均压环3与所述的低温容器18连接在一起；所述法兰及其配套金属均压环3材料为无磁不锈钢。非金属绝热层4位于法兰及其配套金属均压环3下表面，非金属绝热层4的上表面与法兰及其配套金属均压环3的下表面粘合为整体。所述低温高压套管1的下端外壁嵌装有用于屏蔽电场的不锈钢金属圆筒6。波纹型伸缩节16位于低温容器18的外侧壁。

所述的低温容器18为卧式双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料。所述的低温容器外侧壁有波纹型伸缩节16。

两个人行孔9分别位于低温容器18的两端，每个人行孔由内壁法兰10和内壁法兰8组成；人行孔9通过内壁法兰10和外壁法兰8实现与低温容器18内壁及外壁的密封连接。

所述的绝热终端14为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作；绝热终端14的内壁与外壁之间为真空层，内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热终端14的内壁、外壁分别与低温容器18的内壁和外壁对应焊接连接为整体，低温容器18的真空层与绝热终端14的真空层为整体互通结构。

所述的液氮输液管入口11和液氮输液管出口13均为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料，内壁与外壁之间为真空层；液氮输液管入口11和液氮输液管出口13的内壁外表面绕包有多层绝热材料；液氮输液管入口11一端的内壁、外壁，以及液氮输液管出口13一端的内壁、外壁，分别与低温容器18的内壁和外壁对应焊接连接为整体，液氮输液管入口11和液氮输液管出口13的真空层与绝热终端14的真空层为整体互通结构。

所述的测量引线出口12为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；测量引线出口12的内壁外表面绕包有多层绝热材料；测量引线出口12一端的内壁、外壁分别与低温容器18的内壁和外壁对应焊接连接为整体，测量引线出口12的内壁、外壁之间的真空层与绝热终端14的真空层为整体互通结构。

所述的两个排气系统5通过绝热管道分别与绝热终端14连接；所述的绝热管为双层结构，其内壁与外壁均为无磁不锈钢材料制作，内壁与外壁之间为真空层；绝热管道的内壁外表面绕包有多层绝热材料；绝热管道一端的内壁、外壁分别与低温容器18的内壁和外壁对应焊接连接为整体，绝热管道内壁、外壁之间的真空层与绝热终端14的真空层为整体互通结构。

实验时，通过人行孔9将实验样品放置于低温容器18内，并通过软导线实现实验样品与两个电流引线17的连接。样品安装完毕后，分别安装固定内壁法兰10和外壁法兰8，通过真空抽嘴7对低温容器18、液氮输液管入口11、测量引线出口12、液氮输液管入口12和排气系统5的真空层抽真空。完成真空制备后，再通过液氮输液管入口10给所述的高温超导电力装置低温高电压局部放电实验和测试用装置注入液氮，液氮液位达到相应高度后即可开展相关试验和实验。

本发明装置具有耐压等级高、通流能力强、绝热性能好等优点，适用于开展展超导限流单元和高压套管低温性能试验、高压试验、局部放电试验、雷电冲击试恒流实验、低温试验、系统损耗实验等功能。