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1. CN104052011 - Gas-insulated power transmission line

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[ ZH ]
气体绝缘输电线路


技术领域
本发明涉及一种高压输电用气体绝缘输电线路,具体涉及一种气体绝缘输电线路的壳体结构。
背景技术
目前传统的输电方式主要由架空线路和电缆线路构成,架空线路存在着线损大、易受环境气候因素影响,消耗大量空间和土地资源等缺陷,而电缆线路虽然可应用于城市地下输电,但其同样存在着线损大、电容电流大的问题,且目前电缆线路的截面积几乎已达技术和经济的极限,载流量受到限制,还必须配以无功补偿装置和冷却系统。
近些年,根据特殊气候地理环境要求或者城市地下输电发展需求,产生了气体绝缘输电线路(GIL:Gas Insulated Line),是一种采用绝缘气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。气体绝缘输电线路的特性与架空线路相似,无绝缘老化的问题,损耗低,安全防护性好,占地空间小,在大容量长距离输电方面具有优势。由于GIL为管道封闭结构,通常可采用直埋敷设、户外架设和隧道安装。因此对于不同的自然环境,安装十分灵活。与电缆和架空线相比,导体和外壳界面积大,电阻小,因而损耗显得相对较小。此外,电容要比电缆小,即使长距离输电也无需无功补偿和冷却系统,运行成本大大降低。
然而,气体绝缘输电线路存在的问题是一次设备投资较大,尽管在大容量高电压输送中,其投资低于电缆线路,但较高的铝合金等材料成本还是制约了其发展和推广应用。虽然通过发展直埋气体绝缘输电线路可以大大降低施工成本,但金属材质外壳直接与土壤接触存在着腐蚀性问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种气体绝缘输电线路,能够在保证壳体强度的同时,大大降低材料成本。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术手段如下:一种气体绝缘输电线路,包括若干连接的管道单元,各管道单元包括壳体、安装在所述壳体内的导体,以及设置在所述壳体和所述导体之间的绝缘气体,其中,所述壳体包括导电层和复合材料层,所述导电层由包含导电纤维的材质加工而成。
进一步地,所述导电层由包含导电纤维的材质缠绕而成,所述复合材料层由浸渍基体材料的玻璃纤维纱缠绕成型。
进一步地,所述导电层位于内部,所述复合材料层位于所述导电层的外部。
进一步地,所述复合材料层在所述导电层的外部直接缠绕成型。
进一步地,所述复合材料层是在外部缠绕成型后,再安装至所述导电层的外部。
进一步地,所述复合材料层分为内复合材料层和外复合材料层,所述导电层位于所述第一复合材料和所述外复合材料层之间。
进一步地,所述导电层和所述复合材料层之间设置偶联剂。通过所述偶联剂的作用,使所述导电层和所述复合材料层更好的结合在一起,大大提高所述导电层与所述复合材料层的连接强度。
进一步地,所述导电纤维为金属纤维、碳纤维或有机纤维中的任意一种。
通过将占成本构成40%以上的金属壳体用经济性的导电层和导电层混合结构加以替代,并由包含导电纤维的材质加工成导电层,可使气体绝缘输电线路的整体成本下降20%以上。从而使得在输电容量大于1000MVA时,气体绝缘输电线路就可比电缆线路具备经济性优势,具有应用于城市地下输电的前景。
附图说明
本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解,其中,相同的参考标记标识相同的元件:
图1是根据本发明第一实施方式中气体绝缘输电线路的管道单元的剖视图;
图2是图1中所示管道单元的壳体的局部放大图。
图3是本发明第二实施方式中气体绝缘输电线路的管道单元的壳体的局部剖视图。
具体实施方式
根据要求,这里将披露本发明的具体实施方式。然而,应当理解的是,这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已,其可体现为各种形式。因此,这里披露的具体细节不被认为是限制性的,而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础,包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。
实施方式一:
如图1所示,为本发明第一实施方式中气体绝缘输电线路若干管道单元的其中一个管道单元100,其包括壳体1、安装在壳体1内的导体2,以及设置在壳体1和导体2之间的绝缘气体3。壳体1的两端分别安装有法兰4,导体2的两端分别通过盆式绝缘子5支撑。法兰4与相对应的盆式绝缘子5通过紧固件固定后,使导体2同轴地固定在壳体1内,并形成填充绝缘气体3的密闭空间。
导体2采用导电性能高的铝合金材料,作用是传输电流,其外径根据具体的电压等级等参数要求来定。盆式绝缘子5的材料为环氧树脂,用于形成容纳绝缘气体3的密闭空间,同时支撑导体2并保持导体2与壳体1同轴设置。绝缘气体3可选用SF6气体或SF6-N2混合气体,具有良好的稳定性和绝缘性。本实施方式中,绝缘气体3选用SF6气体。
结合图2所示,壳体1包括导电层11和位于导电层外部的复合材料层12,导电层11由包含导电纤维的材质加工而成。导电层和复合材料层12配接后,使壳体1成为双层复合结构,大大降低成本。
本实施方式中,壳体1整体缠绕成型,位于内部的导电层11是由导电纤维直接缠绕成型,复合材料层12直接在导电层11的外部缠绕成型,两者的厚度均根据电压等级和电流大小等参数要求来定。具体地,复合材料层12是由浸渍基体材料的玻璃纤维纱直接在导电层11的外壁上缠绕而成。
导电层11可以全部由导电纤维加工而成,也可以部分由导电纤维再配合其它纤维加工而成。导电纤维可以为金属纤维、碳纤维或有机纤维中的任意一种。导电纤维具有良好的导电性能,从而使加工成型的导电层11具有优良的电学性能。
复合材料层12由作为增强材料的玻璃纤维纱和基体材料复合而成。基体材料可以为环氧树脂,乙烯基酯树脂,或者是聚氨酯树脂。在本实方式中,基体材料为环氧树脂。在复合材料层12的成型过程中,环氧树脂胶液会和玻璃纤维纱经过一系列物理化学变化,形成环氧树脂固化物。同时,该环氧树脂固化物在环氧树脂胶液与玻璃纤维纱之间形成结构和性能优越的界面层,该界面层把玻璃纤维纱与环氧树脂胶结合成一个整体,使得由该环氧树脂与玻璃纤维纱制成的复合材料层12具有良好的机械性能和电气性能,从而满足壳体1的整体强度需求。
本实施方式中,导电层11和复合材料层12之间还设置偶联剂,即在缠绕前将偶联剂涂覆在导电层11的外表面。通过偶联剂的作用,使复合材料层12和导电层11更好的结合在一起,大大提高复合材料层12与导电层11之间的连接强度。
具体加工壳体1时,先用导电纤维在缠绕机(未图示)的芯模上缠绕出预定厚度的导电层11;然后在导电层11的表面涂偶联剂;接着在导电层11的外表面缠绕浸渍过基体材料的玻璃纤维纱,并增加至预定的厚度,形成复合材料层12;最后经过固化、脱模和车削等工艺,即完成加工,形成新型的双层复合壳体1。壳体1加工好后,再将法兰4套设在壳体1的两端并胶装在一起,此时导电层11与两端的法兰4连接实现接地导通。
需要指出,本发明并不限于上述实施方式中的具体结构,其中,复合材料层12也可以设置在导电层11的内部;复合材料层12可以单独地在缠绕芯棒上缠绕并加工成型后,然后再安装在导电层11的外部或内部。
实施方式二:
本发明的第二实施方式,所揭示的气体绝缘输电线路的管道单元与第一实施方式中的管道单元100结构基本相同,不同之处在于具有不同的壳体结构。具体如图3所示,本实施方式中的壳体6,自内而外依次分为内复合材料层61、导电层62和外复合材料层63,导电层62与第一实施方式中的导电层11结构相同,内复合材料层61和外复合材料层63的结构与复与第一实施方式中的复合材料层12结构相同。
加工壳体6时,先在缠绕机的芯模的外表面缠绕浸渍过基体材料的玻璃纤维纱,形成预定厚度的内复合材料层61;接着在内复合材料层61的外表面缠绕导电纤维,形成预定厚度的导电层62;然后在导电层62的外表面继续缠绕浸渍过基体材料的玻璃纤维纱,形成预定厚度的外复合材料层63;最后通过缠绕、固化、车削等工艺,形成壳体6。
本发明的气体绝缘输电线路,其壳体包括导电层和复合材料层,且导电层由包含导电纤维的材质加工而成,在保证电气性能的同时,能够使整体成本大大降低,同时可利用其重量轻、耐腐蚀性强的优点大规模应用于城市地下输电系统,充分发挥经济和社会效益。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上,然而可以理解,在本发明的创作思想下,本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进,包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合,明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内,并落入本发明权利要求的保护范围。