地下模块化高压直流电力传输系统技术方案

非常低损耗（例如，每1000公里1%）和具有竞争力成本的高容量（例如，10GW）的被动冷却非超导地下高压直流输电线（100）。传输线（100）包括线段模块（101），其与线段（101）之间的适应性的接合模块（102）连接在一起，典型地安装在保护导管（1?03）中。线段模块（1?01）包括相对刚性的管状导体（117），由管状坚固绝缘层（1?3?1）绝缘，以形成类似于管子的线段模块（101）。线段模块（101）通过径向和轴向适应性接合模块（102）连接在一起，以形成传输线（100）。优选具有轮子（300）以易于组装的线段模块（101）和接合模块（102）在导管（103）插入和去除，以使每个线段模块（1?01）居中在导管（103）内，和/或提供运动力和/或制动，以允许组装的线段模块（101）和接合模块（102）在斜坡上安装。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】地下模块化高压直流电力传输系统
技术介绍
电力传输传统上利用从铁塔悬挂的高架输电线。为了以低损耗在长距离上传输大量的电力，必须采用高压直流(HVDC)和低电阻(因此是粗的)导体。该应用中采用高架导体要求高大而坚固的铁塔。特别是在城市或风景区，实质上抵制建造这样的铁塔。作为选择，输电线可被绝缘且设在地下。对此的三种基本现有技术是(非超导)地下电缆、气体绝缘线(GIL)和超导地下电缆。单独的地下电缆在其直径上限制为可被盘绕在线轴上且被运输到安装 地点。该直径限制进而限制了这样的电线中电绝缘体的厚度和导体的厚度。导体尺寸(用于DC的截面面积)决定其电阻，其通过导体承载的电流来设定产生的热量(i2r)。绝缘体必须足够厚以防止在预定的工作电压下的电击穿。电压越高，在给定电流(因此给定的加热水平)下可传输的电力越多，但是要求的绝缘体越厚。对于给定的废热产生水平，较厚的绝缘体导致较高的温度。如果超出其温度上限，则绝缘体失效，从而这些因素共同使得现有技术的地下电缆可传输的电力上限设定为约I. 1GW。必须保持相对短的距离，因为损耗相对高(当今典型地为IOOOkm损耗19%)。与高架输电线的容量大约与电压的平方成比例不同，通过绝缘体去除电缆废热的需要意味着电缆的容量更接近于与电压成线性比例。另一方面，GIL采用刚性导体部分，并且因此不受导体被盘绕在可运输的线轴所需的足够柔韧性的要求。混有压缩氮气(N2)的压缩六氟化硫(SF6)气体提供绝缘。由于气体的对流，GIL在去除导体废热到绝缘体外周边方面非常好，该外周边在GIL中通常为金属管子。尽管该技术可通过采用大的导体尺寸来提高容量且保持小的损耗，但是需要管理压缩气体，并且SF6是非常强的温室气体(100年来比CO2糟糕22800倍，并且因此必须采取适当的措施以防止意外排放)，这使该技术比较昂贵。甚至“高温”超导(HTS)输电线路也要求低温冷却(液体氮的温度)以保持导体处于超导(零电阻)状态。因为如果冷却不稳定它们则不能工作，所以冷却设备不利地增加了电力损耗，并且产生这种输电线的可靠性问题。电力工业内广泛认为长距离传输线不能用短的(15米，卡车可轻易运输的部分)制作，因为IOOOkm传输线所需的130000个接合点的累积可靠性(λ 13°_，其中λ是在给定时间一个接合点的可靠性)可能低到不可接受的程度。(例如，单个接合点一年的可靠性为99. 999%，相同的一年约1000 km传输线总的可靠性可能仅为26%，或者失效的可能性为74%)。因此，对于当前为地下电缆配置的接合技术，不可接受的累积可靠性是个问题。例如，TatsuyaNagata 等在 “Flexible Joint for 275kV XLPE Cable” 中以及 Akira Suzuki 等在 “ Installation of the World ' s First 500-kV XLPE Cablewithlntermediate Joints”中示出的采用当前方法接合地下电力电缆首先涉及剥皮和暴露电缆的多层，然后对接焊接或软焊接构成整个导体的众多的单个导电线。用半导体带包封导体，然后在电连接上浇铸或模压绝缘聚合物。Go I d的美国专利4，270，021示出了一个这样的方法。该工艺中的任何缺陷[例如，污染物、凸起或空隙(工业上称为CPV)超过几个微米，无论污染物是导电的还是绝缘的]可能因电击穿导致过早失效，根据Advances inHigh Voltage Engineering,第494页。因此，在野外的每个接合点附近组装清洁室，并且配备用于检测绝缘树脂中存在细微杂质的设备，以及灵敏检测设备(例如X射线)获得完成的接合点为可靠的保证。接下来的步骤是用半导体带覆盖绝缘体，随后是减震、护套和外套层。整个现有工艺是劳动强度大、耗时和复杂的，并且，甚至仅有小量的接合点，也构成传输系统可靠性中的弱点。已经存在很多方法来在铝和铜导体之间形成接合点。这些方法相对复杂且因此成本高，并且为不可靠性的来源。在GIL传输线中接合刚性导体时，由于温度上的变化，必须允许导体的膨胀和收缩。在典型的温度偏移上，通常长度为15米的刚性铝导体可收缩或伸展接近2. 5cm。这可由环境温度以及携载电流(因此I2R损耗)的变化而导致。对于金属线或柔性电缆，该膨胀或收缩可在金属线或电缆的下垂或拉长中吸收小的变化，但对于刚性导体不能这样做。当前使用的一种GIL电膨胀接合法涉及在邻接导体部分的重叠部分之间的滑动机械接触。该方法采用弹性力来保证接触压力足以实现低电阻，并且因此减小损耗。因为该工艺固有地涉及在压力下滑动金属到金属的接触，所以发生磨损。该磨损产生导电金属灰尘。因为气体绝缘GIL传输线，所以该灰尘可能自由运动于该介质内。该绝缘气体包含电场。这些微粒在其自身周围改变电场，导致增加电应力的区域，这可能造成电击穿。因此，GIL设计包括微粒陷阱以有希望聚集这些颗粒，并且从颗粒可能诱导失败的区域去除它们。当微粒变被充电时，它们将被吸引到并且朝着相反充电的表面移动。在HVDC GIL环境下，从滑动接触和其它源产生的颗粒能够且确实在导体和外部导管之间前后移动，这是因为它们的电荷每次接触金属壁或导体都会变化，并且这允许粒子反弹和累积，这是仅在GIL配置为HVDC传输方式时的特定问题。这种反弹灰尘的问题对于GIL线传输交流电不太严重。甚至在相对高效率的情况下，传输大量的电力也导致相当大量废热的产生。例如，以每IOOOkm损耗3% (对应于现今建造的最好的常规导体基输电线路的损耗)传输IOGW的电力产生每个导体、每米150瓦特的废热。关于地下导体通过土壤可以可靠地散发的最大废热，这是很好的，即使传输IOGW的电缆也是合适的。因此，较高容量地下被动冷却输电线上的突破需要比如今最适合输电线更高的效率。大容量和大损耗水平导致成比例的大量废热。不同的泥土和土壤类型具有变化的(例如，潮湿水平)和相对低的导热性(O. 06至3W/m· ° K)，并且已经来到表面以被环境空气去除的废热的耦合可被植被和碎片阻隔。总而言之，采用传统导体实现商业上可行的地下高功率输电线的关键技术障碍是I.导体的高压电绝缘2.从导体去除废热3.适应(accommodating)导体、绝缘体、接合点和机架的热膨胀和收缩4.以低成本在现场进行低损耗、高电流、高可靠性的电接合5.以低成本可靠地使高压现场制作的接合点绝缘因为错误的挖掘对于地下电缆造成约一半的现场失败(根据Advances inHighVoltage Engineering,第491页),所以同样希望的是使得通过挖掘或其它构建活动可能意外切断地下传输线极不可能。对此实现的一个现有技术的方法是在管路(导管)内安装电缆；这被看作“管路型电缆”，并且在时间上早于直接埋设的高压电缆。管路型电缆使其几乎不可能挖掘损坏埋设的电线。在当前的实践中，管路型电缆安装在维护和修理地下室之间，维护和修理地下室的距离不大于约一公里(在大电缆中可拉出而没有接合点的最大距离)。或许，非金属线的高电压、高电流导体的最普通示例是电站和变电站可见的汇流条(buss bar)。这些由挤压的铝制造，并且空气绝缘。这些不用于电站、电力变压器和开关站外面的传输，而是在大工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.14 US 61/242,159;2009.11.07 US 61/259,167;1.一种模块化高压直流电カ传输系统，包括 细长的容纳系统； 多个细长的大体上环形的刚性主导体，所述刚性主导体在所述容纳系统内大体上首尾相连地对齐； 大体上环形的主绝缘体，围绕每个所述主导体； 多个适应性导电接合构件，一个所述接合构件位于两个所述主导体之间且与其电连接，以建立电连续性同时允许所述导体之间的轴向错位；以及 多个接合绝缘体，一个所述接合绝缘体围绕每个所述接合构件。2.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述容纳系统包括导管。3.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述容纳系统包括多个保护封套。4.如权利要求3所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述保护封套包括液体密封容器。5.如权利要求4所述的模块化高压直流电カ传输系统,还包括在一个或多个所述容器内的对流热传递流体。6.如权利要求5所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括在包含热传递流体的所述容器内的可压缩构件，以允许所述热传递流体在所述容器内膨胀和收缩。7.如权利要求4所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述封套还包括连接到至少ー些所述容器的闷头。8.如权利要求7所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中该主绝缘体连接到闷头。9.如权利要求4所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括位于相邻封套之间且使相邻封套物理互连的盘。10.如权利要求9所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述盘包括连接到所述封套的密封片，并且所述盘还包括可移动的盖板。11.如权利要求4所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述液体密封容器包括围绕液体密封衬垫的混凝土壳体。12.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述主导体包括ー个或多个招构件。13.如权利要求12所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述主导体限定具有一个或多个全长空隙的大体上环形的壁。14.如权利要求13所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー个空隙包含钠。15.如权利要求14所述的模块化高压直流电カ传输系统,其中具有钠的ー个或多个空隙还包含容积补偿装置，其中所述钠和所述容积补偿装置实质上一起填满所述空隙。16.如权利要求15所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述容积补偿装置构造且设置为改变其体积以足以等于或超过所述钠在所述主导体的额定温度范围内的总体积变化。17.如权利要求16所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中在直到上额定极限值的温度下，所述容积补偿装置处于轴向张カ下，并且所述容积补偿装置的横截面在所述钠完全熔化时几乎恒定。18.如权利要求12所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述主导体由多个分开的线段制造。19.如权利要求18所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述线段包括楔形物。20.如权利要求19所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述楔形物是挤压成型或浇铸成型的。21.如权利要求19所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述楔形物是中空的。22.如权利要求21所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些中空的楔形物包含钠。23.如权利要求19所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述楔形物实质上是部分环形。24.如权利要求23所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些实质上为部分环形的楔形物包括阳性特征和阴性特征，所述阳性特征和阴性特征被构造且设置为ー个楔形物上的阳性特征可与相邻楔形物上的阴性特征互锁。25.如权利要求24所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述阳性特征包括沿着所述楔形物的ー侧的凸起片，并且所述阴性特征包括沿着所述楔形物的相反边缘的槽，其中所述槽限定比所述槽的开ロ宽的内部，从而所述片在其插入所述槽后能够弯曲，并且因此占据比所述槽的开ロ更大的空间，以抑制所述片从所述槽移除。26.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统,还包括ー个或多个接合过渡导体，接合过渡导体位于主导体和接合构件之间且电连接到主导体和接合构件。27.如权利要求26所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述接合过渡导体限定了适合于直接连接到主导体的端部的大体上环形的端部、更窄的相反端部以及在这两个端部之间的锥形过渡区域。28.如权利要求27所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述接合过渡导体通过旋转焊接直接连接到所述主导体。29.如权利要求28所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中旋转焊接的表面为倾斜面，以沿着成角度的面配合在一起。30.如权利要求28所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中旋转焊接的表面是平面,并且大体上垂直于所述接合过渡导体和所述主导体的纵轴。31.如权利要求27所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括热管，其一端在所述接合过渡导体中，并且其另一端在所述主导体中，以帮助热量传递到所述接合过渡导体之外。32.如权利要求26所述的模块化高压直流电カ传输系统,还包括位于ー个或多个所述接合过渡导体上的端盖绝缘体。33.如权利要求32所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述端盖绝缘体通过咬合配合连接而连接到所述接合过渡导体的端部。34.如权利要求33所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括位于所述咬合配合连接中的高介电强度的油脂。35.如权利要求34所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括弾性体保护罩，位于所述咬合配合连接上以抑制油脂从所述连接损耗。36.如权利要求26所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括两个端盖绝缘体,通过咬合配合设置在主导体或接合过渡导体的端部上，并且还包括一个或多个双轴取向的弹性管状绝缘体，所述弹性管状绝缘体位于第一端盖绝缘体上，其中第二端盖绝缘体位于所述双轴取向的弹性管状绝缘体上，以使所述双轴取向的弹性管状绝缘体限制在所述第二端盖与所述主导体、所述接合过渡导体或所述第一端盖绝缘体之间。37.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー个主导体包括主要决定所述主导体的轴向热膨胀性的金属、陶瓷、聚合物或复合物壳体内的钠，其中通过所述主导体流动的大部分电流在所述钠中流动。38.如权利要求37所述的模块化高压直流电カ传输系统，还包括位于所述钠内的容积补 偿装置，所述容积补偿装置可改变其体积以足以等于或超过所述钠在所述主导体的额定温度范围内的总体积变化。39.如权利要求38所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中在直到所述主导体的上额定极限值的温度下，所述容积补偿装置处于轴向张カ下，并且所述容积补偿装置的横截面在所述钠完全熔化时几乎恒定。40.如权利要求I所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中至少ー些所述接合构件包括导电编织物。41.如权利要求40所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述编织物具有两个端部，并且在两个端部以螺纹套管终止，其中ー个端部为右旋螺纹而另一端部为左旋螺纹。42.如权利要求40所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述编织物以具有锥形螺纹的螺纹套管终止。43.如权利要求40所述的模块化高压直流电カ传输系统，其中所述导电编织物涂覆有或浸溃有柔性物质。44.如权利要求40所述的模块化高压直流电カ传...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰福克纳，罗纳德G托德，
申请(专利权)人：罗杰福克纳，罗纳德G托德，
类型：发明
国别省市：