專利名稱：一種高可靠性可控多重火花放電間隙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣元件領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性可控多重火花放電間隙， 可用于超高電壓交/直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路。
背景技術(shù)：
由于火花放電的時(shí)間極短(微秒量級(jí))，間隙可以承受數(shù)百kA以上的沖擊電流，可控火花放電間隙(或稱觸發(fā)放電間隙)已應(yīng)用于高電壓技術(shù)、脈沖功率技術(shù)等領(lǐng)域的試驗(yàn)研究?，F(xiàn)有的可控放電間隙的設(shè)計(jì)均基于所謂“三電極間隙”原理，即在兩個(gè)電極構(gòu)成的主間隙之間放置用于“點(diǎn)火”的第三個(gè)電極。主間隙的電極形狀設(shè)計(jì)使間隙的電場(chǎng)盡可能均勻，以便使間隙能夠耐受較高的工作電壓，避免在工作電壓作用下間隙產(chǎn)生自放電(自觸發(fā)、誤動(dòng))；當(dāng)觸發(fā)脈沖送達(dá)點(diǎn)火電極時(shí)，在主間隙中產(chǎn)生電場(chǎng)畸變或小火花放電，導(dǎo)致主間隙絕緣耐受強(qiáng)度降低，令間隙在工作電壓作用下產(chǎn)生貫穿性放電。也可以用激光脈沖實(shí)現(xiàn)可控放電間隙的點(diǎn)火?，F(xiàn)有的三電極可控放電間隙尚不能在高壓電網(wǎng)工程應(yīng)用的主要原因有1)可靠性低由于受氣象環(huán)境條件影響，間隙火花放電電壓有很大的分散性，放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差可達(dá)8%以上。要防止間隙不發(fā)生誤動(dòng)，應(yīng)使間隙的工作電壓顯著低于自放電電壓；另一方面，要保證在點(diǎn)火脈沖送出時(shí)間隙可靠動(dòng)作，又要盡可能提高工作電壓。 為了兼顧防止誤動(dòng)和防止拒動(dòng)的要求，現(xiàn)有的間隙設(shè)計(jì)面臨兩難選擇，除非使間隙自放電電壓/觸發(fā)放電電壓的比值達(dá)到3倍以上。但現(xiàn)有三電極放電間隙從原理上講，觸發(fā)脈沖對(duì)主間隙耐受電壓的影響有限，把這個(gè)比值提高到2已十分困難。因而，現(xiàn)有的可控火花放電間隙不能滿足電力系統(tǒng)高可靠性的要求。2)現(xiàn)有的可控間隙動(dòng)作的原理是，依靠工作電壓超過主間隙在觸發(fā)脈沖作用下的耐受強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)主間隙的放電，因此放電只能發(fā)生在工頻電壓峰值附近，在其他相位送出觸發(fā)脈沖，工作電壓的瞬時(shí)值可能很低，不足以導(dǎo)致主間隙的放電，現(xiàn)有可控火花間隙在相當(dāng)大的時(shí)間段存在“控制死區(qū)”；3)現(xiàn)有的三電極可控間隙通常只有單個(gè)主間隙、最多有2個(gè)主間隙，耐壓水平低， 難以用于超高電壓電網(wǎng)?，F(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)高可靠性的可控放電間隙提出了重大需求，以滿足交直流輸電系統(tǒng)中重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)和大電流的快速旁路。國內(nèi)外現(xiàn)有的可控火花間隙，均以三電極火花間隙為基礎(chǔ)，已在脈沖功率技術(shù)、高壓試驗(yàn)研究中獲得應(yīng)用，已有電容均壓型的兩級(jí)串聯(lián)的三電極火花間隙，工作電壓只能達(dá)到30-50kV左右。由于三電極可控間隙原理的局限，現(xiàn)有的可控間隙動(dòng)作可靠性不高，容易發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)；國內(nèi)外已有用多重間隙串聯(lián)構(gòu)成的高壓試驗(yàn)設(shè)備，例如沖擊波截?cái)嗟慕夭ㄑb置， 只在試驗(yàn)室中專用，與本實(shí)用新型的功能和用途不同。[0011]國內(nèi)外目前沒有可應(yīng)用于超高壓/特高壓電網(wǎng)的高可靠性、無控制死區(qū)的可控放電間隙的設(shè)計(jì)、專利或產(chǎn)品。本實(shí)用新型從原理上可以克服現(xiàn)有可控火花放電間隙的上述缺點(diǎn)，有效地解決動(dòng)作可靠性、消除控制死區(qū)和提高工作電壓等關(guān)鍵技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種高可靠性可控多重火花放電間隙，可用于超高電壓交/直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路，可實(shí)現(xiàn)超高壓 /特高壓電網(wǎng)的高可靠性、無控制死區(qū)的可控放電間隙保護(hù)功能。本實(shí)用新型的工作原理與現(xiàn)有三電極火花放電間隙的工作原理有本質(zhì)的不同，本實(shí)用新型的核心組件是與頻率相關(guān)鏈形網(wǎng)絡(luò)逐級(jí)聯(lián)結(jié)的多重火花間隙。選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以獲得工頻交流(或直流)工作電壓沿多重間隙的均勻分布。多重間隙的放電電壓接近于單間隙放電電壓與間隙級(jí)數(shù)的乘積。只要選擇足夠的級(jí)數(shù)，多重間隙能夠耐受很高的工作電壓，因而可應(yīng)用到任何的電壓等級(jí)。相反，在脈沖(高頻)觸發(fā)電壓的作用下，由于頻率相關(guān)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電壓分布的調(diào)節(jié)作用，沿多重間隙的電壓分布變得極不均勻，絕大部分外加電壓均集中在第一、二個(gè)間隙，以致在幅值稍高于單間隙放電電壓的的觸發(fā)電壓作用下，就可引起級(jí)聯(lián)放電，導(dǎo)致多重間隙依次放電。這種間隙在工頻工作電壓作用下自放電電壓與觸發(fā)脈沖作用下的放電電壓的比值，隨間隙級(jí)數(shù)的增加而增加，選擇10級(jí)間隙串聯(lián)即可保證間隙具有極高的可靠性，無誤動(dòng)或拒動(dòng)之虞。這種新型的可控放電間隙可以應(yīng)用于任何電壓等級(jí)直至特高壓等級(jí)的交直流輸電系統(tǒng)。本實(shí)用新型的一種高可靠性可控多重火花放電間隙，包括工頻電源，限流電感L。， 觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容Ctl，由間隙G1、G2…依次串聯(lián)組成的多重放電間隙，并聯(lián)電阻器R1、R2……Rn和并聯(lián)電容器Cl、C2…Cn-I，所述工頻電源與限流電感Ltl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)與觸發(fā)脈沖發(fā)生器和耦合電容Ctl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)再并聯(lián)后的兩個(gè)出線端分別成為A點(diǎn)和E點(diǎn)；間隙 Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的左端與所述A點(diǎn)相接，間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cl串聯(lián)后接所述E點(diǎn)；間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器 Cl的上端相接，間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器C2串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-2的上端相接，間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-l并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cn-I串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-I的上端相接，間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的右端接E 點(diǎn)，其中η為自然數(shù)。其中，所述多重放電間隙中的每個(gè)間隙均由兩個(gè)放電球組成，所述兩個(gè)放電球之間留有間距。其中，多重放電間隙由安裝在絕緣支柱上的8級(jí)棒-棒電極組成，棒-棒電極之間留有可調(diào)節(jié)間距，為了避免產(chǎn)生電暈放電，各級(jí)間隙上下都采用均壓環(huán)進(jìn)行保護(hù)。其中，所述各級(jí)棒-棒電極均并聯(lián)有一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的并聯(lián)電阻器，為保護(hù)均壓電阻免受環(huán)境氣候的影響，所有并聯(lián)電阻器R1、R2……1 均置于充絕緣油的復(fù)合絕緣套筒內(nèi)。其中，所述每個(gè)數(shù)值為IOOpf的并聯(lián)電容器C1、C2……Cn-I均與絕緣支柱等高，且每個(gè)并聯(lián)電容器通過軟連接線與多重放電間隙中的各級(jí)電極相連。其中，所述每個(gè)并聯(lián)電容器的端部和軟連接線均通過均壓環(huán)保護(hù)。其中，該可控多重火花放電間隙整體放置在500kV的絕緣平臺(tái)上。對(duì)于多重間隙，在間隙Gi內(nèi)的兩放電球之間設(shè)置有間隙電容Cgi，所述間隙電容Cgi 通常為PF量級(jí)的電容，在工頻電壓下，容抗l/ Cgi遠(yuǎn)大于電阻氏，因此多重間隙的電壓分布由并聯(lián)電阻和各節(jié)點(diǎn)對(duì)地電容決定，隨著頻率的增加，每級(jí)間隙的等效容抗降低，網(wǎng)絡(luò)成為決定電壓分布的主要因素，調(diào)整接地電容Ci,從而獲得不同的高頻電壓分布特性，接地電容參數(shù)確定后，根據(jù)工頻電壓下各個(gè)間隙電壓分布相等的限制條件，可列出求解電阻Ri的多元線性方程組
權(quán)利要求1.一種高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于該放電間隙包括工頻電源，限流電感L。，觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容C。，由間隙Gl、G2"《n依次串聯(lián)組成的多重放電間隙， 并聯(lián)電阻器R1、R2……1 和并聯(lián)電容器C1、C2…Cn-Ι，所述工頻電源與限流電感Ltl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)與觸發(fā)脈沖發(fā)生器和耦合電容Ctl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)再并聯(lián)后的兩個(gè)出線端分別成為A點(diǎn)和 E點(diǎn)；間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的左端與所述A點(diǎn)相接，間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cl串聯(lián)后接所述E點(diǎn)；間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cl的上端相接，間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器C2串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-2的上端相接，間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cn-I串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-I的上端相接，間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的右端接E點(diǎn)，其中η為自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述多重放電間隙中的每個(gè)間隙均由兩個(gè)放電球組成，所述兩個(gè)放電球之間留有間距。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于多重放電間隙由安裝在絕緣支柱上的8級(jí)棒-棒電極組成，棒-棒電極之間留有可調(diào)節(jié)間距，各級(jí)間隙上下都采用均壓環(huán)進(jìn)行保護(hù)。
4.如權(quán)利要求3所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述各級(jí)棒-棒電極均并聯(lián)有一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的并聯(lián)電阻器，所有并聯(lián)電阻器均置于充絕緣油的復(fù)合絕緣套筒內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述每個(gè)并聯(lián)電容器均與絕緣支柱等高，且每個(gè)并聯(lián)電容器通過軟連接線與多重放電間隙中的各級(jí)電極相連。
6.如權(quán)利要求5所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述每個(gè)并聯(lián)電容器的端部和軟連接線均通過均壓環(huán)保護(hù)。
7.如權(quán)利要求1所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于該可控多重火花放電間隙整體放置在500kV的絕緣平臺(tái)上。
專利摘要本實(shí)用新型屬于電氣元件領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性可控多重火花放電間隙，用于超高電壓交/直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路。該放電間隙包括工頻電源，限流電感L0，觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容C0，由間隙G1、G2...Gn依次串聯(lián)組成的多重放電間隙，并聯(lián)電阻器R1、R2……Rn和并聯(lián)電容器C1、C2...Cn-1。本實(shí)用新型通過選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以獲得工頻交流(或直流)工作電壓沿多重間隙的均勻分布。本實(shí)用新型的可控放電間隙可以應(yīng)用于任何電壓等級(jí)直至特高壓等級(jí)的交直流輸電系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02H9/06GK202190072SQ201120200029
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者謝凌東, 鄭健超 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院