CN102005963B - 陡化间隙装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陡化间隙装置，包括：罐体，通过盆式绝缘子分成三个空间区域；中央的第二空间区域中设有第一陡化半球头和第二陡化半球头；第一陡化半球头与第二陡化半球头之间的间隙构成陡化间隙；第一陡化半球头和第二陡化半球头均为空心结构，第一陡化半球头的球头部分还设有可伸缩的电极棒；第一空间区域中设有第一调波电阻；第三空间区域中设有第二调波电阻。本发明陡化间隙装置可应用在普通的冲击电压发生器上，通过电极棒位置的调整可以准确调节陡化电压波的幅值和陡化间隙击穿时间，减小陡化开关击穿抖动，提高输出电压波形的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及气体放电与脉冲功率技术领域，尤其涉及一种产生高压快脉冲的陡化间隙装置。
背景技术
气体绝缘开关(Gas Insulated Switchgear，简称GIS)/半气体绝缘开关(Half GIS，简称HGIS)具有占地面积小，密封性好，受环境影响小，运行可靠性高，检修周期长，维护工作量少，运行费用低等显著优点，在我国电网得到了广泛应用，并已成功应用到特高压试验示范工程。GIS中的隔离开关、接地开关和断路器操作时，会产生幅值较高(最高可达3p.u.)、陡度很大(波头时间可低至数ns)、频率很高(最高可达100MHz)的特快速瞬态过电压(Very FastTransient Overvoltage，简称VFTO)，对GIS内部设备、外部连接设备以及二次设备的安全造成威胁。
因此要对GIS绝缘特性进行研究，需要采用模拟方法来产生VFTO。在过去的模拟实验中，日本电中研采用了全封闭模拟实验装置，装置可以产生1MV、前沿≤20ns，脉宽20μs的电压，而其它都是采用小型冲击电压发生器，然后进行陡化。该方法技术可以很好地模拟1MV以下的特快速暂态电压，但该方法很难用于产生幅值更高、脉宽更宽的特快速暂态电压，而且技术复杂、成本很高。而相对来说，技术较简单、且经济成本更合算的普通冲击电压发生器，则难以产生波头很快的VFTO电压波形。
发明内容
本发明的目的是提出一种陡化间隙装置，能够对普通冲击电压发生器产生的电压波形进行陡化，以产生符合要求的特快速暂态电压，且成本较低。
为实现上述目的，本发明提供了一种陡化间隙装置，包括：
罐体，通过内设的四个盆式绝缘子分成三个空间区域；
所述三个空间区域中央的第二空间区域中设有第一陡化半球头和第二陡化半球头；
所述第一陡化半球头与第二陡化半球头之间的间隙构成陡化间隙；
所述第一陡化半球头和第二陡化半球头均为空心结构，所述第一陡化半球头的球头部分还设有可延水平中心轴线方向伸缩的电极棒；
在靠近所述第一陡化半球头一侧的第一空间区域中设有第一调波电阻，所述第一调波电阻的一端通过电连接结构与所述第一陡化半球头相连，另一端通过电连接结构与信号输入端相连；
在靠近所述第二陡化半球头一侧的第三空间区域中设有第二调波电阻，所述第二调波电阻的一端通过电连接结构与所述第二陡化半球头相连，另一端通过电连接结构与信号输出端相连。
优选的，所述第一调波电阻和第二调波电阻为无感调波电阻。无感调波电阻可减小回路电感，使得输出VFTO波形上升沿变陡，上升时间减小，更接近于实际中的VFTO波形。
进一步的，所述无感调波电阻采用在绝缘筒上双线对绕的结构。电流流过双线对绕结构的电阻时，杂散电感相互抵消，双线对绕电阻电感非常小，可以忽略，确保VFTO输出波形具有较陡的上升沿。
进一步的，所述第一调波电阻和第二调波电阻的两端加装冠状屏蔽电极。
可选的，所述陡化间隙中填充陡化气体或抽真空。
可选的，所述陡化气体为六氟化硫气体或六氟化硫气体与氮气的混合气体。
进一步的，在所述第一陡化半球头上设置充气管，所述充气管的一端插入所述第一陡化半球头的空心结构，另一端与所述罐体外部的气瓶相连，通过所述气瓶控制所述第一陡化半球头的空心结构内部的气压，来调节电极棒的伸缩长度。
可选的，所述电极棒、第一陡化半球头和第二陡化半球头的材料均采用金属材料。
基于上述技术方案，本发明陡化间隙装置可应用在普通的冲击电压发生器上，通过电极棒位置的调整可以准确调节陡化电压波的幅值和陡化间隙击穿时间，减小陡化开关击穿抖动，提高输出电压波形的稳定性；通过在普通冲击电压发生器安装本发明陡化间隙装置，可以产生波头很快的VFTO电压波形，使得应用范围变广；另外，由于采用了调波电阻，因此更好地抑制了波形振荡，更容易产生所需要的VFTO波形。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明陡化间隙装置的一实施例的结构示意图。
图2为本发明陡化间隙装置实施例的局部结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明陡化间隙装置的一实施例的结构示意图。在本实施例的陡化间隙装置中，包括罐体10，在罐体10中通过内设的四个盆式绝缘子(11、12、13、14)分成三个空间区域(A、B、C)，这三个空间区域中央的第二空间区域B中设有第一陡化半球头4和第二陡化半球头5。这两个陡化半球头均可采用易导电的金属材料，例如铝、铜或不锈钢等材料。
在第一陡化半球头4与第二陡化半球头5之间的间隙构成陡化间隙。该陡化间隙应保证密封要求，其中可填充陡化气体或者抽成真空，陡化气体可选择六氟化硫气体或六氟化硫气体与氮气的混合气体等。
结合图2的局部放大图可以看出，第一陡化半球头4和第二陡化半球头5均为空心结构，第一陡化半球头4的球头部分还设有可延水平中心轴线方向伸缩的电极棒6。该电极棒6可以根据陡化电压波的幅值和击穿时间来调整伸出的长度。
在靠近第一陡化半球头4一侧的第一空间区域A中设有第一调波电阻31，该第一调波电阻31的一端通过电连接结构22与第一陡化半球头4相连，另一端通过电连接结构21与信号输入端91相连，该信号输入端91与普通冲击电压发生器的电压波输出端相连。
在靠近第二陡化半球头5一侧的第三空间区域C中设有第二调波电阻32，第二调波电阻32的一端通过电连接结构23与第二陡化半球头4相连，另一端通过电连接结构24与信号输出端92相连，该信号输出端92可以输出符合要求的VFTO电压波形。
通过上述的陡化间隙装置实施例，可以安装在普通冲击电压发生器上，对普通冲击电压发生器产生的电压波形进行陡化，从而产生波头很快的VFTO电压波形；而且通过电极棒的调节可以改变陡化间隙的长度，进而调整放电时刻和电压幅值，从而产生符合要求的高幅值VFTO波形。
调波电阻的使用可以很好的抑制波形振荡，并且可以决定陡化间隙产生的电压波上升时间和波尾时间，其中第一调波电阻调节波头上升时间，第二调波电阻调节波尾时间。这两个调波电阻均可采用无感调波电阻，并可采用在绝缘筒上双线对绕的结构。无感调波电阻可减小回路电感，使得输出VFTO波形上升沿变陡，上升时间减小，更接近于实际中的VFTO波形。电流流过双线对绕结构的电阻时，杂散电感相互抵消，双线对绕电阻电感非常小，可以忽略，确保VFTO输出波形具有较陡的上升沿。
在第一调波电阻31的两端可加装冠状屏蔽电极81，在第二调波电阻32两端可加装冠状屏蔽电极82，冠状屏蔽电极81、82可以使调波电阻表面的电场分布均匀。
电极棒6的伸出长度的调整可采用气压调整的方式，也可以采用其他机械或电控方式，气压调整方式则充分利用了第一陡化半球头4的中空结构，通过在第一陡化半球头4上设置充气管7，充气管7的一端插入第一陡化半球头4的空心结构，另一端与罐体外部的气瓶相连，通过气瓶来精确控制第一陡化半球头的空心结构内部的气压，从而实现电极棒的伸缩长度的调节。
通过上述说明可以看出，本发明的陡化间隙装置实施例通过精确调节电极棒的位置来调节陡化间隙的距离，进而精确的调节击穿电压以及冲击电压的击穿时间，实现了准确调节陡化电压波的幅值和击穿时间，也就提高了陡化后电压波形的稳定性，减小了击穿时间的分散性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.一种陡化间隙装置，包括：
罐体，通过内设的四个盆式绝缘子分成三个空间区域；
所述三个空间区域中央的第二空间区域中设有第一陡化半球头和第二陡化半球头；
所述第一陡化半球头与第二陡化半球头之间的间隙构成陡化间隙；
所述第一陡化半球头和第二陡化半球头均为空心结构，所述第一陡化半球头的球头部分还设有可延水平中心轴线方向伸缩的电极棒；
在所述第一陡化半球头上设置充气管，所述充气管的一端插入所述第一陡化半球头的空心结构，另一端与所述罐体外部的气瓶相连，通过所述气瓶控制所述第一陡化半球头的空心结构内部的气压，来调节电极棒的伸缩长度；
在靠近所述第一陡化半球头一侧的第一空间区域中设有第一调波电阻，所述第一调波电阻的一端通过电连接结构与所述第一陡化半球头相连，另一端通过电连接结构与信号输入端相连；
在靠近所述第二陡化半球头一侧的第三空间区域中设有第二调波电阻，所述第二调波电阻的一端通过电连接结构与所述第二陡化半球头相连，另一端通过电连接结构与信号输出端相连。
2.根据权利要求1所述的陡化间隙装置，其中所述第一调波电阻和第二调波电阻为无感调波电阻。
3.根据权利要求2所述的陡化间隙装置，其中所述无感调波电阻采用在绝缘筒上双线对绕的结构。
4.根据权利要求1所述的陡化间隙装置，其中所述第一调波电阻和第二调波电阻的两端加装冠状屏蔽电极。
5.根据权利要求1所述的陡化间隙装置，其中所述陡化间隙中填充陡化气体或抽真空。
6.根据权利要求5所述的陡化间隙装置，其中所述陡化气体为六氟化硫气体或六氟化硫气体与氮气的混合气体。
7.根据权利要求1所述的陡化间隙装置，其中所述电极棒、第一陡化半球头和第二陡化半球头的材料均采用金属材料。
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