CN102486954B - 多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防雷保护装置，特别是一种用于各电压等级输电线路的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置。该装置并联安装于线路绝缘子串一侧，主放电保护间隙和辅助放电间隙的绝缘强度小于被保护的绝缘子串，从而在线路发生雷击时产生的过电压优先击穿保护间隙。保护间隙击穿放电时，在辅助放电间隙内部产生高温电弧，空气在辅助放电间隙半封闭的空间急剧加热膨胀，拉长电弧并将电弧沿导气孔喷出；同时信号采集装置自动采集信号并启动气体发生装置，瞬间产生高速气流熄灭电弧。本发明结构简单，安装方便，其在线路发生雷击时可快速将雷电流泄入大地的同时产生高速气流熄灭工频续流，从而有效地保护电力设备，提高供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种防雷保护装置，具体地说是一种用于各电压等级输电线路的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置。
背景技术
输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击时引起的冲击闪络，导致线路绝缘子闪络，继而产生很大的工频续流，损坏绝缘子串及金具，导致线路事故。传统的“堵塞型”防雷保护方式，由于其局限性，不能根本解决雷击问题。因此电力部门一般采用在输电线路加装并联保护间隙或者线路避雷器来实现保护线。然而实际运行中，并联保护间隙和线路避雷器都有其明显的缺陷如下：
首先，当输电线路发生雷击时，并联保护间隙优先因雷击引起的过电压而击穿，将雷电流泄入大地，从而起到保护输电线路及电气设备的作用。然而由于并联保护间隙没有灭弧能力，不能熄灭绝缘子串闪络后引起的工频续流，电弧在保护间隙间长时间灼烧，将造成绝缘子串损坏，严重时，可能造成输电线路断线，同时电弧会对电极造成烧蚀而降低其保护性能。最终依靠断路器来熄灭电弧来实现保护输电线路及设备，是牺牲“跳闸率”和“供电可靠性”换取“低事故率”的做法。
其次，线路避雷器价格昂贵，使用、维护成本高，泄露电流大，使用寿命短，更换频繁，而且线路避雷器用的氧化锌模块在雷电冲击下由于存在明显的集肤效应，容易爆炸，造成线路长期故障，不利于电网经济、安全、稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术中的缺点，提供一种多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置。本发明针对我国多雷地区输电线路的实际情况，进行的大量的探索性实验，设计出了一种可用于各电压等级输电线路的悬垂绝缘子串(瓷、玻璃、复合材料)和耐张绝缘子串及支柱绝缘子的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置，这种多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置包括接地侧电极连接体、信号采集装置、气体发生装置、强磁体固定装置、接地侧电极、多间隙结构的辅助放电保护间隙、导线侧电极、导线侧电极连接体，所述防雷保护装置并联安装于线路绝缘子串一侧，并在所述的接地侧电极和导线侧电极之间形成以空气为绝缘介质的主放电保护间隙，以空气为绝缘介质的多间隙结构串联于导线侧电极形成辅助放电保护间隙。主放电保护间隙和辅助放电间隙一起的绝缘强度小于被保护的绝缘子串的绝缘强度，从而在线路发生雷击时产生的过电压优先击穿保护间隙。气体发生装置安装于主放电间隙附近，保护间隙击穿放电的同时，信号采集装置自动采集信号并启动气体发生装置，瞬间产生高速气流灭弧，从而有效地保护输电设备免受损坏。多间隙结构的辅助保护间隙主要起分压、均衡能量、抗重燃、辅助灭弧的作用。多间隙结构的辅助放电保护间隙击穿放电时，产生的电弧在封闭的狭小空间内加热空气使其快速膨胀，迅速拉长电弧从导气孔喷出。多间隙辅助放电保护间隙内部电极采用非金属的导电材料，击穿放电时，不会产生金属蒸汽，有利于间隙间电弧的熄灭，而且辅助放电保护间隙的每个小间隙为均匀电场，能有效地防止灭弧后的重燃。
本发明相对于并联间隙和线路避雷器有明显的优势，在线路正常运行时无续流，发生雷击过电压时可以迅速启动，“疏导”雷电流的同时可靠灭弧，且能在输电线路继电保护动作之前将电弧熄灭，从而避免线路跳闸发生。且可重复动作，气体发生装置可以带电更换。由于电弧持续的时间极短，电极材料基本无烧蚀，可长期稳定运行。
本发明实用范围广泛，不受电压等级、导线布置、绝缘子类型、杆塔塔型、极性效应的影响；结构简单，安装方便，性能稳定，工作可靠，可重复使用，运行成本低，维护量少。其在线路发生雷击时可快速将雷电流泄入大地的同时产生高速气流熄灭工频续流，从而有效地保护电力设备，提高供电可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明中具有多间隙结构的辅助放电保护间隙示意图。
图3是本发明中的信号采集装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置的实施方式。
参见图1，这种多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置包括接地侧电极连接体1、信号采集装置3、气体发生装置4、强磁体固定装置5、接地侧电极6、多间隙结构的辅助放电保护间隙8、导线侧电极9、导线侧电极连接体11，整个装置通过导线侧连接体11、接地侧连接体1与绝缘子串12并联地悬挂在一起。用于连接绝缘子联板10并与其形成可靠连接的导线连接体11连接主放电保护间隙的一端为高压电极9；与绝缘子串挂环2可靠连接的接地连接体1，连接到电极间隙另一端为接地电极6。导线侧电极9和接地侧电极6分别通过导线连接体11和接地连接体1并联安装于输电线路绝缘子串12一侧，接地侧电极6的下端部和导线侧电极9的上端部之间形成以空气为介质的主保护放电间隙7；个数可以根据电压等级调整的相邻圆柱形非金属电极间形成的以空气为介质的多间隙结构的辅助保护放电保护间隙8，每个小间隙开有自膨胀导气孔，所述的小间隙通过绝缘材料封装，串联于导线侧电极9中部；体发生装置4置于主放电保护间隙7附近，其出口和接地侧电极6的b端水平距离为30～50mm，垂直距离为10～20mm，气体发生装置4通过强磁体固定装置5固定在接地侧电极相连的绝缘支撑体上，可以通过克服强磁体之间的磁力来实现更换；信号采集装置3穿过且固定于接地侧电极6中部，当输电线路发生雷击产生过电压时，信号采集装置3能够感应保护间隙击穿后流过的雷电流并启动气体发生器4从而产生高速喷射灭弧气流。
输电线路正常运行中，保护间隙(主保护放电间隙和辅助保护放电间隙)之间的电位差等于线路相电压，远未达到保护间隙的临界击穿电压，保护间隙不会被击穿，电极中无电流通过，信号采集装置感应不到雷电流从而也不会启动气体发生装置；输电线路发生雷击时(直击雷或者感应雷)，产生的过电压波通过导线传输到线路绝缘子串处，由于该保护间隙的绝缘强度低于被保护绝缘子的绝缘串，保护间隙优先击穿，将雷电流泄入大地，降低过电压的幅值，从而起到保护绝缘子串及线路和电气设备的作用。同时，雷电流流过接地侧电极时，信号采集装置感应雷电流并迅速自动启动气体发生装置，瞬间产生喷射气流。由于该气流具有极高的速度，可以对电弧产生极大的冲击，电弧被急剧冷却的同时被拉长，从而不能维持至熄灭。多间隙结构的辅助放电保护间隙击穿放时，产生的电弧在半封闭的狭小空间内加热空气使其快速膨胀，迅速拉长电弧从导气孔喷出。多间隙辅助放电保护间隙内部电极采用非金属的导电材料，击穿放电时，不会产生金属蒸汽，有利于间隙间电弧的熄灭，而且辅助放电保护间隙的每个小间隙为均匀电场，能有效地防止灭弧后的重燃。
本发明相对于并联间隙和线路避雷器有明显的优势，在线路正常运行时无续流，发生雷击过电压时可以迅速启动，“疏导”雷电流的同时可靠灭弧，且能在输电线路继电保护动作之前将电弧熄灭，从而避免线路跳闸发生。所述装置可以通过调整主放电保护间隙和辅助放电保护间隙的距离以适应不同的电压等级。接地连接体和导线连接体可以调整以适应不同的绝缘子串，塔形等。
由于气体发生装置产生的高速喷射气体可以瞬间灭弧，从而使得电弧在电极之间持续的时间极短，电极材料基本无烧蚀；气体发生装置采用的强磁体固定方式，容易更换，因而该装置可以反复使用，达到一次安装，多次收益的目的。极大地节约投资。并且该装置产生的气体对生物、环境没有危害，符合环保要求。
参见图2，它具有一个绝缘材料外壳，个数可以根据电压等级调整的多个小火花间隙安装在内部。每个小火花放电间隙的非金属电极采用圆柱形，两个相邻圆柱形非金属电极之间形成的空气间隙距离小于电极的半径的一半，每个小间隙侧面有一个圆形的放电导气孔。
参见图3，它具有与电极材料相配合的中空圆形高导磁能力的铁芯，铁芯绕有12～18匝绝缘导线。使其能够在接地侧电极通过雷电流时能够快速感应并启动气体发生装置。
尽管已对本发明进行了描述，但上述描述只是为了说明的目的，本发明不限于上述结合附图的具体描述，本领域普通技术人员具有对其进行不脱离本发明精神的各种改变的能力，而本发明的保护范围由权利要求书限定。
Claims (4)
1.一种多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置，其特征在于，该装置包括接地侧电极连接体(1)、信号采集装置(3)、气体发生装置(4)、强磁体固定装置(5)、接地侧电极(6)、多间隙结构的辅助放电保护间隙(8)、导线侧电极(9)、导线侧电极连接体(11)，所述多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置并联安装于线路绝缘子串(12)一侧，接地侧电极(6)的a端通过接地侧连接体(1)连接至绝缘子挂环(2)，导线侧电极(9)的a端通过导线侧连接体(11)连接至绝缘子联板(10)，以空气为绝缘介质的多间隙结构的辅助放电保护间隙(8)的a端连接至线路侧电极(9)的b端，并在在辅助放电保护间隙(8)的b端和接地侧电极(6)的b端之间形成以空气为绝缘介质的主放电保护间隙(7)，中空结构的信号采集装置(3)穿过接地侧电极(6)并通过导线连接至气体发生器气体发生装置(4)，气体发生装置(4)通过强磁体固定装置(5)安装于主放电间隙(7)附近，并保证产生能够可靠熄灭主放电保护间隙(8)间电弧的高速喷射气流。
2.根据权利要求1所述的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置，其特征在于，它有一个主放电保护间隙(7)和一个多间隙结构的辅助放电保护间隙(8)，主放电保护间隙和辅助放电保护间隙总的绝缘强度小于被保护的绝缘子串的绝缘强度；辅助放电保护间隙(8)由多个小间隙串联组成，每个小间隙的非金属电极呈圆柱形，相邻两个非金属电极之间形成的空气间隙距离小于所述圆柱形电极半径的一半，且每个小间隙开有放电导气孔。
3.根据权利要求1所述的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置，其特征在于，气体发生装置(4)与接地侧电极(6)端部的水平距离为30～50mm，垂直距离为10～20mm。
4.根据权利要求1所述的多间隙自膨胀强气流灭弧防雷保护装置，其特征在于：所述的信号采集装置(3)采用12～18匝数的绝缘导线绕过与电极形状相匹配的中空高导磁铁芯，穿过并固定于接地侧电极(6)的中部。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NANNING POWER SUPPLY BUREAU, GUANGXI POWER GRID CO Free format text: FORMER OWNER: WANG JUFENG Effective date: 20140905 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Jufeng Inventor after: Li Xiuning Inventor after: Wang Yanlei Inventor after: Jiang Quanhui Inventor after: Wu Min Inventor before: Wang Jufeng Inventor before: Wang Yanlei |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WANG JUFENG WANG YANLEI TO: WANG JUFENG LI XIUNING WANG YANLEI JIANG QUANHUI WU MIN Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 530004 NANNING, GUANGXI ZHUANG AUTONOMOUS REGION TO: 530031 NANNING, GUANGXI ZHUANG AUTONOMOUS REGION |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140905 Address after: 530031, 43, Xingguang Road, Jiangnan District, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning Patentee after: Nanning Power Supply Bureau of Guangxi Grid Company Address before: 530004 College of electrical engineering,, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning, Guangxi University Patentee before: Wang Jufeng |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130807 Termination date: 20191202 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |