CN102486955B - 多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置 - Google Patents

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被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置。该装置并联安装于线路绝缘子串各铁帽，主放电间隙和多间隙被动灭弧单元串联，其总的闪络电压小于被保护的绝缘子串，从而在线路发生雷击时产优先于被保护绝缘子串击穿。击穿放电时，被动灭弧单元内部的空气被高温电弧急剧加热膨胀，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，将约束空间内的电弧熄灭。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

多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置

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被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置。

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，大电流下容易爆炸，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，提供一种多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置。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)和耐张绝缘子串的多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置，该装置不但能优先于被保护绝缘子串击穿，而且具有约束空间强气流主动灭弧及多间隙被动灭弧相结合的双重灭弧功能，在保护装置击穿，雷电流流过后，约束空间强气流主动灭弧单元和多间隙被动灭弧单元同时动作，立即切断工频续流，达到快速消除雷击接地或短路故障的目的，且灭弧时间小于继电保护动作时间，从而有效确保供电的可靠性。

这种多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置，以绝缘子串接地侧为序，包括：第一片绝缘子固定支撑装置、约束空间强气流主动灭弧单元、主放电间隙、第二片绝缘子固定支撑装置、多间隙被动灭弧单元、第三片绝缘子固定支撑装置、最后一片绝缘子固定支撑装置、主放电间隙、高压电极及高压电极固定装置，所述多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置通过固定支撑装置并联安装于线路绝缘子串对应铁帽，在固定于第一片绝缘子固定支撑装置的约束空间强气流主动灭弧单元和固定于第二片绝缘子的金属导体固定支撑装置之间，以及固定于最后一片绝缘子固定支撑装置的约束空间强气流灭弧单元和固定于联板的高压电极之间，分别形成以空气为绝缘介质的主放电间隙；在第二片绝缘子固定支撑装置的c端至最后一片绝缘子固定支撑装置之间，由多间隙被动灭弧单元连接，多间隙被动灭弧单元中，每两个相邻非金属电极之间形成以空气为绝缘介质的小放电间隙；主放电间隙和多间隙被动灭弧单元中的多个小的空气间隙串联，其总的闪络电压小于被保护绝缘子串的闪络电压，从而在输电线路遭受雷击时，该装置优先击穿，持续的工频续流在主放电间隙和多间隙被动灭弧单元中的多个小放电间隙中形成放电通道，保护绝缘子串免受电弧灼烧。气体发生装置安装于约束空间强气流主动灭弧单元内部约束放电空间电弧通道弧根附近，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，高速喷射气流在一端留有出气口的半封闭气道内，强烈地对约束空间内的电弧进行冷却和横向冲击至电弧熄灭；同时，被动多间隙灭弧单元内的电弧在封闭的狭小空间内急剧加热相邻两个非金属电极之间的空气而使其快速膨胀，迅速拉长电弧并从导气孔喷出，起到辅助灭弧的作用。多间隙被动灭弧单元内部电极采用非金属的导电材料，击穿放电灼烧不会产生金属蒸汽，有利于间隙间电弧的熄灭，而且多间隙被动灭弧单元内每两个相邻非金属球形电极间为均匀电场，能有效地防止灭弧后的重燃，同时，由于每个多间隙被动灭弧单元有很大的电容，其并联于各片绝缘子将使整个绝缘子串正常运行时的电压分布得到改善。

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，从而有效地保护电力设备，提高供电可靠性。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。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明中的多间隙被动灭弧单元示意图。

图3是本发明中的约束空间强气流主动灭弧单元示意图。

图4是本发明中的绝缘子固定装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置的实施方式。

图1是本发明的结构图，这种多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置，以绝缘子串接地侧为序，包括：第一片绝缘子固定支撑装置1、约束空间强气流主动灭弧单元2、主放电间隙3、第二片绝缘子固定支撑装置4、多间隙被动灭弧单元5、第三片绝缘子固定支撑装置6、最后一片绝缘子固定支撑装置7、主放电间隙8、高压电极9及高压电极固定装置10，所述多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置通过固定支撑装置并联安装于线路绝缘子串对应铁帽，在固定于第一片绝缘子固定支撑装置1的约束空间强气流主动灭弧单元2和固定于第二片绝缘子的金属导体固定支撑装置4之间，以及固定于最后一片绝缘子固定支撑装置7的约束空间强气流灭弧单元2和固定于联板的高压电极9之间，分别形成以空气为绝缘介质的主放电间隙3和8；在第二片绝缘子固定支撑装置4的c端至最后一片绝缘子固定支撑装置7之间，由多间隙被动灭弧单元5连接，多间隙被动灭弧单元5中，每两个相邻非金属电极之间形成以空气为绝缘介质的小放电间隙；主放电间隙3、8和多间隙被动灭弧单元5中的多个小的空气间隙串联，其总的闪络电压小于被保护绝缘子串的闪络电压，从而在输电线路遭受雷击时，该装置优先击穿，持续的工频续流在主放电间隙和多间隙被动灭弧单元中的多个小放电间隙中形成放电通道，保护绝缘子串免受电弧灼烧。气体发生装置安装于约束空间强气流主动灭弧单元2内部约束放电空间电弧通道弧根附近，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，高速喷射气流在一端留有出气口的半封闭气道内，强烈地对约束空间内的电弧进行冷却和横向冲击至电弧熄灭；同时，被动多间隙灭弧单元5内的电弧在封闭的狭小空间内急剧加热相邻两个非金属电极之间的空气而使其快速膨胀，迅速拉长电弧并从导气孔喷出，起到辅助灭弧的作用。多间隙被动灭弧单元5内部电极采用非金属的导电材料，击穿放电灼烧不会产生金属蒸汽，有利于间隙间电弧的熄灭，而且多间隙被动灭弧单元5内每两个相邻非金属球形电极间为均匀电场，能有效地防止灭弧后的重燃，同时，由于每个多间隙被动灭弧单元有很大的电容，其并联于各片绝缘子将使整个绝缘子串正常运行时的电压分布得到改善。

输电线路正常运行中，该装置两端的电位差等于线路相电压，远未达到该装置的临界击穿电压，装置不会被击穿且无电流通过，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，由于该装置的闪络电压低于被保护绝缘子串的闪络电压而优先击穿，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，雷电流流过导体时，信号采集装置感应雷电流并迅速自动启动约束空间强气流主动灭弧单元，瞬间产生高速喷射气流。由于该气流具有极高的速度，可以对电弧产生极大的冲击，约束空间内的电弧被急剧冷却的同时被拉长，从而不能维持至熄灭；同时，被动多间隙灭弧单元内产生的电弧在封闭的狭小空间内急剧加热相邻两个非金属电极之间的空气而使其快速膨胀，迅速拉长电弧并从导气孔喷出，起到辅助灭弧的作用。由于多间隙被动灭弧单元内部电极采用非金属的导电材料，击穿放电灼烧不会产生金属蒸汽，有利于间隙间电弧的熄灭，而且多间隙被动灭弧单元内每两个相邻非金属球形电极间为均匀电场，能有效地防止灭弧后的重燃，同时，由于每个多间隙被动灭弧单元有很大的电容，其并联于各片绝缘子将使整个绝缘子串正常运行时的电压分布得到改善。

图2是本发明中的多间隙被动灭弧单元示意图，它有一个耐高温绝缘材料外壳，非金属球形电极封装在外壳内，每两个相邻非金属电极之间形成的空气间隙距离小于所述非金属球形电极半径的一半，且每个空气间隙开有放电导气孔，当击穿放电时，被动多间隙灭弧单元内产生的电弧在封闭的狭小空间内急剧加热相邻两个非金属球形电极之间的空气而使其快速膨胀，迅速拉长电弧并从导气孔喷出，起到辅助灭弧的作用。

图3是本发明中的约束空间强气流主动灭弧单元示意图，它具有一个喇叭形耐高温绝缘材料外壳构成的电弧约束空间，气体发生装置置于电弧通道附近的半封闭气道内，在导体电极有雷电流流过时，自动启动产生的高速喷射气体作用于电弧的根部灭弧且动作后产生的气体从出气口排出至大气中。

图4是本发明中的铁帽固定装置示意图，第一片绝缘子固定支撑装置为金属导体，第二片绝缘子串固定支撑装置为金属导体，且其两端水平方向呈180°布置；第三片至倒数第二片绝缘子的固定支撑装置均为绝缘体，且相邻两片之间的固定支撑装置水平方向180°布置，固定支撑装置固定于各片绝缘子铁帽并形成紧固连接。

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；且具有约束空间强气流灭弧单元和多间隙被动灭弧单元，两种灭弧方式相结合可以瞬间灭弧，从而使得电弧的持续时间极短，电极材料基本无烧蚀，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间隙的距离和多间隙被动灭弧单元中的小间隙的个数以适应不同的电压等级。固定支撑装置可以适应不同类型的绝缘子铁帽，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。

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 (2)

1.一种多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置，以绝缘子串接地侧为序，该装置包括：第一片绝缘子固定支撑装置(1)、约束空间强气流主动灭弧单元(2)、主放电间隙(3)、第二片绝缘子固定支撑装置(4)、多间隙被动灭弧单元(5)、第三片绝缘子固定支撑装置(6)、最后一片绝缘子固定支撑装置(7)、主放电间隙(8)、高压电极(9)及高压电极固定装置(10)，所述多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置通过固定支撑装置并联安装于线路绝缘子串对应铁帽，其特征在于：第一片绝缘子固定支撑装置(1)的b端连接且固定至第一片绝缘子铁帽，约束空间强气流主动灭弧单元(2)连接至第一片绝缘子固定支撑装置(1)的a端，且与第二片绝缘子固定支撑装置(4)的a端之间形成主放电间隙(3)，第二片绝缘子固定支撑装置(4)的b端连接且固定于第二片绝缘子铁帽，多间隙被动灭弧单元(5)连接于第二片绝缘子固定支撑装置(4)的c端和第三片绝缘子固定支撑装置(6)的a端，第三片绝缘子固定支撑装置(6)的b端连接且固定于第三片绝缘子铁帽；第三片至最后一片绝缘子的固定支撑装置和多间隙被动灭弧单元之间的连接方式与第二片和第三片之间的连接方式相同；最后一片绝缘子的固定支撑装置(7)的b端连接并固定于最后一片绝缘子铁帽，约束空间强气流主动灭弧单元(2)连接至最后一片绝缘子固定支撑装置(7)的a端且与高压电极(9)的a端之间形成主放电间隙(8)，高压电极(9)的b端通过高压电极固定装置(10)连接并固定于线路侧联板；

所述的多间隙被动灭弧单元(5)的非金属球形电极封装在绝缘外壳内，相邻两个非金属球形电极之间形成的空气间隙距离小于所述非金属球形电极半径的一半，且每个空气间隙开有放电导气孔；

所述的约束空间强气流主动灭弧单元(2)具有一个喇叭形耐高温绝缘材料外壳构成的电弧约束空间，气体发生装置置于电弧通道附近的半封闭气道内，半封闭气道的末端留有出气口；

所述绝缘子固定支撑装置的a端在绝缘子固定支撑装置的一侧，c端在另一侧，b端在绝缘子固定支撑装置的中间位置；所述高压电极(9)的a端在高压电极(9)的一侧，b端在另一侧。

2.根据权利要求1所述的多间隙被动复合约束空间强气流主动灭弧防雷保护装置，其特征在于，第一片绝缘子固定支撑装置(1)为导体，第二片绝缘子固定支撑装置(4)也为导体，且其a、c端水平方向呈180度布置；第三片至最后一片绝缘子的固定支撑装置均为绝缘体，且相邻两片之间的固定支撑装置水平方向呈180度布置。

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