CN103199440A - 一种触发型火花间隙及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触发型火花间隙，包括间隙触发系统、自放电型主间隙G1、自放电型主间隙G2、分压电容器Cf和均压电容器，自放电型主间隙G1和自放电型主间隙G2串联后形成主间隙支路，分别与电网的低压端和高压端连接；分压电容器Cf和均压电容器串联后与主间隙支路并联；间隙触发系统与连接在主间隙支路低压端的自放电型主间隙并联，且间隙触发系统包括一台触发控制箱TC，控制箱TC采用通过电流互感器NCT从线路取能的供电方式，控制箱TC通过光纤FP与外界进行通讯。本发明设计方法实用性强，已经在工程中得到验证，并且实践证明该原理的火花间隙具有很高的触发放电可靠性。

Description

一种触发型火花间隙及其控制方法

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种触发型火花间隙及其控制方法。

背景技术

自2001年开始，许多公司自主研发交流输电线路串联补偿成套设备，其中火花间隙在串补成套设备中占据重要地位。

火花间隙一般由两个主间隙串联组成一个间隙系统，在需要火花间隙动作旁路串补电容器组时，串补控制保护系统通过光纤发给间隙触发控制箱触发命令，间隙触发控制箱再给间隙系统发出触发信号，最终使火花间隙击穿放电，从而使火花间隙旁路电容器组。通过大量的试验研究工作发现，触发系统中采用密封间隙可以提高间隙系统的触发可靠性，但仅在密封间隙一侧的电极上进行点火放电时具有较严重的极性效应，一种电压极性下的点火放电电压很低，而另一种极性下的点火放电电压却很高，而且延时很大，造成火花间隙的触发放电稳定性和可靠性不高；另外目前国外串补供货上提供的火花间隙是以激光送能方式提供给触发控制箱能量的，这种供能方式受到多种因素影响，对间隙的可靠工作不利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种触发型火花间隙及其控制方法，实用性强，已经在工程中得到验证，并且实践证明该原理的火花间隙具有很高的触发放电可靠性。

本发明提供的一种触发型火花间隙，其改进之处在于：所述火花间隙包括间隙触发系统、自放电型主间隙G1、自放电型主间隙G2、分压电容器Cf和均压电容器，所述自放电型主间隙G1和自放电型主间隙G2串联后形成主间隙支路，分别与电网的低压端和高压端连接；所述分压电容器Cf和均压电容器串联后与所述主间隙支路并联；所述间隙触发系统与连接在所述主间隙支路低压端的自放电型主间隙并联；

所述间隙触发系统包括一台触发控制箱TC，所述控制箱TC采用线路取能供电方式。

其中，所述自放电型主间隙包括金属外壳、闪络间隙和续流间隙。

其中，所述续流间隙由上、下两个电极构成，所述的上、下两个电极均采用圆桶形形状，两电极的间隙侧均设有方向一致的一组电流导向斜槽。

其中，所述均压电容器包括均压电容器C1、均压电容器C2、均压电容器C3和均压电容器C4；

所述分压电容器Cf、均压电容器C1和均压电容器C2串联后与自放电型主间隙G1并联，所述均压电容器C3和均压电容器C4串联后与所述自放电型主间隙G2并联。

其中，所述间隙触发系统包括脉冲变压器T1、脉冲变压器T2，密封间隙TG1、密封间隙TG2，限流电阻R1、限流电阻R2、高绝缘脉冲变压器HT1和高绝缘脉冲变压器HT2。

其中，触发控制箱TC的输出端分别与所述脉冲变压器T1的一次绕组和所述高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组连接；分压电容器Cf的两端信号输入到触发控制箱TC；所述密封间隙TG1、限流电阻R1与所述脉冲变压器T2的一次绕组、所述高绝缘脉冲变压器HT2的一次绕组串联后和所述均压电容器C1并联；所述密封间隙TG2与所述限流电阻R2串联后和所述均压电容器C2并联；所述脉冲变压器T1和所述脉冲变压器T2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和所述密封间隙TG2的低压端，所述高绝缘脉冲变压器HT1和所述高绝缘脉冲变压器HT2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和TG2的高压端。

其中，所述触发控制箱TC接收所述分压电容器Cf的信号，同时给所述间隙触发系统发出触发信号。

其中，所述触发控制箱TC通过光纤FP与外界控制保护进行通讯，既接收外部发来的触发指令，又可以将间隙的工作状态输出。

其中，所述密封间隙TG1和TG2采用高、低压电极同时点火的方式。

本发明基于另一目的提供的一种触发型火花间隙的控制方法，其改进之处在于：所述方法包括如下步骤：

（1）在线路上装设电流互感器，触发控制箱TC通过该电流互感器从线路取能；

（2）触发控制箱TC通过光纤FP接收来自外部的触发指令；

（3）触发控制箱TC判断间隙自身是否满足触发条件，若满足触发条件，则同时向脉冲变压器T1的一次绕组和高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组发出点火脉冲，击穿密封间隙TG1；

（4）密封间隙TG1击穿后，均压电容器C2通过限流电阻R2放电，从而击穿密封间隙TG2；

（5）自放电型主间隙G2和自放电型主间隙G1的电压均先后升高并被击穿放电；

（6）串补电容器组及限压器被旁路。

其中，均压电容器（C1、C2、C3、C4）和分压电容器Cf组成一个电容分压器，分压器二次电压输出给触发控制箱TC，用于判断间隙两端的瞬时电压值。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明采用了高、低压电极同时点火的密封间隙，消除了上述触发放电的极性效应，降低了可靠触发放电的电压值，提高了保护配合性能，提高了触发放电的稳定性和可靠性；利用均压电容器构成了一个电容分压器，分压器的二次输出进入间隙的触发控制箱，用来适时判断间隙的瞬时电压。间隙触发控制箱的外部电源采用电流互感器从线路取能的供电方式，使得控制箱电源更可靠。

本发明具有判断自身瞬时电压的功能后，可以确保每一次触发均能可靠动作，避免了在特殊情况下当间隙触发控制箱执行了一次触发指令后来不及执行接下来的触发指令，确保每次触发时间隙均能可靠击穿放电。间隙控制箱采用电流互感器从线路取能的供电方式，使得火花间隙控制箱具备了可靠的工作电源。

本发明在间隙低压端LV与靠近低压端的均压电容器C1之间串联一个合适参数的分压电容器Cf，利用间隙自身的均压电容器作为分压器的一次侧电容，将串联进去的Cf作为二次侧电容构成了一个电容分压器的方法，可以在不改变串补平台设计的前提下很好地实现间隙系统判断自身瞬时电压的功能。

本发明的火花间隙控制箱TC在接到串补控制保护发来的触发指令时，进行间隙自身的电压判断，可以避免一些干扰信号导致间隙触发放电，使得间隙的触发可靠性大幅提高。

本发明中的密封间隙，采用了密封间隙在高低压两端同时点火的技术方法和结构，可以很好地消除仅由一端点火造成的极性效应问题，使得火花间隙在交流的正极性和负极性下的触发放电电压基本一致，火花间隙的放电可靠性得到大幅提高。

本发明设计方法实用性强，已经在工程中得到验证，并且实践证明该原理的火花间隙具有很高的触发放电可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的双间隙串联结构的控制触发型火花间隙系统工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例提供的一种触发型火花间隙其结构图如图1所示，包括间隙触发系统、自放电型主间隙G1、自放电型主间隙G2、分压电容器Cf和均压电容器C1～C4，自放电型主间隙G1和自放电型主间隙G2串联后形成主间隙支路，分别与电网的低压端和高压端连接；分压电容器Cf和均压电容器串联后与主间隙支路并联；间隙触发系统与连接在主间隙支路低压端的自放电型主间隙（图1中为自放电型主间隙G1）并联。

自放电型主间隙包括金属外壳、闪络间隙和续流间隙。续流间隙由上、下两个电极构成，所述的上、下两个电极均采用圆桶形形状，两电极的间隙侧均设有方向一致的一组电流导向斜槽。

均压电容器包括均压电容器C1、均压电容器C2、均压电容器C3和均压电容器C4；分压电容器Cf、均压电容器C1和均压电容器C2串联后与自放电型主间隙G1并联，均压电容器C3和均压电容器C4串联后与自放电型主间隙G2并联。

本实施例的间隙触发系统还包括一台触发控制箱TC，脉冲变压器T1、脉冲变压器T2，密封间隙TG1、密封间隙TG2，限流电阻R1、限流电阻R2、高绝缘脉冲变压器HT1和高绝缘脉冲变压器HT2。取能用电流互感器NCT的二次绕组接入触发控制箱TC，为TC提供工作电源，触发控制箱TC的输出与所述脉冲变压器T1的一次绕组、所述高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组连接，分压电容器Cf的两端电压直接输入到触发控制箱TC；所述密封间隙TG1、限流电阻R1与所述脉冲变压器T2、所述高绝缘脉冲变压器HT2的一次绕组串联后和所述均压电容器C1并联；所述密封间隙TG2与所述限流电阻R2串联后和所述均压电容器C2并联；所述脉冲变压器T1和T2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和TG2的低压端，所述高绝缘脉冲变压器HT1和HT2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和TG2的高压端。其中，密封间隙TG1和TG2采用高、低压电极同时点火的方式。

由于均压电容器（C1、C2、C3、C4）的均压作用（Cf的电容量比均压电容器的电容量大很多，所以Cf不会影响均压电容器的均压效果），在串补装置以额定值正常运行时，使得两个串联连接的主间隙(G1、G2)各承担串补电容器组额定电压的1/2。在线路出现接地故障时，由于限压器的作用，假设使电容器组的电压最高上升到U_PL，两个主间隙(G1和G2)在动作前承担的电压约为U_PL/2。主间隙内部由闪络间隙和续流间隙构成，其中闪络间隙是主间隙中放电起始间隙，间隙距离的调整是以保证在没有触发的情况下间隙在最大可能经受的过电压下不会自放电为原则。

如图1所示，由均压电容器（C1、C2、C3、C4）和分压电容器Cf组成一个电容分压器，分压器的二次输出信号（低电压信号）输入到间隙控制箱TC，用于适时判断间隙两端（高端HV和低端LV）的瞬时电压值，可以很好地实现间隙系统判断自身瞬时电压的功能，该方法简单可靠、实用性强，已经在工程中得到应用。

本实施例的火花间隙运行时，触发控制箱TC接收到外界的触发指令时，需要经过对间隙自身的瞬时电压进行判断再执行触发指令，如果瞬时电压满足触发条件时，会同时给所述间隙触发系统发出触发信号。具体的，

触发条件为：触发控制箱TC首先要判断间隙两端（HV和LV）的瞬时电压是否达到触发整定值，当判断出HV与LV之间的电压低于触发整定值时，触发控制箱TC会拒绝执行触发指令，即火花间隙不会动作；当判断出HV与LV之间的电压等于或高于触发整定值时，则TC将执行触发指令输出触发脉冲。

当触发控制箱TC通过光纤接收到串补控制保护（即控制保护系统）发来的触发指令后，并且触发控制箱TC判断出间隙两端的电压达到触发整定值时，则TC将同时向脉冲变压器T1和高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组发出点火脉冲，经升压后使密封间隙TG1的两个电极上产生火花放电，这将迅速促使密封间隙TG1击穿。TG1击穿后，均压电容器C1将通过脉冲变压器T2和高绝缘脉冲变压器HT2的一次绕组以及限流电阻R1放电，在脉冲变压器T2和高绝缘脉冲变压器HT2的二次绕组产生的高压脉冲将使密封间隙TG2的两个电极上产生火花放电，这将进一步迅速促使密封间隙TG2击穿，并使均压电容器C2通过限流电阻R2放电。当均压电容器C1和C2的电压迅速降低时，主间隙G2上的电压也将迅速升高到自放电水平并被击穿放电，与此同时主间隙G1上的电压也将迅速升高到自放电水平并被击穿放电。至此，两个串联连接的主间隙全部放电，串补电容器组及限压器（被保护设备）被旁路。

本实施例的火花间隙触发控制箱TC的外部电源采用了线路取能供电方式（即TC采用电流互感器NCT从线路取能）。目前串补工程中间隙触发控制箱的供电方式还见有激光送能供电方式（即TC通过光纤接收外部传来的光能，再将光能转换为电能）。与激光送能供电方式相比，采用线路取能供电方式，只要线路正常送电，间隙控制箱就可以正常工作，由于采用电流互感器取能，使得电源更简单、可靠。激光送能方式，需要在地面配置一套复杂的激光供电系统，要用到大功率激光器件，长期工作时，大功率激光器件容易出现故障，造成其供电可靠性差。激光送能方式的优点是不受线路是否带电的影响，但火花间隙是保护设备，当线路不带电时，火花间隙是不用工作的，所以电流互感器从线路取能的供电方式，更适用于串补用火花间隙控制箱。

本实施例不仅适用于串联补偿装置，也适用于串联谐振型故障电流限制器中，用于快速旁路电容器组。

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，尽管参照上述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等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种触发型火花间隙，其特征在于：所述火花间隙包括间隙触发系统、自放电型主间隙G1、自放电型主间隙G2、分压电容器Cf和均压电容器，所述自放电型主间隙G1和自放电型主间隙G2串联后形成主间隙支路，分别与电网的低压端和高压端连接；所述分压电容器Cf和均压电容器串联后与所述主间隙支路并联；所述间隙触发系统与连接在所述主间隙支路低压端的自放电型主间隙并联；

所述间隙触发系统包括一台触发控制箱TC，所述控制箱TC采用线路取能供电方式。

2.如权利要求1所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述自放电型主间隙包括金属外壳、闪络间隙和续流间隙。

3.如权利要求2所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述续流间隙由上、下两个电极构成，所述的上、下两个电极均采用圆桶形形状，两电极的间隙侧均设有方向一致的一组电流导向斜槽。

4.如权利要求1所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述均压电容器包括均压电容器C1、均压电容器C2、均压电容器C3和均压电容器C4；

所述分压电容器Cf、均压电容器C1和均压电容器C2串联后与自放电型主间隙G1并联，所述均压电容器C3和均压电容器C4串联后与所述自放电型主间隙G2并联。

5.如权利要求1所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述间隙触发系统包括脉冲变压器T1、脉冲变压器T2，密封间隙TG1、密封间隙TG2，限流电阻R1、限流电阻R2、高绝缘脉冲变压器HT1和高绝缘脉冲变压器HT2。

6.如权利要求5所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：触发控制箱TC的输出端分别与所述脉冲变压器T1的一次绕组和所述高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组连接；分压电容器Cf的两端信号输入到触发控制箱TC；所述密封间隙TG1、限流电阻R1与所述脉冲变压器T2的一次绕组、所述高绝缘脉冲变压器HT2的一次绕组串联后和所述均压电容器C1并联；所述密封间隙TG2与所述限流电阻R2串联后和所述均压电容器C2并联；所述脉冲变压器T1和所述脉冲变压器T2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和所述密封间隙TG2的低压端，所述高绝缘脉冲变压器HT1和所述高绝缘脉冲变压器HT2的二次绕组分别连接到所述密封间隙TG1和TG2的高压端。

7.如权利要求6所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述触发控制箱TC接收所述分压电容器Cf的信号，同时给所述间隙触发系统发出触发信号。

8.如权利要求6所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述触发控制箱TC通过光纤FP与外界控制保护进行通讯，既接收外部发来的触发指令，又可以将间隙的工作状态输出。

9.如权利要求5或6所述的一种触发型火花间隙，其特征在于：所述密封间隙TG1和TG2采用高、低压电极同时点火的方式。

10.一种触发型火花间隙的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）在线路上装设电流互感器，触发控制箱TC通过该电流互感器从线路取能；

（2）触发控制箱TC通过光纤FP接收来自外部的触发指令；

（3）触发控制箱TC判断间隙自身是否满足触发条件，若满足触发条件，则同时向脉冲变压器T1的一次绕组和高绝缘脉冲变压器HT1的一次绕组发出点火脉冲，击穿密封间隙TG1；

（4）密封间隙TG1击穿后，均压电容器C2通过限流电阻R2放电，从而击穿密封间隙TG2；

（5）自放电型主间隙G2和自放电型主间隙G1的电压均先后升高并被击穿放电；

（6）串补电容器组及限压器被旁路。

11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于：均压电容器（C1、C2、C3、C4）和分压电容器Cf组成一个电容分压器，分压器二次电压输出给触发控制箱TC，用于判断间隙两端的瞬时电压值。

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