CN104459235A - 紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置 - Google Patents

Abstract

在本发明公开了一种紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，它包括充电装置、调波装置，它还包括密封绝缘外壳、框架式绝缘支架、第一伞群绝缘子、第二伞群绝缘子、第五伞群绝缘子、通过框架式绝缘支架固定在密封绝缘外壳内的气体绝缘多级冲击电压发生器，所述密封绝缘外壳上设有充放气口，所述密封绝缘外壳接地。本发明能有效降低装置的体积和重量，能适应超特高压变电设备的现场试验。

Description

紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置

技术领域

本发明涉及高电压试验与绝缘技术领域，具体涉及一种紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置。

背景技术

在现有技术中，冲击电压发生器一般采用普通敞开式，冲击试验电压经过高压引出套管和架空母线输出。但是这种发生装置因采用绝缘性较差的空气作为主绝缘介质，体积庞大，分体运输成本较高，且现场安装的工作量大，不易于变电设备现场绝缘特性试验的开展。由于装置暴露于空气中，受气压和温湿度等外界环境影响较大，易发生故障。

公布号为CN103308736A的中国发明专利给出的一种《小型一体化陡前沿脉冲发生装置》，鉴于上述问题提出了一种技术方案，包括油箱和通过绝缘支架斜拉悬吊于油箱内部的油浸式冲击电压发生器。该方案在一定程度上降低了装置的体积，但油浸式设计也极大增加了试验装置的重量；而且，装置采用常规单端出线的电容器，端部的绝缘距离限制了电容器本体的电压等级，导致同等级冲击发生装置所需电容器等元器件数量增多，安装复杂性增大。

发明内容

本发明的目的是要提出了一种紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，该装置采用高绝缘性能气体作为主绝缘介质，缩短了电极间的距离，降低了对电容和绝缘子等元器件爬电距离的要求，从而有效降低装置的体积和重量，同时提高了设备的绝缘性能，能适应超特高压变电设备的现场试验。

为实现此目的，本发明所设计的一种紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，它包括充电装置、调波装置，它还包括密封绝缘外壳、框架式绝缘支架、第一伞群绝缘子、第二伞群绝缘子、第五伞群绝缘子、通过框架式绝缘支架固定在密封绝缘外壳内的气体绝缘多级冲击电压发生器，其中，所述气体绝缘多级冲击电压发生器与密封绝缘外壳的顶面、底面和侧面之间均具有间隙，所述气体绝缘多级冲击电压发生器包括并排布置且串联连接的多级冲击电压发生器，第一级冲击电压发生器的输入端连接充电装置的输出端，最后一级冲击电压发生器的输出端连接调波装置的输入端，所述密封绝缘外壳的顶部固定有第一半圆形高压屏蔽绝缘件，密封绝缘外壳的底部固定有第二半圆形高压屏蔽绝缘件，所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件位于最后一级冲击电压发生器的上方，所述第二半圆形高压屏蔽绝缘件位于最后一级冲击电压发生器的下方，所述密封绝缘外壳的顶部与框架式绝缘支架之间设置第一伞群绝缘子，密封绝缘外壳的底部与框架式绝缘支架之间设置第二伞群绝缘子，所述第一伞群绝缘子和第二伞群绝缘子均位于最后一级冲击电压发生器和倒数第二级冲击电压发生器之间；

所述密封绝缘外壳的一侧面向第一级冲击电压发生器，密封绝缘外壳的另一侧面向最后一级冲击电压发生器，所述密封绝缘外壳的顶部与底部之间设置第五伞群绝缘子，所述第五伞群绝缘子位于最后一级冲击电压发生器与密封绝缘外壳的另一侧之间；

所述密封绝缘外壳上设有充放气口，所述密封绝缘外壳接地。

本发明的有益效果为：

本发明通过绝缘气体作为主绝缘介质，降低对绝缘子爬电距离的要求，大幅度缩小高压电极间的绝缘距离；同时，设置使点火球隙和电容无缝并排布置，电阻根据点火球隙和电容输出端之间的距离调整设计体积，放置于点火球隙和电容上方；每两级之间，按照气体绝缘强度下最小化距离，紧凑地平行布置，使得本发明在保证气体绝缘冲击电压发生装置绝缘性能的同时大幅降低了设备的重量(本发明设计的气体绝缘形式相比油浸式冲击电压发生器绝缘形式，在重量上明显降低)，方便了气体绝缘冲击电压发生装置的运输和现场安装。

另外，本发明设计的框架式绝缘支架、第一伞群绝缘子、第二伞群绝缘子、第三伞群绝缘子、双端出线结构的电容(电容的出线端位于电容的顶部和底部)、第一半圆形高压屏蔽绝缘件和第二半圆形高压屏蔽绝缘件明显的提高了设备的绝缘性能，使得本发明能适应超、特高压变电设备高电压冲击试验的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧面结构示意图。

图3为图1中框架式绝缘支架和伞群绝缘子部分的后视结构示意图。

其中，1—充电装置、2—调波装置、3—密封绝缘外壳、4—框架式绝缘支架、4.1—第一水平支架、4.2—第二水平支架、4.3—第三水平支架、4.4—第四水平支架、4.5—第一垂直支架、4.6—第二垂直支架、4.7—第三垂直支架、4.8—第四垂直支架、5—气体绝缘多级冲击电压发生器、6—第一伞群绝缘子、6.1—第三伞群绝缘子、7—第二伞群绝缘子、7.1—第四伞群绝缘子、8—第五伞群绝缘子、9—第一半圆形高压屏蔽绝缘件、10—第二半圆形高压屏蔽绝缘件、11—充放气口、12—第一电阻、13—点火球隙、14—电容、15—第二电阻、16—固定绝缘子、17—高压出线套管、18—屏蔽帽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明提供的一个实例为一种一体化、全封闭、内充六氟化硫气体的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置。该装置采用绝缘性能良好的六氟化硫气体作为主绝缘介质，因此，可以大幅度缩短各器件尺寸和器件间的绝缘距离，从而降低冲击发生装置的体积和重量，有利于试验装置的安装和吊运等，提高了现场试验的工作效率，降低了试验大厅对设备安装空间的要求。

图1～3是本发明一个实例的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置的结构示意图，它包括充电装置1、调波装置2，它还包括密封绝缘外壳3、框架式绝缘支架4、第一伞群绝缘子6、第二伞群绝缘子7、第五伞群绝缘子8、通过框架式绝缘支架4固定在密封绝缘外壳3内的气体绝缘多级冲击电压发生器5，其中，所述气体绝缘多级冲击电压发生器5与密封绝缘外壳3的顶面、底面和侧面之间均具有间隙，所述气体绝缘多级冲击电压发生器5包括并排布置且串联连接的多级冲击电压发生器，第一级冲击电压发生器的输入端连接充电装置1的输出端，最后一级冲击电压发生器的输出端连接调波装置2的输入端，所述密封绝缘外壳3的顶部固定有第一半圆形高压屏蔽绝缘件9，密封绝缘外壳3的底部固定有第二半圆形高压屏蔽绝缘件10，所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件9位于最后一级冲击电压发生器的上方，所述第二半圆形高压屏蔽绝缘件10位于最后一级冲击电压发生器的下方，所述密封绝缘外壳3的顶部与框架式绝缘支架4之间设置第一伞群绝缘子6，密封绝缘外壳3的底部与框架式绝缘支架4之间设置第二伞群绝缘子7，所述第一伞群绝缘子6和第二伞群绝缘子7均位于最后一级冲击电压发生器和倒数第二级冲击电压发生器之间；

所述密封绝缘外壳3的一侧面向第一级冲击电压发生器，密封绝缘外壳3的另一侧面向最后一级冲击电压发生器，所述密封绝缘外壳3的顶部与底部之间设置第五伞群绝缘子8，所述第五伞群绝缘子8位于最后一级冲击电压发生器与密封绝缘外壳3的另一侧之间；

所述密封绝缘外壳3上设有充放气口11，所述密封绝缘外壳3接地。

上述技术方案中，气体绝缘多级冲击电压发生器5由四级冲击电压发生器和设置在相邻两级冲击电压发生器之间的第一电阻12组成，所述每级冲击电压发生器均包括点火球隙13、电容14和第二电阻15，其中，所述第一级冲击电压发生器的点火球隙13一端连接充电装置1输出端，第一级冲击电压发生器的点火球隙13另一端通过第二电阻15连接第一级冲击电压发生器的电容14一端；

每级点火球隙13和电容14无缝并排布置，第二电阻15根据点火球隙13和电容14输出端之间的距离设计并调整体积，放置于点火球隙13和电容14上方；

第二级冲击电压发生器的点火球隙13一端通过第一电阻12连接第一级冲击电压发生器的电容14另一端，第二级冲击电压发生器的点火球隙13的另一端通过第二电阻15连接第二级冲击电压发生器的电容14一端；

第三级冲击电压发生器的点火球隙13一端通过第一电阻12连接第二极电压发生器的电容14另一端，第三级冲击电压发生器的点火球隙13的另一端通过第二电阻15连接第三级冲击电压发生器的电容14一端；

第四级冲击电压发生器的点火球隙13一端通过第一电阻12连接第三极电压发生器的电容14另一端，第四级冲击电压发生器的点火球隙13的另一端通过第二电阻15连接第四级冲击电压发生器的电容14一端；

第四级冲击电压发生器的电容14的另一端连接调波装置2的输入端。

上述技术方案中，所述框架式绝缘支架4包括第一水平支架4.1、第二水平支架4.2、第三水平支架4.3、第四水平支架4.4、第一垂直支架4.5、第二垂直支架4.6、第三垂直支架4.7、第四垂直支架4.8，所述第一水平支架4.1、第二水平支架4.2、第三水平支架4.3和第四水平支架4.4均设置在密封绝缘外壳3的一侧与另一侧之间，所述第一水平支架4.1和第三水平支架4.3位于同一水平面上，所述第二水平支架4.2和第四水平支架4.4位于同一水平面上，所述第二水平支架4.2位于第一水平支架4.1下方，所述气体绝缘多级冲击电压发生器5的上半部分固定在第一水平支架4.1和第三水平支架4.3之间，气体绝缘多级冲击电压发生器5的下半部分固定在第二水平支架4.2和第四水平支架4.4之间；

所述第一垂直支架4.5、第二垂直支架4.6、第三垂直支架4.7、第四垂直支架4.8均设置在密封绝缘外壳3的顶面与底面之间，所述第一水平支架4.1和第二水平支架4.2上固定连接第一垂直支架4.5和第二垂直支架4.6，所述第一垂直支架4.5和第三垂直支架4.7位于第一级冲击电压发生器和第二级冲击电压发生器之间，第二垂直支架4.6和第四垂直支架4.8位于第二级冲击电压发生器和第三电压发生器之间。

上述技术方案中，第一伞群绝缘子6、第二伞群绝缘子7和各个垂直支架利用各级电容器与点火球隙的绝缘空间安装，有效提高内部空间利用率。

上述技术方案中，所述第一电阻12、第二电阻15、点火球隙13和电容14均进行了圆角化处理；

所述点火球隙13的一个出线端位于点火球隙13的顶部，另一个出线端位于点火球隙13的底部；

所述电容14的一个出线端位于电容14的顶部，另一个出线端位于电容14的底部；

所述点火球隙13的一个出线端位于点火球隙13的顶部，另一个出线端位于点火球隙13的底部；

上述点火球隙13和电容14采用双端出线结构，它们的外壳均采用环氧树脂浇筑而成，有效提高了电容器两端间的绝缘距离，使冲击电压发生单元成对称结构，避免了试验装置的绝缘结构的二次设计。

所述气体绝缘多级冲击电压发生器5内的电气连接处均安装屏蔽帽18。有效防止器件尖角引起的电场畸变，降低SF6气体的绝缘性能。

上述技术方案中，所述第三水平支架4.3和密封绝缘外壳3顶部之间还设有第三伞群绝缘子6.1，所述第四水平支架4.4和密封绝缘外壳3底部之间还设有第四伞群绝缘子7.1，所述第三伞群绝缘子6.1和第四伞群绝缘子7.1均位于最后一级冲击电压发生器和倒数第二级冲击电压发生器之间。

上述技术方案中，所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件9通过固定绝缘子16固定在密封绝缘外壳3的顶部，所述第二半圆形高压屏蔽绝缘件10通过固定绝缘子16固定在密封绝缘外壳3的底部。所述框架式绝缘支架4与气体绝缘多级冲击电压发生器5之间采用环氧树脂螺栓紧固连接。避免使用金属器件，有效防止悬浮电位的产生。

上述技术方案中，所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件9和第二半圆形高压屏蔽绝缘件10均为多层绝缘结构。第一半圆形高压屏蔽绝缘件9和第二半圆形高压屏蔽绝缘件10以及高压出线套管17的厚度依据雷电冲击设计电压的经验公式E_dt＝75(10p)^0.75kV/cm确定，其中p为气压(Mpa)。从而得出气压为0.4MPa的六氟化硫气体在1cm的雷电冲击电压为212.1kV，本绝缘结构采用四层布置。即保证了高电压冲击下装置的绝缘强度，又避免了试验装置体积的增加。

上述技术方案中，所述密封绝缘外壳3内的主绝缘介质为六氟化硫气体。所述密封绝缘外壳3内的六氟化硫气体气压范围为0.3～0.5MPa。六氟化硫气体具有体积小，重量轻等优点。

上述技术方案中，所述密封绝缘外壳3的另一侧设有高压出线套管17，所述最后一级冲击电压发生器的输出端穿过高压出线套管17接入连接调波装置2的输入端。

上述气体绝缘多级冲击电压发生器5内的器具采用并排的卧式连接，进一步降低了设备的体积，使得设备在运输过程中不需要进行拆装，降低了现场安装的难度。

上述技术方案中，电容14采用高密度储能技术设计，提高了电容器单位储能量，从根本降低了电容器本身的体积和重量，从而降低了试验装置的整体体积。

上述技术方案中，点火球隙13采用封闭式气体绝缘结构，安装前各点火球隙13并联充气，保证每个点火球隙内的气压相同，且每个点火装置均配有点火触发控制系统，以保证球隙点火放电的一致性和同步性。

上述技术方案中，本发明的低压区域采用垂直绝缘支架，该绝缘支架为采用环氧树脂浇注的高强度绝缘支架，通过支架安装孔与绝缘外壳连接固定；本发明的高压区域(即第三级冲击电压发生器之后)采用伞群绝缘子支撑，该绝缘子伞群个数、伞间距、伞裙厚度等根据实际的绝缘要求确定。

上述技术方案中，为了实现气体绝缘冲击电压发生单元输出脉冲波形可调，配有调波装置2，调波装置2内部设有通过球隙串并联的调波电阻，可控制球隙投切调整内部部分电阻的串并联结构，调节电阻大小，实现波形调节。(若是封闭式的可通过开关投切或者开盖更换电阻；若为开放式的可直接更换电阻。)

上述技术方案中，充电装置1通过法兰安装在密封绝缘外壳3一侧，调波装置2通过法兰安装在密封绝缘外壳3另一侧。

本发明公开的上述实例与传统塔式冲击电压发生器相比，该装置采用绝缘性能良好的六氟化硫气体作为主绝缘介质，因此，可以大幅度缩短各器件尺寸和器件间的绝缘距离，从而降低冲击发生装置的体积和重量，有利于试验装置的安装和吊运等，提高了现场试验的工作效率，降低了试验大厅对设备安装空间的要求。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，它包括充电装置(1)、调波装置(2)，其特征在于：它还包括密封绝缘外壳(3)、框架式绝缘支架(4)、第一伞群绝缘子(6)、第二伞群绝缘子(7)、第五伞群绝缘子(8)、通过框架式绝缘支架(4)固定在密封绝缘外壳(3)内的气体绝缘多级冲击电压发生器(5)，其中，所述气体绝缘多级冲击电压发生器(5)与密封绝缘外壳(3)的顶面、底面和侧面之间均具有间隙，所述气体绝缘多级冲击电压发生器(5)包括并排布置且串联连接的多级冲击电压发生器，第一级冲击电压发生器的输入端连接充电装置(1)的输出端，最后一级冲击电压发生器的输出端连接调波装置(2)的输入端，所述密封绝缘外壳(3)的顶部固定有第一半圆形高压屏蔽绝缘件(9)，密封绝缘外壳(3)的底部固定有第二半圆形高压屏蔽绝缘件(10)，所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件(9)位于最后一级冲击电压发生器的上方，所述第二半圆形高压屏蔽绝缘件(10)位于最后一级冲击电压发生器的下方，所述密封绝缘外壳(3)的顶部与框架式绝缘支架(4)之间设置第一伞群绝缘子(6)，密封绝缘外壳(3)的底部与框架式绝缘支架(4)之间设置第二伞群绝缘子(7)，所述第一伞群绝缘子(6)和第二伞群绝缘子(7)均位于最后一级冲击电压发生器和倒数第二级冲击电压发生器之间；

所述密封绝缘外壳(3)的一侧面向第一级冲击电压发生器，密封绝缘外壳(3)的另一侧面向最后一级冲击电压发生器，所述密封绝缘外壳(3)的顶部与底部之间设置第五伞群绝缘子(8)，所述第五伞群绝缘子(8)位于最后一级冲击电压发生器与密封绝缘外壳(3)的另一侧之间；

所述密封绝缘外壳(3)上设有充放气口(11)，所述密封绝缘外壳(3)接地。

2.根据权利要求1所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：气体绝缘多级冲击电压发生器(5)由四级冲击电压发生器和设置在相邻两级冲击电压发生器之间的第一电阻(12)组成，所述每级冲击电压发生器均包括点火球隙(13)、电容(14)和第二电阻(15)，其中，所述第一级冲击电压发生器的点火球隙(13)一端连接充电装置(1)输出端，第一级冲击电压发生器的点火球隙(13)另一端通过第二电阻(15)连接第一级冲击电压发生器的电容(14)一端；

第二级冲击电压发生器的点火球隙(13)一端通过第一电阻(12)连接第一级冲击电压发生器的电容(14)另一端，第二级冲击电压发生器的点火球隙(13)的另一端通过第二电阻(15)连接第二级冲击电压发生器的电容(14)一端；

第三级冲击电压发生器的点火球隙(13)一端通过第一电阻(12)连接第二极电压发生器的电容(14)另一端，第三级冲击电压发生器的点火球隙(13)的另一端通过第二电阻(15)连接第三级冲击电压发生器的电容(14)一端；

第四级冲击电压发生器的点火球隙(13)一端通过第一电阻(12)连接第三极电压发生器的电容(14)另一端，第四级冲击电压发生器的点火球隙(13)的另一端通过第二电阻(15)连接第四级冲击电压发生器的电容(14)一端；

第四级冲击电压发生器的电容(14)的另一端连接调波装置(2)的输入端。

3.根据权利要求2所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述框架式绝缘支架(4)包括第一水平支架(4.1)、第二水平支架(4.2)、第三水平支架(4.3)、第四水平支架(4.4)、第一垂直支架(4.5)、第二垂直支架(4.6)、第三垂直支架(4.7)、第四垂直支架(4.8)，所述第一水平支架(4.1)、第二水平支架(4.2)、第三水平支架(4.3)和第四水平支架(4.4)均设置在密封绝缘外壳(3)的一侧与另一侧之间，所述第一水平支架(4.1)和第三水平支架(4.3)位于同一水平面上，所述第二水平支架(4.2)和第四水平支架(4.4)位于同一水平面上，所述第二水平支架(4.2)位于第一水平支架(4.1)下方，所述气体绝缘多级冲击电压发生器(5)的上半部分固定在第一水平支架(4.1)和第三水平支架(4.3)之间，气体绝缘多级冲击电压发生器(5)的下半部分固定在第二水平支架(4.2)和第四水平支架(4.4)之间；

所述第一垂直支架(4.5)、第二垂直支架(4.6)、第三垂直支架(4.7)、第四垂直支架(4.8)均设置在密封绝缘外壳(3)的顶面与底面之间，所述第一水平支架(4.1)和第二水平支架(4.2)上固定连接第一垂直支架(4.5)和第二垂直支架(4.6)，所述第一垂直支架(4.5)和第三垂直支架(4.7)位于第一级冲击电压发生器和第二级冲击电压发生器之间，第二垂直支架(4.6)和第四垂直支架(4.8)位于第二级冲击电压发生器和第三电压发生器之间。

4.根据权利要求2所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述第一电阻(12)、第二电阻(15)、点火球隙(13)和电容(14)均进行了圆角化处理；

所述电容(14)的一个出线端位于电容(14)的顶部，另一个出线端位于电容(14)的底部；

所述点火球隙(13)的一个出线端位于点火球隙(13)的顶部，另一个出线端位于点火球隙(13)的底部；

所述气体绝缘多级冲击电压发生器(5)内的电气连接处均安装屏蔽帽(18)。

5.根据权利要求3所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述第三水平支架(4.3)和密封绝缘外壳(3)顶部之间还设有第三伞群绝缘子(6.1)，所述第四水平支架(4.4)和密封绝缘外壳(3)底部之间还设有第四伞群绝缘子(7.1)，所述第三伞群绝缘子(6.1)和第四伞群绝缘子(7.1)均位于最后一级冲击电压发生器和倒数第二级冲击电压发生器之间。

6.根据权利要求1所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件(9)通过固定绝缘子(16)固定在密封绝缘外壳(3)的顶部，所述第二半圆形高压屏蔽绝缘件(10)通过固定绝缘子(16)固定在密封绝缘外壳(3)的底部；

所述框架式绝缘支架(4)与气体绝缘多级冲击电压发生器(5)之间采用环氧树脂螺栓紧固连接。

7.根据权利要求1所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述第一半圆形高压屏蔽绝缘件(9)和第二半圆形高压屏蔽绝缘件(10)均为多层绝缘结构。

8.根据权利要求1所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述密封绝缘外壳(3)内的主绝缘介质为六氟化硫气体。

9.根据权利要求8所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述密封绝缘外壳(3)内的六氟化硫气体气压范围为0.3～0.5MPa。

10.根据权利要求1所述的紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置，其特征在于：所述密封绝缘外壳(3)的另一侧设有高压出线套管(17)，所述最后一级冲击电压发生器的输出端穿过高压出线套管(17)接入连接调波装置(2)的输入端。