CN104599798A - 一种直流避雷器以及使用该直流避雷器的系统 - Google Patents

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牛文瑞
苏龙
宋继军
范钦晓
张翠霞
殷禹
张搏宇
苏宁
贺子鸣
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Abstract

本发明涉及一种直流避雷器以及使用该直流避雷器的系统，直流避雷器包括避雷器本体和放电间隙组，避雷器本体包括若干避雷器单元，每两个避雷器单元之间通过法兰相连接，每个避雷器单元的顶部和底部还依次设置密封环以及压力释放板，法兰位于避雷器单元的末端并将密封环和压力释放板封闭在内，每个避雷器单元由外向内依次为外套、环氧管、电阻片柱，电阻片柱由若干电阻片串联构成，避雷器本体的高度为7.5m～9m，以8.2m为最优，放电间隙组包括上部放电极和下部放电极，上部放电极和下部放电极之间的空气间隙距离为2.3m～2.6m，本发明结构简单，体积小，安装方便；其空气间隙调整范围大；技术参数合理，具有良好的应用前景。

Description

一种直流避雷器以及使用该直流避雷器的系统
技术领域
本发明涉及避雷器领域，尤其涉及一种直流避雷器以及使用该直流避雷器的系统。
背景技术
工程上通常采用降低接地电阻、架设双避雷线，减小避雷线保护角等方法来限制雷电过电压，降低雷击跳闸率。然而，在雷电活动强烈、降低接地电阻困难的山区线段，上述手段并不能从根本上解决雷击跳闸问题。
目前国内外已有的避雷器，避雷器本体与间隙距离之和一般大于与之并联的绝缘子的长度，需设计特殊金具解决安装空间不匹配问题，安装难度大。由于电压等级的提高，避雷器本体高度和重量都不可避免地要大于交流1000kV及以下线路避雷器，安装难度会更大；目前没有关于直流特高压线路避雷器空气间隙和绝缘配合方面的试验数据，试验及设计难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服避雷器安装难度大、结构复杂以及避雷器本体和空气间隙距离难以配合的问题，提供一种直流避雷器以及使用该直流避雷器的系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种直流避雷器，包括避雷器本体和放电间隙组，所述放电间隙组与所述避雷器本体的高压端连接，所述避雷器本体的高度为7.5m～9m，所述放电间隙组包括上部放电极和下部放电极，所述上部放电极和所述下部放电极之间的空气间隙距离为2.3m～2.6m。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述避雷器本体包括若干避雷器单元，所述每两个避雷器单元之间通过法兰相连接，所述每个避雷器单元的顶部和底部还依次设置密封环以及压力释放板，所述法兰位于所述避雷器单元的末端并将所述密封环和所述压力释放板封闭在内，所述每个避雷器单元由外向内依次为外套、环氧管、电阻片柱，所述电阻片柱由若干电阻片串联构成。
进一步地，所述外套为硅橡胶外套，所述电阻片柱为氧化锌电阻片柱，所述法兰为铝法兰。
进一步地，所述外套的干弧距离不低于7.1m，以使所述外套能够耐受不低于其实际保护水平1.3倍的雷电冲击电压，且在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1683kV的直流电压一分钟。
进一步地，所述电阻片柱的直径为75mm，以使所述电阻片柱能够通过不低于2000A的长持续时间冲击电流试验且连续3次通过幅值为100kA的4/10μs大电流冲击耐受试验。
进一步地，所述避雷器本体的高度为8.2m。
进一步地，所述避雷器本体的爬电距离不小于24440mm。
进一步地，所述上部放电极和所述下部放电极均由相互平行的两个等长金属杆以及与两个所述金属杆相连的两个半圆形金属环构成，所述金属杆和所述金属环的直径均不小于80mm；所述上部放电极与所述避雷器本体的高压端通过工字型连接件连接，所述避雷器本体与所述工字型连接件的竖杠相连，所述工字型连接件的两个横杆的两端均与所述上部放电极的两个金属杆垂直连接，所述下部放电极通过两个互相平行的杆状连接件安装在输电导线上，所述两个杆状连接件的一端均与所述下部放电极的金属杆垂直连接，另一端均与输电导线相连。
进一步地，所述直流避雷器的额定电压为1250kVdc，直流2mA下参考电压不小于1250kV，标称放电电流30kA，30kA雷电冲击电流下残压不大于2500kV，30kA陡波冲击电流下残压不大于2750kV。
进一步地，所述直流避雷器的标准雷电冲击50％放电电压不大于3700kV；操作冲击耐受电压不小于2000kV；所述直流避雷器本体正常时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1347kV的直流电压一分钟，所述直流避雷器本体故障时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1112kV的直流电压一分钟。
本发明解决技术问题的另一种方案如下。
一种避雷系统，包括上述直流避雷器，还包括绝缘子、支架、杆塔横担和输电导线；
所述直流避雷器包括避雷器本体和放电间隙组，所述放电间隙组包括上部放电极和下部放电极，所述所述放电间隙组与所述避雷器本体的高压端连接，所述避雷器本体的低压端与所述支架垂直相连，所述下部放电极与所述输电导线相连，所述支架与所述杆塔横担相连，所述绝缘子一端与所述杆塔横担相连，另一端与所述输电导线相连，且所述绝缘子与所述直流避雷器相平行。
本发明的有益效果是：结构简单，体积小，安装方便；其空气间隙调整范围大；技术参数合理，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述直流避雷器的整体结构图；
图2为本发明所述直流避雷器的避雷器本体单元结构图；
图3为本发明所述避雷系统的结构图,
图4为本发明所述直流避雷器的空气间隙距离和放电电压关系示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、避雷器本体，2、放电间隙组，3、绝缘子，4、支架，5、杆塔横担，6、输电导线，7、直流避雷器，10、避雷器单元，11、外套，12、环氧管，13、电阻片柱，14、法兰，15、密封环，16、压力释放板，21、上部放电极，22、下部放电极，23、工字型连接件，24、杆状连接件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种直流避雷器，包括避雷器本体1和放电间隙组2，放电间隙组2与避雷器本体1的高压端连接，避雷器本体1的高压端为靠近输电导线的一端，低压端为避雷器本体1连接在避雷器支架的一端，避雷器本体1的高度为7m～9m，以8.2的高度为最优，放电间隙组2的空气间隙距离为2.3m～2.6m。
由于直流线路绝缘子对污秽要求较高，在避雷器本体1长度在7.5m长度时，可以保证本发明的直流避雷器的爬电比距达到20mm/kV以上，9m时可以保证本发明的直流避雷器的爬电比距达到25mm/kV以上，本发明中避雷器本体1的最优化设计值为8.2m，此时爬电比距达到了22.2mm/kV。
如图2所示，避雷器本体1包括若干避雷器单元，每个避雷器单元之间通过法兰14相连接，每个避雷器单元的顶部和底部还包括与法兰14相贴合的密封元件15以及位于密封元件15上与密封元件15相贴合的压力释放元件16，每个避雷器单元由外向内依次为外套11、环氧管12、电阻片柱13，外套11起到绝缘支撑的作用，电阻片柱13由若干电阻片串联构成。
本发明的外套11可以采用硅橡胶外套，法兰14采用铝法兰，电阻片柱13采用非线性氧化锌电阻片柱。
本发明的外套11的干弧距离不低于7.1m，以使外套11能够耐受不低于其实际保护水平1.3倍的雷电冲击电压，且在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1683kV的直流电压1mi n，避雷器本体1能够通过有效值65kA，持续时间不小于0.1s的短路试验。
本发明的电阻片柱13的直径为75mm，以使电阻片柱13能够通过不低于2000A的长持续时间冲击电流试验且连续3次通过幅值为100kA的4/10μs大电流冲击耐受试验。
本发明的避雷器本体1的爬电距离不小于24440mm。
本发明的放电间隙组2包括上部放电极21和下部放电极22两个电极，上部放电极21与避雷器本体1的高压端连接，下部放电极22安装在输电导线上，上部放电极21和下部放电极22均由相互平行的两个等长金属杆以及与两个金属杆相连的两个半圆形金属环构成，金属杆和金属环的直径均不小于80mm。
本发明的直流避雷器的额定电压为1250kVdc，直流2mA下参考电压不小于1250kV，标称放电电流30kA，30kA雷电冲击电流下残压不大于2500kV，30kA陡波冲击电流下残压不大于2750kV。
本发明的直流避雷器的标准雷电冲击50％放电电压不大于3700kV；操作冲击耐受电压不小于2000kV；直流避雷器本体1正常时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1347kV的直流电压一分钟，直流避雷器本体1故障时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1112kV的直流电压一分钟。
在正常工频电压下，直流避雷器7具有极高的电阻，呈现绝缘状态；在过电压作用下，直流避雷器7呈现低阻状态，使与之并联的电器设备的残压被抑制在设备绝缘安全值以下，待过电压消失后，直流避雷器7恢复高阻绝缘状态，从而保护电器设备的绝缘免受过电压的损害。
如图3所示为一种避雷系统，包括上述的直流避雷器7，还包括绝缘子3、支架4、杆塔横担5和输电导线6；
直流避雷器7包括避雷器本体1和放电间隙组2，放电间隙组2包括上部放电极21和下部放电极22，所述放电间隙组2与避雷器本体1的高压端连接，避雷器本体1的低压端与支架4垂直相连，下部放电极22与输电导线6相连，支架4与杆塔横担5相连，绝缘子3一端与杆塔横担5相连，另一端与输电导线6相连，且绝缘子3与直流避雷器7相平行。
直流避雷器7用以降低被保护设备所受的过电压值，从而保护电力设备；绝缘子3用以支撑、牵引输电导线6；支架4用以安装直流避雷器；杆塔横担5用以安装并支撑绝缘子3进而支撑并牵引输电导线6；输电导线6用以传输电力。
如图4所示为本发明所述直流避雷器的空气间隙距离和放电电压关系示意图，通过关系曲线图可以得出在上部放电极21和下部放电极22的空气间隙距离小于2.6m时，可以满足雷电正极性3700kV放电电压的要求；根据操作正负极性放电电压与间隙距离试验结果，可以得出空气间隙距离在2.1m以上时可以满足操作过电压耐受求；根据直流避雷器本体故障时，一分钟耐受结果，可以得出在空气间隙距离在2.3m以上时，才能满足本发明直流避雷器的直流电压耐受要求，因此本发明空气间隙距离设置为2.3m～2.6m，即空气间隙距离为2.3m时，放电电压为1125kV，空气间隙距离为2.6m时，放电电压为3700kV，为了保证本发明的安装特性，空气间隙距离取值2.35时最优。
本发明结构简单，体积小，安装方便；其间隙调整范围大；技术参数合理，具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流避雷器，其特征在于，包括避雷器本体(1)和放电间隙组(2)，所述放电间隙组(2)与所述避雷器本体(1)的高压端连接，所述避雷器本体(1)的高度为7.5m～9m，所述放电间隙组(2)包括上部放电极(21)和下部放电极(22)，所述上部放电极(21)和所述下部放电极(22)之间的空气间隙距离为2.3m～2.6m。
2.根据权利要求1所述的直流避雷器，其特征在于，所述避雷器本体(1)包括若干避雷器单元(10)，所述每两个避雷器单元(10)之间通过法兰(14)相连接，所述每个避雷器单元(10)的顶部和底部还依次设置密封环(15)以及压力释放板(16)，所述法兰(14)位于所述避雷器单元(10)的末端并将所述密封环(15)和所述压力释放板(16)封闭在内，所述每个避雷器单元(10)由外向内依次为外套(11)、环氧管(12)、电阻片柱(13)，所述电阻片柱(13)由若干电阻片串联构成。
3.根据权利要求2所述的直流避雷器，其特征在于，所述外套(11)为硅橡胶外套，所述电阻片柱(13)为氧化锌电阻片柱，所述法兰(14)为铝法兰。
4.根据权利要求2所述的直流避雷器，其特征在于，所述外套(11)的干弧距离不低于7.1m，以使所述外套(11)能够耐受不低于其实际保护水平1.3倍的雷电冲击电压，且在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1683kV的直流电压一分钟。
5.根据权利要求2所述的直流避雷器，其特征在于，所述电阻片柱(13)的直径为75mm，以使所述电阻片柱(13)能够通过不低于2000A的长持续时间冲击电流试验且连续3次通过幅值为100kA的4/10μs大电流冲击耐受试验。
6.根据权利要求1所述的直流避雷器，其特征在于，所述避雷器本体(1)的高度为8.2m。
7.根据权利要求1所述的直流避雷器，其特征在于，所述避雷器本体(1)的爬电距离不小于24440mm。
8.根据权利要求1所述的直流避雷器，其特征在于，所述上部放电极(21)和所述下部放电极(22)均由相互平行的两个等长金属杆以及与两个所述金属杆相连的两个半圆形金属环构成，所述金属杆和所述金属环的直径均不小于80mm；所述上部放电极(21)与所述避雷器本体(1)的高压端通过工字型连接件(23)连接，所述避雷器本体(1)与所述工字型连接件(23)的竖杠相连，所述工字型连接件(23)的两个横杆的两端均与所述上部放电极(21)的两个金属杆垂直连接，所述下部放电极(22)通过两个互相平行的杆状连接件(24)安装在输电导线上，所述两个杆状连接件(24)的一端均与所述下部放电极(22)的金属杆垂直连接，另一端均与输电导线相连。
9.根据权利要求1所述的直流避雷器，其特征在于，所述直流避雷器的额定电压为1250kVdc，直流2mA下参考电压不小于1250kV，标称放电电流30kA，30kA雷电冲击电流下残压不大于2500kV，30kA陡波冲击电流下残压不大于2750kV，所述直流避雷器的标准雷电冲击50％放电电压不大于3700kV；操作冲击耐受电压不小于2000kV；所述直流避雷器本体(1)正常时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1347kV的直流电压一分钟，所述直流避雷器本体(1)故障时，在规定的淋雨条件下能够耐受不低于1112kV的直流电压一分钟。
10.一种避雷系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的直流避雷器(7)，还包括绝缘子(3)、支架(4)、杆塔横担(5)和输电导线(6)；
所述直流避雷器(7)包括避雷器本体(1)和放电间隙组(2)，所述放电间隙组(2)包括上部放电极(21)和下部放电极(22)，所述所述放电间隙组(2)与所述避雷器本体(1)的高压端连接，所述避雷器本体(1)的低压端与所述支架(4)垂直相连，所述下部放电极(22)与所述输电导线(6)相连，所述支架(4)与所述杆塔横担(5)相连，所述绝缘子(3)一端与所述杆塔横担(5)相连，另一端与所述输电导线(6)相连，且所述绝缘子(3)与所述直流避雷器(7)相平行。
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