CN105372563B - 一种特高压gis现场冲击试验暂态过电压抑制装置 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置，所述装置包括若干个由接引铜排串联连接的单元模块和变压器油；每个所述单元模块由一个电阻、一个电容构成，所述电阻和电容之间由接引铜排串联连接；所述最下端单元模块下面有接地铜排；在特高压GIS现场冲击试验的两套间隔设备串联和连接三套间隔设备的情况下，所述装置能够保证GIS设备内的过电压幅值处于2.4MV以下。本公开利用低值电阻与电容串联的弱阻尼特性，以实现对特高压GIS现场冲击试验暂态过电压的抑制，具有击穿时的过电压抑制效果好、未击穿时对波形影响小、使用灵活高效等显著优点。

Description

一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置

技术领域

本公开属于电力设备过电压防护技术领域，尤其适用于特高压GIS设备现场冲击试验时暂态过电压的抑制。

背景技术

随着电网负荷的飞速增长，特高压输电已成为我国电网建设的必然趋势，特高压GIS因其具有绝缘性能好、占地面积小、运行安全、维护方便等诸多优点而被广泛应用。运行中的GIS设备将不可避免地遭到雷电波的入侵，如果GIS内部存在某些绝缘缺陷，在雷电波的冲击下，GIS设备很有可能发生闪络故障，对电力系统的安全稳定运行构成极大威胁。因此，为检测GIS设备内部绝缘缺陷、排除故障隐患而进行的现场冲击试验具有非常重要意义。

进行现场冲击试验时，如果GIS设备内部某处存在绝缘缺陷而发生击穿，由于GIS设备体积小，节点间距小，击穿引发的电压波将会在装置内部发生多次折反射并相互叠加，产生高频电压波，当这一电压波到达设备与电网的切断点处时，将会由于电压的全反射而产生幅值很高的高频暂态过电压，对装置内其他不存在缺陷的位置造成威胁，引起二次击穿等不必要的破坏。

与正常运行的情况不同，一方面，现场冲击试验时，处于断开状态的GIS设备存在开断点，为电压波的全反射引发高幅值暂态过电压提供了条件；另一方面，传统的磁环、避雷器等设备只能在GIS接入电网后发挥保护作用，而现场冲击试验时，处于断开状态的GIS设备没有磁环与避雷器等设备的保护。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷与改进需求，本公开提出了一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压的抑制装置。

一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压的抑制装置，所述装置包括若干个位于一绝缘罐体中的、自上而下连接的单元模块，各个单元模块之间通过接引铜排串联连接；

所述绝缘罐体中包括变压器油；

每个所述单元模块包括一个电阻、一个电容，所述电阻和电容之间通过接引铜排串联连接；

所述电阻、电容、接引铜排浸在变压器油中；

所述装置的对外等效电阻为40～80Ω，对外等效电容为800～900pF；

所述接引铜排的规格为40mm×3mm以上；

在最下面的单元模块下设有接地铜排，其规格为50mm×3mm以上。

在特高压GIS现场冲击试验的两套间隔设备串联和连接三套间隔设备的情况下，所述装置能够发挥抑制作用，对过电压产生抑制，保证故障后GIS设备内的暂态过电压幅值处于2.4MV以下。而在未发生故障时，所述装置不影响正常的电压使用。

与传统的磁环与避雷器相比，本公开对与电网断开的GIS设备有效，尤其适用于GIS设备的现场冲击试验中发生故障后的暂态过电压抑制，此外，与传统的磁环与避雷器相比，本公开使用方便、灵活高效。一方面，本公开能够有效抑制GIS设备现场冲击试验发生故障后的暂态过电压，且不会引起GIS内其他点的暂态电压幅值升高；另一方面，在GIS设备现场冲击试验未发生故障时，本公开对GIS内的电压波形与幅值影响极小。

附图说明

图1为本公开的一个实施例中特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置的示意图；

其中，1为脉冲电容器、2为双线无感电阻、3为绝缘垫块、4为变压器油、5为绝缘罐体、6为密封塞、7为可动式底座、8为支撑杆、9为防震滚轮、10为第一均压环、11为第二均压环、12为第三均压环、13为绝缘拉杆、14为接引铜排、15为接地铜排、16为金属导杆、17为高压接线端子；

图2为本公开的一个实施例中绝缘垫块的结构示意图；

图3为本公开的一个实施例中现场冲击试验故障后暂态过电压抑制波形图；

图4为本公开的一个实施例中现场冲击试验无故障电压波形图。

具体实施方式

在一个基础实施例中，提供了一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压的抑制装置，所述装置包括若干个位于一绝缘罐体中的、自上而下连接的单元模块，各个单元模块之间通过接引铜排串联连接；

所述绝缘罐体中包括变压器油；

每个所述单元模块包括一个电阻、一个电容，所述电阻和电容之间通过接引铜排串联连接；

所述电阻、电容、接引铜排浸在变压器油中；

所述装置的对外等效电阻为40～80Ω，对外等效电容为800～900pF；

所述接引铜排的规格为40mm×3mm以上；

在最下面的单元模块下设有接地铜排，其规格为50mm×3mm以上。

在这个实施例中，在特高压GIS现场冲击试验的两套间隔设备串联和连接三套间隔设备的情况下，所述装置能够保证GIS设备内的过电压幅值处于2.4MV以下。所述两套间隔设备串联为3/2接线方式下第2套间隔设备与第3套间隔设备串联；所述连接三套间隔设备为3/2接线方式下三套间隔设备全部接入。

电阻、电容均处于变压器油的环境中，由于空气的电气强度无法保证设备在高幅值冲击电压下不发生沿面闪络，变压器油具有比空气高得多的电气强度，设备浸在油中不仅可以提高绝缘强度，而且还可以免受潮气的侵蚀。变压器油的比热比空气大得多，其对流散热效果好，保证绝缘性能的同时可作为冷却剂。变压器油的灭弧性能也优于空气，能够使电弧很快熄灭。并且，变压器油具有下述优点：凝固点低，能够保证低温环境下装置的正常使用；密度小，有利于油中水分和杂质的沉淀；燃点高，能够保证在装置发热时不发生闪燃；粘度适中，粘度太大会影响对流散热，粘度太小又会降低闪燃温度；变压器油杂质含量低，有效抑制酸、碱硫等杂质对油中设备的腐蚀；变压器油的抗老化性能好，不易发生氧化、变质。

所述接引铜排规格为40mm×3mm以上，能够保证所述装置具有足够的通流能力。

所述装置的抑制效果取决于装置的整体电容与整体电阻值，因而，单元模块内，电阻与电容的上下顺序不影响装置抑制效果，只要保证装置的整体电容在800-900pF范围内、整体电阻在40-80Ω内，就能够达到抑制效果。因而单元模块的多少主要取决于装置内每个电容、电阻的沿面闪络电压。

由于所述装置自身的电感将对暂态过电压的抑制产生负面影响，因此，为尽量减小电感，优选的，电阻采用无感绕法制成，多种无感绕法均可，推荐采用双线无感绕法，因为双线无感绕法为两条电阻丝并联而成，与其他无感绕法相比，具有更大的载流量。

优选的，所述电容为脉冲电容器。脉冲电容器具有内阻小，通流能力强的特点，可以承受装置内流过的大电流，而其他类型电容器则不能承受装置内流过的大电流。

在一个实施例中，所述电阻的电阻丝为卡玛丝。卡玛丝是在镍铬合金中加入少量的铝、铁、铜、锰、硅等合金元素构成。它具有较高的电阻系数、较低的电阻温度系数，此外，与康铜丝、锰铜丝等其他电阻丝相比，虽然其中所含的镍元素价格较高，但具有更强耐腐蚀性，能够保证其长期工作在变压器油环境中。

优选的，所述单元模块的数目至少为10个。在整个装置所承受的冲击电压一定的条件下，单元模块的数量越多，每个单元模块所分担的电压就越低，因此，需要保证装置具有足够多的单元模块，从而降低各个单元模块的电压，防止单元模块内脉冲电容器与无感电阻的沿面闪络。由于以变压器油代替空气作为绝缘介质，能够保证较高的沿面闪络电压，因此保证单元模块数≥10即可，所需单元模块数量远小于绝缘介质为空气的情况。

在一个实施例中，所述单元模块的数目为10个。

在另一实施例中，所述单元模块的数目为12个。

优选的，所述装置还包括均压模块，所述均压模块包括三个均压环，分别为第一均压环，第二均压环和第三均压环；

其中，第一均压环和第二均压环半径相等，并排部署在所述装置的顶端，通过两端带有均压环固定铜盘的金属导杆连接；第三均压环为半径略小于第一均压环的均压环，通过穿过绝缘罐体的铜盘固定，部署在所述装置的中部。

一方面，均压模块(全部3个均压环)可以改善装置附近的电场，使其分布更加均匀，防止在装置附近由局部电场过高所引发的电晕放电；另一方面，均压模块(顶端2个均压环)与罐体之间存在杂散电容，流过该杂散电容的补偿电流可以弥补罐体与大地之间杂散电容的泄漏电流，使罐体表面由上至下的电压分布(单位长度电压降)更均匀，防止电压降在罐体顶端过于集中所引发的电晕放电与沿面闪络。

优选的，在每个电阻和电容之间填充有绝缘垫块。更进一步地，所述绝缘垫块上有孔。在过电压抑制的过程中，该装置将流过很大电流，如果结构设计方面不考虑其散热效果，将会造成装置过热，严重时可导致电阻、电容被烧坏，因此通过采用有孔的绝缘垫块来保证装置的散热。如果绝缘垫块无通孔，则整个绝缘罐体内部将被分隔成一个个油腔，油腔之间被绝缘垫块完全隔开，对流散热只能在单个油腔内进行，极大影响对流散热效果；如果绝缘垫块采用有孔结构，实现油腔的互连，将使对流散热范围扩大到整个绝缘罐体，使其不再局限于单个油腔，保证对流散热效果。

更优的，所述绝缘垫块采用环氧玻璃纤维。由于所述环氧玻璃纤维具有极高的机械强度与抗压能力，广泛应用于电气设备的绝缘支撑，尤其适用于高压电抗器等发热量大的设备，由此可知，其耐热性能也十分优越，能够在电气绝缘、机械支撑、耐热能力等各个方面满足本文装置的要求。

进一步地，所述绝缘罐体的两端使用密封塞进行密封；最上端的单元模块伸向上端密封塞的接引铜排与上端密封塞此二者之间的交界面、以及最下端的单元模块伸向下端密封塞的接地铜排与下端密封塞此二者之间的交界面均有密封圈；所述绝缘罐体外壳通过均压罩与均压环连接。密封塞与绝缘罐体之间由密封圈实现密封，密封塞与接引铜排之间也由密封圈实现密封，密封圈的作用是保证两端的塞与其他部件交界处的良好密封。

更优的，所述密封塞为环氧玻璃纤维材质。

可选的，所述装置还包括用于与空载套管顶端连接的高压接线端子，所述高压接线端子位于金属导杆上。

可选的，所述装置还包括可动式支撑底座，所述可动式支撑底座包括防震滚轮与将所述装置进行固定的绝缘拉杆；所述绝缘拉杆通过金属连接部件将绝缘拉杆与第三均压环或可动式支撑底座连接；所述金属连接部件包括第一连接部件，其中，所述第一连接部件用于连接固定绝缘拉杆，且第一连接部件两端有孔，一端的孔用于固定插入绝缘拉杆，另一端的孔有螺纹；所述金属连接部件还包括第二连接部件，其中，所述第二连接部件一端用于与均压环或可动式支撑底座连接固定，另一端为螺纹拉杆，所述螺纹拉杆与第一连接部件中有螺纹的一端连接，通过旋转螺纹拉杆上的螺栓能够对绝缘拉杆长度进行微调。

所述可动式支撑底座既能够使装置方便快速的移动，保证装置的灵活性与试验的高效性，又能够在试验过程中起固定装置的作用，保证装置的稳定性与试验的安全性。优选的，所述防震滚轮为橡胶轮，能够缓冲装置移动过程中的震荡。这里未对绝缘拉杆的数量进行限制，以实际应用时能实现装置固定为准。

进一步地，在所述可动式支撑底座下有支撑杆，所述支撑杆在试验过程中起固定作用，避免试验过程中滚轮支撑造成的不稳定性。

下面将对本公开参照附图进行进一步说明。特别声明，以下的描述本质上只是起到了宏观解释和实例说明的作用，绝不对本公开及其应用或使用进行任何限制。除非另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并不限制本公开的范围。另外，本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论，但在适当的情况下意在成为说明书的一部分。

在本实施例中，图1为本公开特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置的结构示意图。在本实施例中，包括脉冲电容器1、双线无感电阻2、绝缘垫块3、变压器油4、绝缘罐体5、密封塞6、可动式底座7、支撑杆8、防震滚轮9、均压环10～12、绝缘拉杆13、接引铜排14、接地铜排15、金属导杆16、高压接线端子17。通过高压引线将套管顶端与高压接线端子17连接。GIS设备未发生击穿时，试验电压等效频率较低，脉冲电容器1的容抗较大，可将暂态过电压抑制装置视为开路，保证试验正常进行；GIS设备发生击穿后，暂态过电压等效频率较高，脉冲电容器1的容抗极小，可将所述装置视为一个大负载，GIS内暂态过电压的能量通过双线无感电阻2加以消耗，从而使暂态过电压幅值出现明显下降；双线无感电阻2在电流作用下发热，密封绝缘罐体5内的变压器油4与带孔的绝缘垫块3相配合，保证装置的对流散热；均压环10～12改善电场分布，保证装置电压分布的均匀性，防止装置局部承受过高的电压；带有支撑杆8与防震滚轮9的可动式支撑底座7，配合绝缘拉杆13，提高装置灵活性与稳定性，保证试验的高效性与安全性。

在本实施例的抑制装置的电容取值为800pF，由分散布置的电容串联而成；电阻取值为50Ω，电阻采用卡玛丝双线无感绕法，卡玛丝具有较低电阻温度系数，有利于提高装置热稳定性，双线无感绕法可以减小装置电感，并能够增大装置载流量；电阻与电容采用交替分布，阻尼装置内部振荡，提高装置耐压水平。

在本实施例中，图2为本公开外置式特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置绝缘垫块结构示意图。在本实施例中，在保证机械性能的前提下，绝缘垫块采用有孔式结构，能够在电阻上流过较大电流而发热时，配合变压器油，实现装置内部高效的对流散热。

图3为本公开外置式特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置实施例中测量的发生击穿后GIS空载套管顶端的暂态过电压波形示意图。其中，曲线A为未接入抑制装置的电压波形，曲线B为接入抑制装置后的电压波形。由图3可知，接入抑制装置后，空载套管顶端的暂态过电压幅值由4MV下降至2.4MV以下，能够有效抑制GIS内某点发生击穿后的暂态过电压，避免暂态过电压对完好绝缘子造成不必要的破坏。

图4为本公开外置式特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置实施例中测量的未发生击穿时GIS母线的试验电压波形示意图。其中，曲线A为未接入抑制装置的电压波形，曲线B为接入抑制装置后的电压波形。由图4可知，接入抑制装置前后，波头时间、主波形幅值基本无变化，抑制装置对无故障时的电压波形影响很小；此外，抑制装置自身电容的通高频阻低频特性使电压波上叠加的高频噪声得到有效抑制，使波形更加平滑，对改善现场冲击试验电压波形十分有利。

虽然已示例实施例描述了本公开，但应理解，本公开不限于上述的示例性实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本公开的范围和精神的条件下修改上述的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种特高压GIS现场冲击试验暂态过电压抑制装置，其特征在于：

所述装置包括若干个位于一绝缘罐体中的、自上而下连接的单元模块，各个单元模块之间通过接引铜排串联连接；

所述绝缘罐体中包括变压器油；

每个所述单元模块包括一个电阻、一个电容，所述电阻和电容之间通过接引铜排串联连接；

所述电阻、电容、接引铜排浸在变压器油中；

所述装置的对外等效电阻为40～80Ω，对外等效电容为800～900pF；

所述接引铜排的规格为40mm×3mm以上；

在最下面的单元模块下设有接地铜排，其规格为50mm×3mm以上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述电阻采用无感绕法制成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述电容为脉冲电容器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述电阻的电阻丝为卡玛丝。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述单元模块的数目至少为10个。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述装置还包括均压模块，所述均压模块包括三个均压环，分别为第一均压环，第二均压环和第三均压环；

其中，第一均压环和第二均压环半径相等，并排部署在所述装置的顶端，通过两端带有均压环固定铜盘的金属导杆连接；第三均压环为半径略小于第一均压环的均压环，通过穿过绝缘罐体的铜盘固定，部署在所述装置的中部。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

在每个电阻和电容之间填充有绝缘垫块。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述绝缘罐体的两端使用密封塞进行密封；

最上端的单元模块伸向上端密封塞的接引铜排与上端密封塞此二者之间的交界面、以及最下端的单元模块伸向下端密封塞的接地铜排与下端密封塞此二者之间的交界面均有密封圈；

所述绝缘罐体外壳通过均压罩与均压环连接。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述装置还包括用于与GIS 空载套管顶端连接的高压接线端子，所述高压接线端子位于金属导杆上。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述装置还包括可动式支撑底座，所述可动式支撑底座包括防震滚轮与将所述装置进行固定的绝缘拉杆；

所述绝缘拉杆通过金属连接部件将绝缘拉杆与第三均压环或可动式支撑底座连接；

所述金属连接部件包括第一连接部件，其中，所述第一连接部件用于连接固定绝缘拉杆，且第一连接部件两端有孔，一端的孔用于固定插入绝缘拉杆，另一端的孔有螺纹；

所述金属连接部件还包括第二连接部件，其中，所述第二连接部件一端用于与均压环或可动式支撑底座连接固定，另一端为螺纹拉杆，所述螺纹拉杆与第一连接部件中有螺纹的一端连接，通过旋转螺纹拉杆上的螺栓能够对绝缘拉杆长度进行微调。