CN106054006A - 低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，包括冲击电压发生器系统、电压测量系统、罗氏线圈、悬式绝缘子、避雷器无间隙段、上球形电极、下球形电极、引弧熔丝、工频试验电源系统。上、下球形电极之间的空气间隙加入了引弧熔丝，工频侧电源设备受到冲击电压作用的影响显著下降。上、下球形电极通过抱箍金具固定在悬式绝缘子上，实现了间隙距离的自由调节。采用该装置的具体试验方法：对上、下球形电极之间间隙进行调节，安装引弧熔丝，输出工频电压，输出冲击电压，进行5次测试试验，改变间隙距离，评价试验结果，确定最理想的间隙距离设计。试验装置和方法缩短了试验周期，提高了试验效率，增强了试验严谨度，有效的保证了试验的准确度。

Description

低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置及试验方法。

背景技术

线路避雷器多为带间隙避雷器，其优势在于运行电压下，间隙承受电压，避雷器阀片寿命增长，并且避雷器本体损坏的情况下线路能够正常运行。但雷电流作用下，间隙击穿，会形成空间电弧。雷电流作用时间短，避雷器快速将其引入大地，同时电弧通道在工频电压作用下会形成工频续流。如果电弧耗散的能量大于间隙注入的能量，工频续流在电流过零点前熄灭，但弧隙的温度较高，存在局部的热电离过程，弧隙间仍具有一定的电导通道，在交流恢复电压的作用下可能出现重燃。电弧重燃会导致避雷器吸收能量增大、阀片发热加剧，进一步引起阀片损害、线路接地跳闸等故障。因此需要对带间隙避雷器的工频续流情况进行试验分析。

目前带间隙避雷器的工频续流测试中，加压方式为冲击电压叠加工频电压，通常需要较高冲击电压作用才能使间隙击穿，形成电弧。当工频侧为变压器，保护回路要求高，当工频侧为电容、电感振荡回路，所需设备繁多，参数搭配困难，触发时间难以控制。目前测试过程中只是通过电弧是否熄灭判断避雷器间隙设置是否合理，判断依据单一，测试装置无法自由调节间隙距离，测试失败则需避雷器重新设计再来进行试验，试验周期长、工作效率低。

发明内容

本发明的目的针对带间隙避雷器的工频续流测试难度大、测试设备电压等级要求高、试验结论分析简单、试验周期长等缺点，提供了一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置及试验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，包括冲击电压发生器系统、电压测量系统、罗氏线圈、悬式绝缘子、避雷器无间隙段、上球形电极、下球形电极、引弧熔丝、工频试验电源系统，所述电压测量系统包括上电极电压测量系统和下电极电压测量系统。冲击电压发生器系统用于输出冲击电压，工频试验电源系统用于输出工频电压，罗氏线圈用于测量电弧电流，上电极电压测量系统和下电极电压测量系统分别用于测量上、下电极的电位。避雷器无间隙段连接于悬式绝缘子下方，上球形电极和下球形电极安装在悬式绝缘子上，在上球形电极上焊接有引弧熔丝，引弧熔丝位于上球形电极和下球形电极的间隙内。

作为对于上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下措施。

所述冲击电压发生器系统由控制系统、充电电源回路、球间隙和保护系统组成。

所述电压测量系统为电容式分压装置，包括上电极电压测量系统和下电极电压测量系统，测量的波形在同一时间上相减为电弧电压波形。

所述悬式绝缘子为复合外套绝缘子，绝缘子长度为1~5m，所述上、下球形电极通过抱箍金具固定在悬式绝缘子上，所述避雷器无间隙段通过铝制导线与所述悬式绝缘子下端金具和下球形电极相连。

所述抱箍金具包括右抱箍、左抱箍、螺栓、螺母和不锈钢片，所述不锈钢片焊接在右抱箍上，所述不锈钢片上有一个圆形通孔，所述圆形通孔在远离右抱箍端。

所述上、下球形电极为不锈钢球焊接在螺杆上，通过活动螺母固定在所述不锈钢片的圆形通孔位置，所述上、下球形电极之间的距离可自由调节。

所述引弧熔丝为10μm~1mm的金属铜丝，小电流下熔断形成电弧。所述引弧熔丝缩短了间隙距离，在工频电压不击穿的情况下，冲击电压大幅下降，工频侧所需保护装置明显减少，空气间隙起弧能力上升，试验成功率上升。

所述工频试验电源系统由控制系统、输入电源、变压器和保护系统组成，所述工频试验电源系统的控制系统和所述冲击电压发生器系统的控制系统为同一套系统。

采用上述装置对避雷器的工频续流特性进行测试，具体测试方法如下：

步骤1：完成接线；

步骤2：按照避雷器外间隙设计，对上、下球形电极间隙距离进行调节。安装引弧熔丝，控制引弧熔丝与下球形电极之间空气间隙的工频击穿电压在工频输出电压以上；

步骤3：打开所有测试系统，打开工频试验电源系统，控制工频试验电源系统输出避雷器额定工况运行电压；

步骤4：根据引弧熔丝与下球形电极之间的距离确定冲击电压大小，依据试验获得的经验公式：冲击电压大小U =30.09l ^0.6043kV，式中l 为引弧熔丝与下球形电极之间的距离，cm。在工频电压达到峰值时，通过控制系统使得冲击电压发生器系统输出正极性雷电冲击电压；

步骤5：进行若干次（优选为5次）测试试验，分别记录每次试验通过罗氏线圈测量的电弧电流i和上电极电压测量系统测量电压U ₁ 、下电极电压测量系统测量电压U ₂ ；

步骤6：改变间隙距离进行试验，重复步骤2~5的测量；

步骤7：评价试验结果。判断依据：相同间隙下，5次测试中出现电弧在工频电流第一次过零时不熄弧则认为间隙距离设置不满足要求；

步骤8：对于满足试验要求的间隙距离设置，通过不同间隙下电弧电流、电压试验结果的对比分析来确定最理想的间隙距离设计。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明为一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置及试验方法，上、下球形电极之间的空气间隙加入了引弧熔丝，有效的降低了空气间隙起弧的冲击电压水平，工频侧保护设备参数水平下降，保护设备设计更为简单，工频侧电源设备受到冲击电压作用的影响显著下降。并且空气间隙起弧能力上升，试验成功率上升；

2）上、下球形电极通过抱箍金具固定在悬式绝缘子上，安装方便，操作简单，实现了间隙距离的自由调节，可进行不同间隙的对比试验；

3）试验过程中除了通过罗氏线圈测量了工频续流条件下的电弧电流，同时测量上、下球形电极电压，以获得电弧电压，电弧电压和电流的同时获得有利于进一步分析间隙距离对于工频续流的影响，试验方法更为合理；

4）试验过程中进行了5种不同间隙下的试验测试，增强了试验严谨度，有效的保证了试验的准确度，提高了试验的说服力。

附图说明

图1为本发明试验装置电路结构示意图。

图2为抱箍金具结构示意图。

图3为抱箍金具固定在悬式绝缘子上的结构示意图。

图4为间隙距离可调的工频续流试验方法流程图。

图例说明：1、冲击电压发生器系统；2、电压测量系统；21、上电极电压测量系统；22、下电极电压测量系统；3、罗氏线圈；4、悬式绝缘子；5、避雷器无间隙段；6、上球形电极；7、下球形电极；8、引弧熔丝；9、工频试验电源系统；10、右抱箍；11、左抱箍；12、螺杆；13、螺帽；14、不锈钢片；141、圆形通孔；15、活动螺帽。

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详细说明。

如图1所示，本发明为一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，包括冲击电压发生器系统1、电压测量系统2、罗氏线圈3、悬式绝缘子4、避雷器无间隙段5、上球形电极6、下球形电极7、引弧熔丝8、工频试验电源系统9。

所述电压测量系统2包括上电极电压测量系统21和下电极电压测量系统22，所述电压测量系统2采用电容式分压装置，对冲击和工频电压反应灵敏。

所述引弧熔丝8焊接在上球形电极上，所述引弧熔丝8为直径10μm~1mm的金属铜丝，小电流下熔断形成电弧。所述引弧熔丝8缩短了间隙距离，在工频电源系统输出的工频电压不击穿的情况下，空气间隙起弧的冲击电压大幅下降，工频侧保护装置参数下降，保护设备设计更为简单，工频侧电源设备受到冲击电压作用的影响显著下降。并且空气间隙起弧能力上升，试验成功率上升。

如图2、3所示，所述上球形电极6和下球形电极7通过抱箍金具安装在悬式绝缘子4上。

所述抱箍金具包括右抱箍10、左抱箍11、螺杆12、螺帽13、不锈钢片14，所属右抱箍10和左抱箍11采用不锈钢材质，所述不锈钢片14通过焊接工艺接在右抱箍10上。所述不锈钢片14远离右抱箍10端有一个用于固定电极的圆形通孔141。

所述上球形电极6和下球形电极7通过活动螺母15固定在不锈钢片14的圆形通孔141上，可实现间隙距离自由调节。

采用本发明一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，具体试验步骤如图4所示：

步骤1：完成接线；

步骤2：对上、下球形电极之间间隙进行调节，安装引弧熔丝；

步骤3：打开所有测试系统，打开工频试验电源系统，输出工频电压；

步骤4：控制冲击电压发生器系统输出冲击电压；

步骤5：进行5次测试试验，分别记录每次试验通过罗氏线圈测量的电弧电流i 和上电极电压测量系统测量电压U ₁ 、下电极电压测量系统测量电压U ₂ ；

步骤6：改变间隙距离，重复步骤2~步骤5；

步骤7：评价试验结果；

步骤8：确定最理想的间隙距离设计；

所述步骤2中，按照避雷器外间隙设计，对上、下球形电极间隙进行调节。安装引弧熔丝时，控制引弧熔丝与下球形电极之间空气间隙的工频击穿电压在工频输出电压以上；

所述步骤3中，控制工频试验电源系统输出避雷器额定工况运行电压；

所述步骤4中，在工频电压达到峰值时，通过控制系统使得冲击电压发生器系统输出正极性冲击电压。依据试验获得的经验公式：冲击电压大小U =30.09l ^0.6043kV，式中l 为引弧熔丝与下球形电极之间的距离，cm；

所述步骤6中，分别在与设计间隙距离相差-5mm、-10mm、+5mm、+10mm的间隙距离下进行测试；

所述步骤7中，判断依据：相同间隙下，5次测试中出现工频电弧在电流第一次过零时不熄弧则认为间隙距离设置不满足要求。

所述步骤8中，对于满足试验要求的间隙距离设置，通过不同间隙下电弧电流、电压试验结果的对比分析来确定最理想的间隙距离设计。

空气间隙距离下的雷电冲击电压确定其间隙距离上限。当避雷器失效后，间隙距离要承受1.2倍工频最高运行电压，由此确定其间隙距离下限，分别表示如下：

U _MLG50 ≥U _1mA ＋U _d50 ，U _d ≥1.2U _n ，

其中U _d50 为间隙雷击50%放电电压，U _MLG50 为避雷器雷击50%放电电压设计值，U _1mA 为避雷器1mA参考电压，U _n 为电网运行最高工频电压，U _d 为避雷器失效后间隙承受工频电压值。

在满足上述情况下，通过熄弧时间判断间隙距离，并根据电弧电压和电流参数采用Mayr模型（可参考文献《新型喷射气流防雷灭弧间隙的机理研究》）进行电弧运动仿真，理论分析电弧重燃和电弧熄弧时间情况，最后综合考虑试验和理论分析的熄弧时间，取最短熄弧时间的空气间隙为最理想间隙距离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，其特征在于包括用于输出冲击电压的冲击电压发生器系统、用于输出工频电压的工频试验电源系统、用于测量电弧电流的罗氏线圈、电压测量系统和悬式绝缘子，避雷器无间隙段连接于悬式绝缘子下方，上球形电极和下球形电极安装在悬式绝缘子上，在上球形电极上焊接有引弧熔丝，引弧熔丝位于上球形电极和下球形电极的间隙内，所述电压测量系统包括上电极电压测量系统和下电极电压测量系统，分别用于测量上、下电极的电位。

2.根据权利要求1所述的低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，其特征在于：所述悬式绝缘子为复合外套绝缘子，所述上、下球形电极通过抱箍金具固定在悬式绝缘子上，所述避雷器无间隙段通过导线与所述悬式绝缘子下端金具和所述下球形电极相连。

3.根据权利要求2所述的低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，其特征在于：所述抱箍金具包括右抱箍、左抱箍和不锈钢片，所述不锈钢片焊接在右抱箍上，所述不锈钢片上在远离右抱箍端有一个圆形通孔。

4.根据权利要求3所述的低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，其特征在于：所述上、下球形电极为不锈钢球焊接在螺杆上，通过活动螺母固定在所述不锈钢片的圆形通孔位置。

5.根据权利要求1~4之一所述的低压起弧及间隙距离可调的工频续流试验装置，其特征在于：所述引弧熔丝为直径10μm~1mm的金属铜丝。

6.一种采用权利要求1~5之一所述装置对避雷器的工频续流特性进行测试的方法，其特征在于：

调节上、下球形电极间隙，控制引弧熔丝与下球形电极之间的空气间隙的工频击穿电压在工频输出电压以上，控制工频试验电源系统输出避雷器额定工况运行电压；

每个间隙距离进行若干次测试试验，分别记录每次试验通过罗氏线圈测量的电弧电流i和上电极电压测量系统测量电压U ₁ 、下电极电压测量系统测量电压U ₂ ；

改变上、下球形电极间隙距离，重复上述步骤，最后确定最佳间隙距离设计。

7.根据权利要求6所述的对避雷器的工频续流特性进行测试的方法，其特征在于：根据引弧熔丝与下球形电极之间的距离确定冲击电压大小：冲击电压大小U =30.09l ^0.6043kV，式中l为引弧熔丝与下球形电极之间的距离。

8.根据权利要求6或7所述的对避雷器的工频续流特性进行测试的方法，其特征在于：每个间隙距离进行5次测试试验，5次测试中出现电弧在工频电流第一次过零时不熄弧则认为间隙距离设置不满足要求。

9.根据权利要求6或7所述的对避雷器的工频续流特性进行测试的方法，其特征在于：间隙距离上限和下限根据下式确定，U _MLG50 ≥U _1mA ＋U _d50 ，U _d ≥1.2U _n ，其中U _d50 为间隙雷击50%放电电压，U _MLG50 为避雷器雷击50%放电电压设计值，U _1mA 为避雷器1mA参考电压，U _n 为电网运行最高工频电压，U _d 为避雷器失效后间隙承受工频电压值。

10.根据权利要求9所述的对避雷器的工频续流特性进行测试的方法，其特征在于：取最短熄弧时间的空气间隙为最理想间隙距离。