CN108053961B - 一种避雷器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避雷器，涉及过电压保护技术领域，为解决现有的避雷器在暂态动作时，各柱之间电流分布不均匀的问题而发明。该避雷器，包括多个电阻片柱，多个所述电阻片柱相并联，所有的所述电阻片柱中的电阻片在小电流区的电流分布不均匀系数β1小于等于1.05，在稳定区的电流分布不均匀系数β2小于等于1.03。本发明可用于串补电容器等设备的过电压保护。
Description
技术领域
本发明涉及过电压保护技术领域，尤其涉及一种避雷器。
背景技术
避雷器是一种用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值的电器，其广泛应用于交直流系统中。为了满交直流系统中对避雷器高吸收能量的要求以及降低被保护设备的绝缘水平，多柱并联结构的避雷器应运而生，截至目前，多柱并联的避雷器，例如串补限压器、直流中性母线避雷器、高性能低残压避雷器等，在国内外电力系统中已经得到了广泛的应用。
采用多柱并联结构的避雷器，负荷应力在各柱之间的分配已成为该种避雷器稳定运行的关键问题之一。要保证避雷器的正常运行，避雷器各柱之间必须在均匀分担负荷应力，否则会出现某柱的负荷应力过大而发生事故，例如，自2008年以来，我国500kV串补站发生了多次串补避雷器中某柱爆炸或压力释放动作事故，具体发生事故的串补站覆盖多个省份，这些事故已经严重影响了电力系统运行可靠性和运行人员的安全。可见，负荷应力均匀分布在多柱并联结构的避雷器中的重要性。
经研究发现，负荷应力在避雷器各柱之间的分配主要与各柱之间的电流分布、温差以及吸收能量差异相关，各柱之间的电流分布、温差以及吸收能量这三个因素既独立，又相互影响，其中，在以上三个因素中，电流的分布对负荷应力分布影响的权重最大。因此，通过控制多柱之间电流均匀分布，可以控制负荷应力在多柱之间的分布。
现有的多柱并联结构的避雷器中，多柱之间的电流分布均满足避雷器在静态时的电流分布要求，然而，避雷器在暂态动作时，避雷器各柱之间电流大小的差异被放大，各柱之间的电流仍然分布不均匀，从而导致避雷器各柱之间的负荷应力分布不均匀，容易导致避雷器中某柱负荷应力过大而发生事故。
发明内容
本发明的实施例提供一种避雷器，能够解决现有的避雷器在暂态动作时，各柱之间电流分布不均匀的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种避雷器，包括多个电阻片柱，多个所述电阻片柱相并联，所有的所述电阻片柱中的电阻片在小电流区的电流分布不均匀系数β1小于等于1.05，在稳定区的电流分布不均匀系数β2小于等于1.03。
本发明实施例提供的避雷器是通过控制所有电阻片柱中电阻片在小电流区以及稳定区的电流分布不均匀系数，从而控制避雷器多个电阻片柱的电流分布不均匀系数，进而来控制避雷器在暂态动作时电流在各个电阻片柱之间的分布。由于避雷器在暂态动作时，各个电阻片柱之间电流分布的差异会被放大，因此，需要精确控制电阻片柱中电阻片在小电流区以及稳定区的电流分布不均匀系数，从而减小避雷器在暂态动作时对各个电阻片柱之间电流分布差异的放大。经实验和仿真表明，将β1的值控制在1.05之内，β2的值控制在1.03之内，可以使避雷器在暂态动作时，使各个电阻片柱之间的电流分布满足要求，最大限度减小避雷器在暂态动作时对各个电阻片柱电流分布差异的放大，从而可以控制负荷应力在各个电阻片柱之间分布平衡，进而避免避雷器中某电阻片柱的负荷应力过大而发生损坏或者产生事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的避雷器的电阻片柱的分布透视图(电阻片柱为4个)；
图2为本发明实施例提供的避雷器的电阻片柱的分布俯视图(电阻片柱为4个)；
图3为本发明实施例提供的避雷器的单个电阻片柱的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的避雷器的电阻片柱的伏安特性曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种避雷器，包括多个(三个及以上)电阻片柱，多个电阻片柱相并联，所有的电阻片柱中的电阻片在小电流区的电流分布不均匀系数β1小于等于1.05，在稳定区的电流分布不均匀系数β2小于等于1.03，也就是，进行配组的所有电阻片在小电流区的电流分布不均匀系数β1小于等于1.05，在稳定区的电流分布不均匀系数β2小于等于1.03。
其中，小电流区、稳定区(即工作区)均以电阻片的伏安特性曲线划分的，例如图4所示的曲线，拐点a之前的区域为小电流区，拐点a与突变点b之间的区域为稳定区；多个电阻片柱可以进行内并联，也就是该避雷器包括一个避雷器元件，该避雷器元件的绝缘套内并联有多个电阻片柱；多个电阻片柱可以进行也可以进行外并联，也就是该避雷器包括多个并联的避雷器元件，每个避雷器元件的绝缘套内只设有一个电阻片柱(例如图1所示为4个电阻片柱进行外并联的情形)；同时，多个电阻片柱也可以进行内外混合并联，也就是该避雷器包括多个并联的避雷器元件，每个避雷器元件绝缘套的内部设有至少一个电阻片柱，至少一个电阻片柱相并联，以上电阻片柱的并联方式可根据具体实际情况选择并联方式，在此不做具体限定；β1、β2可以通过分流试验测得，分流试验可以按照GB1032的规定进行。
本发明实施例提供的避雷器是通过控制所有电阻片柱中电阻片在小电流区以及稳定区的电流分布不均匀系数，从而控制避雷器多个电阻片柱的电流分布不均匀系数，进而来控制避雷器在暂态动作时电流在各个电阻片柱之间的分布。由于避雷器在暂态动作时，各个电阻片柱之间电流分布的差异会被放大，因此，需要精确控制电阻片柱中电阻片在小电流区以及稳定区的电流分布不均匀系数，从而减小避雷器在暂态动作时对各个电阻片柱之间电流分布差异的放大。经实验和仿真表明，将β1的值控制在1.05之内，β2的值控制在1.03之内，可以使避雷器在暂态动作时，使各个电阻片柱之间的电流分布满足要求，最大限度减小避雷器在暂态动作时对各个电阻片柱电流分布差异的放大，从而可以控制负荷应力在各个电阻片柱之间分布平衡，进而避免避雷器中某电阻片柱的负荷应力过大而发生损坏或者产生事故。
本发明实施例提供的避雷器可以是金属氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester简称MOA)，比如氧化锌避雷器，也可以是别的类型的避雷器，在此不做具体限定。
由于电阻片的电流分布不均匀系数跟电阻片的材料配方有关，因此，要想控制避雷器中所有电阻片柱中电阻片的电流分布不均匀系数，就需要控制所有电阻片材料配方的一致性，为了使所有电阻片柱中的电阻片的材料配方尽量保持一致，所有电阻片柱中的电阻片为同一批次的电阻片；其中，同一批次是指一次配料造粒、一次烧结的电阻片。由于同一批次的电阻片在材料配方上差异较小，这样可以使所有电阻片柱中的电阻片的电流分布不均匀系数控制在预设范围内，从而就可以减小各个电阻片柱中流过电流的差异，进而可以可使负荷应力在多个电阻片柱之间均匀分布。
为了进一步减小各个电阻片柱通过的电流的大小差异，在每个电阻片柱中，位于相同位置的电阻片的参数(比如参考电压、残压、漏电流等)相同；其中，位于相同位置的电阻片是指在放置在同一水平面上多个电阻片柱上处于同一平面的电阻片，也就是各个电阻片柱中处于同一层的电阻片。通过在每个电阻片柱中相同位置处采用参数相同的电阻片，这样可以减小电阻片参数不同对通过每个电阻片柱的电流差异的影响，从而使电流在各个电阻片柱之间的分布更加均匀，进而可使负荷应力在多个电阻片柱之间均匀分布。
为了使避雷器中每个电阻片柱的散热特性保持一致，如图2所示(图2所示为避雷器包括四个避雷器元件，每个避雷器元件中包括一个电阻片柱1的情形)，多个电阻片柱1分布在同一个圆周上，并且在该圆周上，相邻两个电阻片柱1之间相隔的角度均相同，也就是将各个电阻片柱1均匀分布，这样每个电阻片柱1的散热特性相一致，可以减小每个电阻片柱1的温度的差异，从而减小温差所导致的各个电阻片柱1中电阻片11的伏安特性的差异，进而使各个电阻片柱1所通过的电流分布均匀。
此外，多个电阻片柱1采用上述分布方式，也可以使各个电阻片柱1所处的电磁环境保持一致，从而可以减小各个电阻片柱1所处的电磁环境对各个电阻片柱1的电流分布所造成的影响。
参见图3，电阻片柱1还包括导电垫片12，电阻片柱1中的电阻片11的个数为多个，导电垫片12设置在多个电阻片11之间，这样导电垫片12可以起到散热、填补空间位置以及电气连接的作用；其中，导电垫片12的热导率大于或等于0.12W/(m·K)，也就是导电垫片12采用的是高导热材料，比如铜、铝合金等金属材料，这样可以保证导电垫片12及时将电阻片11产生的热量导出，增加了电阻片11的散热效果，从而避免电阻片11的温升过大影响其伏安特性从而加剧了各个电阻片柱1之间电流的分布的不均匀性。
除了导电垫片12之外，与各个电阻片柱1相连接的金具(比如连接件、均压件、防振件等)及附件也采用高导热材料(热导率大于或等于0.12W/(m·K))，这样可以进一步增加了各个电阻片柱1的散热效果。
参见图1和图3，电阻片柱1外还套设有绝缘套2，绝缘套2对设在其内部的电阻片柱1起到保护的作用。
为了进一步增加了各个电阻片柱1的散热效果，如图3所示，导电垫片12的个数为多个，多个导电垫片12沿电阻片柱1的轴向均匀分布在电阻片柱1中。其中，导电垫片12均匀分布在电阻片11中是指每两个导电垫片12之间相隔的电阻片11的个数相同。通过这样设置导电垫片12，可使每个电阻片柱1沿轴向的散热更加充分，从而减小了温升对电流分布的影响。
通过以上散热结构的设计，使避雷器在暂态动作的过程中，其散热功率大于发热功率，保证各个电阻片柱在最严酷吸收能量时(比如最大运行方式下近区短路、多重雷击以及不成功的重合闸操作等)，避雷器的各个电阻片柱之间的最大温差小于等于10℃，从而减小温升对电流分布的影响，最终确保负荷应力在各个电阻片柱之间均匀分布。
在避雷器暂态动作时，为了避免单个电阻片柱所吸收的能量超过其阈值，每个电阻片柱的比能量的裕度大于等于设计值的25％，也就是每个电阻片柱的最大吸收的能量应该是设计值的1.25倍以上。这样每个电阻片柱的比能量留有至少25％的裕度，这样即使在能量在每个电阻片柱之间分布不均导致某个电阻片柱吸收的能量较大时，也能够确保每个电阻片柱吸收的能量不超过其阈值，从而避免该电阻片柱的损坏或者发生事故。
其中，在避雷器暂态动作时，能量在每个电阻片柱之间分布主要有每个电阻片柱之间的电流分布所决定；每个电阻片柱的比能量留有至少25％的裕度可以通过采用更高比能量的电阻片来实现。
为了进一步避免单个电阻片柱所吸收的能量超过其阈值，电阻片柱个数的冗余大于等于设计值的15％，也就是电阻片柱的个数是设计值的1.15倍以上，这样电阻片柱的个数增多，在避雷器暂态动作时，每个电阻片柱所吸收的能量就会大大减小，即使在能量在每个电阻片柱之间分布不均时，能够确保每个电阻片柱吸收的能量不超过其阈值，从而可以进一步降低电阻片柱的损坏或者发生事故的概率。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种避雷器，包括多个电阻片柱，多个所述电阻片柱相并联，其特征在于，所有的所述电阻片柱中的电阻片在小电流区的电流分布不均匀系数β1小于等于1.05，在稳定区的电流分布不均匀系数β2小于等于1.03；
多个所述电阻片柱分布在同一个圆周上，并且在所述圆周上，相邻两个所述电阻片柱之间相隔的角度均相同；使各个电阻片柱所处的电磁环境保持一致；
所述电阻片柱还包括导电垫片，所述导电垫片的个数为多个，多个所述导电垫片沿所述电阻片柱的轴向均匀分布在所述电阻片柱中。
2.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，所有的所述电阻片柱中的电阻片均为同一批次的电阻片。
3.根据权利要求1所述的避雷器，其特征在于，在每个所述电阻片柱中，位于相同位置的电阻片的参数相同。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的避雷器，其特征在于，所述电阻片柱中的电阻片的个数为多个，所述导电垫片设置在多个所述电阻片之间，并且所述导电垫片的热导率大于或等于0.12W/(m·K)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的避雷器，其特征在于，每个所述电阻片柱的比能量的裕度大于等于设计值的25％。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的避雷器，其特征在于，所述电阻片柱个数的冗余大于等于设计值的15％。
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