CN108923342B - 一种具有阻尼功能的gis出线套管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有阻尼功能的GIS出线套管，绝缘外套；阻尼导体，其设置在绝缘外套内部，用于吸收通过套管的快速瞬态过电压的能量、以保护与套管相连的高压设备；屏蔽电极，其设置在绝缘外套与阻尼导体之间，用于在绝缘外套与阻尼导体之间形成屏蔽层、以改善绝缘外套下端的电场分布；以及均压环，其设置在绝缘外套的上封板上，用于平衡套管上部的电场分布。本发明中提供的具有阻尼功能的GIS出线套管,通过在套管中设置阻尼导体，在设备正常运行时，套管的阻尼功能不会体现出来；当出现快速瞬态过电压时，其通过该阻尼导体后，VFTO的幅值及频率均可得到大幅降低，从而有效保护了与之相连的设备，提高了设备运行的安全可靠性。

Description

一种具有阻尼功能的GIS出线套管
技术领域
本发明涉及高电压绝缘设备领域技术领域，具体而言，涉及一种具有阻尼功能的GIS出线套管。
背景技术
在气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Substation，GIS）的变电站之中，GIS出线套管在将载流导体引入GIS设备母线时起绝缘和支撑的作用，是GIS与外部设备连接的关键部件。当GIS中隔离开关进行操作时，由于触头间的多次预击穿或重击穿，通常会产生波头极陡、频率高达几十MHz甚至上百MHz的快速瞬态过电压（VFTO）。现有的套管作为一种绝缘件，不具备这种过电压的抑制的能力，此时，VFTO不仅通过GIS出线套管向空中发射强烈的高频干扰信号，从而影响周边弱电系统的正常工作，同时对与之相连的线圈类一次设备的绝缘可靠性也会造成威胁，其中以电力变压器所受危害为最大。当VFTO通过套管入侵到电力变压器时，一方面，在VFTO的过电压作用下，将在变压器绕组上产生极不均匀的初始电位分布，威胁变压器匝间特别是变压器绕组首端的绝缘安全。另一方面，当VFTO过电压中的主要振荡频率与变压器的自然频率重合时，会在变压器内部激发出极高的谐振过电压。再一方面，变压器短时间内所承受的多次VFTO冲击，相当于对其绝缘施加了一种性质与截波相近的老化试验电压，会给绝缘带来一定程度的损伤。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种具有阻尼功能的GIS出线套管，旨在解决现有出线套管在电流传导的过程中不能够抑制快速瞬态过电压的问题。
本发明提出了一种具有阻尼功能的GIS出线套管，包括：
绝缘外套；
阻尼导体，其设置在所述绝缘外套内部，用于吸收通过套管的快速瞬态过电压的能量、以保护与所述套管相连的高压设备；
屏蔽电极，其设置在所述绝缘外套与所述阻尼导体之间，用于在所述绝缘外套与所述阻尼导体之间形成屏蔽层、以改善所述绝缘外套下端的电场分布；以及
均压环，其设置在所述绝缘外套的上封板上，用于平衡所述套管上部的电场分布。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述阻尼导体包括：螺线管构件和金属导体；其中，
所述螺线管构件穿设在所述绝缘外套内部，其上端与所述绝缘外套上封板上的接线端子与相连、下端与所述金属导体相连，用于连接所述接线端子和金属导体、并吸收所述快速瞬态过电压的能量；
所述金属导体为一空心铜管，其上端可拆卸地与所述螺线管构件的下端相接、下端伸出所述绝缘外套，用于支撑所述螺线管构件、并连接GIS母线。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述螺线管构件包括：螺线管、支撑件以及阻尼电阻；其中，
所述螺线管同心地穿设在所述绝缘外套内部，用以作为设置所述支撑件和所述阻尼电阻载体、并抑制所述快速瞬态过电压；
所述支撑件同心地设置在所述螺线管的内部，用于设置所述阻尼电阻；
所述阻尼电阻以多级串联的方式设置在所述支撑件上、并通过弹簧片与所述螺线管相接，用于吸收所述快速瞬态过电压的能量。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述螺线管由空心铜管以螺旋方式掏镂形成。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述螺线管的匝间螺距呈轴对称梯形分布形式。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述支撑件为由环氧材料制作而成，其上开设有若干用于安装所述阻尼电阻的安装槽。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述安装槽呈放射状设置在所述支撑件上。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述阻尼电阻包含若干个串联的阻尼电阻级，每个所述阻尼电阻级由多个无感阻尼电阻对称地并联所述支撑件的外周上形成。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述屏蔽电极包括：中间屏蔽筒和接地屏蔽筒；其中，
所述中间屏蔽筒套设在所述金属导体外侧，并通过绝缘连接件与所述绝缘外套的下封板相连；
所述接地屏蔽筒套设在所述中间屏蔽筒外侧，并固定在所述绝缘外套的下封板上。
进一步地，上述具有阻尼功能的GIS出线套管中，所述均压环采用双环设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的具有阻尼功能的GIS出线套管，通过在套管中设置阻尼导体，在设备正常运行时，套管的阻尼功能不会体现出来；当出现快速瞬态过电压（VFTO）时，其通过该阻尼导体后，VFTO的幅值及频率均可得到大幅降低，从而有效保护了与之相连的设备，提高了设备运行的安全可靠性。
尤其是，本发明的具有阻尼功能的GIS出线套管，通过设置由空心铜管制成的螺线管构件，并在其内部设置阻尼电阻，当快速瞬态过电压（VFTO）通过螺线管构件时其电压在螺线管端部得到了最大程度的抑制了，同时其能量被无感阻尼电阻吸收，进而极大地降低了其幅值及频率，保护了与之相连的设备，提高了设备运行的安全可靠性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的具有阻尼功能的GIS出线套管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的具有阻尼功能的GIS出线套管中螺线管构件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的具有阻尼功能的GIS出线套管中螺线管构件的电路原理图。
图中：1为绝缘外套，2为阻尼导体，3为屏蔽电极，4为均压环，5为上法兰，6为下法兰，7连接法兰， 8为绝缘连接件，11为上封板，12为下封板，21为螺线管构件，22为金属导体，31为中间屏蔽筒，32为接地屏蔽筒，111为接线端子，211为螺线管，212为支撑件，213为阻尼电阻，214为弹簧片，R1-Rn为每级阻尼电阻，L1-Ln为每级阻尼电阻对应螺线管的若干匝的电感值。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
参阅图1所示，本发明实施例提供的具有阻尼功能的GIS出线套管，其包括：绝缘外套1、阻尼导体2、屏蔽电极3以及均压环4。其中，绝缘外套1为GIS出线套管的防护支撑结构，用于保护GIS出线套管的内部构件。阻尼导体2穿设在绝缘外套1的内部，并连接在GIS母线与接线端子之间，作为GIS出线套管的中心导电体、并吸收导电过程中通过套管的快速瞬态过电压（VFTO）的能量，以降低通过该GIS出线套管的VFTO的幅值及频率，进而保护与之相连的设备或检测系统。屏蔽电极3，其设置在绝缘外套1与阻尼导体2之间，以在绝缘外套1与阻尼导体2之间形成屏蔽层。均压环4设置在绝缘外套1的顶端，用于改善GIS出线套管上部电场分布、并消除GIS出线套管接线端子处各种尖角的不良影响。
具体而言，绝缘外套1为一管状构件，其外表面设置有绝缘材料，例如绝缘漆、绝缘胶、绝缘塑料等，以防止其在使用过程中漏电或收到外界电场的影响下产生电流进而损坏设备引发事故。同时，绝缘外套1的上下两端可拆卸的设置有上封板11和下封板12，以便于绝缘外套1内部各部件的连接，并在使用的过程中形成密封空间。此外，绝缘外套1可以根据使用需求设置成多段结构，在使用的过程中连接在一起形成一体结构。
本实施例中，绝缘外套1采用复合空心绝缘子，其外表面设有硅橡胶伞群，其上下两端通过上法兰5和下法兰6分别设置有上封板11和下封板12，上封板11上设置有用于连接阻尼导体2，下封板12用于支撑屏蔽电极3。同时，为了安装方便，绝缘外套1设计成了上下两部分，使用时通过胶装在一起构成整个绝缘外套。此外，使用的过程中还可在绝缘外套1内部充如SF6等绝缘气体。
具体而言，阻尼导体2整体为以柱状中心导体，其设置在绝缘外套1的内部，主要包括：螺线管构件21和金属导体22两部分。其中，螺线管构件21穿设在绝缘外套1上部，其上端通过绝缘外套1的上封板11与固定在上封板11上的接线端子111相连接，下端连接在金属导体22上端，用于连接所述接线端子111与金属导体22、并吸收电流传输过程中通过套管的VFTO的能量，防止能量过大损坏设备。金属导体22设置在绝缘外套1下部，其上端与螺线管构件21的下端相接、下端伸出绝缘外套1外，用于支撑述螺线管构件21、并连接螺线管构件21与GIS母线以形成电流通路。
本实施例中，阻尼导体2包括：螺线管构件21和金属导体22。其中，螺线管构件21同心地穿设在绝缘外套1上部，其上端与固定在上封板11上的接线端子111相连接，下端通过连接法兰7与金属导体22上端相连，用于连接所述接线端子111与金属导体22、并吸收电流传输过程中通过套管的VFTO的能量，防止能量过大损坏设备。金属导体22同心地连接在螺线管构件21的下端、并且下端伸出绝缘外套1外特定长度，用于支撑述螺线管构件21、并连接螺线管构件21与GIS母线以形成电流通路。
具体而言，屏蔽电极3设置在绝缘外套1与阻尼导体2之间，通过下封板12固定连接在绝缘外套1下端的法兰5上，以在绝缘外套1与阻尼导体2之间形成屏蔽层。
本实施例中，屏蔽电极3采用双层屏蔽筒结构，其包括：中间屏蔽筒31和接地屏蔽筒32。其中，接地屏蔽筒32套设在中间屏蔽筒31外侧，下端固定在绝缘外套1的下封板12上，以增大其稳固性；中间屏蔽筒31套设在所述金属导体22外侧，下部穿过绝缘外套1下端的下法兰6，并通过绝缘连接件8与下封板12下端相连，以保证其稳定性。同时，为了增强绝缘连接件8的机械特性，绝缘连接件8选择环氧树脂材料进行制作。
具体而言，均压环4设置在绝缘外套1上端的上封板11上，在使用的过程中用于改善GIS出线套管上部电场分布、并消除GIS出线套管接线端子111处各种尖角的不良影响。
本实施例中，均压环4采用双环设计，通过上封板11固定安装在绝缘外套1的顶部，在使用的过程中用于改善GIS出线套管上部电场分布、并消除GIS出线套管接线端子111处各种尖角的不良影响。
参阅图2所示，为上述实施例中的螺线管构件，其包括：螺线管211、支撑件212以及阻尼电阻213。其中，
螺线管211是通过将部分空心铜管以螺旋方式掏镂形成的，以确保螺线管211在使用过程的机械强度，其功能相当于在通流回路中串联了一个电感。同时，螺线管211的匝间螺距呈轴对称梯形分布形式，以增大螺线管211端部的阻抗值，确保VFTO在螺线管211端部的数匝作用下即可得到较大幅度的抑制，即匝间螺距从螺线管211两端向中间逐渐增大，达到一定匝数后，匝间螺距保持不变，当VFTO进入螺线管构件21时，电压大部分降落在螺线管211首端阻抗值的几匝上，VFTO在螺线管211端部的数匝作用下得到较大幅度的抑制。此外，螺线管211的具体尺寸、加工方式及电气参数，可根据电压等级及不同抑制效果的仿真计算结果等确定。
支撑件212为管状或柱状构件，其穿设置螺线管211内，并通过连接法兰与螺线管211相连，以使支撑件212与螺线管211成同轴设置。同时，支撑件212的表面开设有若干数量的放射状安装槽，用于安装阻尼电阻213。此外，为了增强支撑件212的机械强度，支撑件212可选择环氧材料进行制作。
阻尼电阻213包含若干个无感阻尼电阻，通过多级串联分布结构安装在支撑件212上，每级的阻尼电阻23采用多个无感阻尼电阻呈圆周对称并联分布焊接在支撑件212上的放射状安装槽内，以降低电阻原件自身的残余电感。同时，每级无感阻尼电阻对应螺线管211的若干匝，并采用弹簧片214电气连接，以形成电感与电阻的并联电路。此外，无感阻尼电阻选择具有抗脉冲电压功能的实心金属氧化物电阻，以延长其使用寿命。
参阅图3所示，为上述实施例中的螺线管的电路原理，阻尼电阻213包含若干个串联的电阻级，每级无感电阻由一定数量的无感阻尼电阻并联而形成的、且以圆周对称方式焊接在支撑件212上的放射状安装槽内，以降低电阻原件自身的残余电感。同时，每级无感阻尼电阻对应螺线管211的若干匝，并采用弹簧片电气连接，以形成电感与电阻的并联电路。
显然可以得出的是，本发明提供的一种具有阻尼功能的GIS出线套管，与现有套管比，增加了过电压抑制功能。正常运行时，套管的阻尼功能不会体现出来；当出现VFTO过电压时，其通过该套管后，VFTO的幅值及频率均可得到大幅降低，从而有效保护了与之相连的设备，提高了设备运行的安全可靠性。同时，该设计仅需对现有套管的中心导体进行部分改造，就可实现良好的阻尼效果，具有结构简单、经济性好等优点，可推广应用到更高电压等级。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种具有阻尼功能的 GIS 出线套管 ，其特征在于，包括：
绝缘外套（1）；
阻尼导体（2），其设置在所述绝缘外套（1）内部，用于吸收通过套管的快速瞬态过电压的能量、以保护与所述套管相连的高压设备；
屏蔽电极（3），其设置在所述绝缘外套（1）与所述阻尼导体（2）之间，用于在所述绝缘外套（1）与所述阻尼导体（2）之间形成屏蔽层、以改善所述绝缘外套（1）下端的电场分布；以及
均压环（4），其设置在所述绝缘外套（1）的上封板（11）上，用于平衡所述套管上部的电场分布；
其中，所述阻尼导体（2）包括：螺线管构件（21）和金属导体（22）；其中，所述螺线管构件（21）穿设在所述绝缘外套（1）内部，其上端与所述绝缘外套（1）上封板（11）上的接线端子（111）相连、下端与所述金属导体（22）相连，用于连接所述接线端子（111）和金属导体（22）、并吸收所述快速瞬态过电压的能量；所述金属导体（22）为一空心铜管，其上端可拆卸地与所述螺线管构件（21）的下端相接、下端伸出所述绝缘外套（1），用于支撑所述螺线管构件（21）、并连接 GIS 母线；所述螺线管构件（21）包括：螺线管（211）、支撑件（212）以及阻尼电阻（213）；其中， 所述螺线管（211）同心地穿设在所述绝缘外套（1）内部，用以作为设置所述支撑件（212）和所述阻尼电阻（213）载体、并抑制所述快速瞬态过电压； 所述支撑件（212）同心地设置在所述螺线管（211）的内部，用于设置所述阻尼电阻（213）； 所述阻尼电阻（213）以多级串联的方式设置在所述支撑件（212）上、并通过弹簧片与所述螺线管（211）相接，用于吸收所述快速瞬态过电压的能量； 所述螺线管（211）由空心铜管以螺旋方式掏镂形成； 所述螺线管（211）的匝间螺距呈轴对称梯形分布形式；
所述屏蔽电极（3）包括：中间屏蔽筒（31）和接地屏蔽筒（32）；其中， 所述中间屏蔽筒（31）套设在所述金属导体（22）外侧，并通过绝缘连接件（8）与所述绝缘外套（1）的下封板（12）相连； 所述接地屏蔽筒（32）套设在所述中间屏蔽筒（31）外侧，并固定在所述绝缘外套（1）的下封板（12）上。
2.根据权利要求 1 所述的具有阻尼功能的 GIS 出线套管，其特征在于，所述支撑件（212）为由环氧材料制作而成，其上开设有若干用于安装所述阻尼电阻（213）的安装槽。
3.根据权利要求 2 所述的具有阻尼功能的 GIS 出线套管，其特征在于，所述安装槽呈放射状设置在所述支撑件（212）上。
4.根据权利要求 2 所述的具有阻尼功能的 GIS 出线套管，其特征在于，所述阻尼电阻（213）包含若干个串联的阻尼电阻级，每个所述阻尼电阻级由多个无感阻尼电阻对称地并联在所述支撑件（212）的外周上形成。
5.根据权利要求 1 所述的具有阻尼功能的 GIS 出线套管，其特征在于，所述均压环（4）采用双环设计。
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