CN110233014A - 一种小型化gis罐式金属氧化物避雷器及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及避雷器技术领域，特指一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，包括盆式绝缘子、导电杆、罐体、均压屏蔽罩与氧化锌电阻片芯体，盆式绝缘子通过固定组件固定连接于罐体的顶部上，罐体内填充有六氟化硫气体，导电杆、均压屏蔽罩与氧化锌电阻片芯体均设于罐体内，导电杆的一端连接于盆式绝缘子底部，导电杆的另一端通过均压屏蔽罩连接于氧化锌电阻片芯体。本发明采用这样的结构设置，该避雷器采用高梯度氧化锌电阻片，保证电气性能的同时又降低了氧化锌电阻片的使用数量，氧化锌电阻片芯体由三柱氧化锌电阻片组串联螺旋结构排列组成，缩短了避雷器的整体高度，使得结构更加紧凑，有效减少设备占地面积，同时还公开避雷器的实现方法。

Description

一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器及其实现方法
技术领域
本发明涉及避雷器技术领域，特指一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器。
背景技术
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，电站及变电所的供电可靠性的重要程度日益突出。与此同时，城市化进程的推进又造成了城区附近输配电设备的征地投资增加。GIS具有占地面积小、元件全部密封不受环境干扰、运行可靠性高、检修周期长、维护工作量小、无电磁干扰等优点，近年来已在110kV及以上电压等级变电站得到广泛的应用。
随着GIS的不断完善和电力系统发展的需要，GIS正朝着高电压、大容量和小型化方向发展。而高性能GIS罐式金属氧化物避雷器的应用，将使得GIS的占地面积及体积大幅度缩小，是实现GIS小型化的关键技术。氧化锌电阻片是GIS罐式金属氧化物避雷器的核心元件，目前常用于GIS罐式金属氧化物避雷器的氧化锌电阻片电压梯度约为300V/mm，若用于500kV及以上高电压等级GIS罐式金属氧化物避雷器，会增大其径向和轴向几何尺寸，使得GIS罐式金属氧化物避雷器高度、体积和重量大幅增加。同时，高梯度氧化锌电阻片(电压梯度约为400V/mm)的使用能够减小氧化锌电阻片的电位分布不均匀度，进一步改善GIS罐式金属氧化物避雷器的保护水平及能量吸收能力，提高GIS罐式金属氧化物避雷器运行的可靠性，有望在安全的绝缘配合条件下降低绝缘需求水平，进而降低电力设备造价。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，该避雷器采用高梯度氧化锌电阻片，保证电气性能的同时又降低了氧化锌电阻片的使用数量，缩短了避雷器的整体高度，使得结构更加紧凑，有效减少设备占地面积。
为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：
一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，包括盆式绝缘子、导电杆、罐体、均压屏蔽罩与氧化锌电阻片芯体，盆式绝缘子通过固定组件固定连接于罐体的顶部上，罐体内填充有六氟化硫气体，导电杆、均压屏蔽罩与氧化锌电阻片芯体均设于罐体内，导电杆的一端连接于盆式绝缘子底部，导电杆的另一端通过均压屏蔽罩连接于氧化锌电阻片芯体。
进一步而言，所述氧化锌电阻片芯体采用圆柱体结构设置，氧化锌电阻片芯体内均匀设有三柱氧化锌电阻片组，且相邻两柱氧化锌电阻片组之间通过导电带串联。
进一步而言，所述氧化锌电阻片芯体内的三柱氧化锌电阻片组通过螺旋结构均匀固定于氧化锌电阻片芯体内。
进一步而言，所述氧化锌电阻片组的顶部设有弹簧机构，氧化锌电阻片组内部设有通过绝缘筒包裹的多片高梯度饼状氧化锌电阻片，且相邻两片高梯度饼状氧化锌电阻片之间设有绝缘垫板，氧化锌电阻片组的底部设有铝垫块。
进一步而言，所述高梯度饼状氧化锌电阻片的直径小于或等于120mm，高度小于或等于22mm，电压梯度大于或等于390V/mm，2ms方波耐受电流大于或等于2100A，4/10μs大电流冲击耐受电流大于或等于100kA。
进一步而言，所述均压屏蔽罩为圆筒状结构设置，罩入深度为450-470mm，直径为680-700mm。
进一步而言，所述罐体的材质为高强铝合金，罐体的外壁上设有在线监测器与气阀，在线监测器通过电缆线联接于氧化锌电阻片芯体。
进一步而言，所述固定组件包括螺栓，盆式绝缘子的边沿位置设有多个与螺栓配合设置的螺孔一，罐体顶部开口设有翻边，翻边上设有多个与螺孔一对应设置的螺孔二。
一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器实现方法，其实现方法如下：首先，在干净无尘、相对封闭隔离且相对湿度≤45％、环境温度为20℃±5℃的环境内完成避雷器整体组装；其次，对避雷器施加一定交流电压，将罐体内部微粒驱赶到电场强度较弱处，特别是罐体和盆式绝缘子的边缘，以消除微粒对内部击穿电压的影响；再次，严控罐体焊接质量、密封槽及密封面的加工水平，合理选择并优化密封圈的选型及安装调整；最后，罐体内部抽真空，真空度达到20Pa及以下时，充SF6气体，以保证避雷器优良的电气性能。采用以上所述关键工艺控制，确保避雷器罐体的清洁度、密封性和真空度，实现避雷器的高性能。
本发明有益效果：
1)高梯度饼状氧化锌电阻片之间设有绝缘垫板进行隔开，三柱氧化锌电阻片组在空间上采用螺旋结构均匀定位，彼此之间通过导电带实现串联连接，以降低氧化锌电阻片芯体的整体高度，进而减小GIS罐式金属氧化物避雷器设备布置空间；
2)氧化锌电阻片组顶部设有弹簧机构，实现柔性连接，可有效消除GIS罐式金属氧化物避雷器设备在运行过程中因发热而产生的内部应力，并且使得GIS罐式金属氧化物避雷器设备具有较高的抗震能力；
3)GIS罐式金属氧化物避雷器设备采用高梯度饼状氧化锌电阻片，以确保运行可靠性，较现有避雷器而言，数量上可减少近30％的氧化锌电阻片，进一步降低整机尺寸，实现小型化；
4)均压屏蔽罩能够有效补偿氧化锌电阻片受罐体外壳杂散电容的影响，来平衡每一片电阻片上承担的电压，使得整只避雷器电位分布达到较理想的水平，以保证避雷器长期稳定运行；
5)罐体材质采用高强铝合金，为轻金属，以降低整机重量，且综合成本较低。
附图说明
图1是本发明整体结构示图；
图2是氧化锌电阻片芯体结构示图；
图3是氧化锌电阻片组结构示图；
图4是固定组件结构示图。
1.盆式绝缘子；10.螺孔一；2.导电杆；3.罐体；30.翻边；300.螺孔二；4.均压屏蔽罩；5.氧化锌电阻片芯体；51.氧化锌电阻片组；511.弹簧机构；512.高梯度饼状氧化锌电阻片；513.绝缘垫板；514.绝缘筒；515.导电带；516.铝垫块；6.在线监测器；7.气阀；8.螺旋结构；9.螺栓。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，包括盆式绝缘子1、导电杆2、罐体3、均压屏蔽罩4与氧化锌电阻片芯体5，盆式绝缘子1通过固定组件固定连接于罐体3的顶部上，罐体3内填充有六氟化硫气体，导电杆2、均压屏蔽罩4与氧化锌电阻片芯体5均设于罐体3内，导电杆2的一端连接于盆式绝缘子1底部，导电杆2的另一端通过均压屏蔽罩4连接于氧化锌电阻片芯体5。以上所述构成本发明基本结构。
如图2所示，所述氧化锌电阻片芯体5采用圆柱体结构设置，氧化锌电阻片芯体5内均匀设有三柱氧化锌电阻片组51，且相邻两柱氧化锌电阻片组51之间通过导电带515串联。
更具体而言，所述氧化锌电阻片芯体5内的三柱氧化锌电阻片组51通过螺旋结构8均匀固定于氧化锌电阻片芯体5内。
本实施例中，三柱氧化锌电阻片组51在空间上采用螺旋结构8均匀定位，彼此之间通过导电带515实现串联连接，以降低氧化锌电阻片芯体5的高度，进而减小GIS罐式金属氧化物避雷器设备布置空间。
如图3所示，所述氧化锌电阻片组51的顶部设有弹簧机构511，氧化锌电阻片组51内部设有通过绝缘筒514包裹的多片高梯度饼状氧化锌电阻片512，且相邻两片高梯度饼状氧化锌电阻片512之间设有绝缘垫板513，氧化锌电阻片组51的底部设有铝垫块516。
本实施例中，氧化锌电阻片组51顶部设有弹簧机构511，实现柔性连接，可有效消除GIS罐式金属氧化物避雷器设备在运行过程中因发热而产生的内部应力，并且使得GIS罐式金属氧化物避雷器设备具有较高的抗震能力。
本实施例中，GIS罐式金属氧化物避雷器设备采用高梯度饼状氧化锌电阻片512，以确保运行可靠性，较现有避雷器而言，数量上可减少近30％的氧化锌电阻片，进一步降低整机尺寸，实现小型化。
更具体而言，所述高梯度饼状氧化锌电阻片512的直径小于或等于120mm，高度小于或等于22mm，电压梯度大于或等于390V/mm，2ms方波耐受电流大于或等于2100A，4/10μs大电流冲击耐受电流大于或等于100kA。
更具体而言，所述均压屏蔽罩4为圆筒状结构设置，罩入深度为450-470mm，直径为680-700mm。
本实施例中，均压屏蔽罩4能够有效补偿高梯度饼状氧化锌电阻片512受罐体3外壳杂散电容的影响，来平衡每一片电阻片上承担的电压，使得整只避雷器电位分布达到较理想的水平，以保证避雷器长期稳定运行。
更具体而言，所述罐体3的材质为高强铝合金，罐体3的外壁上设有在线监测器6与气阀7，在线监测器6通过电缆线联接于氧化锌电阻片芯体5。
本实施例中，罐体3材质采用高强铝合金，为轻金属，以降低整机重量，且综合成本较低。
本实施例中，在线监测器6主要用于监测氧化锌电阻片芯体5的实时泄漏电流及全电流。
本实施例中，气阀7主要用于向罐体3内填充具有一定额定压力的六氟化硫气体进行绝缘处理。
如图4所示，所述固定组件包括螺栓9，盆式绝缘子1的边沿位置设有多个与螺栓9配合的螺孔一10，罐体3顶部开口设有翻边30，翻边30上设有多个与螺孔一10对应设置的螺孔二300。
本实施例中，通过螺栓9作为盆式绝缘子1与罐体3之间的固定组件，安装与拆卸均非常方便。
一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器实现方法，其实现方法如下：首先，在干净无尘、相对封闭隔离且相对湿度≤45％、环境温度为20℃±5℃的环境内完成避雷器整体组装；其次，对避雷器施加一定交流电压，将罐体内部微粒驱赶到电场强度较弱处，特别是罐体和盆式绝缘子的边缘，以消除微粒对内部击穿电压的影响；再次，严控罐体焊接质量、密封槽及密封面的加工水平，合理选择并优化密封圈的选型及安装调整；最后，罐体内部抽真空，真空度达到20Pa及以下时，充SF6气体，以保证避雷器优良的电气性能。采用以上所述关键工艺控制，确保避雷器罐体的清洁度、密封性和真空度，实现避雷器的高性能。
如下表所示，本发明GIS罐式金属氧化物避雷器产品关键性能较现有避雷器而言，保护水平(低残压特性)提升约15％，氧化锌电阻片数量减少约30％，整体体积缩小约32％，依然能够保证对GIS设备的可靠保护且极大程度上实现了避雷器小型化。
以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：包括盆式绝缘子(1)、导电杆(2)、罐体(3)、均压屏蔽罩(4)与氧化锌电阻片芯体(5)，所述盆式绝缘子(1)通过固定组件固定连接于罐体(3)的顶部上，所述罐体(3)内填充有六氟化硫气体，所述导电杆(2)、均压屏蔽罩(4)与氧化锌电阻片芯体(5)均设于罐体(3)内，所述导电杆(2)的一端连接于盆式绝缘子(1)底部，所述导电杆(2)的另一端通过均压屏蔽罩(4)连接于氧化锌电阻片芯体(5)。
2.根据权利要求1所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述氧化锌电阻片芯体(5)采用圆柱体结构设置，所述氧化锌电阻片芯体(5)内均匀设有三柱氧化锌电阻片组(51)，且相邻两柱氧化锌电阻片组(51)之间通过导电带(515)串联。
3.根据权利要求2所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述氧化锌电阻片芯体(5)内的三柱氧化锌电阻片组(51)通过螺旋结构(8)均匀固定于氧化锌电阻片芯体(5)内。
4.根据权利要求3所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述氧化锌电阻片组(51)的顶部设有弹簧机构(511)，所述氧化锌电阻片组(51)内部设有通过绝缘筒(514)包裹的多片高梯度饼状氧化锌电阻片(512)，且相邻两片高梯度饼状氧化锌电阻片(512)之间设有绝缘垫板(513)，所述氧化锌电阻片组(51)的底部设有铝垫块(516)。
5.根据权利要求4所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述高梯度饼状氧化锌电阻片(512)的直径小于或等于120mm，高度小于或等于22mm，电压梯度大于或等于390V/mm，2ms方波耐受电流大于或等于2100A，4/10μs大电流冲击耐受电流大于或等于100kA。
6.根据权利要求1所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述均压屏蔽罩(4)为圆筒状结构设置，罩入深度为450-470mm，直径为680-700mm。
7.根据权利要求1所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述罐体(3)的材质为高强铝合金，所述罐体(3)的外壁上设有在线监测器(6)与气阀(7)，所述在线监测器(6)通过电缆线联接于氧化锌电阻片芯体(5)。
8.根据权利要求1所述的一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器，其特征在于：所述固定组件包括螺栓(9)，所述盆式绝缘子(1)的边沿位置设有多个与螺栓(9)配合的螺孔一(10)，所述罐体(3)顶部开口设有翻边(30)，所述翻边(30)上设有多个与螺孔一(10)对应设置的螺孔二(300)。
9.一种小型化GIS罐式金属氧化物避雷器实现方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的避雷器，实现方法为：首先，在干净无尘、相对封闭隔离且相对湿度≤45％、环境温度为20℃±5℃的环境内完成避雷器整体组装；其次，对避雷器施加一定交流电压，将罐体内部微粒驱赶到电场强度较弱处，特别是罐体和盆式绝缘子的边缘，以消除微粒对内部击穿电压的影响；再次，严控罐体焊接质量、密封槽及密封面的加工水平，合理选择并优化密封圈的选型及安装调整；最后，罐体内部抽真空，真空度达到20Pa及以下时，充SF6气体，以保证避雷器优良的电气性能。采用以上所述关键工艺控制，确保避雷器罐体的清洁度、密封性和真空度，实现避雷器的高性能。
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