CN110784195A - 一种重频高功率气体开关 - Google Patents

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卜钦浩
张昱钊
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Abstract

公开了重频高功率气体开关及使用方法，重频高功率气体开关中，第一半球电极包括，第一气流生成单元，其配置成生成气流，第一气流通道，其一端连接所述第一气流生成单元，另一端连接第一喷嘴以将来自第一气流生成单元的气流输送到第一喷嘴，所述第一气体通道设在所述第一半球电极内第一喷嘴，其设在所述第一半球电极端部，在所述第一气流通道到所述第一半球电极端部的第一方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大；第二半球电极与所述第一半球电极相向布置；触发电极板布置在所述第一半球电极和第二半球电极之间。

Description

一种重频高功率气体开关
技术领域
本发明涉及高电压测量技术领域，特别是一种重频高功率气体开关及使用方法。
背景技术
干式空心电抗器在电力系统具有广泛应用，起补偿无功功率、限制短路电流、滤除谐波污染等作用。随着运行年限的增加，电力系统中干式空心电抗器的故障率呈增加趋势，而匝间绝缘故障是最为常见的故障形式。目前，亟需完善电抗器匝间绝缘缺陷的检测，从而减少电抗器故障和提高电力系统的运行可靠性。
IEC60076-6、IEEE C57.16、BG1094.6和JB/T5346等均规定：35kV干式空心电抗器的匝间绝缘试验，要求对电抗器以50Hz重频施加不低于160kV的振荡脉冲电压，并持续不小于1min，且振荡脉冲电压的振荡频率小于100kHz。这对振荡波发生装置提出了较高的要求，而发生装置的主开关是该技术路线的核心难点。
目前，干式空心电抗器振荡波试验的发生装置主开关主要采用电力电子开关和气体开关两种技术路线。电力电子开关目前存在串/并联级数多、同步触发和均压复杂、开关能耗大、成本高等问题，在不低于160kV工作电压下，经济性和可靠性较差，不适用。气体开关因耐压高、通流大等优点而具有很高的应用前景和潜力，而重频工作状态下间隙放电通道的能量沉积和绝缘失效是影响其性能的重要因素，是限制气体开关成为振荡波试验电源主开关的瓶颈。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
为了解决重频工作状态下间隙放电通道能量沉积和绝缘失效的问题，提出了一种重频高功率气体开关，通过在气体间隙中外施一平行于放电通道的高速气流场，从而快速移除间隙放电等离子体产物残留，加速间隙绝缘恢复速度，从而保证了气体开关的重频工作性能，满足35kV干式空心电抗器振荡波试验的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种重频高功率气体开关包括，
第一半球电极，其包括，
第一气流生成单元，其配置成生成气流，
第一气流通道，其一端连接所述第一气流生成单元，另一端连接第一喷嘴以将来自第一气流生成单元的气流输送到第一喷嘴，所述第一气体通道设在所述第一半球电极内，
第一喷嘴，其设在所述第一半球电极端部，在所述第一气流通道到所述第一半球电极端部的第一方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大；
第二半球电极，其与所述第一半球电极相向布置；
触发电极板，其布置在所述第一半球电极和第二半球电极之间。
所述的重频高功率气体开关指的是开关频率不小于50Hz，其产生不低于160kV的振荡脉冲电压的气体开关。
所述的重频高功率气体开关中，所述第一半球电极和第二半球电极相对于所述触发电极板对称布置。
所述的重频高功率气体开关中，所述第一方向垂直于所述触发电极板。
所述的重频高功率气体开关中，所述第二半球电极包括，
第二气流生成单元，其配置成生成气流，
第二气流通道，其一端连接所述第二气流生成单元，另一端连接第二喷嘴以将来自第二气流生成单元的气流输送到第二喷嘴，所述第二气体通道设在所述第二半球电极内，
第二喷嘴，其设在所述第二半球电极端部，在所述第二气流通道到所述第二半球电极端部的第二方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大。
所述的重频高功率气体开关中，第二方向和第一方向在垂直于所述触发电极板的同一直线上且方向相反。
所述的重频高功率气体开关中，重频高功率气体开关还包括，
第一盖板，第一半球电极经由第一电极固定件支承在第一盖板，
第二盖板，第二半球电极经由第二电极固定件支承在第二盖板，
第一盖板和第二盖板可调节地固定于拉杆。
所述的重频高功率气体开关中，所述第一盖板和/或第二盖板为有机玻璃盖板，所述拉杆为尼龙拉杆，所述第一气流生成单元和/或第二气流生成单元为尼龙气嘴，所述第一喷嘴和/或第二喷嘴为铜钨合金喷嘴，所述第一半球电极和/或第二半球电极由黄铜材料制成。
所述的重频高功率气体开关中，第一盖板和/或第二盖板经由尼龙螺母固定于拉杆，所述第一电极固定件和/或第二电极固定件经由电极锁紧螺母固定。
所述的重频高功率气体开关中，所述的重频高功率气体开关的开关频率不小于50Hz，其产生不低于160kV的振荡脉冲电压，并持续不小于1min，施加在所述气流的压力不小于0.4MPa。
根据本发明的另一方面，一种所述重频高功率气体开关的使用方法包括以下步骤，
提供气流使得气体开关间隙存在气流，开启重频高功率气体开关，产生不低于160kV的振荡脉冲电压，
闭合重频高功率气体开关，喷出气流以在气体开关间隙移除间隙放电等离子体产物残留。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本重频高功率气体开关采用半球-板-半球三电极结构，在半球电极内部内嵌“收缩-扩张”型气体喷嘴，通过外加压力的方式在气体开关间隙产生高速气流，用以快速移除间隙放电等离子体产物残留，加速间隙绝缘恢复速度，从而保证了气体开关的重频工作性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明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。说明书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。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的重频高功率气体开关的结构示意图；
图2是根据本发明另一个实施例的重频高功率气体开关的保护球隙的结构气流场空间分布示意图；
图3是根据本发明一个实施例的使用方法的步骤示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1所示，一种重频高功率气体开关包括，
第一半球电极1，其包括，
第一气流生成单元2，其配置成生成气流，
第一气流通道3，其一端连接所述第一气流生成单元2，另一端连接第一喷嘴4以将来自第一气流生成单元2的气流输送到第一喷嘴4，所述第一气体通道设在所述第一半球电极1内，
第一喷嘴4，其设在所述第一半球电极1端部，在所述第一气流通道3到所述第一半球电极1端部的第一方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大；
第二半球电极5，其与所述第一半球电极1相向布置；
触发电极板6，其布置在所述第一半球电极1和第二半球电极5之间。
本发明的喷嘴的结构采用“收缩-扩张”型喷嘴结构。该结构的可以在特定的压力驱动下，最大限度的产生高速气流。外施压力0.4MPa下，喷嘴处的气流场分布的仿真计算结果如图2所示。本发明可以在特定的压力驱动下，最大限度的产生高速气流。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，所述第一半球电极1和第二半球电极5相对于所述触发电极板6对称布置。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，所述第一方向垂直于所述触发电极板6。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，所述第二半球电极5包括，
第二气流生成单元7，其配置成生成气流，
第二气流通道8，其一端连接所述第二气流生成单元7，另一端连接第二喷嘴9以将来自第二气流生成单元7的气流输送到第二喷嘴9，所述第二气体通道设在所述第二半球电极5内，
第二喷嘴9，其设在所述第二半球电极5端部，在所述第二气流通道8到所述第二半球电极5端部的第二方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，第二方向和第一方向在垂直于所述触发电极板6的同一直线上且方向相反。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，重频高功率气体开关还包括，第一盖板11，第一半球电极1经由第一电极固定件10支承在第一盖板11，第二盖板12，第二半球电极5经由第二电极固定及14支承在第二盖板12，第一盖板11和第二盖板12可调节地固定于拉杆13。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，所述第一盖板11和/或第二盖板12为有机玻璃盖板，所述拉杆13为尼龙拉杆13，所述第一气流生成单元2和/或第二气流生成单元7为尼龙气嘴，所述第一喷嘴4和/或第二喷嘴9为铜钨合金喷嘴，所述第一半球电极1和/或第二半球电极5由黄铜材料制成。半球电极和触发电极的材料为黄铜；其中间部位采用嵌入钨铜合金的方式，用以减轻开关重复放电过程中的电极烧蚀。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，第一盖板11和/或第二盖板12经由尼龙螺母固定于拉杆13，所述第一电极固定件10和/或第二电极固定及14经由电极锁紧螺母固定。
所述的重频高功率气体开关的优选实施例中，所述的重频高功率气体开关的开关频率不小于50Hz，其产生不低于160kV的振荡脉冲电压，并持续不小于1min，施加在所述气流的压力不小于0.4MPa。
如图3所示，一种所述重频高功率气体开关的使用方法包括以下步骤，
提供气流使得气体开关间隙存在气流，开启重频高功率气体开关，产生不低于160kV的振荡脉冲电压，
闭合重频高功率气体开关，喷出气流以在气体开关间隙移除间隙放电等离子体产物残留。
工业实用性
本发明所述的重频高功率气体开关及使用方法可以在高电压测量领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种重频高功率气体开关，其包括，
第一半球电极，其包括，
第一气流生成单元，其配置成生成气流，
第一气流通道，其一端连接所述第一气流生成单元，另一端连接第一喷嘴以将来自第一气流生成单元的气流输送到第一喷嘴，所述第一气体通道设在所述第一半球电极内，
第一喷嘴，其设在所述第一半球电极端部，在所述第一气流通道到所述第一半球电极端部的第一方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大；
第二半球电极，其与所述第一半球电极相向布置；
触发电极板，其布置在所述第一半球电极和第二半球电极之间。
2.如权利要求1所述的重频高功率气体开关，其中，优选的，所述第一半球电极和第二半球电极相对于所述触发电极板对称布置。
3.如权利要求1所述的重频高功率气体开关，其中，所述第一方向垂直于所述触发电极板。
4.如权利要求1所述的重频高功率气体开关，其中，所述第二半球电极包括，
第二气流生成单元，其配置成生成气流，
第二气流通道，其一端连接所述第二气流生成单元，另一端连接第二喷嘴以将来自第二气流生成单元的气流输送到第二喷嘴，所述第二气体通道设在所述第二半球电极内，
第二喷嘴，其设在所述第二半球电极端部，在所述第二气流通道到所述第二半球电极端部的第二方向上，所述喷嘴的内径先缩小后增大。
5.如权利要求4所述的重频高功率气体开关，其中，第二方向和第一方向在垂直于所述触发电极板的同一直线上且方向相反。
6.如权利要求1所述的重频高功率气体开关，其中，重频高功率气体开关还包括，
第一盖板，第一半球电极经由第一电极固定件支承在第一盖板，
第二盖板，第二半球电极经由第二电极固定件支承在第二盖板，
第一盖板和第二盖板可调节地固定于拉杆。
7.如权利要求6所述的重频高功率气体开关，其中，所述第一盖板和/或第二盖板为有机玻璃盖板，所述拉杆为尼龙拉杆，所述第一气流生成单元和/或第二气流生成单元为尼龙气嘴，所述第一喷嘴和/或第二喷嘴为铜钨合金喷嘴，所述第一半球电极和/或第二半球电极由黄铜材料制成。
8.如权利要求6所述的重频高功率气体开关，其中，第一盖板和/或第二盖板经由尼龙螺母固定于拉杆，所述第一电极固定件和/或第二电极固定件经由电极锁紧螺母固定。
9.如权利要求1所述的重频高功率气体开关，其中，所述的重频高功率气体开关的开关频率不小于50Hz，其产生不低于160kV的振荡脉冲电压，并持续不小于1min，施加在所述气流的压力不小于0.4MPa。
10.一种权利要求1-9中任一项所述重频高功率气体开关的使用方法，其包括以下步骤，
提供气流使得气体开关间隙存在气流，开启重频高功率气体开关，产生不低于160kV的振荡脉冲电压，
闭合重频高功率气体开关，喷出气流以在气体开关间隙移除间隙放电等离子体产物残留。
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