CN110957638B - 一种实现动态绝缘配合的提前放电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现动态绝缘配合的提前放电装置及方法，属于提前放电技术领域，装置包括绝缘子串和横担，所述横担设置在塔杆上，所述绝缘子串设置在横担上，还包括雷云感应装置、高压脉冲发生器、绝缘管、灭弧装置、上电极和下电极，所述雷云感应装置与高压脉冲发生器连接感应雷云信号并触发高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器的输出端通过设置导线经绝缘管与上电极连接，所述上电极设置在灭弧装置的灭弧筒内。本发明通过高压脉冲发生器提前放电产生自由电子，使得间隙击穿不依赖于雷电流陡度和幅值的影响，伏秒特性更为平缓，从而使间隙动作后线路中入侵雷电波幅值和陡度得到削减，确保发电厂和变电站等雷击防护安全。

Description

一种实现动态绝缘配合的提前放电装置及方法

技术领域

本发明涉及提前放电技术领域，尤其涉及一种实现动态绝缘配合的提前放电装置及方法。

背景技术

雷击会给电力设施带来不同形式的损伤和破坏，雷云放电在电力系统中会引起雷击过电压，分为直接雷击过电压和感应雷击过电压。雷击过电压可能对绝缘子、输电线造成损伤；输电线路发生雷击时引起的冲击闪络，导致线路绝缘子闪络，继而产生很大的工频续流，损坏绝缘子串及金具，导致线路事故；雷电击打在输电线或避雷线上，可能会引起断股甚至断裂，使输电工作无法进行。

现有的架空输配电线路雷电防护体系是“阻塞型”防雷模式为主，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，其主要目的为限制雷击过电压，减少雷击跳闸。但是由于“阻塞型”防雷模式受到其有效性、安全性以及经济性的制约，仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白，使雷击跳闸率一直“居高不下”。

现有的“疏导型”防雷模式作为“阻塞型”防雷模式的补充，主要是在绝缘子(串)两端安装并联保护间隙，其结构简单、安装方便，但由于其没有灭弧功能模块，使系统中持续流入短路电流，只能依靠断路器切断短路电流，以“跳闸率换取事故率”，在一定程度上会使得雷击跳闸率有所提高，易造成线路巨大安全事故。同时因为短路电流的烧蚀作用，使得并联保护间隙绝缘配合失效，失去应用的功能。

基于“阻塞型”和“疏导型”防雷模式原理，在并联保护间隙的基础上研发了主动灭弧式并联间隙，通过固定金具并联安装于绝缘子(串)两端。当雷电过电压波袭来时，并联间隙的击穿电压低于绝缘子(串)，前者优先击穿，形成冲击闪络通道的同时，利用雷电冲击脉冲触发主动灭弧式装置动作产生高速高压灭弧气体，作用于建弧通道，达到截断电弧并抑制后续工频续流的效果。

但主动式灭弧并联间隙的电场大多属极不均匀电场，其伏秒特性很陡，难以与被保护绝缘的伏秒特性取得良好的配合。在现有的固定绝缘配合中，如果进一步减小固定的绝缘配合比，即缩短并联间隙的距离，并联间隙的静态击穿电压就会整定的过低，使主动式灭弧装置在内过电压，甚至在工作过电压下频繁动作。

针对存在的上述问题，本发明在主动灭弧式并联间隙的基础上，增加一个提前放电装置，实现动态绝缘配合，确保在雷击时，将闪络通道控制在并联间隙(即灭弧通道)，保护绝缘子(串)雷击绝缘不闪络，但又不至于在工频过电压和操作过电压下使间隙被击穿，造成误动作。这解决了伏秒特性凸起造成的绝缘配合存在无效区的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现动态绝缘配合的提前放电装置及方法，以解决背景技术中存在的技术问题。

一种实现动态绝缘配合的提前放电装置，包括绝缘子串和横担，所述横担设置在塔杆上，所述绝缘子串设置在横担上，还包括雷云感应装置、高压脉冲发生器、绝缘管、灭弧装置、上电极和下电极，所述雷云感应装置与高压脉冲发生器连接感应雷云信号并触发高压脉冲发生器，所述高压脉冲发生器的输出端通过设置导线经绝缘管与上电极连接，所述上电极设置在灭弧装置的灭弧筒内，所述下电极设置在绝缘子串的另一端。

进一步地，所述上电极包括提前放电电极、引弧电极和陶瓷管，所述提前放电电极放置在陶瓷管内，所述提前放电电极与导线连接，所述引弧电极设置在陶瓷管的外侧，引弧电极接地。

进一步地，所述雷云感应装置包括感应线圈和信号采集触发器，所述感应线圈和信号采集触发器均设置在塔杆上，感应线圈经信号采集触发器与高压脉冲发生器连接。

进一步地，所述灭弧装置包括转盘、增压气丸组件和灭弧筒，所述增压气丸组件设置在转盘上，转盘旋转时，增压气丸组件触发喷气向灭弧筒喷气对电弧进行熄灭。

一种实现动态绝缘配合的提前放电方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：当雷云逼近输电线路杆塔时，感应线圈感应输出电压，信号采集触发器采集到感应线圈电压的输出变化后发出触发信号给高压脉冲发生器产生脉冲信号；

步骤2：提前放电电极接收高压脉冲发生器的脉冲信号，提前放电电极尖端释放大量的自由电子；

步骤3：当提前放电电极尖端释放大量的自由电子后，会在下电极7端部感应出大量的正电荷；

步骤4：当雷击到杆塔或者导线时，上电极和下电极之间形成闪络，引弧电极整个体积与外表面相比于提前放电电极大，雷电冲击闪络电弧发生在引弧电极与下电极之间，雷电流通过引弧电极向大地疏导，避免绝缘子发生闪络；

步骤5：并且灭弧装置感应雷电击，气丸触发喷出高压气体对引弧电极与下电极之间的闪络电弧进行吹灭，对引弧电极与下电极进行保护。

进一步地，所述步骤1中，雷云逼近输电线路时，雷云产生下行先导，杆塔上的金属针产生上行先导，金属针与大地零电位相连，同时设置在金属针上的感应线圈两端会有电压变化，设置在感应线圈两端的信号采集触发器采集到感应线圈的电压幅值与电压变化速率，然后信号采集触发器内部的触发器触发发出触发信号给高压脉冲发生器。

进一步地，所述步骤3中。高压脉冲发生器被激活后产生提前放电脉冲，上电极和下电极空气间隙通道提前产生大量的自由电子，此时的绝缘配合比小于1，当档距中央发生雷击时，提前放电电弧在雷击点两侧杆塔绝缘子处形成短路。

进一步地，所述步骤4-步骤5中，引弧电极接地，直接释放雷电击产生的电流，同时灭弧装置产生高压气体吹断闪络，对地出现短路和开路交替的状态，无法形成相间闪络，由此消除相间雷击闪络可能性。

提前放电结构主要包括提前放电电极、导线、陶瓷管、绝缘管和高压脉冲发生器。提前放电结构可应用于主动式灭弧防雷装置中，提前放电电极设置在上电极内部，引弧电极设置在上电极外部，并且引弧电极材料包裹提前放电电极。为了将提前放电电极与引弧电极分隔开来，在两电极之间设置了高强度耐高温耐高压的绝缘材料，可以为陶瓷管或其他材料。引弧电极尾部连接接地，可与杆塔横担相连通。提前放电电极尾部通过导线连接到高压脉冲发生器，高压脉冲发生器另一端连接接地。上电极设置在主动式灭弧装置内。高压脉冲发生器可安装放置于杆塔横担上，并在连接主动式灭弧防雷装置与高压脉冲发生器两者的导线外面套有绝缘管，设置绝缘管能够提高提前放电结构的安全可靠性，避免遭受雷击。

进一步说明，引弧电极材料、提前放电电极材料均为导电导弧材料，并且引弧电极整个体积与外表面相比于提前放电电极要大得多，这样设置的目的为：高压脉冲发生器通过导线在提前放电电极尖端产生大量的自由电子，此时会在下电极感应出大量的正电荷；由于引弧电极整个体积与外表面相比于提前放电电极要大得多，所以雷电冲击闪络电弧发生在引弧电极与下电极之间，不会发生在提前放电电极与下电极之间，雷电流通过引弧电极向大地疏导，避免绝缘子发生闪络。

进一步说明，高压脉冲发生器内部有大量的线圈绕组，类似于一个升压变压器，能够在雷云靠近杆塔时，升高电压并在提前放电电极尖端处产生大量的自由电子，实现提前放电。

进一步说明，提前放电结构也能应用于下电极，下电极内部结构与上电极相同。在下电极侧设置高压脉冲发生器，并通过导线连接到下电极。上、下电极两侧均能够实现提前放电，动态绝缘配合效果更佳。

进一步说明，主动式灭弧防雷装置为目前的固相气流灭弧防雷装置或压缩气流灭弧防雷装置；主动式灭弧防雷装置并联安装在绝缘子串两端。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明可以改变固定绝缘配合比，确保在正常工作时不降低原有线路的绝缘强度和耐雷水平。有雷时，通过高压脉冲发生器提前放电增加间隙自由电子，降低间隙的绝缘强度，使间隙的放电电压低于绝缘子(串)的放电电压，间隙优先击穿放电，确保闪络时间提前和电弧路径处于灭弧通道，使灭弧更具有主动性和可控性，解决了在灭弧通道之外的地方闪络导致灭弧失效的难题。

(2)本发明通过高压脉冲发生器提前放电产生自由电子，使得间隙击穿不依赖于雷电流陡度和幅值的影响，伏秒特性更为平缓，从而使间隙动作后线路中入侵雷电波幅值和陡度得到削减，确保发电厂和变电站等雷击防护安全。

附图说明

图1为本发明提前放电装置结构示意图。

图2为本发明另一种提前放电装置结构示意图。

图3为本发明上电极结构示意图。

图4为本发明的感应线圈与信号采集触发器的安装结构示意图。

图5为本发明固相灭弧装置的气体增压组件灭弧效果和普通气体发生器灭弧效果对比图。

图6是本发明固相灭弧装置的气体增压组件第一种结构的三种形状剖面图。

图7是本发明固相灭弧装置的气体增压组件第二种结构的四种形状剖面图。

图8是本发明固相灭弧装置的气体增压组件第三种结构的两种形状剖面图。

图9是本发明固相灭弧装置气体增压组件第四种结构的四种形状剖面图。

图中：1-绝缘子串；2-横担；3-高压脉冲发生器；4-绝缘管；5-灭弧装置；6-上电极；7-下电极；8-导线；9-提前放电电极；10-引弧电极；11-陶瓷管；12-感应线圈；13-信号采集触发器；11A-触发信号输入端子；12A-包裹层；13A-气丸底座；14A-气丸；15A-喷气孔；16A-底壁；11B-触发信号输入端子；12B-限位框；13B-套筒；14B-气丸底座；15B-气丸；16B-喷气孔；17B-密封圈垫；18B-底座支撑件；11C-触发信号输入端子；12C-限位桶；13C-套筒；14C-气丸底座；15C-气丸；16C-喷气孔；17C-底壁；18C-密封圈垫；11D-触发信号输入端子；12D-上框体；13D-套筒；14D-气丸底座；15D-气丸；16D-下框体；17D-喷气孔；18D-密封圈垫；19D-框体连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

根据上述的原理说明和参阅图1对本发明实施例进一步说明：

如图1-2所示，一种实现动态绝缘配合的提前放电装置，包括绝缘子串1和横担2，所述横担2设置在塔杆上，所述绝缘子串1设置在横担2上，还包括雷云感应装置、高压脉冲发生器3、绝缘管4、灭弧装置5、上电极6和下电极7，所述雷云感应装置与高压脉冲发生器3连接感应雷云信号并触发高压脉冲发生器3，所述高压脉冲发生器3的输出端通过设置导线8经绝缘管4与上电极6连接，所述上电极6设置在灭弧装置5的灭弧筒内，所述下电极7设置在绝缘子串1的另一端。所述上电极6包括提前放电电极9、引弧电极10和陶瓷管11，所述提前放电电极9放置在陶瓷管11内，所述提前放电电极9与导线8连接，所述引弧电极10设置在陶瓷管11的外侧，引弧电极10接地。所述雷云感应装置包括感应线圈12和信号采集触发器13，所述感应线圈12和信号采集触发器13均设置在塔杆上，感应线圈12经信号采集触发器13与高压脉冲发生器3连接。

如图1、3所示，提前放电结构主要包括提前放电电极9、导线8、陶瓷管10、绝缘管4和高压脉冲发生器3。提前放电结构可应用于主动式灭弧防雷装置5中，提前放电电极9设置在上电极6内部，引弧电极11设置在上电极外部，并且引弧电极材料包裹提前放电电极。为了将提前放电电极2与引弧电极11分隔开来，在两电极之间设置了高强度耐高温耐高压的绝缘材料，可以为陶瓷管11或其他材料。引弧电极10尾部连接接地，可与杆塔横担相连通。提前放电电极9尾部通过导线8连接到高压脉冲发生器3，高压脉冲发生器另一端连接接地。上电极6设置在主动式灭弧装置5内。高压脉冲发生器3可安装放置于杆塔横担上，并在连接主动式灭弧防雷装置与高压脉冲发生器两者的导线外面套有绝缘管4。

如图2所示，提前放电结构也能应用于下电极7，下电极7内部结构与上电极6相同。在下电极侧设置高压脉冲发生器3，并通过导线连接到下电极。上、下电极两侧均能够实现提前放电，动态绝缘配合效果更佳。

主动式灭弧防雷装置为目前的固相气流灭弧防雷装置或压缩气流灭弧防雷装置；主动式灭弧防雷装置并联安装在绝缘子串1两端。

如图5-9所示，所述灭弧装置5包括转盘、增压气丸组件和灭弧筒，所述增压气丸组件设置在转盘上，转盘旋转时，增压气丸组件触发喷气向灭弧筒喷气对电弧进行熄灭。

如图6所示，所述增压气丸组件包括触发信号输入端子11A、包裹层12A、气丸底座13A、气丸14A和喷气孔15A，所述触发信号输入端子11A设置在气丸底座13A上，所述气丸14A设置在气丸底座13A的一侧，所述包裹层12A包裹在气丸底座13A和气丸14A的外侧，并贴合设置，所述包裹层12A与气丸14A的贴合处设置有喷气孔15A，所述包裹层12A设置为硬质层，所述气丸14A的基础压力和包裹层12A的增量压力之和大于气丸14A破裂的临界压力。

气丸底座13A和气丸14A嵌套到包裹层12A内，包裹层将其包裹起来。并且实现气丸底座13A和气丸14A与包裹层12A的紧密嵌套，可以对包裹层2内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸14A的巨大气压被包裹层12A所束缚，气丸14A内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在包裹层12A承受所有的压力。包裹层12A的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11A，用于气丸14A接收雷电触发信号；包裹层12A设的喷气孔15A，气体从这个未包裹的喷气孔15A喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔15A的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。包裹层12A使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸14A在接收到触发信号输入端子1输入的触发信号后，气丸14A内迅速产生气体，由于包裹层12A的强度很好，远远大于了气丸14A产生的气体的压强，使包裹层12A不会破裂而产生爆轰情况。气丸4内产生的气体压强大于气丸4的表层,最大承受压力后，气丸4产生的气体均只能从喷气孔15A喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔15A的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸14A燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

喷气孔15A设置在触发信号输入端子11A的对立端，所述触发信号输入端子11A与气丸14A接触设置。通过把喷气孔15A和触发信号输入端子11A设置在对立端，使得气丸14A结构内的火药燃烧完全后气压才会瞬间压到喷气孔5的材料束缚层，使得气丸14A内的产气材料燃烧的更加完全，气体压强更大，可以熄灭更高电压输电产生的电弧，使得灭弧的效果更好。

气丸14A包括材料束缚层、火药和固氧或者液氧，所述火药和固氧或者液氧混合密封放置在材料束缚层内，材料束缚层增量压力小于火药破裂的临界压力。

火药在被点燃后，固氧或者液氧提供燃烧的氧气，并且温度升高，固氧或者液氧均会气化，提供一个附加气体压强，形成二次增压的效果，使气体压强增大更快。在火药基本完全燃烧时产生的气体压强会比材料束缚层破裂的临界压力大，使得喷气孔5处的材料束缚层破裂，气体从喷气孔5喷出进行灭弧。

触发信号输入端子11A通过设置若干根发热电阻丝与气丸内部的火药接触设置，若干根发热电阻丝并联设置，且与触发信号输入端子连接。通过发热电阻丝并联设置，实现了多点点火的效果，可以减短反应时间，即可减短灭弧的反应时间，灭弧更快。

触发信号输入端子11A输入电流信号，电阻丝发热，气丸内的火药燃烧产生高压气体，包裹层12A对高压气体轴向和经向约束，高压气体的压力大于喷气孔处的材料束缚层弯矩，高压气体从喷气孔喷出，设置喷气孔15A的位置控制喷气方向。气丸4接收到触发信号输入端子1的电信号时，会触发产生大量的灭弧气体；高强度包裹层12A对气流进行径向约束和轴向约束，包裹层12A内的增量压力迅速增大；由于出气口处强度远小于包裹层12A的强度，并且喷气孔15A的孔径变小，会产生很大的弯矩，当气丸14A的基础压力和包裹层的增量压力之和大于产气材料破裂的临界压力时，气流从未包裹的出气口喷射，出气口喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。通过提高密封强度，使气丸14A内的材料充分燃烧产生更大的临界释放气压，在建弧的同时产生高速灭弧气流，作用于电弧通道，阻断后续工频电弧建弧过程，能够在极短时间内熄灭工频电弧，其熄弧时间远远小于断路器动作时间。其中灭弧单元的产气直接影响灭弧效果。

包裹层12A设置为圆筒结构，圆筒结构内壁与气丸底座13A和气丸14A紧密贴合，圆筒结构底部设置为开口结构，圆筒结构底部侧边设置有底壁16A，套入气丸底座13A和气丸14A后，使用机械挤压底壁16A向内折合，与侧壁成90°，喷气孔15A设置在圆筒结构顶部，包裹层12A上设置触发信号输入端子11A的输入口，在安装时，实用把气丸底座13A和气丸14A一起套入包裹层12A的内筒内，然后通过挤压机器进行挤压底壁16A向内折合。底壁16A主要是固定气丸底座13A，在产生高压气体时，会产生一个前后的张力，由底壁16A进行固定，底壁16A的厚度比圆筒结构的另一端的厚度厚。设置为圆筒结构具有安装方便，加工简单，可以大大的节省加工成本，提高经济效益。

包裹层12A设置为箱体结构，箱体结构上设置有扣合盖，扣合盖通过设置的卡扣与箱体结构扣合设置。把气丸底座13A和气丸14A放入箱体结构内，其中箱体结构内设置的内部结构与气丸底座13A和气丸14A的结构相同，可以为圆柱形、方形或者凸头结构等，可以在对箱体结构进行加工时开模设置。套入气丸底座13A和气丸14A后，把扣合盖盖上，然后使用卡扣扣住，方便安装，直接通过手工就可以完成安装，加工速度快，经济小于高的优点。

喷气孔15A的大小为5-8mm，所述气丸14A产生的气体从喷气孔喷出。气流从未包裹的喷气孔15A喷射，喷气孔15A喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。普通原来的喷射孔一般为十几个毫米，使得喷射范围过大，喷射的时间变短，灭弧的效果不好。根据弯矩计算公式：M＝θgEI/L，θ为转矩，EI为转动刚度，L为杆件的有效计算长度。θ为转矩和EI为转动刚度均相同时，L变短后，使得弯矩变大，即喷出的气体的压强变大，并且喷气孔16A较小，相同气体需要较长的时间才能喷完，也就是灭弧的时间较长，达到灭弧气体压强增大，灭弧时间增长，达到更好的灭弧的效果。

包裹层12A和材料束缚层为同类金属材料制成，所述包裹层12A的厚度与火药的量成正比。由于防雷装置长期装在输电线上，会有太阳晒和雨淋的情况，如果使用不同的金属会使得材料束缚层与径向套件或者包裹层之间形成点位差，形成电位差之后就会容易出现腐蚀的情况，从而大大的减短了防雷装置的使用寿命，使用同类金属材料可以有效的防止上述情况的发生。

如图7所示，所述增压气丸组件包括触发信号输入端子11B、限位框12B、套筒13B、气丸底座14B、气丸15B和喷气孔16B，所述触发信号输入端子11B设置在气丸底座14B上，所述气丸底座14B与气丸15B连接设置，所述套筒13B套设在气丸15B的外侧，所述限位框12B卡套在套筒13B和气丸底座14B的外侧，所述限位框12B上设置有喷气孔16B，所述气丸15B的基础压力和限位框12B的增量压力或者和套筒13B的增量压力之和大于气丸15B内产气材料破裂的临界压力，所述限位框12B和套筒13B均设置为硬质结构。

气丸15B嵌套到套筒13B内，套筒13B将气丸15B侧边包裹起来，限位框12B顶端与气丸底座14B紧密接触设置，底部与气丸15B底部紧密接触设置或者与套筒13B底部紧密接触设置。套筒13B对气丸15B进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13B内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15B的巨大气压被套筒13B所束缚，气丸15B内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13B承受所有的压力。在竖直方向上限位框12B对气丸15B内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。限位框12B的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11B，用于气丸15B接收雷电触发信号。限位框12B设的喷气孔16B，气体从这个未包裹的喷气孔16B喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔16B的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位框12B和套筒13B使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15B在接收到触发信号输入端子11B输入的触发信号后，气丸15B内迅速产生气体，由于套筒13B和限位框12B的强度很好，远远大于了气丸15B产生的气体的压强，使套筒13B和限位框12B不会破裂而产生爆轰情况。气丸15B内产生的气体压强大于气丸15B的表层最大承受压力后，气丸15B产生的气体均只能从喷气孔16B喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔16B的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15B燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

套筒13B设置为圆筒结构，所述圆筒结构由若干个可拆卸的圆箍组成，圆箍与圆箍之间可拆卸连接。圆箍与圆箍通过螺纹或者卡扣连接，从而可以根据需要灭弧的输电线的电压的高低，设置相应长短的气丸15B，当气丸15B宽度或者直径一定时，需要灭弧的输电线的电压越高，气丸15B的长度越长，使得灭弧的气体的压强越高，灭弧的时间越长，灭弧效果更好，可以灭更高电压输电线产生的电弧。同时也可以方便套筒13B的安装，根据气丸15B的长短，进行连接圆箍的个数，一般气丸15B的长度为圆箍长度的整数倍。

套筒13B设置为圆桶结构，圆桶结构底部设置有圆桶喷气口，所述圆桶喷气口的中心与喷气孔16B的中心设置在同一条直线上。圆桶结构的底部设置为桶底结构，然后桶底结构开设圆桶喷气口，圆桶喷气口与喷气孔16B重合。

限位框12B、套筒13B和材料束缚层为同类金属材料制成，所述限位框12B和套筒13B的厚度与火药的量成正比。由于防雷装置长期装在输电线上，会有太阳晒和雨淋的情况，如果使用不同的金属会使得材料束缚层与径向套件或者包裹层之间形成点位差，形成电位差之后就会容易出现腐蚀的情况，从而大大的减短了防雷装置的使用寿命，使用同类金属材料可以有效的防止上述情况的发生。

如图8所示，所述增压气丸组件包括触发信号输入端子11C、限位桶12C、套筒13C、气丸底座14C、气丸15C和喷气孔16C，所述触发信号输入端子11C设置在气丸底座14C上，所述气丸底座14C与气丸15C连接设置，所述套筒13C套设在气丸15C的外侧，所述限位桶12C卡套在套筒13C和气丸底座14C的外侧，所述限位桶12C上设置有喷气孔16C，所述气丸15C的基础压力和限位桶12C的增量压力和/或套筒13C的增量压力之和大于气丸15C内产气材料破裂的临界压力，所述限位桶12C和套筒13C均设置为硬质结构。

气丸15C嵌套到套筒13C内，套筒13C将气丸15C侧边包裹起来，限位桶12C顶端与气丸底座14C紧密接触设置，底部与气丸15C底部紧密接触设置或者与套筒13C底部紧密接触设置。套筒13C对气丸15C进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13C内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15C的巨大气压被套筒13C所束缚，气丸15C内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13C承受所有的压力。在竖直方向上限位桶12C对气丸15C内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。限位桶12C的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11C，用于气丸15C接收雷电触发信号。限位桶12C设的喷气孔16C，气体从这个未包裹的喷气孔16C喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔16C的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位桶12C和套筒13C使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15C在接收到触发信号输入端子11C输入的触发信号后，气丸15C内迅速产生气体，由于套筒13C和限位桶12C的强度很好，远远大于了气丸15C产生的气体的压强，使套筒13C和限位桶12C不会破裂而产生爆轰情况。气丸15C内产生的气体压强大于气丸5的表层最大承受压力后，气丸15C产生的气体均只能从喷气孔16C喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔C16的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15C燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

如图9所示，所述增压气丸组件包括触发信号输入端子11D、上框体12D、套筒13D、气丸底座14D、气丸15D、下框体16D和喷气孔17D，所述触发信号输入端子11D设置在气丸底座14D上，所述气丸底座14D与气丸15D连接设置，所述套筒13D套设在气丸15D的外侧，所述上框体12D与下框体16D可拆卸连接，且上框体12D与下框体16D卡套在套筒13D和气丸底座14D的外侧，所述喷气孔17D设置在下框体16D上，所述气丸15D的基础压力和上框体12D与下框体16D的增量压力和/或套筒13D的增量压力之和大于气丸15D内产气材料破裂的临界压力，所述上框体12D、下框体16D和套筒13D均设置为硬质结构。

气丸15D嵌套到套筒13D内，套筒13D将气丸15D侧边包裹起来，上框体12D顶端内侧与气丸底座14D紧密接触设置，下框体16D内侧与气丸15D底部紧密接触设置或者与套筒13D底部紧密接触设置。套筒13D对气丸15D进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13D内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15D的巨大气压被套筒13D所束缚，气丸15D内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13D承受所有的压力。在竖直方向上上框体12D和下框体16D对气丸15D内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。上框体12D的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11D，用于气丸15D接收雷电触发信号。下框体16D设有的喷气孔17D，气体从这个未包裹的喷气孔17D喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔17D的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位桶12D和套筒13D使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15D在接收到触发信号输入端子11D输入的触发信号后，气丸15D内迅速产生气体，由于套筒13D、上框体12D和下框体16D的强度很好，远远大于了气丸15D产生的气体的压强，使套筒13D、上框体12D和下框体16D不会破裂而产生爆轰情况。气丸15D内产生的气体压强大于气丸15D的表层最大承受压力后，气丸15D产生的气体均只能从喷气孔17D喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔17D的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15D燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

如图5所示，上述气丸与现有的产气器件的效果对比，曲线S1为普通气体发生器的灭弧效果的时间和气体压强关系图，曲线S2表示本发明装置的灭弧效果的时间和气体压强关系图。通过对比可以知道，普通气体发生器开始灭弧需要的反应时间为t2，而使用本申请的装置需要的反应时间为t1，t2大于t1。造成这个时间差的对比为，本申请装置设置的套筒和限位桶，气丸的基础压力和套筒的增量压力之和大于气丸破裂的临界压力，同时气丸的基础压力和上框体和下框体的增量压力之和大于气丸破裂的临界压力，使得气丸在被点燃的那一刻产生气体而上框体2和下框体不会发生形变，气体压强迅速升高，而普通的气体发生器在产生气体时会发生一定形变，体积增大，使得气体压强升高没有本申请的气体的压强高。根据燃速与压力的关系：压力越大，燃速越大，使得本装置的气丸4内燃烧的速度会比普通气体发生器内的燃料燃烧的速度更快，从而本装置的喷气的时间会比普通气体发生器的喷气时间块，及灭弧反应时间快。

同时对比灭弧的压强和灭弧的时间，在曲线S1普通气体发生器的爆轰瞬间的最大压强为P1，且达到该压强的时间段非常的短，只有爆轰的那一刻而已，使得灭弧的效果不好。而本申请装置中，在灭弧时达到P1压强的时间为t1-t3这一段时间，也成为高压灭弧时间，时间t1-t3大于了普通气体发生器整个灭弧的全部时间，因此使得灭弧的效果非常好，对更大电压传输线产生的电弧均可以灭。造成上述的原因为，本装置的气体只能从喷气孔喷出，而普通气体发生器的是直接爆轰多个方向进行喷射，使得时间高压灭弧的时间非常的短。而本装置的高压强气体从喷气孔喷出需要一个时间过程为t1-t3，因此灭弧的气体压强高，喷射气体的时间长，使得灭弧的效果更好，可以对特殊场合和更高的电压等级的电弧进行喷灭。

一种实现动态绝缘配合的提前放电方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：当雷云逼近输电线路杆塔时，感应线圈12感应输出电压，信号采集触发器13采集到感应线圈12电压的输出变化后发出触发型号给高压脉冲发生器3产生脉冲信号。

雷云逼近输电线路时，雷云产生下行先导，杆塔上的金属针产生上行先导，金属针与大地零电位相连，同时设置在金属针上的感应线圈12两端会有电压变化，设置在感应线圈12两端的信号采集触发器13采集到感应线圈12的电压幅值与电压变化速率，然后信号采集触发器13内部的触发器触发发出触发信号给高压脉冲发生器3。

步骤2：提前放电电极9接收高压脉冲发生器3的脉冲信号，提前放电电极9尖端释放大量的自由电子。

步骤3：当提前放电电极9尖端释放大量的自由电子后，会在下电极7端部感应出大量的正电荷。高压脉冲发生器3被激活后产生提前放电脉冲，上电极6和下电极7空气间隙通道提前产生大量的自由电子，此时的绝缘配合比小于1，当档距中央发生雷击时，提前放电电弧在雷击点两侧杆塔绝缘子处形成短路。

步骤4：当雷击到杆塔或者导线时，上电极6和下电极7之间形成闪络，引弧电极10整个体积与外表面相比于提前放电电极9大，雷电冲击闪络电弧发生在引弧电极10与下电极7之间，雷电流通过引弧电极10向大地疏导，避免绝缘子1发生闪络。

步骤5：并且灭弧装置5感应雷电击，气丸触发喷出高压气体对引弧电极10与下电极7之间的闪络电弧进行吹灭，对引弧电极10与下电极7进行保护。

步骤4-步骤5中，引弧电极10接地，直接释放雷电击产生的电流，同时灭弧装置5产生高压气体吹断闪络，对地出现短路和开路交替的状态，无法形成相间闪络，由此消除相间雷击闪络可能性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种实现动态绝缘配合的提前放电装置，包括绝缘子串（1）和横担（2），所述横担（2）设置在塔杆上，所述绝缘子串（1）设置在横担（2）上，其特征在于，还包括雷云感应装置、高压脉冲发生器（3）、绝缘管（4）、灭弧装置（5）、上电极（6）和下电极（7），所述雷云感应装置与高压脉冲发生器（3）连接感应雷云信号并触发高压脉冲发生器（3），所述高压脉冲发生器（3）的输出端通过设置导线（8）经绝缘管（4）与上电极（6）连接，所述上电极（6）设置在灭弧装置（5）的灭弧筒内，所述下电极（7）设置在绝缘子串（1）的另一端；所述雷云感应装置包括感应线圈（12）和信号采集触发器（13），所述感应线圈（12）和信号采集触发器（13）均设置在塔杆上，感应线圈（12）经信号采集触发器（13）与高压脉冲发生器（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种实现动态绝缘配合的提前放电装置，其特征在于：所述上电极（6）包括提前放电电极（9）、引弧电极（10）和陶瓷管（11），所述提前放电电极（9）放置在陶瓷管（11）内，所述提前放电电极（9）与导线（8）连接，所述引弧电极（10）设置在陶瓷管（11）的外侧，引弧电极（10）接地；

所述灭弧装置（5）包括转盘、增压气丸组件和灭弧筒，所述增压气丸组件设置在转盘上，转盘旋转时，增压气丸组件触发喷气向灭弧筒喷气对电弧进行熄灭；

实现上述一种实现动态绝缘配合的提前放电装置的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：当雷云逼近输电线路杆塔时，感应线圈（12）感应输出电压，信号采集触发器（13）采集到感应线圈（12）电压的输出变化后发出触发信号给高压脉冲发生器（3）产生脉冲信号；

步骤2：提前放电电极（9）接收高压脉冲发生器（3）的脉冲信号，提前放电电极（9）尖端释放大量的自由电子；

步骤3：当提前放电电极（9）尖端释放大量的自由电子后，会在下电极7端部感应出大量的正电荷；

步骤4：当雷击到杆塔或者导线时，上电极（6）和下电极（7）之间形成闪络，引弧电极（10）整个体积与外表面相比于提前放电电极（9）大，雷电冲击闪络电弧发生在引弧电极（10）与下电极（7）之间，雷电流通过引弧电极（10）向大地疏导，避免绝缘子（1）发生闪络；

步骤5：并且灭弧装置（5）感应雷电击，气丸触发喷出高压气体对引弧电极（10）与下电极（7）之间的闪络电弧进行吹灭，对引弧电极（10）与下电极（7）进行保护；

所述步骤1中，雷云逼近输电线路时，雷云产生下行先导，杆塔上的金属针产生上行先导，金属针与大地零电位相连，同时设置在金属针上的感应线圈（12）两端会有电压变化，设置在感应线圈（12）两端的信号采集触发器（13）采集到感应线圈（12）的电压幅值与电压变化速率，然后信号采集触发器（13）内部的触发器触发发出触发信号给高压脉冲发生器（3）；

所述步骤3中，高压脉冲发生器（3）被激活后产生提前放电脉冲，上电极（6）和下电极（7）空气间隙通道提前产生大量的自由电子，此时的绝缘配合比小于1，当档距中央发生雷击时，提前放电电弧在雷击点两侧杆塔绝缘子处形成短路。

3.根据权利要求2所述的一种实现动态绝缘配合的提前放电装置，其特征在于：所述步骤4-步骤5中，引弧电极（10）接地，直接释放雷电击产生的电流，同时灭弧装置（5）产生高压气体吹断闪络，对地出现短路和开路交替的状态，无法形成相间闪络，由此消除相间雷击闪络可能性。

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