CN115548882A - 一种组合液电效应灭弧方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合液电效应灭弧方法及装置，属于防雷灭弧技术领域，包括绝缘子串，绝缘子串的上下两端分别设置有上金具和下金具，还包括两个组合灭弧装置或者一个组合灭弧装置和电极，如果包括两个组合灭弧装置时，一个组合灭弧装置设置在上金具的下端，另一个组合灭弧装置设置在下金具的上端，若果包括一个组合灭弧装置和电极时，一个组合灭弧装置设置在上金具的下端，电极设置在下金具的上端，上金具和下金具间的绝缘度大于或者等于绝缘子串的绝缘度，组合灭弧装置上设置有预电离放电装置。本发明全封闭液电灭弧腔室和开放液电灭弧腔室组合结构，可以利用雨水灌入开放灭弧腔室后增加液电灭弧腔室的空间尺度，增强灭弧能力。

Description

一种组合液电效应灭弧方法及装置

技术领域

本发明涉及防雷灭弧技术领域，尤其涉及一种组合液电效应灭弧方法及装置。

背景技术

雷电是自然界中的一种常见的放电现象，雷击释放出的巨大能量对建筑物和高空物体都有着严重的危害。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。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。

现有的灭弧装置能有效降低雷击电流，使主动式灭弧并联间隙的伏秒特性变得更为平坦，但是现有的灭弧装置仅能减小雷电流的波头陡度，无法进一步衰减雷电流幅值大小，也无法达到大幅度降低雷击跳闸的目标，衰减雷电流的能力有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合液电效应灭弧方法及装置，解决背景技术中提到的技术问题。目的在于提高灭弧装置在灭弧过程中对雷电流的衰减强度，同时提高灭弧结构的可靠性，降低雷击事故率和跳闸率，提高电网运行的稳定性，装置采用液体灭弧，低碳环保，符合国家碳达峰、碳中和重大需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种组合液电效应灭弧装置，包括绝缘子串，绝缘子串的上下两端分别设置有上金具和下金具，其特征在于：还包括两个组合灭弧装置或者一个组合灭弧装置和电极，如果包括两个组合灭弧装置时，一个组合灭弧装置设置在上金具的下端，另一个组合灭弧装置设置在下金具的上端，若果包括一个组合灭弧装置和电极时，一个组合灭弧装置设置在上金具的下端，电极设置在下金具的上端，上金具和下金具间的绝缘度大于或者等于绝缘子串的绝缘度，组合灭弧装置上设置有预电离放电装置。

组合灭弧装置包括反冲管装置和密封液电灭弧管，反冲管装置设置在密封液电灭弧管的上端，反冲管装置的底部与密封液电灭弧管上端设置导电介质体连通，反冲管装置和密封液电灭弧管的外侧均设置有裙边。

进一步地，密封液电灭弧管包括上密封板、密封管管体、液体介质和下密封板，上密封板和下密封板密封设置在密封管管体的两端，液体介质设置在密封管管体内，上密封板和下密封板均为金属板。

进一步地，密封管管体的内壁上设置有弹性层，弹性层设置在密封管管体的内壁与液体介质之间。

进一步地，密封液电灭弧管还包括上竖直电极和下竖直电极，上竖直电极贯穿上密封板密封设置，下竖直电极贯穿下密封板密封设置。

进一步地，反冲管装置包括反冲管管体和引弧电极，反冲管管体设置为上端开口的空心管结构，引弧电极设置在反冲管管体的顶部。

一种组合液电效应灭弧方法，当雷击在杆塔或杆塔附近时，设置在杆塔上的预电离放电装置感知雷电，预电离放电装置预电离放电，产生自由电子，上金具和下金具之间的绝缘度比侧边的绝缘子串的绝缘度低，优先被雷电击穿，雷电弧进入到反冲管装置时，先发生反冲效应将电弧熄灭，剩余的电弧进入到密封液电灭弧管时，在密封液电灭弧管内的液体介质上形成放电通道，产生液电效应、反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，冲击波冲击侧壁后反冲电弧中心将电弧熄灭，实现反冲和液电效应双重灭弧，将间隙电弧熄灭。

进一步地，液电效应的具体过程为：液体介质采用油和水的乳化混合液，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性。

进一步地，反射冲击波叠加效应的具体过程为：

冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大；

若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常熟和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧。

进一步地，产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃。

进一步地，密封液电灭弧管内设置有弹性层，弹性层增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的密封液电灭弧管内增加弹性层后，密封液电灭弧管内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况；

同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免硬度较小的绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。

针对目前防雷灭弧装置减小雷击电流幅值大小能力有限的情况，提出了一种全封闭液电腔室和开放液电腔室组合灭弧方法。目的在于通过封闭与开放腔室的组合结构，逐级衰减雷电强度。

根据电网以及气象相关部门调查表明，90％以上雷电出现的时候往往都会伴随着雨水降落。当有雨水降落的时候，雷电弧进入到存有雨水的开放液电腔室中，此时开放液电腔室与全封闭液电腔室形成两级灭弧腔室，对于雷电弧的抑制与衰减起到强化效果；而当没有雨水降落的时候(小概率时间)，雷电弧直接进入全密封液电腔室，熄灭电弧，双重的保障使得灭弧装置可靠性、安全性大大提高。

组合结构的方式一方面对雷电进行逐级衰减，一方面又能对装置本身起到很好的缓冲作用。因此既能衰减雷电流幅值大小，也可以延长电弧的放电时间，防止灭弧结构受损，提高结构可靠性，同时避免了瞬时雷电流幅值过大对输电线路造成损坏。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明全封闭液电灭弧腔室和开放液电灭弧腔室组合结构，可以利用雨水灌入开放灭弧腔室后增加液电灭弧腔室的空间尺度，增强灭弧能力，在没有雨水条件下，开放腔室形成气电效应灭弧腔室，也能产生灭弧的叠加强化作用，当全密封液电灭弧腔室损坏后开放腔室仍然具有气电效应(无雨水时的雷击)或液电效应灭弧能力(有雨水时的雷击)，全封闭液体减少时可以通过开放结构产生的气电或液电效应灭弧能力予以补偿，由于雷击大概率发生在雨水条件下，开放空腔大概率是液电效应，与封闭液电腔室共同灭弧成为大概率事件，共同液电效应具有更强的灭弧能力，全封闭空腔液体灭弧腔室承受的冲击水平降低，可以延长寿命期。

附图说明

图1是本发明灭弧系统结构示意图；

图2是本发明组合灭弧装置结构示意图。

附图中，1-反冲管装置，2-密封液电灭弧管，3-引弧电极，4-反冲管管体，5-裙边，6-上密封板，7-上竖直电极，8-密封管管体，9-弹性层，10-液体介质，11-下密封板，12-下竖直电极，13-底部绝缘板，14-绝缘子串，15-上金具，16-组合灭弧装置，17-下金具。

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。

如图1所示，一种组合液电效应灭弧装置，包括绝缘子串14，绝缘子串14的上下两端分别设置有上金具15和下金具17，其特征在于：还包括两个组合灭弧装置16或者一个组合灭弧装置16和电极，如果包括两个组合灭弧装置16时，一个组合灭弧装置16设置在上金具15的下端，另一个组合灭弧装置16设置在下金具17的上端，若果包括一个组合灭弧装置16和电极时，一个组合灭弧装置16设置在上金具15的下端，电极设置在下金具17的上端，上金具15和下金具17间的绝缘度大于或者等于绝缘子串14的绝缘度，组合灭弧装置16上设置有预电离放电装置。

组合灭弧装置与绝缘子安装位置平行，位于线路输电导线的下方，连接安装准则按照国家标准及相关行业标准执行。

安装采取在绝缘子串上下两端分别各安装一个的方式，呈现两个装置上下相对的位置。双重装置的协同灭弧，极大保护了绝缘子以及输电线路的安全。

电弧在灭弧腔室中受到液电效应的影响，一部分能量由全封闭液电灭弧腔室灭弧以及开放液电腔室强化灭弧效果，减小了雷电流的幅值大小，降低了雷电波的陡度，延长了电弧的放电时间。剩余的电弧能量通过下电极的导电通道入地。

如果是一个组合灭弧装置16和电极时，灭弧效果没有两个组合灭弧装置16的好，但是成本相对低一些，也同样可以实现灭弧。如果是两个组合灭弧装置16灭弧效果实现两个反冲点和两个液电效果，实现四个点进行灭弧，灭弧效果非常的好。

预电离放电装置由雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块，雷电感应模块安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度；触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块；储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子，甚至出现电离火花放电。雷击档距中央时，电弧在避雷线与导线之间发生短路的时间远大于雷电过电压从雷击点沿避雷线或导线传导到杆塔的时间，空气间隙优先击穿后，避雷线与导线等电位，并传导到档距中央雷击点，使雷击点也等电位，档距中央无法发生闪络。在有雷、无雷两种情况下自动调整绝缘配合比，拉开这两种情况下的绝缘配合比，解决了绝缘破坏对工频绝缘强度的衰减问题。

该系统补充灭弧液体可以通过雨水补充腔室内的液体量，补充全封闭液电灭弧腔室内因长时间放电所造成的液体损失。灭弧效果好，在没有雨水的时候发生雷击，由全封闭液电灭弧腔室进行灭弧，开放液电腔室通过气电效应进行灭弧；而在有雨水的时候，雨水注入开放液电腔室，强化灭弧效果。全封闭液电灭弧腔室可以满足基本的灭弧要求，开放液电腔室可以进一步强化其灭弧效果，补偿若干年后全封闭结构内液体的损失。压力持续时间久，电弧热产生的液体气泡和热蒸发效应存储大量动能，能够持久释放灭弧压力。提高结构安全性，在全封闭液电腔室灭弧的过程中，开放液电腔室起到强化灭弧的效果，同时可以起到降低灭弧腔室结构受到的冲击力，确保结构安全，起到提高灭弧有效性和灭弧安全性的双重目的。

组合灭弧装置16如图2所示，包括反冲管装置1和密封液电灭弧管2，反冲管装置1设置在密封液电灭弧管2的上端，反冲管装置1的底部与密封液电灭弧管2上端设置导电介质体连通，反冲管装置1和密封液电灭弧管2的外侧均设置有裙边5。

该装置全封闭液电灭弧腔室和开放液电灭弧腔室组合结构，可以利用雨水灌入开放灭弧腔室后增加液电灭弧腔室的空间尺度，增强灭弧能力。在没有雨水条件下，开放腔室形成气电效应灭弧腔室，也能产生灭弧的叠加强化作用。当全密封液电灭弧腔室损坏后开放腔室仍然具有气电效应(无雨水时的雷击)或液电效应灭弧能力(有雨水时的雷击)。全封闭液体减少时可以通过开放结构产生的气电或液电效应灭弧能力予以补偿。由于雷击大概率发生在雨水条件下，开放空腔大概率是液电效应，与封闭液电腔室共同灭弧成为大概率事件，共同液电效应具有更强的灭弧能力，全封闭空腔液体灭弧腔室承受的冲击水平降低，可以延长寿命期。

绝缘管以高硬度耐高温耐高压的无机非金属材料构成，绝缘管外围用伞裙包围。绝缘管内部的全封闭液电腔室，装有灭弧液体，是电弧弹性碰撞的区域。

本发明实施例中，密封液电灭弧管2包括上密封板6、密封管管体8、液体介质10和下密封板11，上密封板6和下密封板11密封设置在密封管管体8的两端，液体介质10设置在密封管管体8内，上密封板6和下密封板11均为金属板。密封液电灭弧管2内直接发生液电效应、反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波进行灭弧。底部绝缘板13密封下密封板11。

本发明实施例中，密封管管体8的内壁上设置有弹性层9，弹性层9设置在密封管管体8的内壁与液体介质10之间。弹性层9增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层9的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比。

弹性层9还反射液电效应的基波，使得基波作用在电弧通道上，电弧更容易熄灭，减少了管壁承受的瞬间压力，避免绝缘管炸裂。

本发明实施例中，密封液电灭弧管2还包括上竖直电极7和下竖直电极12，上竖直电极7贯穿上密封板6密封设置，下竖直电极12贯穿下密封板11密封设置。上竖直电极7和下竖直电极12可以实现将电弧反冲管和密封管进行传递，如果原来的上密封板6为金属板，也可以靠他们记性传递。

本发明实施例中，反冲管装置1包括反冲管管体4和引弧电极3，反冲管管体4设置为上端开口的空心管结构，引弧电极3设置在反冲管管体4的顶部。

一种组合液电效应灭弧方法，当雷击在杆塔或杆塔附近时，设置在杆塔上的预电离放电装置感知雷电，预电离放电装置预电离放电，产生自由电子，上金具15和下金具17之间的绝缘度比侧边的绝缘子串的绝缘度低，优先被雷电击穿，雷电弧进入到反冲管装置1时，先发生反冲效应将电弧熄灭，剩余的电弧进入到密封液电灭弧管2时，在密封液电灭弧管2内的液体介质10上形成放电通道，产生液电效应、反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，冲击波冲击侧壁后反冲电弧中心将电弧熄灭，实现反冲和液电效应双重灭弧，将间隙电弧熄灭。

液电效应：在一个腔体内注入液体通过引发电弧放电，此时在整个放电通道中的液体瞬间聚然膨胀，在这个放电通道中发生了汽化、分解、电离成高温等离子体的过程，且形成一个迅速向外传播的机械压力波(此定向冲击压力波最高压力可达100Mpa左右)经液相快速传播，但由于液体可视为自身不会被压缩的激波传递介质，所以在放电通道进行液相放电时，会有超高功率的机械能作用于外界环境，这就是液电效应。

在雷击全封闭液电腔室及开放液电腔室的灭弧装置内部，发生大陡度预击穿的瞬间，由于雷电弧冲击时间极短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将液体视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，在电弧的“锤击”作用下会同步产生数百兆帕级左右的压力，压力指向的精确性，单一性，把压力精准释放作用到灭弧装置内部的冲击电弧并使其截断，切断建弧通道。而开放液电腔室由于气电效应会同时强化灭弧效果，同时也避免了因过多电弧能量作用于绝缘管内壁而导致的灭弧结构受损，提高了结构可靠性。

反射冲击波叠加效应：反射冲击波叠加效应是冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，在短时间内获得很大的能量。

当电弧进入含有混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K。通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，各壁面反射波相互叠加使超压峰值增大。

管内产生的各种压力在遇到底部密封障碍物后产生的反射冲击波，正反射冲击波共同叠加，从电弧入口喷出，强化了冲击阶段和工频灭弧时管内的压力,对工频续流起到抑制作用。

液电效应与反射冲击波共同抑制电弧重燃：电弧等离子体在进入灭弧通道内部时，物理形状发生改变，由粗电弧变成了极细的电弧，径向压力转成轴向压力，同时由于管壁的限制，电弧进入灭弧通道后速度、温度增加，导致管内压力的增加，最终产生压爆效应，使电弧受到反冲作用力。同时，电弧在液体中产生的液电效应，进一步增大了压强，持久巨大的反冲压力破坏了持续放电条件和重燃条件，截断冲击电弧后，重燃击穿时间被大幅度延迟十几到几十微秒以上，雷电流的陡度显著降低90％，电流幅值衰减50％以上。

液电效应的具体过程为：液体介质10采用油和水的乳化混合液或者绝缘油，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性。

绝缘油条件下的液电效应冲击电弧击穿绝缘油过程中，电弧的在极短时间内对绝缘油提出体积占位要求，由于绝缘油的粘度大，在极短时间内来不及位移让出电弧占位空间，形成电弧占位与绝缘油来不及位移让出空间位置的强烈对抗，由此产生百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，提高液电效应激波压强峰值和同时减小液电效应压强峰值时间的因素包括：绝缘强度会提高击穿场强的同时，形成高场强极快电子崩过程，由此提高电弧击穿速度，增加电弧空间占位的突发性,绝缘油高粘度减缓空间让位速度,高比热容会吸收大量电弧热量，降低电弧温度。

反射冲击波叠加效应的具体过程为：

冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大；

若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常熟和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧。

产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃。

密封液电灭弧管2内设置有弹性层9，弹性层9增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层9的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的密封液电灭弧管2内增加弹性层9后，密封液电灭弧管2内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况。

同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免硬度较小的绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。

绝缘油液电效应灭弧方法

约束空间为存储绝缘油的灭弧空间，其结构包括间隙电极、绝缘油和包裹绝缘油和电极的绝缘约束空间。液电效应是在冲击电弧击穿绝缘油过程中，电弧的在极短时间内对绝缘油提出体积占位要求，由于绝缘油的粘度大，在极短时间内来不及位移让出电弧占位空间，形成电弧占位与绝缘油来不及位移让出空间位置的强烈对抗，由此产生几百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，形成熄灭40kA全尺度工频电弧作用。

约束结构的作用

约束结构通过密封性，消除液电效应灭弧过程中绝缘油飞溅溢出损耗，同时，约束空间对液电效应激波测试波反射的“聚焦”，进一步提高激波压强峰值增益和压强增益率，起到加速灭弧作用。提高液电效应激波压强峰值和同时减小液电效应压强峰值时间的因素包括：绝缘强度会提高击穿场强的同时，形成高场强极快电子崩击穿过程，由此提高电弧击穿速度和增加电弧空间占位的突发性；绝缘油高粘度减缓空间让位速度；高比热容会吸收大量电弧热量，降低电弧温度。

绝缘油液电效应灭弧指标的提升点

液电效应压强峰值时间减小：液电效应压强峰值时间的减小，形成灭弧的早期干预，减小了灭弧响应时间和灭弧完成时间。通过早期干预建弧过程，在工频电弧尚处于极弱的暂态下，进行超强液电效应激波压强灭弧，有利于形成以快制强不对称灭弧态势。

液电效应压强峰值提高：液电效应压强峰值的提高，结合极小液电效应激波压强峰值时间决定的早期干预，形成灭弧压强远大于电弧抗遮断压强的不对称态势，由此提高灭弧阈值。

三、绝缘油液电效应灭弧优势的支撑点

绝缘油条件下的液电效应绝缘油液电效应灭弧过程包括：绝缘油击穿过程、液电效应过程、灭弧过程和抑制重燃过程。绝缘油高粘度，高比热容和高介质强度对液电效应压强峰值和峰值时间的影响；压强峰值和峰值时间对灭弧阈值和灭弧时间的影响；密封结构对压强峰值及峰值时间的影响。

1、与水相比绝缘油击穿场强高，有利于提高液电效应压强峰值和减小压强峰值时间：绝缘油具有比空气和水高得多的绝缘强度和击穿场强，在相同间隙距离下，击穿电压和击穿过程的突发性都会随之提高，提高击穿电压可以增加电流出现的突发性。击穿后电流稳态值随着击穿电压的提高而提高，导致电流变化率增大，与电流变化率呈比例的液电效应压强峰值也随之提高。电流变化率的提高，也相应提高了液电效应压强爬升速度，由此减小液电效应压强峰值时间。

2、与水相比绝缘油的大粘度有利于提高液电效应压强峰值和建雄压强峰值时间。绝缘油粘度大，必然导致分子之间的结合力增大，伴随电弧击穿过程出现的电弧空间占位难度增加，电弧挤压绝缘油过程实现空间占位需要的压强随之增大，电弧施加到绝缘油的压强也随之增大，绝缘油反作用到电弧的灭弧压强也随之增大。由于绝缘油大粘度特性抗拒击穿电弧体积占位的灵敏度增大，在极小击穿电流条件下，为了反抗小电弧体积占位，就能产生极高的液电效应压强，由此减小压液电效应压强峰值时间和提高压强峰值。

3、与水相比绝缘油具有更高的稳定性：绝缘油为有机高分子材料，不易分解、气化和老化，物理化学性能更加稳定，满足多次重复灭弧和免维护灭弧要求。

4、与水比较绝缘油比热容更高：绝缘油的比热容大，可以吸收大量电弧温度，对电弧产生冷却作用，提高电弧的脆弱性和易灭性；

5、与水相比绝缘油具有更好的介质强度恢复性：液电效应遮断电弧后，电弧断口被绝缘油充斥，绝缘油击穿场强高于水，由此提高了抗重燃特性。

6、与水相比绝缘油液电效应灭弧阈值更到大：通过绝缘油液电效应压强具有更高灵敏度的特点，灭弧启动时间提前，能够在建弧起始段熄灭更高的预期电流电流，满足40kA全尺度工频短路电流灭弧要求。

7、与水相比绝缘油液电效应灭弧速度更快：绝缘油液电效应灭弧具有更高的灭弧灵敏度，导致灭弧时间提前。熄灭40kA全尺度短路电流的时间为几十到几百微秒，小于几十毫秒的继电保护出口响应时间，满足在继电保护响应时间之前熄灭40kA全尺度工频短路电流的要求。

8、各电压等级的绝缘配合：通过控制液电效应灭弧段长度和空气间隙长度，可以实现任意电压等级下的绝缘配合要求。

9、与水和阀片相比，绝缘油液电效应灭弧更加迅速，没有阀片存在的“时滞”效应，没有水介质液电效应过程由于低粘度和低击穿场强导致的压强峰值较低、压强峰值时间滞后和介质恢复强度低，会导致灭弧时间长和易重燃而产生较大发热量，引发水气化气化和分解导致结构受损的后果，提高了绝缘油液电效应防雷的安全性和耐用性。

四、涉及应用场景

1、架空线绝缘油液电效应灭弧防雷装置：绝缘油液电效应从减小灭弧激波压强峰值时间、提高灭弧激波压强峰值和介质恢复强度大三个维度，提高了灭弧阈值，减小了灭弧时间，为解决雷击跳闸提供了新方法。适用于10kV、35kV、110kV、220kV、500kV、800kV和1000kV电压等级的灭弧要求。

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 (10)

1.一种组合液电效应灭弧装置，包括绝缘子串(14)，绝缘子串(14)的上下两端分别设置有上金具(15)和下金具(17)，其特征在于：还包括两个组合灭弧装置(16)或者一个组合灭弧装置(16)和电极，如果包括两个组合灭弧装置(16)时，一个组合灭弧装置(16)设置在上金具(15)的下端，另一个组合灭弧装置(16)设置在下金具(17)的上端，若果包括一个组合灭弧装置(16)和电极时，一个组合灭弧装置(16)设置在上金具(15)的下端，电极设置在下金具(17)的上端，上金具(15)和下金具(17)间的绝缘度大于或者等于绝缘子串(14)的绝缘度，组合灭弧装置(16)上设置有预电离放电装置。

2.根据权利要求1所述的一种组合液电效应灭弧装置，其特征在于：组合灭弧装置(16)包括反冲管装置(1)和密封液电灭弧管(2)，反冲管装置(1)设置在密封液电灭弧管(2)的上端，反冲管装置(1)的底部与密封液电灭弧管(2)上端设置导电介质体连通，反冲管装置(1)和密封液电灭弧管(2)的外侧均设置有裙边(5)。

3.根据权利要求2所述的一种组合液电效应灭弧装置，其特征在于：密封液电灭弧管(2)包括上密封板(6)、密封管管体(8)、液体介质(10)和下密封板(11)，上密封板(6)和下密封板(11)密封设置在密封管管体(8)的两端，液体介质(10)设置在密封管管体(8)内，上密封板(6)和下密封板(11)均为金属板。

4.根据权利要求3所述的一种组合液电效应灭弧装置，其特征在于：密封管管体(8)的内壁上设置有弹性层(9)，弹性层(9)设置在密封管管体(8)的内壁与液体介质(10)之间。

5.根据权利要求4所述的一种组合液电效应灭弧装置，其特征在于：密封液电灭弧管(2)还包括上竖直电极(7)和下竖直电极(12)，上竖直电极(7)贯穿上密封板(6)密封设置，下竖直电极(12)贯穿下密封板(11)密封设置；

反冲管装置(1)包括反冲管管体(4)和引弧电极(3)，反冲管管体(4)设置为上端开口的空心管结构，引弧电极(3)设置在反冲管管体(4)的顶部。

6.一种组合液电效应灭弧方法，其特征在于：当雷击在杆塔或杆塔附近时，设置在杆塔上的预电离放电装置感知雷电，预电离放电装置预电离放电，产生自由电子，上金具(15)和下金具(17)之间的绝缘度比侧边的绝缘子串的绝缘度低，优先被雷电击穿，雷电弧进入到反冲管装置(1)时，先发生反冲效应将电弧熄灭，剩余的电弧进入到密封液电灭弧管(2)时，在密封液电灭弧管(2)内的液体介质(10)上形成放电通道，产生液电效应、反射冲击波叠加效应和产生帕斯卡效应，形成冲击波，以冲量或者冲击压力的方式作用于放电通道，冲击波冲击侧壁后反冲电弧中心将电弧熄灭，实现反冲和液电效应双重灭弧，将间隙电弧熄灭。

7.根据权利要求6所述的一种组合液电效应灭弧方法，其特征在于：液电效应的具体过程为：液体介质(10)采用油和水的乳化混合液或者绝缘油，油被水分割后被裹在内，油颗粒外表通过水连成一片，构成完整的水介质放电通道，保留单纯水介质的击穿特性，电弧沿水介质放电过程中，电弧等离子体又受到绝缘油包裹产生的不可压缩性制约，产生压强和衰减冲击波传导压强，由于雷电弧冲击时间短，液体无法瞬时发生变形和位移，此时可将混合液视为自身不会被压缩的激波传递介质，且比普通单一液体更难压缩的一种介质，混合液粘度更高、表面张力更大，故乳化混合液在维持自身原有状态的力会变大，在电弧占位击穿混合液产生的压力作用下，在电弧和乳化混合液的接触面会同步产生数百兆帕级的压强，百兆帕级同步压强反作用于电弧并遮断电弧，以消除电弧的占位，确保高粘度混合液体不可压缩性，同时高粘度液体可以吸收更多的传导冲击波的能量，衰减压力强度，降低对反冲灭弧结构的冲击力，提高结构的可靠性和耐用性；

绝缘油条件下的液电效应冲击电弧击穿绝缘油过程中，电弧的在极短时间内对绝缘油提出体积占位要求，由于绝缘油的粘度大，在极短时间内来不及位移让出电弧占位空间，形成电弧占位与绝缘油来不及位移让出空间位置的强烈对抗，由此产生百兆帕的机械压强峰值激波，激波反作用到工频电弧本体，提高液电效应激波压强峰值和同时减小液电效应压强峰值时间的因素包括：绝缘强度会提高击穿场强的同时，形成高场强极快电子崩过程，由此提高电弧击穿速度，增加电弧空间占位的突发性,绝缘油高粘度减缓空间让位速度,高比热容会吸收大量电弧热量，降低电弧温度。

8.根据权利要求6所述的一种组合液电效应灭弧方法，其特征在于：反射冲击波叠加效应的具体过程为：

冲击波和反射冲击波相遇叠加，发生干涉现象，使得振动加强振动的能量增大，当电弧进入含有乳化混合液的灭弧通道时，液相放电所产生的等离子体温度高达1500-3000K，通道内产生的高温、高压无法及时向外泄露，冲击波在灭弧通道的内壁面上来回反射，内壁面反射波相互叠加使超压峰值增大；

若乳化剂是离子型的表面活性剂，则在界面上，由于电离还有吸附作用，使得乳状液的液滴带有电荷，其电荷大小依电离强度而定；而对非离子表面活性剂，则由于吸附还有摩擦作用，使得液滴带有电荷，其电荷大小与外相离子浓度及介电常熟和摩擦常数有关，带电的液滴靠近时，产生排斥力，使得难以聚结，因而提高乳状液的稳定性，乳状液的带电液滴在界面的两侧构成双电层结构，双电层的排斥作用由此产生极大地力学效应，在绝缘管内部产生反射冲击压力，作用于电弧。

9.根据权利要求6所述的一种组合液电效应灭弧方法，其特征在于：产生帕斯卡效应的具体过程为：密封管结构中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，则从绝缘管管内的放电通道开始，以更大的作用力冲击四周的液体介质，该作用力在碰到绝缘管壁后发生反弹，形成方向指向绝缘管中心的作用力，增强液电效应中产生冲击压力以及占位压强峰值，双重的压力源共同被放大力的作用，截断电弧，且在绝缘管中的电弧越长，对绝缘管壁的作用力也就越大，反过来截断电弧的冲击压力也就越大，阻止了电弧的二次重燃。

10.根据权利要求6所述的一种组合液电效应灭弧方法，其特征在于：密封液电灭弧管(2)内设置有弹性层(9)，弹性层(9)增大受力面积，减小管内压强，设置在绝缘管内的弹性层(9)的弹性材料在其表面具有小凹坑，增大绝缘管内壁的受力面积，同时也提高表面的粗糙程度，由于压力与面积之间满足关系为：P＝F/S，即受力面积与压强之间成反比，在密封管结构的密封液电灭弧管(2)内增加弹性层(9)后，密封液电灭弧管(2)内部在受到电弧冲击作用下，管内最大压强比未增加弹性材料前低，避免管内压强过大，造成绝缘管爆炸的状况；

弹性层(9)还反射液电效应的基波，使得基波作用在电弧通道上，电弧更容易熄灭，减少了管壁承受的瞬间压力，避免绝缘管炸裂；

同时避免因帕斯卡效应产生的作用力直接冲击绝缘管，管内冲击波首先对弹性绝缘材料形成冲击作用力，减小作用在绝缘管内表面的反作用力，避免硬度较小的绝缘管因直接受到反作用力的冲击而发生断裂。

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