CN203787766U - 复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置 - Google Patents

Abstract

一种复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，包括灭弧装置和并列安装在绝缘子串附近的保护间隙装置；所述灭弧装置包括自灭弧装置、强气流灭弧装置、连接筒、引弧盘；所述自灭弧装置沿内壁放置有连续交叉并呈直角连接的灭弧管，所述灭弧管主要由设置在两端的小铜管、设置在中间位置的金属球和外壁陶瓷管构成；所述强气流灭弧装置包括雷电信号采集器和内置灭弧气丸的气体发生器。该装置适用于各种电压等级的架空输电线路，既能通过灭弧气丸爆炸产生的高速气流熄灭电弧，又可通过螺旋式交叉连接的灭弧管将电弧多断点切断并拉伸电弧，然后熄灭电弧，从而克服了传统灭弧装置当灭弧气丸用完后就直接失去灭弧作用的缺陷。

Description

复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置

技术领域

本实用新型涉及了输电线路防雷灭弧间隙装置，具体涉及一种具备双重灭弧功能的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置。

背景技术

输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击，导致线路结缘子闪络，随之而起的工频续流损坏绝缘子串及金具，导致绝缘子串烧毁及烧断导线事故。传统的“堵塞型”防雷保护方式，改造杆塔接地电阻、架设耦合地线及避雷线、安装线路避雷器等，由于其局限性，只能解决50%的雷击事故。近年，为了进一步提高输电线路供电的可靠性，电力部门采用在输电线路加装并联保护间隙来防止雷击事故。然而实际运行中，并联保护间隙具有明显的缺陷如下：

首先，并联保护间隙安装在绝缘子串两端，是通过缩短绝缘子串爬电距离的方法起到雷击时优先绝缘子串击穿的作用。绝缘子串爬电距离被短接，不仅导致电力系统输电线路整体耐雷水平下降使雷击跳闸率增加，同时导致电力系统正常运行时的工频绝缘水平下降，无形之间提高了并联保护间隙在暂时过电压及操作过电压下误击穿概率。

其次，当输电线路遭遇雷击时，并联保护间隙优先因雷击引起的过电压而击穿，将雷电流泄入大地，从而起到保护输电线路及电器设备的作用。然而由于并联保护间隙没有灭弧能力，不能熄灭绝缘子串闪络后引起的工频续流，电弧在保护间隙间长时间灼烧，将造成绝缘子串损坏，严重时，可能造成输电线路断线，同时电弧会对电极造成烧蚀而降低其保护性能。最终依靠断路器来熄灭电弧来实现保护输电线路及设备，是牺牲“跳闸率”和“供电可靠性”换取“低事故率”的做法。

针对普通并联间隙不具备灭弧能力的缺陷，发明人之前通过雷电脉冲触发安装在电弧通道旁边的灭弧气丸，利用气丸喷射出的强气流在极短时间内对暂态电弧进行早期干预，并且充分考虑电荷库伦引力对雷击电弧的诱导作用，增大接地电极有效击穿位置的面积，在保证100%雷击优先闪络的同时，还能保证绝缘子串原有爬电距离与绝缘强度基本不发生改变，进而保护绝缘子串免受工频电弧和短路电流的破坏。而一个灭弧气丸只能触发一次灭弧动作。为进一步增加灭弧装置的使用次数，发明人在之前申请的专利中通过在该灭弧装置内设有灭弧储弹仓和自动换弹装置，从而能够放置大量的灭弧气丸并实现自动更换气丸功能，进一步减少了人工维护或上塔更换灭弧装置的次数，解决了输电线路雷击次数多时，灭弧装置内的灭弧气丸少、需要频繁更换的不足。然而在雷电多发生地区，多少灭弧气丸是不够的，如不能及时更换、维护，灭弧装置因失去作用而会造成多种雷击危害。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种适用于各种电压等级的架空输电线路、具备双重灭弧功能的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，该装置既能通过灭弧气丸爆炸产生的高速气流熄灭电弧，又可通过连续交叉连接的灭弧管将电弧多断点切断并拉伸电弧，然后熄灭电弧，从而克服了传统灭弧装置当灭弧气丸用完后就直接失去灭弧作用的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，包括灭弧装置和并列安装在绝缘子串附近的保护间隙装置；保护间隙装置主要由低压端电极和高压端电极构成；所述低压端电极的一端通过连接金具安装在杆塔横担上，另一端指向灭弧装置内；所述高压端电极的一端安装在架空导线上，另一端指向低压端电极；其中，所述灭弧装置包括自上而下连接成一个整体的自灭弧装置、强气流灭弧装置、连接筒、引弧盘；所述自灭弧装置沿内壁放置有连续交叉连接的灭弧管；所述灭弧管主要由设置在两端的小铜管、设置在中间位置的金属球和外壁陶瓷管构成；所述低压端电极指向灭弧装置的一端通过导线与自灭弧装置内第一个灭弧管的首端小铜管连接，第一个灭弧管末端小铜管接着与第二个灭弧管首端小铜管垂直错位连接，直至最后一个灭弧管，以此沿自灭弧装置内壁呈螺旋状连接下去；所述自灭弧装置的上、下盖还分别设有中孔，侧壁对应两两灭弧管的端部连接处设有侧孔。

本实用新型灭弧间隙装置的自灭弧装置设置在强气流灭弧装置上方，并通过金具与杆塔横担固定连接，使得低压端电极与杆塔横担同电位。自灭弧装置沿内壁放置有灭弧管，灭弧管端部两两以90度角连接，并呈螺旋状连接下去，以此形成了一条螺旋环状并具有多处突变拐弯点的灭弧路径，能够将通过此灭弧路径的电弧最大化拉长、弱化。当灭弧气丸用完或失去作用时，雷击产生的电弧就会被按形成的灭弧路径引入每个灭弧管，从而击穿灭弧管的小铜管和金属球，进一步加热管内空气，空气膨胀后将拉长的脆弱电弧从每个灭弧管两端的小铜管沿侧孔纵向高速吹出，然后熄灭熄灭。在灭弧管内设置金属球，可以起到中心电极的作用，更好地引导电话从灭弧管穿过。被纵吹的电弧断点开局范围大且断口在电弧的突变点，电弧很难重燃。由于在横吹条件下电弧拉长路径及长度必须靠灭弧通道引导，从而灭弧通道必须很长，否则电弧容易重燃，在工程上是很难实现的。因此本实用新型灭弧间隙装置相对于横吹灭弧装置造价更加低廉，结构设计更加紧凑、简单，电弧拉长效率更加高。

本实用新型灭弧间隙装置利用雷电流高频集肤效应，雷电流极易钻入灭弧管。当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，且电流集中在导体的“皮肤”部分的一种现象，称为集肤效应，即趋肤效应。当高频雷电流通过自灭弧装置时，根据集肤效应，雷电流会集中在自灭弧装置的内壁，而本实用新型灭弧间隙装置通过将灭弧管设置于自灭弧装置内壁旁，更易于将电弧引入灭弧管内，最终熄灭电弧。

作为本实用新型的进一步说明，本实用新型灭弧间隙装置的强气流灭弧装置主要包括雷电信号采集装置和气体发生装置，气体发生装置内放置有一定数量的灭弧气丸。当输电线遭遇雷击时，雷电信号采集装置自动采集信号并将信号传输至气体发生装置，气体发生装置便启动灭弧气丸发生瞬间爆炸并产生高速喷射气流作用于灭弧腔体内的电弧，对电弧造成纵向冲击冷却至熄灭。利用灭弧气丸爆炸产生的高速气流熄灭电弧是本发明人一直以来研究的方向，本实用新型强气流灭弧装置采用发明人之前申请专利技术的气丸灭弧结构设计，如申请号为201010181340.0、201210371579.3、201310276758.3、201310297789.7等的中国专利。

作为本实用新型的进一步说明，本实用新型灭弧间隙装置的底部安装有具有引弧作用的引弧盘，该引弧盘确保了在起弧阶段更加容易将电弧引入装置内部，进一步熄灭电弧。

作为本实用新型的进一步说明，本实用新型灭弧间隙装置的强气流灭弧装置和引弧盘之间采用一个或一个以上的连接筒相连，装有不同数量的连接筒的灭弧间隙装置分别应用到不同电压等级的输电线路上。在更高压等级的输电线路中，绝缘子串长度较长，其击穿空气产生的电弧也就较长，若连接筒较短，其灭弧能力有限，容易产生重燃现象，那么对应增设延长连接筒，我们就可以对其进行分段灭弧，最大程度上杜绝重燃现象。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的引弧盘采用导电材料制作（或在其表面覆盖导电材料），连接筒采用非导电材料制作，这样雷电被吸引到引弧盘后再击穿连接筒然后到达低压端电极，这就相当于引引弧盘将主保护间隙分成了一大一小两个间隙，更能提高灭弧效率。而且引弧盘对周围一定空气范围的雷电起吸引作用（绝缘子串在其保护范围之内），增大了引弧能力，从而使装置的主保护间隙距离增大到等于或大于绝缘子串爬电距离。假设负极雷电绕击于架空导线，雷电波通过导线传送至相近的杆塔绝缘子串及防雷间隙。高压端电极击穿前会聚集大量的负电荷，由感应原理可知在引弧盘上将感应出异性的正电荷，使感电荷和感应电荷间会产生强大的库伦吸引力作用，吸引雷电朝着低压端电极击穿。正极性雷电时则同理可证。

本实用新型灭弧间隙装置的高压端电极和/或低压端电极采用冷阴极型电极，如石墨电极或是铜、铝等材料制成的电极。利用冷阴极效应灭弧：电极是低温体，电极弧是高温体，在两者间接触的一定范围内电弧温度受冷阴极影响也是低温电弧，用多个电极把电弧分割成冷电弧，使电弧的热电离度降低易于熄灭。

本实用新型灭弧间隙装置安装在绝缘子串旁，其低压端电极安装在杆塔横担上，高压端电极安装在架空导线上，通过感应电荷原理及异性电荷相吸原理使该装置能优先绝缘子串被击穿，使绝缘子串不受雷电影响，不会因为雷击而损害并造成线路短路等故障；而且保证了工频的耐压能力不受影响，减少了操作过电压下的无击穿，提高了线路运行的可靠性。

在普通并联保护间隙装置中，低压电极和高压电极分别安装在绝缘子串上端和下端，其还具有缺点；绝缘子串是导线和杆塔的唯一固体连接点，承受着导线本身的重力作用，对电网的安全起重要作用。普通并联间隙电极安装与绝缘子串上，无疑增加了绝缘子串的受力，在风力使导线摇晃摆动的情况下这种力会成倍增加。本实用新型则将高、低压端电极分别安装于导线和杆塔上，对绝缘子串的受力没有直接影响。

普通并联间隙吸引雷电流，保护绝缘子串，但是随雷电击穿而起得工频续流会经过绝缘子串的线夹（就是导线和绝缘子串连接的那个工具）处和弯头挂板处。工频续流的热量会导致线夹和导线发热，增加了雷击断线的概率。在本实用新型中，雷电从导线往杆塔击穿，即使有工频电弧也不会对绝缘子串造成烧灼现象，而且主保护间隙距离绝缘子串较远，工频电弧烧到绝缘子串的可能性降低，对绝缘子串的保护效果更佳。

与现有技术相比，本实用新型灭弧间隙装置主要有以下优点：

1.本实用新型灭弧间隙装置具备双重灭弧功能，既能通过灭弧气丸爆炸产生的高速气流熄灭电弧，又可通过连续交叉连接的灭弧管将电弧多断点切断并拉伸电弧，然后熄灭电弧，从而克服了传统灭弧装置当灭弧气丸用完后就直接失去灭弧作用的缺陷，避免了因不能及时更换或维护气丸而造成的雷电危害。

2.本实用新型灭弧间隙装置具有终身免维护性，当灭弧气丸用完后或失去作用时，不用再去考虑补给灭弧气丸，同样能够有效地、快速地熄灭电弧。

3.本实用新型灭弧间隙装置使用范围广，通过对应增设延长连接筒，可应用在35kv、110kv、220kv、500kv甚至更高电压等级的输电线路上。

4.本实用新型灭弧间隙装置造价低廉，结构紧凑、简单，安全可靠，灭弧效率高。

附图说明

附图1是本实用新型灭弧间隙装置结构示意图。

附图2是本实用新型灭弧间隙装置的自灭弧装置结构示意图。

附图3是本实用新型灭弧间隙装置的灭弧管结构示意图。

附图标记：1-金具，2-自灭弧装置，21-上中孔，22-下中孔，23-侧孔，3-强气流灭弧装置，4-连接筒，5-引弧盘，6-灭弧管，61-第一个灭弧管，62-第二个灭弧管，6n-最后一个灭弧管，7-小铜管，8-金属球，9-外壁陶瓷管，10-绝缘子串，11-架空导线，12-高压端电极，13-低压端电极,14-杆塔横担。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，本实施例仅是对本实用新型作更清楚的说明，而不是对本实用新型的限制。

如图1、2、3所示所示，一种复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，包括灭弧装置和并列安装在绝缘子串10附近的保护间隙装置；保护间隙装置主要由低压端电极13和高压端电极12构成；低压端电极13的一端通过连接金具1安装在杆塔横担14上，另一端指向灭弧装置内；高压端电极12的一端安装在架空导线11上，另一端指向低压端电极13；其中，灭弧装置主要由自灭弧装置2、强气流灭弧装置3、连接筒4、引弧盘5构成，并自上而下连接成一个整体；所述自灭弧装置2沿内壁放置有连续交叉连接的灭弧管6；所述灭弧管6主要由设置在两端的小铜管7、设置在中间位置的金属球8和外壁陶瓷管9构成；所述低压端电极13指向自灭弧装置内的一端通过导线与自灭弧装置2内第一个灭弧管61的首端小铜管连接，第一个灭弧管61末端小铜管接着与第二个灭弧管62首端小铜管垂直错位连接，直至最后一个灭弧管6n，以此沿自灭弧装置2内壁呈螺旋状连接下去；所述自灭弧装置的上、下盖还分别设有中孔21,22，侧壁对应两两灭弧管的端部连接处设有侧孔23；最后一个灭弧管6n位于自灭弧装置2下盖上，末端小铜管指向下中孔22，并通过导线从下中孔穿过至强气流灭弧装置3内。

作为上述方案的进一步说明，在自灭弧装置2内，灭弧管6基本填充完整个自灭弧装置2内壁，并通过固定机构固定，形成了一条完整的螺旋环状灭弧管道。当电弧穿过强气流灭弧装置3至自灭弧装置2，电弧会先通过最后一个灭弧管6n，接着按倒序方式（如图3箭头所示）通过每个灭弧管，直至第一个灭弧管61。电弧通过灭弧管时，会击穿灭弧管的小铜管和金属球，进一步加热管内空气，空气膨胀后将拉长的脆弱电弧从每个灭弧管两端的小铜管沿侧孔纵向高速吹出熄灭。

作为上述方案的进一步说明，强气流灭弧装置主要包括雷电信号采集装置和气体发生装置，气体发生装置内放置有一定数量的灭弧气丸。当输电线遭遇雷击时，雷电信号采集装置自动采集信号并将信号传输至气体发生装置，气体发生装置可执行灭弧气丸瞬间爆炸并产生高速喷射气流作用于灭弧腔体内的电弧，对电弧造成纵向冲击冷却至熄灭。利用灭弧气丸爆炸产生的高速气流熄灭电弧是本发明人一直以来研究的方向，本实用新型强气流灭弧装置采用发明人之前申请专利技术的气丸灭弧结构设计，如申请号为201010181340.0、201210371579.3、201310276758.3、201310297789.7等的中国专利。

作为上述方案的进一步说明，本实用新型灭弧间隙装置的底部安装有采用导电材料制作、具有引弧作用的引弧盘，该引弧盘确保了在起弧阶段更加容易将电弧引入装置内部，进一步熄灭电弧。

作为上述方案的进一步说明，本实用新型灭弧间隙装置的强气流灭弧装置和引弧盘之间采用非导电材料制作的连接筒相连，装有不同数量的连接筒的灭弧间隙装置分别应用到不同电压等级的输电线路上。在更高压等级的输电线路中，绝缘子串长度较长，其击穿空气产生的电弧也就较长，若连接筒较短，其灭弧能力有限，容易产生重燃现象，那么对应增设延长连接筒，我们就可以对其进行分段灭弧，最大程度上杜绝重燃现象。

尽管已对本实用新型进行了描述，但上述描述只是为了说明的目的，本实用新型不限于上述结合附图的具体描述，本领域普通技术人员具有对其进行不脱离本实用新型精神的各种改变的能力，而本实用新型的保护范围由权利要求书限定。例如对本实用新型灭弧间隙装置各部分组件做出其他结构设计，只要是起到等同作用的便落入本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，包括灭弧装置和并列安装在绝缘子串（10）附近的保护间隙装置；保护间隙装置主要由低压端电极（13）和高压端电极（12）构成；所述低压端电极（13）的一端通过连接金具（1）安装在杆塔横担（14）上，另一端指向灭弧装置内；所述高压端电极（12）的一端安装在架空导线（11）上，另一端指向低压端电极（13）；

其特征在于，所述灭弧装置包括自上而下连接成一个整体的自灭弧装置（2）、强气流灭弧装置（3）、连接筒（4）、引弧盘（5）；

所述自灭弧装置（2）沿内壁放置有连续交叉连接的灭弧管（6）；所述灭弧管（6）主要由设置在两端的小铜管（7）、设置在中间位置的金属球（8）和外壁陶瓷管（9）构成；所述低压端电极（13）指向灭弧装置的一端通过导线与自灭弧装置（2）内第一个灭弧管（61）的首端小铜管连接，第一个灭弧管（61）末端小铜管接着与第二个灭弧管（62）首端小铜管垂直错位连接，直至最后一个灭弧管（6n），以此沿自灭弧装置（2）内壁呈螺旋状连接下去；

所述自灭弧装置的上、下盖还分别设有上中孔（21）和下中孔（22），侧壁对应两两灭弧管的端部连接处设有侧孔（23）。

2.根据权利要求1所述的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，其特征在于，所述强气流灭弧装置（3）包括雷电信号采集装置和气体发生装置，所述气体发生装置内放置有一定数量的灭弧气丸。

3.根据权利要求2所述的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，其特征在于，所述雷电采集装置自动采集雷击信号并将信号传输至气体发生装置，所述气体发生装置启动灭弧气丸发生瞬间爆炸并产生高速喷射气流对电弧造成冲击、冷却至熄灭。

4.根据权利要求1-3任一所述的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，其特征在于，所述强气流灭弧装置（3）底端连接有一个或一个以上并采用非导电材料制作的连接筒（4）。

5.根据权利要求4所述的复合式喷射气流防雷灭弧间隙装置，其特征在于，所述连接筒（4）底端连接有一个采用导电材料制作或在其表面覆盖导电材料的引弧盘（5）。