CN206947941U - 抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置，包括磁环串、铜箔胶带及固定外壳，磁环串由多个开环抗饱和磁环构成，相邻两个开环抗饱和磁环之间通过胶粘剂紧密连接；开环抗饱和磁环上设置有气隙；磁环串的外表面包裹铜箔胶带且磁环串外设置固定外壳。本实用新型通过在磁环上开设长度适宜的气隙，能够有效提高装置的饱和特性，且对行波造成更多的能量消耗，减小在GIS中操作隔离开关所引起的VFTO值；铜箔胶带能够有效防止磁力线泄露，增强磁环装置的涡流损耗，降低VFTO对设备的影响，还可以改善磁环串表面的电场分布，避免局部场强过高而引起的局部放电现象。固定外壳能够提高磁环装置整体的强度和刚度。

Description

抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置

技术领域

本实用新型涉及抑制过电压技术领域，尤其涉及一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置。

背景技术

在电网系统中，由于GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关设备)具有占地面积小、可靠性高、安全性好、安装周期短以及维护方便等优点，使得GIS成为构成各级电网的重要组成部分且在电网中得到广泛的应用。从组成结构开看，GIS是由断路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器和套管组合而成的高压配电装置。当操作隔离开关时，隔离开关的断口间会产生多次电弧重燃或预击穿，每一次的电弧重燃都会产生一定幅值的瞬态过电压，瞬态过电压沿隔离开关的断口向两侧传输，经过多次折射和反射形成幅值较高的VFTO(Very Fast Transient Overvoltage，特快速暂态过电压)，VFTO会严重威胁GIS和GIS邻近二次设备的绝缘安全，是GIS故障的主要原因之一，因此，在抑制过电压技术领域，研究如何在GIS中有效地抑制VFTO是个重要的问题。

目前有一种磁环装置，该磁环装置为闭环结构，主要应用小磁环抑制高频电磁干扰的原理来设计。在GIS中的导电杆上安装磁环装置，就相当于增加了等效电阻和电感，改变了导电杆附近的电路参数。因此，当GIS中产生VFTO时，行波的幅值和陡度也将因为增加了磁环装置而降低。即：目前的磁环装置通过磁环在高频下的等效电阻和电感来抑制VFTO的陡度和幅值，从而实现在在GIS中抑制VFTO。

然而，如果大规模使用目前的磁环装置，或者将目前的磁环装置应用于超高压、特高压等级的GIS中，操作隔离开关时，在极端条件下，隔离开关触头间隙产生的电压值大约为2倍工频电压幅值，因此，流经隔离开关附近母线内部的导电杆中的电流峰值也容易达到kA级别。由于目前的磁环装置采用闭环结构，由安培环路定律可知，当流经导电杆的电流值I很大时，闭环磁环上感应形成的磁场强度H也非常大，再结合磁滞曲线可知，磁场强度H很大时，磁环容易进入饱和状态；最后，由磁通密度、磁场强度以及磁导率的关系可知，当磁环上感应形成的磁场强度H非常大时，磁环的磁导率接近于0，此时，等效电感和阻抗都显著下降，导致磁环的抑制作用也明显衰退。因此，目前的磁环装置由于采用了闭环结构，使得磁环装置易饱和，在大规模使用磁环或者将磁环应用于超高压、特高压等级的GIS中时，目前的磁环装置无法有效地抑制VFTO。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置。

一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置，包括磁环串、铜箔胶带及固定外壳，其中：磁环串套设在GIS内部的导电杆上，且与导电杆紧密贴合，磁环串由多个开环抗饱和磁环构成，多个开环抗饱和磁环的中轴线重合且沿轴向紧密连接，相邻两个开环抗饱和磁环之间通过胶粘剂紧密连接；多个开环抗饱和磁环上设置有长度相同的气隙；磁环串的外表面包裹铜箔胶带，包裹有铜箔胶带的磁环串外设置固定外壳。

可选地，单个开环抗饱和磁环的气隙处紧密嵌入绝缘油纸板，且绝缘油纸板与气隙之间通过胶粘剂紧密连接；

与气隙接触的绝缘油纸板的两个侧面与气隙匹配，绝缘油纸板的厚度与气隙的长度匹配。

可选地，气隙的长度为1mm-2mm。

可选地，胶粘剂设置为改性环氧树脂胶粘剂。

可选地，固定外壳设置为铝壳。

可选地，开环抗饱和磁环设置为铁氧体软磁开环抗饱和磁环。

可选地，多个开环抗饱和磁环的气隙的切口方向一致。

可选地，固定外壳的截面积与单个开环抗饱和磁环的截面积相同。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型提供一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置，包括磁环串、铜箔胶带及固定外壳，其中：磁环串套设在GIS内部的导电杆上，且与导电杆紧密贴合，磁环串由多个开环抗饱和磁环构成，多个开环抗饱和磁环的中轴线重合且沿轴向紧密连接，相邻两个开环抗饱和磁环之间通过胶粘剂紧密连接；多个开环抗饱和磁环上设置有长度相同的气隙；磁环串的外表面包裹铜箔胶带，包裹有铜箔胶带的磁环串外设置固定外壳。

本实用新型通过在磁环上开设长度适宜的气隙，将磁环设计为开环结构，在GIS中操作隔离开关时，即使隔离开关触头间隙产生的电压值非常大，流经导电杆的电流也不会太大，导致磁环上感应形成的磁场强度大大减小，因此，磁环不容易进入饱和状态，也就是说本实用新型中开环抗饱和磁环的设置，能够有效地提高磁环装置整体的饱和特性。另外，在暂态的情况下，由于磁环装置中设置有气隙，气隙能够对行波造成更多的能量消耗，从而降低行波的幅值，进而减小在GIS中操作隔离开关所引起的VFTO值，也就是说，磁环装置中气隙的设置，还能够有效抑制VFTO值。另外，本实用新型中的铜箔胶带能够有效地防止磁力线泄露，从而增强磁环装置的涡流损耗，降低VFTO对设备的影响，而且，铜箔胶带的设置还可以改善磁环串表面的电场分布，从而磁环串表面避免局部场强过高而引起的局部放电现象。固定外壳的设置能够提高磁环装置整体的强度和刚度，避免装置在搬运的过程中被磕碰及损坏。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本实用新型实施例提供的一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置的结构示意图。

图1和图2中的符号表示：

1-开环抗饱和磁环、2-固定外壳、3-铜箔胶带、4-胶粘剂、5-绝缘油纸板。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

气体绝缘开关设备GIS是电网中常用的电气设备，在超高压、特高压等级的GIS中操作隔离开关时，隔离开关触头间隙会产生一种特快速暂态过电压VFTO，VFTO会导致流经导电杆中的电流峰值达到kA级别。以550kV的GIS设备为例，我国550kV GIS设备的波阻抗范围大致为70～100Ω，在不考虑行波的折、反射过程情况下，按隔离开关触头间隙可能出现的2倍工频电源峰值电压估算，产生VFTO时的行波电流在4.49kA以上。因此VFTO严重威胁GIS中的二次设备并引起GIS故障，为了有效地抑制VFTO，本实用新型提供一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置。

以下将结合附图对本实用新型实施例的抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置进行详细说明。

实施例一

参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置的结构示意图。由图1可知，本实用新型主要包括三个部分：磁环串、铜箔胶带3以及固定外壳2。其中，磁环串套设在GIS中母线内的导电杆上，且磁环串与导电杆紧密贴合。磁环串由多个开环抗饱和磁环1构成，多个开环抗饱和磁环1的中轴线重合且沿轴向紧密连接，相邻两个开环抗饱和磁环1之间通过胶粘剂4紧密连接；多个开环抗饱和磁环1上设置有长度相同的气隙。

在GIS内部导电杆上安装磁环装置，即对电路进行滤波，无论磁环装置为开环磁环还是闭环磁环，都相当于对导电杆增加了等效电阻和电感，因此会改变导电杆附近的电路参数。在这种情况下，当GIS中产生VFTO时，行波的幅值和陡度将因为增加了磁环装置而降低。本实用新型实施例中的每个开环抗饱和磁环1上都设置有一个气隙，因此开环抗饱和磁环的截面形状类似一个有缺口的环形。本实用新型通过在磁环上开设长度适宜的气隙，将磁环设计为开环结构，在GIS中操作隔离开关时，即使隔离开关触头间隙产生的电压值非常大，由于磁环不是闭环结构，流经导电杆的电流也不会太大，因此磁环上感应形成的磁场强度大大减小，磁环不容易进入饱和状态，这就相当于提高了磁环装置整体的饱和特性。而且，在暂态的情况下，由于气隙的存在，会对行波造成比闭环磁环更多的能量消耗，所以能够导致行波的幅值和陡度进一步降低。因此，本实用新型能够有效地提高磁环装置的饱和特性，并能够显著提高对VFTO的抑制效果。

本实用新型实施例中，开环抗饱和磁环1中气隙的长度为1mm-2mm，最佳选择为1.5mm，开环抗饱和磁环的这种尺寸要求，既能够提高整个磁环装置的饱和特性，又不会影响磁环的其他性能。

多个开环抗饱和磁环1上设置有长度相同的气隙，且多个开环抗饱和磁环构成一个磁环串套设在导电杆上。在多个开环抗饱和磁环1沿着轴向紧密排列时，将多个开环抗饱和磁环的切口方向保持一致，有利于提高磁环装置整体的稳定性。

更进一步地，在多个开环抗饱和磁环1沿着轴向紧密排列时，可以令气隙的切口方向一致垂直向下，由于现场操作时，操作者的手臂需要深入管道中，令开环抗饱和磁环中气隙的切口方向一致垂直向下有利于操作者方便地统一布置磁环，从而更进一步确保装置的稳定性。

继续参见图1，本实用新型实施例中，磁环串的外表面包裹所述铜箔胶带3，包裹有铜箔胶带3的磁环串外设置有固定外壳2。铜箔胶带3通过自带的粘胶包裹在磁环串的周围，可以有效防止磁力线泄露，加强磁环装置的涡流损耗，从而对行波造成更多的能量消耗，有利于降低行波的幅值，减小VFTO对GIS以及其他二次设备的影响。而且，铜箔胶带还可以改善磁环串表面的电场分布，避免磁环串表面由于局部场强过高而产生局部放电。

固定外壳2能够提高磁环装置整体的强度和刚度，避免设备在搬运的过程中磕碰而导致磁环损坏。固定外壳2可以选择铝壳或者不锈钢外壳。铝壳由铝合金制造，铝合金强度比较高，接近优质钢，并且具有优良的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能，能够更好地提高磁环装置的强度和刚度，从而更好地保护整个磁环装置的内部元件。

固定外壳2的外观尺寸方面，固定外壳2的截面积与单个开环抗饱和磁环的截面积相同，固定外壳2的长度可以根据实际磁环装置中开环抗饱和磁环的数量而定。这种结构设计，能够确保固定外壳2与包裹有铜箔胶带3的磁环串紧密贴合在一起，有利于提高磁环装置的稳定性。

由图1还可以看出，相邻两个开环抗饱和磁环1之间通过胶粘剂4紧密连接。通过胶粘剂4将相邻两个开环抗饱和磁环1之间紧密连接起来，能够确保磁环串的牢固性、避免单个开环抗饱和磁环之间产生松动，从而提高整个磁环装置对VFTO的抑制效果。

具体地，本实用新型实施例中的胶粘剂4可以采用改性环氧树脂胶粘剂，改性环氧树脂胶粘剂采用聚氨酯预聚物对环氧树脂进行改性处理，能够克服一般环氧树脂胶粘剂的脆性和耐高温性较差的缺点，并且具有耐油、耐水及耐有机溶剂等优良特性，因此，能够确保开环抗饱和磁环之间的连接更加紧密和牢固。

实施例二

在上述图1所示的实施例的基础之上参见图2，图2为本实用新型实施例提供的另一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置的结构示意图。由图2可知，本实用新型实施例中单个开环抗饱和磁环1的气隙处紧密嵌入绝缘油纸板5，且绝缘油纸板5与气隙之间通过胶粘剂4紧密连接。与气隙接触的绝缘油纸板5的两个侧面与气隙匹配，绝缘油纸板5的厚度与气隙的长度匹配。

绝缘油纸板5是一种非导磁材料，既不会对磁场产生束磁作用而影响到磁场的空间分布又不会降低开环抗饱和磁环1的饱和特性。本实用新型实施例中在开环抗饱和磁环1的气隙处紧密嵌入绝缘油纸板5，能够有效防止气隙表面的局部放电，从而提高整个磁环装置的安全性。该实施例未详细描述的部分可参照图1所示的实施例，两者之间可以互相参照，在此不再详细阐述。

另外，本实用新型实施中的开环抗饱和磁环1可以选择铁氧体软磁开环抗饱和磁环，铁氧体软磁开环抗饱和磁环是一种由软磁材料制成的开气隙的磁环，这种磁环不需要接地，对其结构设计没有特殊要求，因此适合推广使用，而且这种磁环中高频的损耗低，作为共模扼流圈使用时，不会造成信号失真，尤其对于传输高频信号的导线来说其优势更加明显。

以550kV GIS为例，针对本实用新型中的磁环装置进行结构设计时，可以参考以下尺寸：由于磁环串套设在GIS中的导电杆上，考虑到磁环串的尺寸需要与现有的GIS中导电杆的外径参数相匹配，单个开环抗饱和磁环1的外径可以设置为210mm-250mm，内径为150mm-200mm，厚度为15mm-35mm，其中，单个开环抗饱和磁环1的最佳尺寸选择为：外径230mm，内径170mm，厚度20mm。单个开环抗饱和磁环中气隙的长度为1mm-2mm，最佳气隙长度为1.5mm。固定外壳2可以选择铝壳，假设磁环串共包括20个磁环，整个铝壳呈圆筒形，尺寸可以设置为：外径240mm，内径230mm，厚度400mm，铝壳两端底面面积和单个开环抗饱和磁环1的底面积保持一致。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种抑制气体绝缘开关设备中特快速暂态过电压的磁环装置，其特征在于，包括磁环串、铜箔胶带(3)及固定外壳(2)，其中：

所述磁环串套设在GIS内部的导电杆上，且与所述导电杆紧密贴合，所述磁环串由多个开环抗饱和磁环(1)构成，多个所述开环抗饱和磁环(1)的中轴线重合且沿轴向紧密连接，相邻两个所述开环抗饱和磁环(1)之间通过胶粘剂(4)紧密连接；多个所述开环抗饱和磁环(1)上设置有长度相同的气隙；

所述磁环串的外表面包裹所述铜箔胶带(3)，包裹有所述铜箔胶带(3)的所述磁环串外设置所述固定外壳(2)。

2.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，单个所述开环抗饱和磁环(1)的气隙处紧密嵌入绝缘油纸板(5)，且所述绝缘油纸板(5)与所述气隙之间通过所述胶粘剂(4)紧密连接；

与所述气隙接触的所述绝缘油纸板(5)的两个侧面与所述气隙匹配，所述绝缘油纸板(5)的厚度与所述气隙的长度匹配。

3.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，所述气隙的长度为1mm-2mm。

4.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，所述胶粘剂(4)设置为改性环氧树脂胶粘剂。

5.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，所述固定外壳(2)设置为铝壳。

6.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，所述开环抗饱和磁环(1)设置为铁氧体软磁开环抗饱和磁环。

7.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，多个所述开环抗饱和磁环的气隙的切口方向一致。

8.根据权利要求1所述的磁环装置，其特征在于，所述固定外壳(2)的截面积与单个所述开环抗饱和磁环的截面积相同。