本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)架空線路過(guò)電壓防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)架空輸電線路雷害治理一直是眾多科研單位和管理部門(mén)重要目標(biāo)，由于雷電造成的線路斷線、跳閘故障是影響電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要因素，其根本原因是由于雷擊過(guò)電壓造成線路絕緣子沿面閃絡(luò)或相間空氣擊穿，形成低阻態(tài)閃絡(luò)通道，電網(wǎng)工頻網(wǎng)壓順著低阻態(tài)閃絡(luò)通道持續(xù)放電形成持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、幅值較高的工頻續(xù)流，繼而引起線路導(dǎo)線燒斷或線路繼電保護(hù)動(dòng)作引起跳閘保護(hù)。

現(xiàn)在架空輸電線路防雷除了架設(shè)避雷線、負(fù)角保護(hù)針、降低桿塔接地電阻等主要手段外，另一個(gè)重要技術(shù)手段就是安裝線路過(guò)電壓保護(hù)器，目前的過(guò)電壓保護(hù)器主要有金屬氧化物避雷器、并聯(lián)保護(hù)間隙以及將兩者特點(diǎn)結(jié)合在一起的帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，近年來(lái)出現(xiàn)一種多間隙避雷器，屬于較新穎的過(guò)電壓防護(hù)裝置。

其中，金屬氧化物避雷器利用了金屬物優(yōu)異的壓敏特性，目前大量使用在輸電線路上。但由于受到金屬氧化物電壓梯度、通流容量、價(jià)格和體積重量等多方面的限制，使得應(yīng)用成本居高不下，同時(shí)由于高壓電老化原因造成線路檢測(cè)、運(yùn)維成本不菲。

而線路絕緣子并聯(lián)保護(hù)間隙的方法，在過(guò)電壓下容易建弧，無(wú)法自主切斷工頻續(xù)流引起線路跳閘，只能配合重合閘裝置使用或者用于較低等級(jí)的供電場(chǎng)所。

為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中采取了如下的方式：

中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)日：2013年11月27日、公開(kāi)號(hào)：CN 203312737 U)公開(kāi)了一種應(yīng)用于高壓架空線路的多間隙避雷器，采取的是長(zhǎng)硅橡膠條內(nèi)壓制多個(gè)金屬電極形成多個(gè)間隙，其工作原理是將雷擊閃絡(luò)電弧切割多段后利用工頻電流過(guò)零點(diǎn)自然熄弧來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但由于長(zhǎng)硅橡膠條結(jié)構(gòu)在淋雨條件下會(huì)形成雨水連線，在雷擊過(guò)電壓作用下極易發(fā)生沿面閃絡(luò)現(xiàn)象而造成線路跳閘故障。

中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)日：2009年7月1日、公開(kāi)號(hào)：CN 101471542A)公開(kāi)了用于過(guò)電壓保護(hù)系統(tǒng)的多間隙組合防護(hù)器件，該組合防護(hù)器件利用多個(gè)類(lèi)似羊角對(duì)稱(chēng)的電極形成放電間隙，通過(guò)設(shè)置在放電間隙上的照射裝置促使放電穩(wěn)定，并通過(guò)羊角型電極將電弧拉長(zhǎng)，增大弧阻從而實(shí)現(xiàn)滅弧功能。該發(fā)明結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝復(fù)雜，其拉長(zhǎng)電弧主要依靠弧根在電動(dòng)力作用下向“羊角”頂端移動(dòng)形成的自然熄弧方式，由于熄弧時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且不能確保在電流過(guò)零點(diǎn)后重燃的情況發(fā)生，容易引起電極燒損和線路跳閘事故的發(fā)生。

中國(guó)專(zhuān)利(公開(kāi)日：2014年2月19日、公開(kāi)號(hào)：CN 103594210 A)公開(kāi)了一種多間隙自膨脹強(qiáng)氣流縱吹滅弧防雷保護(hù)裝置。其工作原理為利用滅弧裝置的主體體積，把電弧由直線轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪Ⅲw環(huán)狀，從而拉長(zhǎng)電弧，利用電弧烘烤多產(chǎn)氣材料產(chǎn)生強(qiáng)氣流在多處同時(shí)縱向切斷電弧。主要缺陷為螺旋狀滅弧管結(jié)構(gòu)精巧復(fù)雜，在陶瓷管里內(nèi)置銅電極和金屬球，并螺旋狀布局與滅弧裝置主體內(nèi)的結(jié)構(gòu)不太容易實(shí)現(xiàn)，從降低產(chǎn)品成本和制造工藝角度考慮量產(chǎn)很困難，同時(shí)產(chǎn)氣材料的使用壽命有限，嚴(yán)重限制裝置的使用壽命。

因此，急需一種能夠抑制雷電流的幅值，并限制雷擊過(guò)后工頻續(xù)流幅值的快速增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)快速熄弧，切斷工頻續(xù)流并恢復(fù)線路絕緣水平的過(guò)電壓防護(hù)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供一種能抵消10kV工頻網(wǎng)壓、抑制雷電流的幅值并限制雷擊過(guò)后工頻續(xù)流幅值快速增長(zhǎng)的10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置，能夠快速熄弧、切斷工頻續(xù)流并恢復(fù)線路絕緣水平。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置，包括絕緣本體、設(shè)置在絕緣本體一端部的高壓電極及設(shè)置在絕緣本體另一端部的低壓電極，以及同軸套置在所述絕緣本體上的兩個(gè)絕緣盤(pán)，每個(gè)所述絕緣盤(pán)的圓周面上均布置有多級(jí)短弧位降電壓疊加室，且所述多級(jí)短弧位降電壓疊加室分布在所述絕緣盤(pán)二分之一至四分之三的圓周面上；所述多級(jí)短弧位降電壓疊加室包括沿所述絕緣盤(pán)圓周面均勻鑲嵌的若干個(gè)電極，每相鄰兩個(gè)所述電極之間有第一放電間隙；所述絕緣盤(pán)圓周面上正對(duì)著每個(gè)所述第一放電間隙位置處開(kāi)有與所述第一放電間隙連通的通孔，且所述通孔與外界連通。

優(yōu)選地，所述第一放電間隙的距離為0.4～0.6mm，所述通孔的孔徑大于所述第一放電間隙的距離且小于所述電極的最大寬度。

優(yōu)選地，每個(gè)所述第一放電間隙底部向內(nèi)凹陷有氣腔，且每個(gè)所述通孔端部邊沿向外延伸有凸起。

優(yōu)選地，所述多級(jí)短弧位降電壓疊加室中的電極均為由兩個(gè)弧度相同的弧面對(duì)合形成的電極。

優(yōu)選地，所述多級(jí)短弧位降電壓疊加室的兩端分別設(shè)置有第一接閃電極和第二接閃電極，所述第一接閃電極位于所述絕緣盤(pán)的上表面，所述第二接閃電極位于所述絕緣盤(pán)的下表面；位于高壓側(cè)所述絕緣盤(pán)上的第二接閃電極與位于低壓側(cè)所述絕緣盤(pán)上的第一接閃電極相對(duì)布置且之間留有第二放電間隙，且所述第二放電間隙的距離為25～35mm。

優(yōu)選地，所述絕緣本體的一端且位于高壓電極的下方位置處設(shè)置有與所述高壓電極等電位連接的第一引弧電極，所述第一引弧電極與高壓側(cè)所述絕緣盤(pán)的第一接閃電極相對(duì)布置且留有第三放電間隙，且所述第三放電間隙的距離為8～12mm；所述絕緣本體的另一端且位于低壓電極的上方位置處設(shè)置有與所述低壓電極等電位連接的第二引弧電極，所述第二引弧電極與低壓側(cè)所述絕緣盤(pán)的第二接閃電極相對(duì)布置且之間留有第四放電間隙，且所述第四放電間隙距離為8～12mm。

優(yōu)選地，所述第一引弧電極與對(duì)應(yīng)的所述第一接閃電極、位于高壓側(cè)所述絕緣盤(pán)上的第二接閃電極與位于低壓側(cè)所述絕緣盤(pán)上的第一接閃電極、所述第二引弧電極與對(duì)應(yīng)的所述第二接閃電極均錯(cuò)開(kāi)相對(duì)布置。

優(yōu)選地，兩個(gè)所述絕緣盤(pán)均為硅橡膠圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)所述絕緣盤(pán)均由硅橡膠通過(guò)硫化工藝同軸連接在所述絕緣本體上。

優(yōu)選地，所述高壓電極、所述第一引弧電極、兩個(gè)所述第一接閃電極、兩個(gè)所述第二接閃電極、所述第二引弧電極、所述低壓電極及所述多級(jí)短弧位降電壓疊加室中的電極均為耐腐蝕材料，且通流容量為幅值100kA的8/20us沖擊電流。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、通過(guò)增加多級(jí)短弧位降電壓疊加室，可有效抵消10kV工頻網(wǎng)壓，抑制雷電流的幅值，并限制雷擊過(guò)后工頻續(xù)流幅值的快速增長(zhǎng)，從而快速熄弧、切斷工頻續(xù)流并恢復(fù)線路絕緣水平；

2、通過(guò)第二放電間隙、第三放電間隙及第四放電間隙來(lái)隔離電網(wǎng)工頻電壓，在正常工作條件下不存在泄露電流和高壓電老化的問(wèn)題；

3、采用耐腐蝕材料的電極，使得本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置不受金屬氧化物電阻片通流容量和電壓梯度的限制，且重量輕、成本低、通流容量大、使用壽命長(zhǎng)及維護(hù)費(fèi)用低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的主視示意圖；

圖3為圖1中絕緣盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的俯視示意圖；

圖5為圖3中多級(jí)短弧位降電壓疊加室局部放大示意圖；

圖6為本發(fā)明多級(jí)短弧位降電壓疊加室工作原理示意圖。

圖中各部件標(biāo)號(hào)如下：

高壓電極1、低壓電極2、第一引弧電極3、第二引弧電極4、第一接閃電極5、第二接閃電極6、絕緣盤(pán)7、多級(jí)短弧位降電壓疊加室8、絕緣本體9、通孔10、第一放電間隙11、第二放電間隙12、第三放電間隙13、第四放電間隙14、電極15、氣腔16、凸起17、陰極位降區(qū)域18、弧柱19、陽(yáng)極位降區(qū)域20、陰極21、陽(yáng)極22、電弧23。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1及圖2所示10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置，包括絕緣本體9、設(shè)置在絕緣本體9一端部的高壓電極1及設(shè)置在絕緣本體9另一端部的低壓電極2，以及同軸套置在絕緣本體9上的兩個(gè)絕緣盤(pán)7。本實(shí)施例的關(guān)鍵點(diǎn)在于：兩個(gè)絕緣盤(pán)7的圓周面上均布置有多級(jí)短弧位降電壓疊加室8，并且多級(jí)短弧位降電壓疊加室8的兩端分別設(shè)置有第一接閃電極5和第二接閃電極6，第一接閃電極5位于絕緣盤(pán)7的上表面，第二接閃電極6位于絕緣盤(pán)7的下表面；同時(shí)，一個(gè)絕緣盤(pán)7上的第二接閃電極6與另一個(gè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5相對(duì)布置且之間留有第二放電間隙12，即位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第二接閃電極6與位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5相對(duì)布置且之間留有第二放電間隙12，且第二放電間隙12的距離為25～35mm(優(yōu)選為30mm)。

另外，絕緣本體9的一端且位于高壓電極1的下方位置處設(shè)置有與高壓電極1等電位連接的第一引弧電極3，第一引弧電極3與高壓側(cè)絕緣盤(pán)7的第一接閃電極5相對(duì)布置且留有第三放電間隙13，且第三放電間隙13的距離為8～12mm(優(yōu)選為10mm)；同理，絕緣本體9的另一端且位于低壓電極2的上方位置處設(shè)置有與低壓電極2等電位連接的第二引弧電極4，第二引弧電極4與低壓側(cè)絕緣盤(pán)7的第二接閃電極6相對(duì)布置且之間留有第四放電間隙14，且第四放電間隙14距離為8～12mm(優(yōu)選為10mm)。

再次如圖2所示，第一引弧電極3與對(duì)應(yīng)的第一接閃電極5、位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第二接閃電極6與位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5、第二引弧電極4與對(duì)應(yīng)的第二接閃電極6均錯(cuò)開(kāi)相對(duì)布置，即第一引弧電極3的端部不正對(duì)著對(duì)應(yīng)的第一接閃電極5的端部，位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第二接閃電極6端部不正對(duì)著位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5的端部，第二引弧電極4的端部不正對(duì)著對(duì)應(yīng)的第二接閃電極6的端部，防止在淋雨條件下形成雨水連線。綜上所述，第二放電間隙12、第三放電間隙13及第四放電間隙14串聯(lián)后用于隔離正常線路工頻網(wǎng)壓，能夠承受20kV以上的工頻電壓而不發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。

結(jié)合圖3、圖4所示，多級(jí)短弧位降電壓疊加室8包括沿絕緣盤(pán)7圓周面且均勻鑲嵌在絕緣盤(pán)7上的若干個(gè)電極15，本實(shí)施例中電極15為由兩個(gè)弧度相同的弧面對(duì)合形成的電極15。相鄰電極15之間留有第一放電間隙11，且絕緣盤(pán)7圓周面上正對(duì)著每個(gè)第一放電間隙11位置處均開(kāi)有與第一放電間隙11連通的通孔10，同時(shí)，該通孔10也與外界連通；第一放電間隙11的距離為0.4～0.6mm(優(yōu)選為0.5mm)，通孔10的孔徑大于第一放電間隙11的距離且小于電極15的最大寬度(即寬度是指一個(gè)弧面到另一個(gè)弧面的距離)。結(jié)合圖5所示，每個(gè)第一放電間隙11底部向內(nèi)(即指向絕緣本體9的方向)凹陷有氣腔16，且每個(gè)通孔10端部邊沿向外(即遠(yuǎn)離絕緣本體9的方向)延伸有凸起17。

多級(jí)短弧位降電壓疊加室8分布在絕緣盤(pán)7二分之一至四分之三的圓周面上，且優(yōu)選為五分之三的圓周面，在這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下，多級(jí)短弧位降電壓疊加室8的50％沖擊動(dòng)作電壓遠(yuǎn)小于剩余二分之一至四分之一的圓周面沿面沖擊閃絡(luò)電壓，以確保裝置燃弧路徑可控，使得燃弧路徑沿多級(jí)短弧位降電壓疊加室12的方向閃絡(luò)，綜上所述，多級(jí)短弧位降電壓疊加室8可有效抵消10kV工頻網(wǎng)壓，抑制雷電流的幅值，并限制雷擊過(guò)后工頻續(xù)流幅值的快速增長(zhǎng)，從而快速熄弧、切斷工頻續(xù)流并恢復(fù)線路絕緣水平。

本實(shí)施例中，絕緣本體9由圓柱絕緣體與硅橡膠硫化加工而成，兩個(gè)絕緣盤(pán)7均為硅橡膠圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，且兩個(gè)絕緣盤(pán)7均由硅橡膠通過(guò)硫化工藝同軸連接在絕緣本體9上。另外，高壓電極1、第一引弧電極3、兩個(gè)第一接閃電極5、兩個(gè)第二接閃電極6、第二引弧電極4、低壓電極2及多級(jí)短弧位降電壓疊加室8中的電極15均為耐腐蝕材料，且通流容量為幅值100kA的8/20us沖擊電流，使得本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置不受金屬氧化物電阻片通流容量和電壓梯度的限制，且重量輕、成本低、通流容量大、使用壽命長(zhǎng)及維護(hù)費(fèi)用低。

如圖6所示為本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置的工作原理，短電弧分為陰極位降區(qū)域18、弧柱19和陽(yáng)極位降區(qū)域20，其中陰極位降區(qū)域18和陽(yáng)極位降區(qū)域20電壓梯度高達(dá)10⁵～10⁶V/cm，而弧柱19只有10～50V/cm。為充分利用陰極位降區(qū)域18和陽(yáng)極位降區(qū)域20的高電壓梯度，本發(fā)明通過(guò)控制第一放電間隙11的距離，縮短電壓梯度較低的弧柱19部分的長(zhǎng)度，以便在有限的長(zhǎng)度范圍內(nèi)布置更多的位降區(qū)域進(jìn)行疊加，從而確保在保護(hù)裝置遭受雷擊閃絡(luò)時(shí)兩個(gè)絕緣盤(pán)7上的多級(jí)短弧位降電壓疊加室8均能夠呈現(xiàn)足夠高的壓降。假定雷擊過(guò)電壓為U₀，回路等效電阻為R，等效電感為L(zhǎng)，多級(jí)短弧位降電壓為U_h，系統(tǒng)在遭受雷擊時(shí)弧道電流為i，雷電流上升率為：

則系統(tǒng)在遭受雷擊時(shí)：

或者：

求得：

因此，增大多級(jí)短弧位降電壓U_h，能夠有效限制雷電流上升率和幅值，隨著U_h的增大即可快速降低電流幅值至零，熄滅電弧。

本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置，在過(guò)電壓入侵時(shí)，過(guò)電壓通過(guò)高壓電極1下引至第一引弧電極3，使第一引弧電極3與位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5之間的第三放電間隙13擊穿閃絡(luò)，閃絡(luò)路徑依次為第一引弧電極3→位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5→位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的多級(jí)短弧位降電壓疊加室8→位于高壓側(cè)絕緣盤(pán)7上第二接閃電極6→位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第一接閃電極5→位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的多級(jí)短弧位降電壓疊加室8→位于低壓側(cè)絕緣盤(pán)7上的第二接閃電極6→第二引弧電極4→低壓電極2。在整個(gè)閃絡(luò)路徑中，串聯(lián)的多級(jí)短弧位降電壓疊加室8，在快速泄放雷電流過(guò)程中，單個(gè)短弧位降電壓在40V～100V之間，通過(guò)多個(gè)短弧位降電壓的疊加，整個(gè)閃絡(luò)路徑整體呈現(xiàn)約1.2kV～5kV的壓降。

另外，本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置不僅可并聯(lián)于10kV架空線路絕緣子兩端使用，亦可替換10kV架空線路絕緣子作為具有過(guò)電壓防護(hù)功能的絕緣子使用。

綜上所述，本發(fā)明10kV多級(jí)短弧位降電壓疊加過(guò)電壓防護(hù)裝置，可有效抵消10kV工頻網(wǎng)壓，抑制雷電流的幅值，并限制雷擊過(guò)后工頻續(xù)流幅值的快速增長(zhǎng)，從而快速熄弧、切斷工頻續(xù)流并恢復(fù)線路絕緣水平；并通過(guò)第二放電間隙12、第三放電間隙13及第四放電間隙14等多級(jí)長(zhǎng)間隙來(lái)隔離電網(wǎng)工頻電壓，在正常工作條件下不存在泄露電流和高壓電老化的問(wèn)題；且本發(fā)明不受金屬氧化物電阻片通流容量和電壓梯度的限制，且重量輕、成本低、通流容量大、使用壽命長(zhǎng)及維護(hù)費(fèi)用低。