專利名稱：一種高可靠性可控多重火花放電間隙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣元件領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性可控多重火花放電間隙，可用于超高電壓交/直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路。
背景技術(shù)：
由于火花放電的時(shí)間極短(微秒量級)，間隙可以承受數(shù)百kA以上的沖擊電流，可控火花放電間隙(或稱觸發(fā)放電間隙)已應(yīng)用于高電壓技術(shù)、脈沖功率技術(shù)等領(lǐng)域的試驗(yàn)研究?，F(xiàn)有的可控放電間隙的設(shè)計(jì)均基于所謂“三電極間隙”原理，即在兩個電極構(gòu)成的主間隙之間放置用于“點(diǎn)火”的第三個電極。主間隙的電極形狀設(shè)計(jì)使間隙的電場盡可能均勻，以便使間隙能夠耐受較高的工作電壓，避免在工作電壓作用下間隙產(chǎn)生自放電(自觸發(fā)、誤動)；當(dāng)觸發(fā)脈沖送達(dá)點(diǎn)火電極時(shí)，在主間隙中產(chǎn)生電場畸變或小火花放電，導(dǎo)致主間隙絕緣耐受強(qiáng)度降低，令間隙在工作電壓作用下產(chǎn)生貫穿性放電。也可以用激光脈沖實(shí)現(xiàn)可控放電間隙的點(diǎn)火。現(xiàn)有的三電極可控放電間隙尚不能在高壓電網(wǎng)工程應(yīng)用的主要原因有1)可靠性低由于受氣象環(huán)境條件影響，間隙火花放電電壓有很大的分散性，放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差可達(dá)8%以上。要防止間隙不發(fā)生誤動，應(yīng)使間隙的工作電壓顯著低于自放電電壓；另一方面，要保證在點(diǎn)火脈沖送出時(shí)間隙可靠動作，又要盡可能提高工作電壓。 為了兼顧防止誤動和防止拒動的要求，現(xiàn)有的間隙設(shè)計(jì)面臨兩難選擇，除非使間隙自放電電壓/觸發(fā)放電電壓的比值達(dá)到3倍以上。但現(xiàn)有三電極放電間隙從原理上講，觸發(fā)脈沖對主間隙耐受電壓的影響有限，把這個比值提高到2已十分困難。因而，現(xiàn)有的可控火花放電間隙不能滿足電力系統(tǒng)高可靠性的要求。2)現(xiàn)有的可控間隙動作的原理是，依靠工作電壓超過主間隙在觸發(fā)脈沖作用下的耐受強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)主間隙的放電，因此放電只能發(fā)生在工頻電壓峰值附近，在其他相位送出觸發(fā)脈沖，工作電壓的瞬時(shí)值可能很低，不足以導(dǎo)致主間隙的放電，現(xiàn)有可控火花間隙在相當(dāng)大的時(shí)間段存在“控制死區(qū)”；3)現(xiàn)有的三電極可控間隙通常只有單個主間隙、最多有2個主間隙，耐壓水平低， 難以用于超高電壓電網(wǎng)。現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，對高可靠性的可控放電間隙提出了重大需求，以滿足交直流輸電系統(tǒng)中重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)和大電流的快速旁路。國內(nèi)外現(xiàn)有的可控火花間隙，均以三電極火花間隙為基礎(chǔ)，已在脈沖功率技術(shù)、高壓試驗(yàn)研究中獲得應(yīng)用，已有電容均壓型的兩級串聯(lián)的三電極火花間隙，工作電壓只能達(dá)到30-50kV左右。由于三電極可控間隙原理的局限，現(xiàn)有的可控間隙動作可靠性不高，容易發(fā)生誤動或拒動；國內(nèi)外已有用多重間隙串聯(lián)構(gòu)成的高壓試驗(yàn)設(shè)備，例如沖擊波截?cái)嗟慕夭ㄑb置， 只在試驗(yàn)室中專用，與本發(fā)明的功能和用途不同。
國內(nèi)外目前沒有可應(yīng)用于超高壓/特高壓電網(wǎng)的高可靠性、無控制死區(qū)的可控放電間隙的設(shè)計(jì)、專利或產(chǎn)品。本發(fā)明從原理上可以克服現(xiàn)有可控火花放電間隙的上述缺點(diǎn)，有效地解決動作可靠性、消除控制死區(qū)和提高工作電壓等關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高可靠性可控多重火花放電間隙，可用于超高電壓交 /直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路，可實(shí)現(xiàn)超高壓/特高壓電網(wǎng)的高可靠性、無控制死區(qū)的可控放電間隙保護(hù)功能。本發(fā)明的工作原理與現(xiàn)有三電極火花放電間隙的工作原理有本質(zhì)的不同，本發(fā)明的核心組件是與頻率相關(guān)鏈形網(wǎng)絡(luò)逐級聯(lián)結(jié)的多重火花間隙。選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以獲得工頻交流(或直流)工作電壓沿多重間隙的均勻分布。多重間隙的放電電壓接近于單間隙放電電壓與間隙級數(shù)的乘積。只要選擇足夠的級數(shù)，多重間隙能夠耐受很高的工作電壓，因而可應(yīng)用到任何的電壓等級。相反，在脈沖(高頻)觸發(fā)電壓的作用下，由于頻率相關(guān)網(wǎng)絡(luò)對電壓分布的調(diào)節(jié)作用，沿多重間隙的電壓分布變得極不均勻，絕大部分外加電壓均集中在第一、二個間隙，以致在幅值稍高于單間隙放電電壓的的觸發(fā)電壓作用下， 就可引起級聯(lián)放電，導(dǎo)致多重間隙依次放電。這種間隙在工頻工作電壓作用下自放電電壓與觸發(fā)脈沖作用下的放電電壓的比值，隨間隙級數(shù)的增加而增加，選擇10級間隙串聯(lián)即可保證間隙具有極高的可靠性，無誤動或拒動之虞。這種新型的可控放電間隙可以應(yīng)用于任何電壓等級直至特高壓等級的交直流輸電系統(tǒng)。本發(fā)明的一種高可靠性可控多重火花放電間隙，由間隙GP"G2…Gn組成多重串聯(lián)間隙，每個間隙Gi由一對相距一定距離的放電球組成，其中i從1到n，多個間隙Gi串聯(lián)組成多重放電間隙，通過調(diào)節(jié)各個間隙Gi內(nèi)放電球的球距實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)該多重放電間隙放電電壓的功能；由電阻電容RlCl…R2C2…Rn-I…Cn-I組成與頻率相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)；R1、R2…… Rn是并聯(lián)電阻器；Ltl為限流電感；Ctl為耦合電容；…Cn-I是并聯(lián)電容器，具體連接方式為工頻電源與限流電感Ltl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)與觸發(fā)脈沖發(fā)生器和耦合電容Ctl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)再并聯(lián)后的兩個出線端分別成為A點(diǎn)和E點(diǎn)；間隙Gl與電阻Rl并聯(lián)后的左端與所述A點(diǎn)相接，間隙Gl與電阻Rl并聯(lián)后的右端與電容Cl串聯(lián)后接所述E點(diǎn)；間隙G2與電阻R2并聯(lián)后的左端與電容Cl的上端相接，間隙G2與電阻R2并聯(lián)后的右端與電容C2串聯(lián)后接E點(diǎn)； 間隙Gn-I與電阻Rn-I并聯(lián)后的左端與電容Cn_2的上端相接，間隙Gn-I與電阻Rn-I并聯(lián)后的右端與電容Cn-I串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙Gn與電阻Rn并聯(lián)后的左端與電容Cn-I的上端相接，間隙Gn與電阻Rn并聯(lián)后的右端接E點(diǎn)，其中η為自然數(shù)。其中，多重放電間隙由安裝在絕緣支柱上的8級棒-棒電極組成，棒-棒電極距離可根據(jù)使用要求靈活調(diào)節(jié)，為了避免產(chǎn)生電暈放電，各級間隙上下都采用均壓環(huán)保護(hù)，各級均壓電阻與相應(yīng)的棒_棒間隙并聯(lián)，為保護(hù)均壓電阻免受環(huán)境氣候的影響，并聯(lián)電阻器R1、 R2……Rn置于充絕緣油的復(fù)合絕緣套筒內(nèi)，數(shù)值為IOOpf的對地并聯(lián)電容器Cl、C2…… Cn-I與絕緣支柱等高，通過軟連接線與放電間隙的電極相連，電容器端部和軟連接線同樣用均壓環(huán)保護(hù)，整個可控放電間隙放置在500kV的絕緣平臺上。其中，對于多重間隙，在間隙Gi內(nèi)的兩放電球之間設(shè)置有間隙電容Cgi，所述間隙電容Cgi通常為pF量級的電容，在工頻電壓下，容抗1/ω Cgi遠(yuǎn)大于電阻Ri,因此多重間隙的電壓分布由并聯(lián)電阻和各節(jié)點(diǎn)對地電容決定，隨著頻率的增加，每級間隙的等效容抗降低， 網(wǎng)絡(luò)成為決定電壓分布的主要因素，調(diào)整接地電容Ci,從而獲得不同的高頻電壓分布特性， 接地電容參數(shù)確定后，根據(jù)工頻電壓下各個間隙電壓分布相等的限制條件，可列出求解電阻Ri的多元線性方程組
權(quán)利要求
1.一種高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于由間隙…Gn組成多重串聯(lián)間隙，每個間隙Gi由一對相距一定距離的放電球組成，其中i從1到n，多個間隙Gi串聯(lián)組成多重放電間隙，通過調(diào)節(jié)各個間隙Gi內(nèi)放電球的球距實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)該多重放電間隙放電電壓的功能；由電阻電容RlCl…R2C2…Rn-I…Cn-I組成與頻率相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)；RUR2…… Rn是并聯(lián)電阻器；Ltl為限流電感；Ctl為耦合電容；Cl··”…Cn-I是并聯(lián)電容器，具體連接方式為工頻電源與限流電感Ltl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)與觸發(fā)脈沖發(fā)生器和耦合電容Ctl的串聯(lián)結(jié)構(gòu)再并聯(lián)后的兩個出線端分別成為A點(diǎn)和E點(diǎn)；間隙Gl與電阻Rl并聯(lián)后的左端與所述A點(diǎn)相接，間隙Gl與電阻Rl并聯(lián)后的右端與電容Cl串聯(lián)后接所述E點(diǎn)；間隙G2與電阻R2并聯(lián)后的左端與電容Cl的上端相接，間隙G2與電阻R2并聯(lián)后的右端與電容C2串聯(lián)后接E點(diǎn)； 間隙Gn-I與電阻Rn-I并聯(lián)后的左端與電容Cn_2的上端相接，間隙Gn-I與電阻Rn-I并聯(lián)后的右端與電容Cn-I串聯(lián)后接E點(diǎn)；間隙Gn與電阻Rn并聯(lián)后的左端與電容Cn-I的上端相接，間隙Gn與電阻Rn并聯(lián)后的右端接E點(diǎn)，其中η為自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的放電間隙，其特征在于多重放電間隙由安裝在絕緣支柱上的8 級棒-棒電極組成，棒-棒電極距離可根據(jù)使用要求靈活調(diào)節(jié)，為了避免產(chǎn)生電暈放電，各級間隙上下都采用均壓環(huán)保護(hù)，各級均壓電阻與相應(yīng)的棒-棒間隙并聯(lián)，為保護(hù)均壓電阻免受環(huán)境氣候的影響，并聯(lián)電阻器Rl、R2……Rn置于充絕緣油的復(fù)合絕緣套筒內(nèi)，數(shù)值為 IOOpf的對地并聯(lián)電容器Cl、C2……Cn-I與絕緣支柱等高，通過軟連接線與放電間隙的電極相連，電容器端部和軟連接線同樣用均壓環(huán)保護(hù)，整個可控放電間隙放置在500kV的絕緣平臺上。
3.如權(quán)利要求2所述的放電間隙，其特征在于對于多重間隙，在間隙Gi內(nèi)的兩放電球之間設(shè)置有間隙電容Cgi，所述間隙電容Cgi通常為pF量級的電容，在工頻電壓下，容抗 l/"Cgi遠(yuǎn)大于電阻Ri,因此多重間隙的電壓分布由并聯(lián)電阻和各節(jié)點(diǎn)對地電容決定，隨著頻率的增加，每級間隙的等效容抗降低，網(wǎng)絡(luò)成為決定電壓分布的主要因素，調(diào)整接地電容 Ci,從而獲得不同的高頻電壓分布特性，接地電容參數(shù)確定后，根據(jù)工頻電壓下各個間隙電壓分布相等的限制條件，可列出求解電阻Ri的多元線性方程組
全文摘要
本發(fā)明屬于電氣元件領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠性可控多重火花放電間隙，用于超高電壓交/直流電力系統(tǒng)重要設(shè)備或部件的過電壓保護(hù)以及大電流的高速旁路。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以獲得工頻交流(或直流)工作電壓沿多重間隙的均勻分布。本發(fā)明的可控放電間隙可以應(yīng)用于任何電壓等級直至特高壓等級的交直流輸電系統(tǒng)。
文檔編號H02H9/02GK102222897SQ20111015958
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者謝凌東, 鄭健超 申請人:中國電力科學(xué)研究院