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
技術領域：
本實用新型屬于電氣元件領域，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)重要設備或部件的過電壓保護以及大電流的高速旁路。
背景技術：
由于火花放電的時間極短(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)已應用于高電壓技術、脈沖功率技術等領域的試驗研究?，F(xiàn)有的可控放電間隙的設計均基于所謂“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“點火”的第三個電極。主間隙的電極形狀設計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)；當觸發(fā)脈沖送達點火電極時，在主間隙中產(chǎn)生電場畸變或小火花放電，導致主間隙絕緣耐受強度降低，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現(xiàn)可控放電間隙的點火。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，放電電壓的標準偏差可達8%以上。要防止間隙不發(fā)生誤動，應使間隙的工作電壓顯著低于自放電電壓；另一方面，要保證在點火脈沖送出時間隙可靠動作，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)有的間隙設計面臨兩難選擇，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度來實現(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，工作電壓的瞬時值可能很低，不足以導致主間隙的放電，現(xiàn)有可控火花間隙在相當大的時間段存在“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)?，F(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)中重要設備或部件的過電壓保護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，已在脈沖功率技術、高壓試驗研究中獲得應用，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)成的高壓試驗設備，例如沖擊波截斷的截波裝置， 只在試驗室中專用，與本實用新型的功能和用途不同。[0011]國內(nèi)外目前沒有可應用于超高壓/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計、專利或產(chǎn)品。本實用新型從原理上可以克服現(xiàn)有可控火花放電間隙的上述缺點，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鍵技術問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型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)重要設備或部件的過電壓保護以及大電流的高速旁路，可實現(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功能。本實用新型的工作原理與現(xiàn)有三電極火花放電間隙的工作原理有本質(zhì)的不同，本實用新型的核心組件是與頻率相關鏈形網(wǎng)絡逐級聯(lián)結(jié)的多重火花間隙。選擇適當?shù)木W(wǎng)絡結(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，由于頻率相關網(wǎng)絡對電壓分布的調(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)。本實用新型的一種高可靠性可控多重火花放電間隙，包括工頻電源，限流電感L。， 觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容Ctl，由間隙G1、G2…依次串聯(lián)組成的多重放電間隙，并聯(lián)電阻器R1、R2……Rn和并聯(lián)電容器Cl、C2…Cn-I，所述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點和E點；間隙 Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的左端與所述A點相接，間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cl串聯(lián)后接所述E點；間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器 Cl的上端相接，間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器C2串聯(lián)后接E點；間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-2的上端相接，間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-l并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cn-I串聯(lián)后接E點；間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-I的上端相接，間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的右端接E 點，其中η為自然數(shù)。其中，所述多重放電間隙中的每個間隙均由兩個放電球組成，所述兩個放電球之間留有間距。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-棒電極之間留有可調(diào)節(jié)間距，為了避免產(chǎn)生電暈放電，各級間隙上下都采用均壓環(huán)進行保護。其中，所述各級棒-棒電極均并聯(lián)有一個與其相對應的并聯(lián)電阻器，為保護均壓電阻免受環(huán)境氣候的影響，所有并聯(lián)電阻器R1、R2……1 均置于充絕緣油的復合絕緣套筒內(nèi)。其中，所述每個數(shù)值為IOOpf的并聯(lián)電容器C1、C2……Cn-I均與絕緣支柱等高，且每個并聯(lián)電容器通過軟連接線與多重放電間隙中的各級電極相連。其中，所述每個并聯(lián)電容器的端部和軟連接線均通過均壓環(huán)保護。其中，該可控多重火花放電間隙整體放置在500kV的絕緣平臺上。對于多重間隙，在間隙Gi內(nèi)的兩放電球之間設置有間隙電容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遠大于電阻氏，因此多重間隙的電壓分布由并聯(lián)電阻和各節(jié)點對地電容決定，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，其特征在于該放電間隙包括工頻電源，限流電感L。，觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容C。，由間隙Gl、G2"《n依次串聯(lián)組成的多重放電間隙， 并聯(lián)電阻器R1、R2……1 和并聯(lián)電容器C1、C2…Cn-Ι，所述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點和 E點；間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的左端與所述A點相接，間隙Gl與并聯(lián)電阻器Rl并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cl串聯(lián)后接所述E點；間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cl的上端相接，間隙G2與并聯(lián)電阻器R2并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器C2串聯(lián)后接E點；間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-2的上端相接，間隙&1-1與并聯(lián)電阻器foi-Ι并聯(lián)后的右端與并聯(lián)電容器Cn-I串聯(lián)后接E點；間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的左端與并聯(lián)電容器Cn-I的上端相接，間隙與并聯(lián)電阻器1 并聯(lián)后的右端接E點，其中η為自然數(shù)。
2.如權利要求1所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述多重放電間隙中的每個間隙均由兩個放電球組成，所述兩個放電球之間留有間距。
3.如權利要求1或2所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，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-棒電極之間留有可調(diào)節(jié)間距，各級間隙上下都采用均壓環(huán)進行保護。
4.如權利要求3所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述各級棒-棒電極均并聯(lián)有一個與其相對應的并聯(lián)電阻器，所有并聯(lián)電阻器均置于充絕緣油的復合絕緣套筒內(nèi)。
5.如權利要求3所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述每個并聯(lián)電容器均與絕緣支柱等高，且每個并聯(lián)電容器通過軟連接線與多重放電間隙中的各級電極相連。
6.如權利要求5所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于所述每個并聯(lián)電容器的端部和軟連接線均通過均壓環(huán)保護。
7.如權利要求1所述的高可靠性可控多重火花放電間隙，其特征在于該可控多重火花放電間隙整體放置在500kV的絕緣平臺上。
專利摘要本實用新型屬于電氣元件領域，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)重要設備或部件的過電壓保護以及大電流的高速旁路。該放電間隙包括工頻電源，限流電感L0，觸發(fā)脈沖發(fā)生器，耦合電容C0，由間隙G1、G2...Gn依次串聯(lián)組成的多重放電間隙，并聯(lián)電阻器R1、R2……Rn和并聯(lián)電容器C1、C2...Cn-1。本實用新型通過選擇適當?shù)木W(wǎng)絡結(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。本實用新型的可控放電間隙可以應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H02H9/06GK202190072SQ201120200029
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權日2011年6月15日
發(fā)明者謝凌東, 鄭健超 申請人:中國電力科學研究院