阅读说明：本技术 一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置 (Ionization type lightning overvoltage suppression arc extinguishing device for protecting series compensation capacitor ) 是由 王巨丰 王嬿蕾 毕洁廷 黄萍 王国锋 闫仁宝 于 2019-04-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置,该装置位于下电极上方,放置于串联补偿电容器或电容器组旁,包括电离模块和灭弧模块两部分,所述电离模块包括一个环形铁芯和两组分别缠绕在环形铁芯左右两端且线圈绕向相反的感应线圈,这两组感应线圈的一端相连接后与灭弧模块相连接,另一端分别设有一块导电件,且导电件之间存在空气间隙,作为电离端口；灭弧模块包括气丸盘和若干段电弧通道,电弧通道呈阶梯立体式螺旋排列在气丸盘下方,且电弧通道自上而下依次首尾相连接。当雷电来临时,采用电离方式降低装置绝缘水平保护串联补偿器,并将电弧引入灭弧模块中采用固相气体灭弧方式吹断电弧,能有效防止电弧重燃。(The invention discloses an ionization type lightning overvoltage suppression arc extinguishing device for protecting a series compensation capacitor, which is positioned above a lower electrode and placed beside the series compensation capacitor or a capacitor group and comprises an ionization module and an arc extinguishing module, wherein the ionization module comprises an annular iron core and two groups of induction coils which are respectively wound at the left end and the right end of the annular iron core and have opposite winding directions, one ends of the two groups of induction coils are connected with the arc extinguishing module after being connected, the other ends of the two groups of induction coils are respectively provided with a conductive piece, and an air gap is formed between the conductive pieces to serve as an ionization port; the arc extinguishing module comprises a gas pill plate and a plurality of sections of arc channels, the arc channels are spirally arranged below the gas pill plate in a stepped three-dimensional manner, and the arc channels are sequentially connected end to end from top to bottom. When thunder comes temporarily, the ionization mode is adopted to reduce the insulation level of the device and protect the series compensator, and the arc is blown out by introducing the arc into the arc extinguishing module and adopting the solid-phase gas arc extinguishing mode, so that the reignition of the arc can be effectively prevented.)

一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置

技术领域

本发明属于防雷灭弧技术领域，具体涉及一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置。

背景技术

目前，串补电容器过电压抑制使用的是金属氧化物避雷器，主要是为了限制输电线路故障条件下在串补电容器上产生的工频过电压。

但是，金属氧化物避雷器存在以下弊端：

1）串补电容器在金属氧化物避雷器动作时会释放巨大的直流电流，避雷器的功耗大，导致破坏能量巨大。由于功耗大、额定电压低，避雷器必须采用并联模式。几十个金属氧化物避雷器并联，必然存在特性分散，导致只有一个避雷器承受所有能量的严酷超极限情况，最终导致避雷器***并摧毁电容器的恶性事故；

2）存在发热与散热之间的矛盾：金属氧化物避雷器在使用过后会产生巨大的发热量，再加上其防潮密封环境，严重影响散热通道，导致热击穿是大概率事件，一旦热击穿该避雷器阀片电阻从非线性状态变成永久性短路特性，形成了短路事故源；

3）存在动作间隔远小于散热时间的矛盾：一般阀片散热间隔时间在50秒到60秒之间，严重情况会使得金属氧化物避雷器因不能及时散热导致该避雷器击穿，造成短路事件。

由于普通防雷间隙存在空气间隙伏秒特性与串补电容器伏秒特性之间存在无法匹配的矛盾：空气间隙伏秒特性曲线较为陡峭，而串补电容器的伏秒特性曲线相对平滑，存在绝缘配合盲区。

发明内容

针对当前串联补偿器保护间隙不能主动灭弧的情况,本发明提供了一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧的装置。当雷电来临时，采用电离方式降低装置绝缘水平保护串联补偿器，再采用固相气体灭弧方式吹断电弧，能有效防止电弧重燃。

本发明技术方案如下：

一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置，其包括电离模块和灭弧模块，电离模块与灭弧模块电气相连。雷击产生时，利用电离作用将电弧引入电离模块中，电离模块与灭弧模块电气相连，再将电弧引入灭弧模块，进行灭弧。

进一步地：所述电离模块包括一个环形铁芯和两组分别缠绕在环形铁芯左右两端且线圈绕向相反的感应线圈；这两组感应线圈的一端相连接后与灭弧模块相连接，另一端分别设有一块导电件，且导电件之间存在空气间隙，作为电离端口。

进一步地：所述灭弧模块包括气丸盘和若干段电弧通道；气丸盘位于灭弧模块上端，气丸盘内设有若干个气丸槽，气丸槽的上端放置有待触发的灭弧气丸，下端延伸出灭弧模块底部；

所述电弧通道呈阶梯立体式螺旋排列在气丸盘下方，且电弧通道自上而下依次首尾相连接；每一段电弧通道均主要由两个压缩管、一根金属棒和一个罗氏线圈组成，两个压缩管通过金属棒连接，罗氏线圈缠绕在金属棒上；每一段电弧通道的尾端均分别处在一个气丸槽中，并且该段电弧通道的罗氏线圈两端与相对应的气丸槽上方处于待触发的灭弧气丸电气连接；所述灭弧气丸具有一个长气丸引脚和一个短气丸引脚；罗氏线圈一端与长气丸引脚通过触发开关电气相连，另一端与短气丸引脚电气相连；

灭弧模块中第一段电弧通道的首端与电离模块的感应线圈的一端电气连接。

进一步地：两个相连接的电弧通道连接处夹有一活动引弧球。

进一步地：电离模块还包括导电底座，两组感应线圈的一端相连接后与导线底座相连，导线底座通过导线与灭弧模块电气相连。

进一步地：所述气丸盘上端设置有上盖，用于防止气丸槽底部气丸***时，上方的气丸由于受到冲击力而飞出。

进一步地：所述灭弧装置四周设置有加厚绝缘层，加厚绝缘层外层设置有裙边结构，增加电弧的爬弧距离。

进一步地：最上方的电弧通道首端与引弧电极的石墨头相连接。

本发明的技术原理如下：

当线路上方有雷电形成，大量的电荷会聚集在雷电形成的区域，由于电磁感应效应，线路中会产生感应过电压。当感应过电压沿着线路进行移动时，会引起周围电场的变化，此时雷电流随时间的变化率d_i/d_t突然剧增，在线路中传播的感应过电压会剧烈的变化。由麦克斯韦方程组可知，变化的电场产生变化的磁场，并联于串补两端套在环形铁芯两端上的线圈中通过的磁通量发生改变。由楞次定律可知，两个线圈中均会产生电流，但由于线圈绕向不同，因此两个线圈中产生的电流方向不同，两端口间会形成电位差。端口周围空气中原本不带电的粒子在此电位差的作用下，游离成为带电粒子，即电离。当端口间存在大量的电离粒子时，端口的绝缘强度将减小，更易遭受过电压，从而实现保护串联电容补偿器的目的。

灭弧模块中电弧通道相连处与气丸槽连接，针对每个电弧拐点最脆弱的电弧段实施固相气体灭弧，灭弧气体都在独立管道对拐点实施截断并削平，灭弧（削平）点呈螺旋立体分布。

压缩管之间用金属棒连接，金属棒将压缩管的一端封住形成一个半封闭空间，从而具有反冲效果。金属棒上绕有罗氏线圈，当空气间隙刚刚闪络即在电弧的起点，引弧杆通过的一次电流（即雷电弧电流）变化率最大时，罗氏线圈上的感应电压最大产生的二次电流最大，足以使触发开关动作，触发灭弧气丸。

气丸盘中气丸槽正好分布在电弧通道拐点上，每个灭弧气丸槽与电弧拐点相互耦合，提高了灭弧强度和灭弧能力。

装置放置于串联补偿电容器或电容器组旁，位于下电极的上方，且与下电极不接触，形成空气间隙，当雷电来临时，电弧由上往下依次通过阶电弧通道，依次感应电弧通道每一段上的罗氏线圈，依次触发每一个拐点上方的气丸，精准灭弧。

本发明的优点：

（1）不会形成类似避雷器特性分散的状况。该装置单个并置于串联补偿电容器两端，不存在特性分散的问题，因此不会造成串联补偿电容器***的恶性事故；

（2）该装置不存在发热与散热矛盾的问题。该装置并置于串联补偿补偿器两端，由于不存在密闭要求，装置与空气直接连通，散热性好，不会造成装置热击穿进而引起的短路事故；

（3）不存在动作间隔时间与散热时间的问题。该装置不存在散热问题，因此每次动作引起装置热量可忽略，多次动作的累加热量与散热之间不存在问题。

附图说明

图1为电离模块；

图2为灭弧模块阶梯立体式螺旋结构装置示意图；

图3为装置示意图；

图4为电离后伏秒特性曲线。

图中，1、环形铁芯；2、感应线圈；3、导电底座；4、灭弧气丸；5、电弧通道；6、活动引弧球； 7、气丸盘；8、上盖；9、气丸槽；10、触发开关；11、加厚绝缘层；12、裙边结构；301、引出线；401、长气丸引脚；402、短气丸引脚；501、压缩管；502、金属棒；503、罗氏线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例：

一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置，包括电离模块和灭弧模块两部分，电离模块与灭弧模块电气相连，如图1所示，所述电离模块包括一个环形铁芯1和两组分别缠绕在环形铁芯1左右两端且线圈绕向相反的感应线圈2；这两组感应线圈2的一端相连接后与灭弧模块相连接，另一端分别设有一块导电件，且导电件之间存在空气间隙，作为电离端口。当线路上方有雷电形成，大量的电荷会聚集在雷电形成的区域，由于电磁感应效应，线路中会产生感应过电压。当感应过电压沿着线路进行移动时，会引起周围电场的变化。如图4所示，由雷电流随时间的变化率di/dt突然剧增可知，在线路中传播的感应过电压会剧烈的变化。由麦克斯韦方程组可知，变化的电场产生变化的磁场，并联于串补两端套在环形铁芯1两端上的感应线圈2中通过的磁通量发生改变。由楞次定律可知，两个感应线圈2中均会产生电流，但由于感应线圈2绕向不同，因此两个感应线圈2中产生的电流方向不同，两端口间会形成电位差。端口周围空气中原本不带电的粒子在此电位差的作用下，游离成为带电粒子，即电离。当端口间存在大量的电离粒子时，端口的绝缘强度将减小，更易遭受过电压，从而实现保护串联电容补偿器的目的。

如图2和图3所示，灭弧模块包括气丸盘7和若干段电弧通道5；气丸盘7位于灭弧模块上端，气丸盘7内设有若干个气丸槽9，气丸槽9的上端放置有待触发的灭弧气丸4，下端延伸出灭弧模块底部；电弧通道5呈阶梯立体式螺旋排列在气丸盘7下方，且电弧通道5自上而下依次首尾相连接；两个相连接的电弧通道5连接处夹有一活动引弧球6，最上方的电弧通道5首端与引弧电极的石墨头相连接；每一段电弧通道5均主要由两个压缩管501、一根金属棒502和一个罗氏线圈503组成，两个压缩管501通过金属棒502连接，罗氏线圈503缠绕在金属棒502上；每一段电弧通道5的尾端均分别处在一个气丸槽9中，并且该段电弧通道5的罗氏线圈503两端与相对应的气丸槽9上方处于待触发的灭弧气丸4电气连接；所述灭弧气丸4具有一个长气丸引脚401和一个短气丸引脚402；罗氏线圈503一端与长气丸引脚401通过触发开关10电气相连，另一端与短气丸引脚402电气相连；当最底部的灭弧气丸4被触发后，上面叠放的灭弧气丸4会顺势往下移动，这时，位于最底部的灭弧气丸4的长气丸引脚401又与罗氏线圈503通过触发开关10连通，短气丸引脚402与罗氏线圈503另一端连通，为下一次触发做好准备；灭弧模块中第一段电弧通道的首端与电离模块的感应线圈的一端电气连接；

在气丸盘7上端设置有上盖8，用于防止气丸槽9上端中位于底部的灭弧气丸4***时，顶部的灭弧气丸4由于受到冲击力而飞出。在灭弧装置四周设置有加厚绝缘层11，加厚绝缘层11外层设置有裙边结构12，增加电弧的爬弧距离。

装置放置于串联补偿电容器或电容器组旁，位于下电极的上方，且与下电极不接触，形成空气间隙，当雷电来临时，电弧由下往上依次通过阶梯式立体螺旋形的电弧通道5，依次感应电弧通道5每一段上的罗氏线圈503，依次触发每一个拐点上方的灭弧气丸4，精准灭弧。

实施例2：

一种保护串联补偿电容器电离型抑制雷电过电压灭弧装置，包括电离模块和灭弧模块两部分，电离模块与灭弧模块电气相连，如图1所示，所述电离模块包括一个环形铁芯1和两组分别缠绕在环形铁芯1左右两端且线圈绕向相反的感应线圈2；这两组感应线圈2的一端相连接后与灭弧模块相连接，另一端分别设有一块导电件，且导电件之间存在空气间隙，作为电离端口，电离模块还包括导电底座3，两组感应线圈2的一端相连接后与导线底座3相连，导线底座3通过导线301与灭弧模块电气相连。当线路上方有雷电形成，大量的电荷会聚集在雷电形成的区域，由于电磁感应效应，线路中会产生感应过电压。当感应过电压沿着线路进行移动时，会引起周围电场的变化。如图4所示，由雷电流随时间的变化率di/dt突然剧增可知，在线路中传播的感应过电压会剧烈的变化。由麦克斯韦方程组可知，变化的电场产生变化的磁场，并联于串补两端套在环形铁芯1两端上的感应线圈2中通过的磁通量发生改变。由楞次定律可知，两个感应线圈2中均会产生电流，但由于感应线圈2绕向不同，因此两个感应线圈2中产生的电流方向不同，两端口间会形成电位差。端口周围空气中原本不带电的粒子在此电位差的作用下，游离成为带电粒子，即电离。当端口间存在大量的电离粒子时，端口的绝缘强度将减小，更易遭受过电压，从而实现保护串联电容补偿器的目的。

如图2和图3所示，灭弧模块包括气丸盘7和若干段电弧通道5；气丸盘7位于灭弧模块上端，气丸盘7内设有若干个气丸槽9，气丸槽9的上端放置有待触发的灭弧气丸4，下端延伸出灭弧模块底部；电弧通道5呈阶梯立体式螺旋排列在气丸盘7下方，且电弧通道5自上而下依次首尾相连接；两个相连接的电弧通道5连接处夹有一活动引弧球6，最上方的电弧通道5首端与引弧电极的石墨头相连接；每一段电弧通道5均主要由两个压缩管501、一根金属棒502和一个罗氏线圈503组成，两个压缩管501通过金属棒502连接，罗氏线圈503缠绕在金属棒502上；每一段电弧通道5的尾端均分别处在一个气丸槽9中，并且该段电弧通道5的罗氏线圈503两端与相对应的气丸槽9上方处于待触发的灭弧气丸4电气连接；所述灭弧气丸4具有一个长气丸引脚401和一个短气丸引脚402；罗氏线圈503一端与长气丸引脚401通过触发开关10电气相连，另一端与短气丸引脚402电气相连；当最底部的灭弧气丸4被触发后，上面叠放的灭弧气丸4会顺势往下移动，这时，位于最底部的灭弧气丸4的长气丸引脚401又与罗氏线圈503通过触发开关10连通，短气丸引脚402与罗氏线圈503另一端连通，为下一次触发做好准备；灭弧模块中第一段电弧通道的首端与电离模块的感应线圈的一端电气连接；

在气丸盘7上端设置有上盖8，用于防止气丸槽9上端中位于底部的灭弧气丸4***时，顶部的灭弧气丸4由于受到冲击力而飞出。在灭弧装置四周设置有加厚绝缘层11，加厚绝缘层11外层设置有裙边结构12，增加电弧的爬弧距离。

装置放置于串联补偿电容器或电容器组旁，位于下电极的上方，且与下电极不接触，形成空气间隙，当雷电来临时，电弧由下往上依次通过阶梯式立体螺旋形的电弧通道5，依次感应电弧通道5每一段上的罗氏线圈503，依次触发每一个拐点上方的灭弧气丸4，精准灭弧。