本實(shí)用新型屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

線路避雷器多為帶間隙避雷器，其優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)行電壓下，間隙承受電壓，避雷器閥片壽命增長(zhǎng)，并且避雷器本體損壞的情況下線路能夠正常運(yùn)行。但雷電流作用下，間隙擊穿，會(huì)形成空間電弧。雷電流作用時(shí)間短，避雷器快速將其引入大地，同時(shí)電弧通道在工頻電壓作用下會(huì)形成工頻續(xù)流。如果電弧耗散的能量大于間隙注入的能量，工頻續(xù)流在電流過(guò)零點(diǎn)前熄滅，但弧隙的溫度較高，存在局部的熱電離過(guò)程，弧隙間仍具有一定的電導(dǎo)通道，在交流恢復(fù)電壓的作用下可能出現(xiàn)重燃。電弧重燃會(huì)導(dǎo)致避雷器吸收能量增大、閥片發(fā)熱加劇，進(jìn)一步引起閥片損害、線路接地跳閘等故障。因此需要對(duì)帶間隙避雷器的工頻續(xù)流情況進(jìn)行試驗(yàn)分析。

目前帶間隙避雷器的工頻續(xù)流測(cè)試中，加壓方式為沖擊電壓疊加工頻電壓，通常需要較高沖擊電壓作用才能使間隙擊穿，形成電弧。當(dāng)工頻側(cè)為變壓器，保護(hù)回路要求高，當(dāng)工頻側(cè)為電容、電感振蕩回路，所需設(shè)備繁多，參數(shù)搭配困難，觸發(fā)時(shí)間難以控制。目前測(cè)試過(guò)程中只是通過(guò)電弧是否熄滅判斷避雷器間隙設(shè)置是否合理，判斷依據(jù)單一，測(cè)試裝置無(wú)法自由調(diào)節(jié)間隙距離，測(cè)試失敗則需避雷器重新設(shè)計(jì)再來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)周期長(zhǎng)、工作效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的針對(duì)帶間隙避雷器的工頻續(xù)流測(cè)試難度大、測(cè)試設(shè)備電壓等級(jí)要求高、試驗(yàn)結(jié)論分析簡(jiǎn)單、試驗(yàn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，提供了一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置，包括沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)、電壓測(cè)量系統(tǒng)、羅氏線圈、懸式絕緣子、避雷器無(wú)間隙段、上球形電極、下球形電極、引弧熔絲、工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)，所述電壓測(cè)量系統(tǒng)包括上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)和下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)。沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)用于輸出沖擊電壓，工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)用于輸出工頻電壓，羅氏線圈用于測(cè)量電弧電流，上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)和下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)分別用于測(cè)量上、下電極的電位。避雷器無(wú)間隙段連接于懸式絕緣子下方，上球形電極和下球形電極安裝在懸式絕緣子上，在上球形電極上焊接有引弧熔絲，引弧熔絲位于上球形電極和下球形電極的間隙內(nèi)。

作為對(duì)于上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實(shí)用新型采用如下措施。

所述沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、充電電源回路、球間隙和保護(hù)系統(tǒng)組成。

所述電壓測(cè)量系統(tǒng)為電容式分壓裝置，包括上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)和下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量的波形在同一時(shí)間上相減為電弧電壓波形。

所述懸式絕緣子為復(fù)合外套絕緣子，絕緣子長(zhǎng)度為1~5m，所述上、下球形電極通過(guò)抱箍金具固定在懸式絕緣子上，所述避雷器無(wú)間隙段通過(guò)鋁制導(dǎo)線與所述懸式絕緣子下端金具和下球形電極相連。

所述抱箍金具包括右抱箍、左抱箍、螺栓、螺母和不銹鋼片，所述不銹鋼片焊接在右抱箍上，所述不銹鋼片上有一個(gè)圓形通孔，所述圓形通孔在遠(yuǎn)離右抱箍端。

所述上、下球形電極為不銹鋼球焊接在螺桿上，通過(guò)活動(dòng)螺母固定在所述不銹鋼片的圓形通孔位置，所述上、下球形電極之間的距離可自由調(diào)節(jié)。

所述引弧熔絲為10μm~1mm的金屬銅絲，小電流下熔斷形成電弧。所述引弧熔絲縮短了間隙距離，在工頻電壓不擊穿的情況下，沖擊電壓大幅下降，工頻側(cè)所需保護(hù)裝置明顯減少，空氣間隙起弧能力上升，試驗(yàn)成功率上升。

所述工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、輸入電源、變壓器和保護(hù)系統(tǒng)組成，所述工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和所述沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)為同一套系統(tǒng)。

采用上述裝置對(duì)避雷器的工頻續(xù)流特性進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試方法如下：

步驟1：完成接線；

步驟2：按照避雷器外間隙設(shè)計(jì)，對(duì)上、下球形電極間隙距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。安裝引弧熔絲，控制引弧熔絲與下球形電極之間空氣間隙的工頻擊穿電壓在工頻輸出電壓以上；

步驟3：打開(kāi)所有測(cè)試系統(tǒng)，打開(kāi)工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)，控制工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)輸出避雷器額定工況運(yùn)行電壓；

步驟4：根據(jù)引弧熔絲與下球形電極之間的距離確定沖擊電壓大小，依據(jù)試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式：沖擊電壓大小U=30.09l^0.6043kV，式中l為引弧熔絲與下球形電極之間的距離，cm。在工頻電壓達(dá)到峰值時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)使得沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)輸出正極性雷電沖擊電壓；

步驟5：進(jìn)行若干次（優(yōu)選為5次）測(cè)試試驗(yàn)，分別記錄每次試驗(yàn)通過(guò)羅氏線圈測(cè)量的電弧電流i和上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量電壓U₁、下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量電壓U₂；

步驟6：改變間隙距離進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)步驟2~5的測(cè)量；

步驟7：評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果。判斷依據(jù)：相同間隙下，5次測(cè)試中出現(xiàn)電弧在工頻電流第一次過(guò)零時(shí)不熄弧則認(rèn)為間隙距離設(shè)置不滿足要求；

步驟8：對(duì)于滿足試驗(yàn)要求的間隙距離設(shè)置，通過(guò)不同間隙下電弧電流、電壓試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析來(lái)確定最理想的間隙距離設(shè)計(jì)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1）本實(shí)用新型為一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，上、下球形電極之間的空氣間隙加入了引弧熔絲，有效的降低了空氣間隙起弧的沖擊電壓水平，工頻側(cè)保護(hù)設(shè)備參數(shù)水平下降，保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，工頻側(cè)電源設(shè)備受到?jīng)_擊電壓作用的影響顯著下降。并且空氣間隙起弧能力上升，試驗(yàn)成功率上升；

2）上、下球形電極通過(guò)抱箍金具固定在懸式絕緣子上，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了間隙距離的自由調(diào)節(jié)，可進(jìn)行不同間隙的對(duì)比試驗(yàn)；

3）試驗(yàn)過(guò)程中除了通過(guò)羅氏線圈測(cè)量了工頻續(xù)流條件下的電弧電流，同時(shí)測(cè)量上、下球形電極電壓，以獲得電弧電壓，電弧電壓和電流的同時(shí)獲得有利于進(jìn)一步分析間隙距離對(duì)于工頻續(xù)流的影響，試驗(yàn)方法更為合理；

4）試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行了5種不同間隙下的試驗(yàn)測(cè)試，增強(qiáng)了試驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)度，有效的保證了試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，提高了試驗(yàn)的說(shuō)服力。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為抱箍金具結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為抱箍金具固定在懸式絕緣子上的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)方法流程圖。

圖例說(shuō)明：1、沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)；2、電壓測(cè)量系統(tǒng)；21、上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)；22、下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)；3、羅氏線圈；4、懸式絕緣子；5、避雷器無(wú)間隙段；6、上球形電極；7、下球形電極；8、引弧熔絲；9、工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)；10、右抱箍；11、左抱箍；12、螺桿；13、螺帽；14、不銹鋼片；141、圓形通孔；15、活動(dòng)螺帽。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型為一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置，包括沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)1、電壓測(cè)量系統(tǒng)2、羅氏線圈3、懸式絕緣子4、避雷器無(wú)間隙段5、上球形電極6、下球形電極7、引弧熔絲8、工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)9。

所述電壓測(cè)量系統(tǒng)2包括上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)21和下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)22，所述電壓測(cè)量系統(tǒng)2采用電容式分壓裝置，對(duì)沖擊和工頻電壓反應(yīng)靈敏。

所述引弧熔絲8焊接在上球形電極上，所述引弧熔絲8為直徑10μm~1mm的金屬銅絲，小電流下熔斷形成電弧。所述引弧熔絲8縮短了間隙距離，在工頻電源系統(tǒng)輸出的工頻電壓不擊穿的情況下，空氣間隙起弧的沖擊電壓大幅下降，工頻側(cè)保護(hù)裝置參數(shù)下降，保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，工頻側(cè)電源設(shè)備受到?jīng)_擊電壓作用的影響顯著下降。并且空氣間隙起弧能力上升，試驗(yàn)成功率上升。

如圖2、3所示，所述上球形電極6和下球形電極7通過(guò)抱箍金具安裝在懸式絕緣子4上。

所述抱箍金具包括右抱箍10、左抱箍11、螺桿12、螺帽13、不銹鋼片14，所屬右抱箍10和左抱箍11采用不銹鋼材質(zhì)，所述不銹鋼片14通過(guò)焊接工藝接在右抱箍10上。所述不銹鋼片14遠(yuǎn)離右抱箍10端有一個(gè)用于固定電極的圓形通孔141。

所述上球形電極6和下球形電極7通過(guò)活動(dòng)螺母15固定在不銹鋼片14的圓形通孔141上，可實(shí)現(xiàn)間隙距離自由調(diào)節(jié)。

采用本實(shí)用新型一種低壓起弧及間隙距離可調(diào)的工頻續(xù)流試驗(yàn)裝置，具體試驗(yàn)步驟如圖4所示：

步驟1：完成接線；

步驟2：對(duì)上、下球形電極之間間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，安裝引弧熔絲；

步驟3：打開(kāi)所有測(cè)試系統(tǒng)，打開(kāi)工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)，輸出工頻電壓；

步驟4：控制沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)輸出沖擊電壓；

步驟5：進(jìn)行5次測(cè)試試驗(yàn)，分別記錄每次試驗(yàn)通過(guò)羅氏線圈測(cè)量的電弧電流i和上電極電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量電壓U₁、下電極電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量電壓U₂；

步驟6：改變間隙距離，重復(fù)步驟2~步驟5；

步驟7：評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果；

步驟8：確定最理想的間隙距離設(shè)計(jì)。

所述步驟2中，按照避雷器外間隙設(shè)計(jì)，對(duì)上、下球形電極間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。安裝引弧熔絲時(shí)，控制引弧熔絲與下球形電極之間空氣間隙的工頻擊穿電壓在工頻輸出電壓以上。

所述步驟3中，控制工頻試驗(yàn)電源系統(tǒng)輸出避雷器額定工況運(yùn)行電壓。

所述步驟4中，在工頻電壓達(dá)到峰值時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)使得沖擊電壓發(fā)生器系統(tǒng)輸出正極性沖擊電壓。依據(jù)試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式：沖擊電壓大小U=30.09l^0.6043kV，式中l為引弧熔絲與下球形電極之間的距離，cm。

所述步驟6中，分別在與設(shè)計(jì)間隙距離相差-5mm、-10mm、+5mm、+10mm的間隙距離下進(jìn)行測(cè)試。

所述步驟7中，判斷依據(jù)：相同間隙下，5次測(cè)試中出現(xiàn)工頻電弧在電流第一次過(guò)零時(shí)不熄弧則認(rèn)為間隙距離設(shè)置不滿足要求。

所述步驟8中，對(duì)于滿足試驗(yàn)要求的間隙距離設(shè)置，通過(guò)不同間隙下電弧電流、電壓試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析來(lái)確定最理想的間隙距離設(shè)計(jì)。

空氣間隙距離下的雷電沖擊電壓確定其間隙距離上限。當(dāng)避雷器失效后，間隙距離要承受1.2倍工頻最高運(yùn)行電壓，由此確定其間隙距離下限，分別表示如下：

U_MLG50≥U_1mA＋U_d50，U_d≥1.2U_n，

其中U_d50為間隙雷擊50%放電電壓，U_MLG50為避雷器雷擊50%放電電壓設(shè)計(jì)值，U_1mA為避雷器1mA參考電壓，U_n為電網(wǎng)運(yùn)行最高工頻電壓，U_d為避雷器失效后間隙承受工頻電壓值。

在滿足上述情況下，通過(guò)熄弧時(shí)間判斷間隙距離，并根據(jù)電弧電壓和電流參數(shù)采用Mayr模型（可參考文獻(xiàn)《新型噴射氣流防雷滅弧間隙的機(jī)理研究》）進(jìn)行電弧運(yùn)動(dòng)仿真，理論分析電弧重燃和電弧熄弧時(shí)間情況，最后綜合考慮試驗(yàn)和理論分析的熄弧時(shí)間，取最短熄弧時(shí)間的空氣間隙為最理想間隙距離。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進(jìn)和變換也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。