一种间隙控制型金属氧化物避雷器制造技术

本发明专利技术提供一种间隙控制型金属氧化物避雷器，所述避雷器包括竖直方向依次串接的单元节，所述单元节包括外部的绝缘套管和安装在所述绝缘套管内的金属氧化物电阻片；所述避雷器的底部单元节两端并联有控制单元，所述控制单元包括间隙和连接所述间隙的控制器；所述控制器检测所述避雷器两端的电压，并根据检测到的电压值触发所述间隙的导通，当所述间隙导通时，所述底部单元节被短接。本发明专利技术提供的避雷器可在维持现有避雷器用金属氧化物电阻片性能参数不变的基础上，降低避雷器残压，提高避雷器的保护水平和抗震性能。

Gap control type metal oxide lightning arrester

The invention provides a gap control type metal oxide arrester, the arrester includes successively connected unit section in vertical direction, the unit section includes external insulation casing and insulation metal oxide varistors in the casing; the arrester unit is connected in parallel with the bottom section of the control unit and the control unit comprises a controller connected to the gap and gap voltage; the controller detects the arrester at both ends, and trigger the gap communicated according to the detected voltage value, when the gap is conducted, the base unit is short circuited. The lightning arrester provided by the invention can reduce the residual pressure of the arrester and improve the protection level and the seismic performance of the arrester on the basis of maintaining the constant performance parameter of the metal oxide resistor sheet of the existing lightning arrester.

【技术实现步骤摘要】
一种间隙控制型金属氧化物避雷器
本专利技术涉及一种避雷器，具体讲涉及一种间隙控制型的金属氧化物避雷器。
技术介绍
从超高压(330kV～750kV)输电系统开始，操作过电压对输变电设备的绝缘水平已经起着控制作用，随着系统电压等级的升高，影响越来越大，须将操作过电压倍数限制的越来越低。在超、特高压输电系统中，空气间隙的操作冲击放电电压呈现饱和特性，操作过电压水平对输变电设备的造价和制造难度影响更大，因此，深度降低操作过电压倍数、合理选取设备绝缘水平是十分必要的。避雷器是电力系统过电压保护的主要装置。避雷器电阻片从早期以碳化硅(SiC)为主要原料发展到现今以氧化锌(ZnO)为主要原料，避雷器的性能在几十年间得到了极大的提高，应用范围越来越广。特高压常规金属氧化物避雷器由避雷器本体和安装在避雷器本体顶部的均压环组成。其工作原理是利用金属氧化物电阻片高电压下呈现低阻值的特性，通过避雷器本体来释放过电压能量，将系统过电压水平限制到较低数值。近年来，研究人员通过改进金属氧化物电阻片的配方和生产工艺，研制出了性能更优越的高性能金属氧化物电阻片，其中日本东芝公司研制的电阻片性能处于世界领先水平，主要指标为：能量吸收能力为300J/cm3，标称电流下压比1.55，允许荷电率92％，电位梯度200～600V/mm。在特高压系统中，仅靠采用高性能电阻片的避雷器，仍无法将操作过电压水平限制到规定的数值。对于特高压交流输电系统，目前主要是应用金属氧化物避雷器、断路器加装合闸电阻两种措施：(1)金属氧化物避雷器和断路器加装合闸电阻两种措施联合使用。两者共同作用可将系统的最大相对地2％统计操作过电压限制在1.6p.u.～1.7p.u.。但是，由于合闸电阻在运行可靠性和经济性方面仍存在较大不足，断路器加装合闸电阻后机构复杂，大大增加断路器的运行风险，同时断路器加装合闸电阻后成本增加较多，电力系统运行部门和制造厂商均倾向于在系统条件允许情况下断路器不采用合闸电阻。(2)当两个特高压变电站之间的线路较短时，将避雷器额定电压降低，也可以将系统操作过电压限制在1.6p.u.～1.7p.u.。例如，某特高压线路段仅为60km，如果不采用断路器加装合闸电阻，仅采用金属氧化物避雷器将操作过电压限至标准允许的范围内，须将金属氧化物避雷器的额定电压从目前的828kV降至804kV(额定电压降低了3％)，避雷器的荷电率将从目前的0.77升高至0.79。但再长一点的线路，即使将避雷器额定电压降至804kV也无法满足要求。例如某特高压线路长度为85.5km，采用804kV的避雷器仅能将沿线过电压降至1.74p.u.，仍然无法满足要求，必须将避雷器的额定电压降至更低，甚至需降至762kV(额定电压降低了8％)才能满足要求。此时避雷器的长期运行荷电率将从目前的0.77升高至0.83，从而使避雷器电阻片在正常运行下的老化速度加快，可靠性裕度大大降低。而且使用762kV避雷器的前提条件还必须是将系统工频过电压限制在母线侧1.2p.u.、线路侧1.3p.u.，使用条件极其受限。在改进避雷器电阻片性能研究的同时，研究人员也试图在避雷器的结构上寻找新突破，以提高避雷器的保护性能。80年代开始，国内、外的研究人员曾对金属氧化物避雷器串、并联放电间隙的情况进行过探讨和研究，但限于间隙放电电压的分散性很难解决，避雷器工作可靠性差。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种间隙控制型金属氧化物避雷器，通过将一种的金属氧化物避雷器同间隙触发控制技术相结合，得出一种用于特高压输电系统的控制型金属氧化物避雷器，这种技术方案在维持现有避雷器用金属氧化物电阻片性能参数不变的基础上，可降低避雷器残压，提高避雷器的保护水平。本专利技术提供的技术方案是：一种间隙控制型金属氧化物避雷器，所述避雷器包括竖直方向依次串接的单元节，所述单元节包括外部的绝缘套管和安装在所述绝缘套管内的金属氧化物电阻片；其改进之处在于：所述避雷器的底部单元节两端并联有控制单元，所述控制单元包括间隙和连接所述间隙的控制器；所述控制器检测所述避雷器两端的电压，并根据检测到的电压值触发所述间隙的导通，当所述间隙导通时，所述底部单元节被短接。优选的，当所述控制器检测到避雷器两端的电压大于或等于1257.2KV时，所述控制器触发所述间隙导通。优选的，所述外部绝缘套包括瓷柱和瓷柱两端的法兰盘；所述避雷器的整体呈底部单元节的瓷柱横截面直径最大，顶部单元节的瓷柱横截面直径最小的塔形结构，在等荷载条件下每个单元节底部产生的应力一致。进一步，所述瓷柱的内部中间具有圆柱形空心部分，用于容纳金属氧化物电阻片，且在其内部充有绝缘气体；所述绝缘气体为氮、二氧化碳或干燥空气中的任意一种。进一步，所述瓷柱的外部具有间隔排列的大伞和小伞；大伞伸出的水平距离为75mm，小伞伸出的水平距离为60mm，距离最近的两个大伞最低点之间的距离为75mm。进一步，所述法兰盘的内侧开有与法兰盘同中心的瓷柱安装孔，所述瓷柱安装孔的孔壁上涂覆有沥青层，所述瓷柱的两端分别通过水泥胶合剂胶合在瓷柱安装孔内；所述瓷柱两端的胶合部位也涂覆有沥青层；所述瓷柱安装孔的孔壁上设有多个与所述瓷柱安装孔同中心的环状凸起。进一步，所述瓷柱顶部水泥胶合剂在竖直方向上的高度与对应瓷柱外部直径比值等于或大于0.40；所述瓷柱底部水泥胶合剂在竖直方向上的高度与对应瓷柱外部直径的比值等于或大于0.45。优选的，所述金属氧化物电阻片的底部与单元节的底部法兰盘采用直接压接方式固定，其顶部与单元节的顶部法兰盘之间设置有处于压缩状态的按压弹簧。进一步，所述底部法兰盘与所述顶部法兰盘上对应设有竖直方向贯穿所述法兰盘的固定孔；所述金属氧化物电阻片周围设置有竖直方向的两端分别贯穿所述底部法兰盘的固定孔和所述顶部法兰盘的固定孔的支撑杆；所述支撑杆通过螺钉和密封垫固定在所述固定孔内。进一步，所述避雷器的整体高度小于11.6m。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有如下显著进步：1)本专利技术提供的技术方案将特高压避雷器与间隙触发控制技术、测量控制技术结合起来，可深度降低特高压输电系统用金属氧化物避雷器的残压，提高避雷器的保护水平和运行可靠性，是一种高性能的过电压保护装置。2)本专利技术提供的间隙控制型金属氧化物避雷器适用于特高压输电系统的过电压保护，其优异的保护性能允许系统降低电力设备和输电线路绝缘水平，减少输电成本；对于特高压输电系统，在维持现有电力设备和输电线路绝缘水平不变的前提下，允许取消断路器的分、合闸电阻，经济效益十分显著。3)金属氧化物避雷器的整体呈塔形结构，其底部单元节横截面直径最大，顶部单元节横截面直径最小，在等荷载条件下每个单元节底部产生的应力一致；与现有避雷器结构设计相比，避雷器破坏负荷可达65kN以上，大大提高了避雷器的抗震能力。4)金属氧化物避雷器的迎风面积小，产生的风荷载小。采用塔形结构设计，有效降低了顶部单元节的迎风面积，从而大幅降低风荷载产生的弯曲负荷，抗弯强度可提高30％以上。5)瓷柱与法兰盘的粘接部位采用沥青层，该沥青层具有被挤压缓冲的作用，在制作过程中，顶部法兰盘、底部法兰盘和瓷柱会出现不同的收缩率，沥青层可承受这种挤压，从而避免在制作过程中的挤压破损现象，瓷柱与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间隙控制型金属氧化物避雷器，所述避雷器包括竖直方向依次串接的单元节，所述单元节包括外部的绝缘套管和安装在所述绝缘套管内的金属氧化物电阻片；其特征在于：所述避雷器的底部单元节两端并联有控制单元，所述控制单元包括间隙和连接所述间隙的控制器；所述控制器检测所述避雷器两端的电压，并根据检测到的电压值触发所述间隙的导通，当所述间隙导通时，所述底部单元节被短接。

【技术特征摘要】
1.一种间隙控制型金属氧化物避雷器，所述避雷器包括竖直方向依次串接的单元节，所述单元节包括外部的绝缘套管和安装在所述绝缘套管内的金属氧化物电阻片；其特征在于：所述避雷器的底部单元节两端并联有控制单元，所述控制单元包括间隙和连接所述间隙的控制器；所述控制器检测所述避雷器两端的电压，并根据检测到的电压值触发所述间隙的导通，当所述间隙导通时，所述底部单元节被短接。2.根据权利要求1所述的一种间隙控制型金属氧化物避雷器，其特征在于：当所述控制器检测到避雷器两端的电压大于或等于1257.2KV时，所述控制器触发所述间隙导通。3.根据权利要求1所述的一种间隙控制型金属氧化物避雷器，其特征在于：所述外部绝缘套包括瓷柱和瓷柱两端的法兰盘；所述避雷器的整体呈底部单元节的瓷柱横截面直径最大，顶部单元节的瓷柱横截面直径最小的塔形结构，在等荷载条件下每个单元节底部产生的应力一致。4.根据权利要求3所述的一种间隙控制型金属氧化物避雷器，其特征在于：所述瓷柱的内部中间具有圆柱形空心部分，用于容纳金属氧化物电阻片，且在其内部充有绝缘气体；所述绝缘气体为氮、二氧化碳或干燥空气中的任意一种。5.根据权利要求4所述的一种间隙控制型金属氧化物避雷器，其特征在于：所述瓷柱的外部具有间隔排列的大伞和小伞；大伞伸出的水平距离为75mm，小伞伸出的水平距离为60mm，距离最近的两个大伞最低点之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维江，陈秀娟，殷禹，李志兵，刘之方，李志远，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11