[发明专利]一种高可靠性可控多重火花放电间隙

说明书

技术领域

本发明属于电气元件领域，具体涉及一种高可靠性可控多重火花放电间隙，可用于超高电压交/直流电力系统重要设备或部件的过电压保护以及大电流的高速旁路。

背景技术

由于火花放电的时间极短(微秒量级)，间隙可以承受数百kA以上的冲击电流，可控火花放电间隙(或称触发放电间隙)已应用于高电压技术、脉冲功率技术等领域的试验研究。

现有的可控放电间隙的设计均基于所谓“三电极间隙”原理，即在两个电极构成的主间隙之间放置用于“点火”的第三个电极。主间隙的电极形状设计使间隙的电场尽可能均匀，以便使间隙能够耐受较高的工作电压，避免在工作电压作用下间隙产生自放电(自触发、误动)；当触发脉冲送达点火电极时，在主间隙中产生电场畸变或小火花放电，导致主间隙绝缘耐受强度降低，令间隙在工作电压作用下产生贯穿性放电。也可以用激光脉冲实现可控放电间隙的点火。

现有的三电极可控放电间隙尚不能在高压电网工程应用的主要原因有：

1)可靠性低：由于受气象环境条件影响，间隙火花放电电压有很大的分散性，放电电压的标准偏差可达8％以上。要防止间隙不发生误动，应使间隙的工作电压显著低于自放电电压；另一方面，要保证在点火脉冲送出时间隙可靠动作，又要尽可能提高工作电压。为了兼顾防止误动和防止拒动的要求，现有的间隙设计面临两难选择，除非使间隙自放电电压/触发放电电压的比值达到3倍以上。但现有三电极放电间隙从原理上讲，触发脉冲对主间隙耐受电压的影响有限，把这个比值提高到2已十分困难。因而，现有的可控火花放电间隙不能满足电力系统高可靠性的要求。

2)现有的可控间隙动作的原理是，依靠工作电压超过主间隙在触发脉冲作用下的耐受强度来实现主间隙的放电，因此放电只能发生在工频电压峰值附近，在其他相位送出触发脉冲，工作电压的瞬时值可能很低，不足以导致主间隙的放电，现有可控火花间隙在相当大的时间段存在“控制死区”；

3)现有的三电极可控间隙通常只有单个主间隙、最多有2个主间隙，耐压水平低，难以用于超高电压电网。

现代电网的发展，对高可靠性的可控放电间隙提出了重大需求，以满足交直流输电系统中重要设备或部件的过电压保护和大电流的快速旁路。

国内外现有的可控火花间隙，均以三电极火花间隙为基础，已在脉冲功率技术、高压试验研究中获得应用，已有电容均压型的两级串联的三电极火花间隙，工作电压只能达到30-50kV左右。由于三电极可控间隙原理的局限，现有的可控间隙动作可靠性不高，容易发生误动或拒动；

国内外已有用多重间隙串联构成的高压试验设备，例如冲击波截断的截波装置，只在试验室中专用，与本发明的功能和用途不同。

国内外目前没有可应用于超高压/特高压电网的高可靠性、无控制死区的可控放电间隙的设计、专利或产品。

本发明从原理上可以克服现有可控火花放电间隙的上述缺点，有效地解决动作可靠性、消除控制死区和提高工作电压等关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高可靠性可控多重火花放电间隙，可用于超高电压交/直流电力系统重要设备或部件的过电压保护以及大电流的高速旁路，可实现超高压/特高压电网的高可靠性、无控制死区的可控放电间隙保护功能。

本发明的工作原理与现有三电极火花放电间隙的工作原理有本质的不同，本发明的核心组件是与频率相关链形网络逐级联结的多重火花间隙。选择适当的网络结构和参数，可以获得工频交流(或直流)工作电压沿多重间隙的均匀分布。多重间隙的放电电压接近于单间隙放电电压与间隙级数的乘积。只要选择足够的级数，多重间隙能够耐受很高的工作电压，因而可应用到任何的电压等级。相反，在脉冲(高频)触发电压的作用下，由于频率相关网络对电压分布的调节作用，沿多重间隙的电压分布变得极不均匀，绝大部分外加电压均集中在第一、二个间隙，以致在幅值稍高于单间隙放电电压的的触发电压作用下，就可引起级联放电，导致多重间隙依次放电。这种间隙在工频工作电压作用下自放电电压与触发脉冲作用下的放电电压的比值，随间隙级数的增加而增加，选择10级间隙串联即可保证间隙具有极高的可靠性，无误动或拒动之虞。这种新型的可控放电间隙可以应用于任何电压等级直至特高压等级的交直流输电系统。