封閉式小間隙多電極氣體開關裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高電壓試驗技術領域，具體涉及一種封閉式多極氣體開關裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國電力系統的不斷發展，輸送范圍不斷擴大，高電壓運行設備的電壓等級和容量不斷提高，對惡劣環境的適應能力也在不斷增強，從而對高壓試驗設備的電壓等級、環境適應能力、體積和重量等各方面提出更高的要求。
[0003]現有技術中，高壓試驗設備沖擊電壓發生器一般采用在普通點火球隙，觸發前調整球隙間距，隨后對最低點火球隙施加觸發脈沖觸發，后續各級通過壓降觸發的方式，形成脈沖高電壓，用于驗證電力設備的耐受雷電沖擊或操作沖擊的能力。然而，普通點火球隙的自放電特性和多間隙觸發的同步性較差，容易出現誤觸發現象，受外界環境的影響較大，比如在高原地區需多次調試以獲取最佳球間隙，現場試驗效率低下，所以，采用普通點火球隙的沖擊電壓發生器難以實現良好不同，消除自放電現象；再加上普通點火球隙采用空氣作為做主絕緣，且需附加球隙間距調節裝置體積較大，不利于沖擊電壓發生器進行緊湊型小型化設計，因此，傳統點火球隙已不無法滿足沖擊試驗裝置的需求。
[0004]目前，部分研宄機構在傳統點火球隙的基礎上進行了改進，如公開號CN201412256Y提出的“沖擊電壓發生器的第一級球隙對稱點火裝置”和公開號CN101220792A提出的“沖擊電壓發生器多極點火裝置”，能夠在一定程度上改善沖擊電壓發生器的同步性，然而，由于這兩種球隙仍采用開放式結構，對環境依賴較大，當試驗裝置處于氣壓較低的高原地區或環境濕度多80%時，沖擊發生器會出現無法正常觸發或自放電現象；且同樣存在體積較大的問題。公開號CN103400717提出了一種“多電極畸變氣體開關及開關同步觸發方法”，其特點是采用全封閉結構，通過內部氣壓控制點火電壓。該方法避免了外界環境對點火球隙的影響，但該系統采用氣壓控制，即每次點火放電前都需要進行內部氣壓調整，需增加壓力控制系統；而且該系統每次試驗時由于氣壓調整都會出現氣體排放，出現氣體浪費現象。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種封閉式多極氣體開關裝置及方法，該裝置和方法采用高絕緣性能氣體作為主絕緣介質，降低了開關裝置內部各電極間的絕緣距離，縮小了氣體開關的體積和重量；同時，該裝置采用多級電極的小間隙結構，使用觸發脈沖觸發放電，無需調整間隙距離或內部氣壓，能夠實現穩定同步觸發，避免誤觸發現象，解決了沖擊電壓發生器在高海拔、高溫濕度等惡劣條件下誤放電、同步性差等問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明公開的封閉式多極氣體開關裝置，其特征在于:它包括密封絕緣外殼、設置在密封絕緣外殼頂端與底端之間的豎直絕緣板、設置在豎直絕緣板一側絕緣腔內的脈沖電壓發生裝置、設置在豎直絕緣板另一側絕緣腔內且個數相等的多個銅鎢合金球和均壓電阻管以及耦合電容器，所述豎直絕緣板的另一側與密封絕緣外殼端部內壁之間設有絕緣支撐板和位于絕緣支撐板下方的兩根導電支撐桿，所述兩根導電支撐桿與絕緣支撐板之間均設有多個耦合電容器，所述絕緣支撐板上設有多根絕緣支柱，每根絕緣支柱上固定有一個對應的銅鎢合金球，所述每根絕緣支柱位于對應的耦合電容器的正上方，所述一根導電支撐桿上的多個耦合電容器與另一根導電支撐桿上的多個耦合電容器交錯布置，所述絕緣支撐板上還設有多個能罩住對應銅鎢合金球的均勻電阻管帽，相鄰兩個銅鎢合金球之間具有間隙，所述豎直絕緣板一側的絕緣腔上開設有引線入口 15，豎直絕緣板另一側的絕緣腔上開設有通氣口和引線出口；
[0007]每個耦合電容器的底端接口均連接對應的導電支撐桿，每個耦合電容器的頂端接口均通過鋪設在絕緣支撐板和對應絕緣支柱內的導線連接相應的銅鎢合金球，所述每個均壓電阻管的一端通過絕緣支撐板內的導線連接一根導電支撐桿上對應的耦合電容器的頂端接口，每個均壓電阻管的另一端通過絕緣支撐板內的導線連接另一根導電支撐桿上對應的耦合電容器的頂端接口，所述每個均壓電阻管兩端連接的兩個耦合電容器為相鄰的兩個親合電容器；
[0008]所述脈沖電壓發生裝置的信號輸出端穿過豎直絕緣板后連接最左邊的一個耦合電容器的頂端接口，最右邊的一個耦合電容器的頂端接口連接有引出線，該引出線由引線出口引出，脈沖電壓發生裝置的電壓信號輸入端通過引線入口引出。
[0009]一種利用上述封閉式多極氣體開關裝置進行開關控制的方法，它包括如下步驟:
[0010]步驟1:封閉式多極氣體開關裝置完成內部各器件安裝后，通過充氣孔與氣體充氣回收裝置連接，對該裝置進行抽真空；
[0011]步驟2:當真空度< 133pa時，停止抽真空，向裝置內部充氣高絕緣氣體至要求的氣壓;
[0012]步驟3:引出線通過出線接口與外圍的脈沖電容器和無感電阻連接，脈沖電壓發生裝置的電壓信號輸入端通過引線入口連接電壓信號輸入設備，此時在引出線和脈沖電壓發生裝置的電壓信號輸入端施加35kV?250kV的電壓信號；
[0013]步驟4:在封閉式多極氣體開關裝置兩端施加的電壓信號依次分布在相鄰兩個鎢銅合金球組成的各個間隙和均勻電阻管上，由于施加的電壓信號低于相鄰兩個鎢銅合金球組成的間隙的擊穿放電電壓，因此不會發生擊穿放電現象；
[0014]步驟5:脈沖電壓發生裝置發出高壓脈沖信號，通過耦合電容器將電壓信號耦合至鎢銅合金球上，使鎢銅合金球附近的電場發生畸變，各球隙發生擊穿，實現引出線和脈沖電壓發生裝置的電壓信號輸入端的短暫性導通。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]本發明提供的封閉式小間隙多極氣體開關裝置，整體采用封閉式小間隙結構，內充高絕緣氣體(六氟化硫氣體)，降低了內部元器件沿面爬電距離的要求，縮小了球隙間間距，從而降低了開關裝置的體積和重量；該裝置采用密封充氣結構，可根據充氣氣壓調整開關裝置的額定電壓(氣體的絕緣特性與氣壓呈近似的線性關系)，避免生產多種不同型號氣體開關小間隙模具的現象，提高了氣體開關的適用性；同時本裝置內部電極采用球狀結構，內部電場分布更加均勻，間隙兩端設有均壓電阻，并通過脈沖電壓發生器和耦合電容對每個間隙施加觸發信號，無需調整球隙間隙或內部氣壓(通過脈沖信號，使內部電場產生畸變，耐受電壓降低，實現擊穿放電)。本發明具有同步性良好、觸發范圍廣、不受外界條件影響、單一型號多用的特性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的側視結構示意圖；
[0018]圖2為本發明的俯視結構示意圖；
[0019]圖3為本發明的仰視結構示意圖；
[0020]圖4是本發明的剖面結構示意圖；
[0021]圖5是本發明的電氣原理圖；
[0022]其中，I一密封絕緣外殼、2—脈沖電壓發生裝置、3—絕緣支撐板、4一銅鎢合金球、5—絕緣支柱、6—均壓電阻管、7—耦合電容器、8—導電支撐桿、9 一通氣口、10—間隙、11 一引線出口、12—豎直絕緣板、13—導線、14一引出線。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明:
[0024]本發明所設計的一種封閉式多極氣體開關裝置，該裝置采用密封性結構，內充絕緣性能良好的六氟化硫氣體，可大幅度降低內部電極的尺寸以及各電極間的間隙，從而縮小整個裝置的體積；而且本裝置可通過充氣氣壓大小調整開關裝置的額定電壓，避免針對變化不大的產品出現制造不同磨具，多次制造的現象；同時本裝置采用球形電極，通過絕緣支柱內部的導電部分連接，組成放電間隙，該布置的電場分布更加均勻(球形電極形狀更加規則、對稱)，在間隙兩端安裝均勻電阻，通過脈沖電壓發生器和耦合電容對每個間隙施加觸發信號，無需調整球隙間隙或內部氣壓，操作簡單，具有同步性良好、觸發范圍廣、不受外界條件影響、單一型號多用的特性。
[0025]該裝置的具體結構，如圖1?5所示包括密封絕緣外殼1、設置在密封絕緣外殼I頂端與底端之間的豎直絕緣板12、設置在豎直絕緣板12 —側絕緣腔內的脈沖電壓發生裝置2、設置在豎直絕緣板12另一側絕緣腔內且個數相等的多個銅鎢合金球4和均壓電阻管6以及耦合電容器7，所述豎直絕緣板12的另一側與密封絕緣外殼I端部內壁之間設有絕緣支撐板3和位于絕緣支撐板3下方的兩根導電支撐桿8 (支撐絕緣板3位于密封絕緣外殼內的中下部)，所述兩根導電支撐桿8與絕緣支撐板3之間均設有多個耦合電容器7 (所述耦合電容器7采用雙端出線結構，方便與對應的均壓電阻管6、銅鎢合金球4以及導電支撐桿8進行電氣連接)，所述絕緣支撐板3上設有多根絕緣支柱5，每根絕緣支柱5上固定有一個對應的銅鎢合金球4，所述每根絕緣支柱5位于對應的耦合電容器7的正上方，所述一根導電支撐桿8上的多個耦合電容器7與另一根導電支撐桿8上的多個耦合電容器7交錯布置，所述絕緣支撐板3上還設有多個能罩住對應銅鎢合金球4的均勻電阻管帽6，相鄰兩個銅鎢合金球4之間具有間隙10，所述豎直絕緣板12—側的絕緣腔上開設有引線入口 15，豎直絕緣板12另一側的絕緣腔上開設有通氣口 9和引線出口 11 (通氣口 9用于氣體開關裝置內部抽真空和充氣處理，引線出口 11實現與外部電氣連接，它們均采用密封性設計)；
[0026]每個耦合電容器7的底端接口均連接對應的導電支撐桿8，每個耦合電容器7的頂端接口均通過鋪設在絕緣支撐板3和對應絕緣支柱5內的導線13連接相應的銅鎢合金球4，所述每個均壓電阻管6的一端通過絕緣支撐板3內的導線13連接一根導電支撐桿8上對應的耦合電容器7的頂端接口，每個均壓電阻管6的另一端通過絕緣支撐板3內的導線13連接另一根導電支撐桿8上對應的耦合電容器7的頂端接口，所述每個均壓電阻管6兩端連接的兩個耦合電容器7為相鄰的兩個耦合電容器7 ;
[0027]所述脈沖電壓發生裝置2的信號輸出端穿過豎直絕緣板12后連接最左邊的一個耦合電容器7的頂端接口，最右邊的一個耦合電容器7的頂端接口連接有引出線14，該引出線14