雷击跳闸是影响电力系统安全运行的重要问题,雷击闪络形成的接地通道是引起系统发生短路故障并导致雷击跳闸的最主要原因。因此如何快速泄放雷电能量、截断短路路径、恢复介质绝缘是近年来学者们研究的热点和难点。
按目前输配电线路防雷保护装置的灭弧能力,可分为无主动灭弧能力、主动式灭弧和自能式灭弧三类。
无主动灭弧能力装置如并联间隙装置,传统型并联间隙通过将金属电极并联安装在绝缘子串的两端形成保护间隙。
主动式灭弧装置,主要是利用气吹熄弧或非线性元件熄弧。主动式气吹灭弧装置,当电弧通过灭弧装置的腔体时,内壁蒸发释放出高温高压气体,加快电弧的去游离进而阻断电弧,但是这种灭弧装置内的有机材料随着灭弧次数的增加不断的消耗,灭弧性能也会随之降低。还有一种喷射气体灭弧防雷保护装置,通过信号采集装置触发气体发生器形成强气流,迅速熄灭工频续流电弧。该灭弧装置必须用信号采集装置配合气体发生器来使用,且受到动作次数的限制。非线性电阻熄弧利用氧化锌电阻片的非线性特性,使并联间隙的伏秒特性和绝缘子串相配合,达到降低雷击跳闸率的效果。
自能式灭弧装置,如多腔室避雷器装置,利用多个半密闭灭弧腔室串联,将长间隙电弧分段约束在单个半密闭灭弧腔室内,利用单腔室内电弧加热腔室内气体产生的气吹作用实现自能式淬弧。基于自能式灭弧原理开发的多腔室灭弧装置因其结构简单,灭弧性能良好,得到学者的广泛关注。
图1 多腔室灭弧结构及其灭弧过程示意
多腔室灭弧结构及其灭弧过程如图1a所示。多腔室灭弧结构与高、低压侧电极构成带有灭弧腔室的并联间隙,并联在绝缘子两端。当多腔室结构被击穿后,长间隙的冲击闪络电弧被结构内间隔排列的金属电极(见图1b)分成多段短间隙电弧。
腔室内气体被约束在半密闭腔室结构内的电弧加热产生高速流动,将电弧快速喷射到腔室外。腔室内空气介质的绝缘强度迅速恢复,从而抑制工频续流电弧的产生,避免断路器跳闸。因此半密闭灭弧腔室淬灭冲击电弧的时间是灭弧性能的重要参数。