一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器的制作方法

本发明涉及电力系统输变电设备过电压保护技术领域，具体涉及一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器。

背景技术：

避雷器用于保护电力系统中电气设备免受雷击过电压的损害或避免由于设备操作所引起的内部过电压损害，是关系到电力系统安全稳定运行的重要保护设备。随着电压等级的提高，雷击过电压和操作过电压问题变得日益突出，提高避雷器的运行性能显得尤为重要。

传统金属氧化物避雷器在结构上一般为多个氧化锌非线性电阻片叠置在两金属电极之间，没有中间间隙。其在电压正常时具有极高的电阻从而呈绝缘状态，而当系统中出现短时过电压时，冲击电流经电阻片入地，电阻片本身的压降（残压）由于其非线性特性则维持在一定范围内，从而使与避雷器并联设备上的过电压幅值得到限制，电气设备得到保护。但是，该结构的金属氧化物避雷器随着运行时间的增长，在长期运行的工频或直流电压以及间断性的雷击过电压、操作过电压作用下，电阻片会逐渐出现劣化和老化现象，造成阻性电流上升，有功功率增大，长期的热效应显著增加，避雷器内部气体压力和温度逐渐增高，当温度长期超过某一极限值时将引起避雷器的热破坏（热崩溃）。即便不出现热破坏现象，但因电阻片的绝缘性能下降，最终可能在一次冲击电压作用下，出现绝缘击穿损坏，从而引起电气设备的跳闸或接地事故。

近年来，金属氧化物避雷器也有采用在氧化锌电阻片与金属电极间设置固定串联间隙的结构形式，由于串联间隙在正常运行时保持绝缘状态，避免了氧化锌电阻片的长期带电运行。当超过系统允许的雷击过电压或操作过电压出现时，串联间隙电气击穿，形成导电电弧，冲击电流经电阻片入地，氧化锌电阻片的限压特性动作，从而与避雷器并联的电气设备得到保护。虽然过电压现象持续时间很短，但在此过程中，由于运行电压一直作用在串联间隙上，当过电压消失后，有些时候串联间隙间的电弧并不能随之熄灭，形成续流电弧现象，串联间隙不能恢复到绝缘状态。此时，电弧持续燃烧，引起避雷器内部温度和气压在短时间内急剧升高，直至发生爆炸，严重影响电力系统的安全稳定运行。

因此，亟需本领域技术人员研究出一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，以避免传统金属氧化物避雷器易发生电阻片电老化进而引发热破坏和绝缘击穿的问题，同时还能够解决采用固定串联间隙的避雷器在短时过电压消失后的续流电弧问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足，提供了一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，从而避免传统金属氧化物避雷器易发生电阻片电老化进而引发热破坏和绝缘击穿的问题，同时还能够解决采用固定串联间隙的避雷器在短时过电压消失后的续流电弧问题，提升金属氧化物避雷器的使用寿命和性能可靠性。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，该避雷器包括空心绝缘管、包覆于空心绝缘管外侧壁上的伞群套、分别设置于空心绝缘管上下两端的第一金属端板及第二金属端板、自上而下轴向设置于空心绝缘管内的绝缘容器以及至少二个层叠设置的氧化锌电阻片，所述绝缘容器以及氧化锌电阻片外侧壁均与空心绝缘管内侧壁之间形成间隙，所述绝缘容器上端与第一金属端板相连接，所述氧化锌电阻片下端设于第二金属端板上；

所述绝缘容器为可伸缩波纹管，并于其内腔轴向设有放电间隙结构；

所述放电间隙结构包括沿绝缘容器轴向分离设置的第一放电电极及第二放电电极，所述第一放电电极与第二放电电极之间形成一避雷器的放电间隙，所述第一放电电极设置于绝缘容器上端，所述第二放电电极设置于绝缘容器下端，所述第二放电电极下端通过一柔性铜辫与氧化锌电阻片连接。

作为优选地，所述绝缘容器、放电间隙结构及氧化锌电阻片与所述空心绝缘管同轴设置。

作为优选地，所述间隙内填充有流体绝缘介质，所述流体绝缘介质为绝缘气体或者绝缘液体。

作为优选地，所述第一放电电极与第二放电电极的材质均为耐高温合金材料。

作为优选地，所述绝缘容器内部填充有气体绝缘介质。

作为优选地，所述第一放电电极和第二放电电极为几何对称的电极结构。

作为优选地，所述空心绝缘管为中空状的圆柱管，该空心绝缘管为纤维增强树脂基复合材料制成。

基于上述技术方案，本发明的与现有技术相比具有如下技术优点：

1.本发明采用可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，第一金属端板、放电间隙结构、柔性铜辫、层叠设置的氧化锌电阻片和第二金属端板可形成串联结构，使得在正常运行过程中，运行电压和电气设备所允许的雷击过电压、操作过电压不会施加到氧化锌电阻片上，避免了其长期带电所引发的电老化和热破坏现象，提升金属氧化物避雷器的使用寿命和性能可靠性，一定程度上保证电力系统的安全稳定运行。

2.当过电压发生时，第一放电电极和第二放电电极之间产生放电电弧，上述串联结构形成导电通路，氧化锌电阻片的非线性特性得以发挥，使得过电压幅值得到限制，放电电弧所引起的高温会使得放电间隙区域的气压局部升高，在局部高气压的推动下，绝缘容器的波纹管结构轴向伸展，第二放电电极下移，使得放电间隙的间隙距离扩大，间隙绝缘强度提升，有利于放电电弧的快速灭弧，避免在短时过电压消失后的续流电弧现象。

3.本发明中间隙内填充有流体绝缘介质，增强了避雷器内部空间的电气绝缘性能，同时利用流体绝缘介质的流动性可加快热量的传导和扩散，抑制氧化锌电阻片通过大电流后的热效应，避免热破坏的发生。

4.本发明中第一放电电极和第二放电电极的材质均采用耐高温合金材料,使得第一放电电极和第二放电电极具备优异的耐电弧烧损性能，保证了第一放电电极和第二放电电极的使用寿命。

5.本发明中第一放电电极和第二放电电极均采用几何对称结构，可使得放电间隙结构获得稳定的电弧放电性能。

6.本发明中的空心绝缘管为纤维增强树脂基复合材料制成，提高导热系数，加快大电流通过避雷器内部时的热传导。

附图说明

图1为本发明可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器的结构示意图。

图中：1.避雷器，2.空心绝缘管，3.伞群套，4.第一金属端板，5.第二金属端板，6.绝缘容器，7.放电间隙，8.氧化锌电阻片，9.间隙，10.第一放电电极，11.第二放电电极，12.柔性铜辫，13.流体绝缘介质，14.气体绝缘介质。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

如图1所示，一种可变串联间隙复合绝缘金属氧化物避雷器，该避雷器1包括空心绝缘管2、包覆于空心绝缘管2外侧壁上的伞群套3、分别设置于空心绝缘管2上下两端的第一金属端板4及第二金属端板5、自上而下轴向设置于空心绝缘管2内的绝缘容器6以及至少二个层叠设置的氧化锌电阻片8，所述绝缘容器6以及氧化锌电阻片8外侧壁均与空心绝缘管2内侧壁之间形成间隙9，所述绝缘容器6上端与第一金属端板4相连接，所述氧化锌电阻片8下端设于第二金属端板5上；

所述绝缘容器6为可伸缩波纹管，并于其内腔轴向设有放电间隙结构；

所述放电间隙结构包括沿绝缘容器6轴向分离设置的第一放电电极10及第二放电电极11，所述第一放电电极10与第二放电电极11之间形成一避雷器的放电间隙7，所述第一放电电极10设置于绝缘容器6上端，所述第二放电电极11设置于绝缘容器6下端，其中，第一放电电极10的端部兼作绝缘容器6的上端面，第二放电电极11的端部兼作绝缘容器6的下端面，所述第二放电电极11下端通过一柔性铜辫12与氧化锌电阻片8连接。

所述绝缘容器6、放电间隙结构及氧化锌电阻片8与所述空心绝缘管2同轴设置。

该避雷器1与电气设备并联，其第一金属端板4及第二金属端板5分别与高电位和地电位电性连接，通过设置放电间隙结构，从而正常运行电压和电气设备所允许的雷击过电压、操作过电压不会施加到氧化锌电阻片8上，避免了氧化锌电阻片8长期带电所引发的电老化和热破坏现象。当出现超过电气设备所允许的雷击过电压或操作过电压时，放电间隙结构发生电气击穿，在第一放电电极10和第二放电电极11之间产生放电电弧，使得第一金属端板4、放电间隙结构、柔性铜辫12、层叠设置的氧化锌电阻片8和第二金属端板5形成导电通路，冲击电流经氧化锌电阻片8入地，氧化锌电阻片8的非线性特性得以发挥，使导电通路的整体电压得到限制，从而使与避雷器1并联的电气设备上的过电压幅值得到限制，电气设备得到有效保护。

当短时过电压引发第一放电电极10与第二放电电极11之间产生电弧时，电弧所引起的高温会使得绝缘容器6内的气压瞬间升高，在内部高气压的推动下，绝缘容器6的波纹管结构使得其下端面向下方伸展，即第二放电电极11向下移动，使得放电间隙7的间隙距离扩大，间隙绝缘强度提升，有利于放电电弧的快速熄灭，同时可避免在短时过电压消失后的续流电弧现象。当电弧熄灭后，绝缘容器6内的温度和气压恢复到正常状态，由于不再受到压力的作用，其下端面向上收缩，即第二放电电极11向上移动，回到初始位置，从而使得放电间隙10恢复到正常运行状态。

所述间隙9内填充有流体绝缘介质13，所述流体绝缘介质13为绝缘气体或者绝缘液体。上述绝缘气体可以是干燥空气或者氮气或者六氟化硫或者氮气和六氟化硫的混合气体；上述绝缘液体可以是硅油或者矿物油；在保证间隙9空间的电气绝缘性能的同时，利用流体绝缘介质13的流动性可加快热量的传导和扩散，抑制氧化锌电阻片8通过大电流后的热效应，避免热破坏的发生。

所述绝缘容器6内部填充有气体绝缘介质14，其可以为六氟化硫或者氮气与六氟化硫的混合气体，在正常运行电压和所允许的雷击过电压、操作过电压作用时，保证放电间隙的电气绝缘性能，在过电压引发电弧发生时，还具备一定的加速电弧熄灭的特性。

所述第一放电电极10和第二放电电极11为几何对称的电极结构，几何对称的电极结构可使得放电间隙结构获得稳定的放电电弧。所述第一放电电极10与第二放电电极11的材质均为耐高温合金材料，其可以为铜钨合金或者银钨合金或者银钨石墨合金或者银钼合金，抗氧化性好、电导率高，且具备优异的耐电弧烧损性能，可保证多次放电后电极不受损伤。

所述空心绝缘管2为中空状的圆柱管，该空心绝缘管2为纤维增强树脂基复合材料制成，其为电气绝缘性纤维和树脂基体通过缠绕或拉挤工艺成型，具有轻质高强的优点，上述电气绝缘性纤维可以为玻璃纤维或者芳纶纤维或者聚酯纤维，上述树脂基体可以为环氧树脂或者酚醛树脂或者乙烯基树脂。

伞群套3为现有技术，伞群套3是由硅橡胶硫化成型包覆在空心绝缘管2的外侧而构成，能够增强避雷器1的外部绝缘性能。上述硅橡胶可以是高温硫化硅橡胶或者室温硫化硅橡胶或者液体硅橡胶。

所述绝缘容器6为高分子绝缘材料制成，该高分子绝缘材料可以为聚丙烯或者尼龙或者聚四氟乙烯，在保证电气绝缘性能的同时，还可以耐受放电间隙7内电弧发生时的短时高温，对绝缘容器6起到保护作用。

更进一步地，在作为空心绝缘管2基体材料的树脂基体中均匀填充有导热填料。上述导热填料可以是氧化铝或者氧化镁或者氧化锌或者氮化铝或者氮化硼或者碳化硅。在保证空心绝缘管2的电气绝缘性能的同时，提高其导热系数，加快大电流通过避雷器1内部时的热传导。

更进一步地，在作为伞群套3基体材料的硅橡胶中均匀填充有高导热性填料。上述高导热性填料可以是氢氧化铝或者碳酸钙或者氧化硅。在保证伞群套3的电气绝缘性能的同时，提高其导热系数，加快大电流通过避雷器1内部时的热传导。

上述内容为本发明的示例及说明，但不意味着本发明可取得的优点受此限制，凡是本发明实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本申请的保护范围内。