CN101763922B - 输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和均压与防雷保护装置。该包括：在复合绝缘子的一侧安装均压和防雷装置的第一分部，该第一分部包括具有突出端的第一电极，第一分部具有均压能力；在复合绝缘子的另一侧安装均压与防雷装置的第二分部，均压与防雷装置的第二分部包括具有球形端部的第二电极，第二分部具有均压能力；其中，第一电极与第二电极构成并联间隙。通过本发明的方法和装置，实现复合绝缘子均压和防雷保护双重功能，防止电弧灼烧复合绝缘子的端部金具，有效保护复合材料免受烧损。

Description

输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和装置

技术领域

本发明涉及输电线路防雷保护，更具体地，涉及一种输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和均压与防雷保护装置。

背景技术

雷击和污闪是架空输电线路的主要故障形式。闪络后引起的工频续流电弧损坏绝缘子及其金具，给线路运行维护带来了较大的困难，往往造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

架空输电线路现有的防雷措施有：架设避雷线、降低杆塔接地电阻、加强绝缘、加装耦合地线、安装线路避雷器等。其核心思想是尽可能地提高线路的耐雷水平，减少雷击跳闸率。这些防雷措施可归纳为“堵塞型”防雷保护方式。随着电网架构的加强，继电保护和重合闸装置的普遍应用，可采用“疏导式”防雷保护作为“堵塞式”防雷措施的有力补充，以低投入解决输电线路的小概率雷击问题。在“疏导式”防雷思想指导下，提出了对经常遭受雷击或污闪的输电线路绝缘子安装并联间隙的保护方案。

复合绝缘子因其表面憎水性强、优异的防污性能、重量轻和近似免维护的特点，近年来在架空输电线路上得到大面积推广应用。由于复合绝缘子的结构和材料与瓷或玻璃绝缘子的不同，使其沿面电场分布极不均匀，尤其在高电压侧出现强电场区，因此需加装均压环合理改善复合绝缘子电场分布。但运行中的复合绝缘子遭受雷击闪烙后发生电弧严重烧蚀复合材料的现象，或者出现严重的电晕现象，致使复合材料迅速老化、变黑，造成复合绝缘子的性能下降、寿命缩短等。目前，110kV、220kV复合绝缘子仍然存在电弧烧蚀复合材料的现象。

罗真海等，“110kV、220kV架空输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护研究”研制了适合110kV、220kV复合绝缘子防雷保护的I型间隙装置，其高压侧电极的放电球与环分离，结构稍显复杂，整个装置的刚度也较小，不适于现场运行，若在耐张复合绝缘子上安装此并联间隙保护装置时，由于耐张串受力较大，解开绝缘子串安装此并联间隙的困难较大，还可能造成停电时间过长的问题。

随着复合绝缘子在架空输电线路上使用量的增加，需要完善并联间隙保护装置的结构和安装方法等，针对不同类型的复合绝缘子，提出全面的保护方法。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和装置，实现复合绝缘子均压和防雷保护双重功能，防止电弧灼烧复合绝缘子的端部金具，有效保护复合材料免受烧损。

本发明提供一种输电线路复合绝缘子的防雷保护方法，包括：

在复合绝缘子的一侧安装均压和防雷装置的第一分部，该装置的第一分部包括第一电极，第一分部具有均压能力；

在复合绝缘子的另一侧安装均压与防雷装置的第二分部，该装置的第二分部包括具有球形端部的第二电极，第二分部具有均压能力；

其中，均压与防雷装置的第一电极与第二电极构成并联间隙，该第一电极具有相对于第二电极的突出端，并联间隙的距离小于复合绝缘子的干弧距离。

根据本发明的复合绝缘子的防雷保护方法的一个实施例，均压与防雷装置的第一分部包括依次安装在复合绝缘子低压侧的第一均压环和第一角形电极，第一角形电极具有突出端；均压与防雷装置的第二分部包括依次安装在复合绝缘子高压侧的第二均压环和第二角形电极，第二角形电极具有球形端部；该第一角形电极和第二角形电极构成并联间隙；并联间隙的距离小于第一均压环与第二均压环之间的距离，且小于复合绝缘子的干弧距离。

根据本发明的复合绝缘子的防雷保护方法的另一个实施例，均压与防雷装置的第一分部为带开口结构的第一环形电极，第一环形电极的开口端部向外伸出一段形成突出端；均压与防雷装置的第二分部为带开口结构的第二环形电极，第二环形电极的开口端部为球形；第一环形电极和第二环形电极构成并联间隙。

本发明还提供一种输电线路复合绝缘子的均压与防雷保护装置，包括：

第一分部，安装在复合绝缘子的一侧，第一分部包括第一电极，具有均压能力；

第二分部，安装在复合绝缘子的另一侧，第二分部包括具有球形端部的第二电极，具有均压能力；

其中，第一电极与第二电极构成并联间隙，该第一电极具有相对于第二电极的突出端，并联间隙的距离小于所述复合绝缘子的干弧距离。

根据本发明的均压与防雷保护装置的一个实施例，第一分部包括依次安装在复合绝缘子低压侧的第一均压环和第一角形电极，第一角形电极具有突出端；第二分部包括依次安装在复合绝缘子高压侧的第二均压环和第二角形电极，第二角形电极具有球形端部；第一角形电极和第二角形电极构成并联间隙；并联间隙的距离小于第一均压环与第二均压环之间的距离，且小于复合绝缘子的干弧距离。

根据本发明的均压与防雷保护装置的另一个实施例，第一分部为带开口结构的第一环形电极，第一环形电极的开口端部向外伸出一段形成突出端；第二分部为带开口结构的第二环形电极，第二环形电极的开口端部为球形；第一环形电极和第二环形电极构成并联间隙。

本发明的输电线路复合绝缘子的防雷保护方法和装置，在复合绝缘子的两侧分别安装具有均压和防雷保护能力的第一分部和第二分部，并且第一分部的第一电极和第二分部的第二电极形成并联间隙，实现复合绝缘子均压和防雷保护双重功能，防止电弧灼烧复合绝缘子的端部金具，有效保护复合材料免受烧损。

附图说明

图1示出本发明实施例的均压环与角形间隙组合的示意图；

图2示出本发明的环形间隙的一个实施例的示意图；

图3示出了电压分担曲线的图示；

图4示出本发明的双联复合绝缘子悬垂串角形间隙的示意图；

图5示出本发明的双联耐张复合绝缘子角形间隙的示意图；

图6示出本发明的双联复合绝缘子悬垂串环形间隙的示意图；

图7示出本发明的双联复合绝缘子悬垂串角形间隙保护加装引流线示意图；

图8示出本发明的输电线路复合绝缘子的保护方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

本发明的实施例提供一种输电线路复合绝缘子的均压与防雷保护装置，该均压与防雷装置包括第一分部和第二分部；其中，第一分部用于安装在复合绝缘子的一侧，包括具有突出端的第一电极，具有均压能力；第二分部用于安装在复合绝缘子的另一侧，包括具有球形端部的第二电极，具有均压能力；第一电极与第二电极构成并联间隙。

下面结合附图详细描述本发明的均压与防雷保护装置。

图1示出本发明实施例的均压环与角形间隙组合的示意图。如图1所示，该均压与防雷保护装置的实施例采用均压和防雷功能分离的方式，在复合绝缘子11的低压侧和高压侧端部分别安装均压环12、均压环13，在均压环12和13离开复合绝缘子的外侧分别安装上角形电极14和下角形电极15。其中，均压环12和上角形电极14组成均压与防雷保护装置的第一分部，上角形电极14具有突出端部16。均压环13和下角形电极15组成均压与防雷保护装置的第二分部，下角形电极15具有球形端部17。上角形电极14和下角形电极15构成并联间隙。

根据本发明的均压与防雷保护装置的一个实施例，采用均压环与角形间隙组合的保护方式时，在复合绝缘子高压侧、低压侧电极端部均装设均压环，通过计算复合绝缘子沿面电场分布以确定均压环的最佳安装位置，使其尽量靠近复合绝缘子本体，为防止复合材料内部发生局部放电，均压环的设计满足复合绝缘子在工作电压下的内部场强小于局放的起始场强，及达到绝缘子整体电压分布的工程要求。

除安装均压环外，同时在复合绝缘子两金属端部加装角形电极构成的并联间隙，以弥补闭合均压环在引弧性能方面的不足。两角形电极之间的绝缘间隙距离小于两均压环之间的距离，且小于复合绝缘子的干弧距离。当复合绝缘子遭受雷击闪烙时，角形间隙先放电，引导电弧转移至电极端部并固定在端部燃烧。通过雷电冲击试验确定角形间隙距离，实现复合绝缘子、均压环和角形间隙三者之间的绝缘配合，并校核复合绝缘子加装角形间隙的雷击跳闸率是否在工程允许的范围内。

根据本发明的均压与防雷保护装置的一个实施例，还包括加装在上角形电极与U形环之间、下角形电极与导线之间的引流线。

悬垂复合绝缘子和耐张复合绝缘子都可应用上述均压和防雷保护方式。根据本发明的一个实施例，对于悬垂绝缘子，角形电极顺导线方向双向安装；根据本发明的一个实施例，耐张绝缘子的角形电极可直接安装在三角连板上，方向垂直于导线，只需安装向上一侧的电极。

图2示出本发明的环形间隙的一个实施例的示意图。其中，图2(a)为环形间隙的侧视图，图2(b)为上环形电极的俯视图，图2(c)为下环形电极的仰视图。该均压与防雷保护装置的实施例采用均压与防雷功能相结合的方式，在复合绝缘子端部安装带有开口结构的环形电极构成的并联间隙。如图2所示，在复合绝缘子21的低压侧和高压侧端部分别安装上环形电极22(第一分部)和下环形电极23(第二分部)，上环形电极22和下环形电极23形成并联间隙。上环形电极22和下环形电极23都带有开口结构，上环形电极22的开口端部向外伸出一段形成突出端24，下环形电极23的开口端部25为球形。

需要指出，虽然在图2实施例中环形电极只示出一个开口结构，本领域的技术人员可以理解，环形电极也可以具有两个或者两个以上的开口结构，同样可以实现本发明的目的。

本发明还提供具有两端双向开口结构的环形间隙的实施例。在该实施例中，包括分别安装在复合绝缘子的低压侧和高压侧端部的上环形电极(第一分部)和下环形电极(第二分部)，上环形电极和下环形电极形成并联间隙。上环形电极具有两个开口结构，下环形电极具有两个开口结构。开口结构的端部为球形。

例如，对于500kV输电线路复合绝缘子并联间隙，环形电极设计为两端双向开口结构，电极端部为球形，可完全屏蔽电弧对绝缘材料的热辐射。对于500kV架空线路绝缘子并联间隙来说，由于可见电晕等要求，上电极端部也设计为球形，且此结构的电极可耐受工频电弧多次灼烧而不改变间隙距离。

采用环形间隙的方法保护复合绝缘子时，将均压和防雷有机结合，在正常工作时并联间隙起到均匀绝缘子电压分布的作用，遭受雷击时环形间隙闪络，并引导电弧转移至电极端部燃烧，保护绝缘子免受灼烧，提高线路耐雷性能。

利用工频电弧运动特性仿真方法，确定环形间隙为开口结构的环形电极构成的并联间隙，上电极的开口端部伸出一段便于电弧向外运动，以满足电弧受热应力和空气浮力作用而向上运动的趋势；下电极的开口端部为球形，经多次电弧灼烧后，仍不影响间隙距离，可确保间隙放电电压的稳定性。此保护方式适合悬垂复合绝缘子，环形电极的开口顺导线方向布置。

下面以110kV电压等级为例，说明复合绝缘子并联间隙保护方法的应用。图4为双联复合绝缘子悬垂串安装均压环和角形间隙的示意图。如图4所示，在复合绝缘子11的两端安装上均压环12和下均压环13，更换原有的直角挂板为平行挂板，采用并联间隙专用球头挂环和碗头挂板安装角形间隙，两对角形电极14和15向外安装，顺导线方向。图5为双联耐张复合绝缘子采用并联间隙保护的示意图，其中，图5(a)为侧视图，图5(b)为俯视图。如图5所示，在复合绝缘子11的两端安装左均压环12和右均压环13，角形电极14和15直接安装在三角连板18的安装孔上，电极垂直导线向上一侧安装。图6给出了双联复合绝缘子悬垂串采用环形间隙防雷保护装置的示意图。如图6所示，在复合绝缘子21的两端安装上环形电极22和下环形电极23，更换原有的直角挂板为平行挂板，直接安装环形电极22和23，其开口结构向外，顺导线方向，上环形电极22、下环形电极23的开口相对。其中，AA方向的俯视图为上电极的结构示意图，电极开口端部为针型向外延伸一段，BB方向的仰视图为下电极的结构形状示意图，电极开口端部为球形，以增加其耐电弧烧蚀的能力。

图7示出本发明的双联复合绝缘子悬垂串角形间隙保护加装引流线示意图。如图7所示，在角形并联间隙上电极12与U形环之间加装上引流线19、下电极13与导线之间加装下引流线20，增加电流路径、减小流过间隙电极的电流，从而避免多次雷击闪烙引起的工频续流在并联间隙电极与金具连接部位形成烧蚀。例如，采用螺丝固定上引流线19与角形电极12、下引流线20与角形电极13和上引流线19与U形环，用T接线夹将下引流线20固定在导线上。引流线起到了分流作用，使间隙电极具有更好的热稳定性。

在图4～7中，H为复合绝缘子的结构高度，Z0为复合绝缘子的绝缘距离，Z为并联间隙距离。例如，对于FXB4N-110/110-1340型复合绝缘子，H＝1.34m，Z0＝1m，Z＝0.975m，上电极的XC＝0.35m，YC＝0.06m，下电极的XP＝0.4m，YP＝0.065m。

图8示出本发明的输电线路复合绝缘子的防雷保护方法的一个实施例的流程图。

如图8所示，在步骤802，在复合绝缘子的一侧安装均压和防雷装置的第一分部，该均压与防雷装置的第一分部包括具有突出端的第一电极，且第一分部具有均压能力。均压与防雷装置采用本发明实施例提供的装置。

在步骤804，在复合绝缘子的另一侧安装均压与防雷装置的第二分部，均压与防雷装置的第二分部包括具有球形端部的第二电极，第二分部具有均压能力。

在步骤806，均压与防雷装置的第一分部与第二分部构成并联间隙。

需要指出，步骤802和步骤804并不限定其时间顺序。

根据本发明的复合绝缘子的防雷保护方法的一个实施例，均压与防雷装置的第一分部包括依次安装在复合绝缘子低压侧的第一均压环和第一角形电极，第一角形电极具有突出端；均压与防雷装置的第二分部包括依次安装在复合绝缘子高压侧的第二均压环和第二角形电极，第二角形电极具有球形端部；所述第一角形电极和第二角形电极构成并联间隙；并联间隙的距离小于第一均压环与第二均压环之间的距离，且小于复合绝缘子的干弧距离。

悬垂复合绝缘子和耐张复合绝缘子都可应用上述均压和防雷保护方式。根据本发明的一个实施例，对于悬垂绝缘子，角形电极顺导线方向双向安装；根据本发明的一个实施例，耐张绝缘子的角形电极可直接安装在三角连板上，方向垂直于导线，只需安装向上一侧的电极。

根据本发明的复合绝缘子的防雷保护方法的一个实施例，均压与防雷装置的第一分部为带开口结构的第一环形电极，第一环形电极的开口端部向外伸出一段形成突出端；均压与防雷装置的第二分部为带开口结构的第二环形电极，第二环形电极的开口端部为球形；第一环形电极和第二环形电极构成并联间隙。其中，第一环形电极和第二环形电极可以具有一个、两个、或者两个以上的开口结构。第一环形电极的开口端部伸出一段便于电弧向外运动，第二环形电极的开口端部为球形，经多次电弧灼烧后，仍不影响间隙距离，可确保间隙放电电压的稳定性。此保护方式适合悬垂复合绝缘子，环形电极的开口顺导线方向布置。

下面通过具体的计算分析和试验结果，进一步说明本发明的复合绝缘子并联间隙保护方法的实施效果。

采用均压环和角形间隙组合的保护方法，或环形间隙的保护方法时，都能有效改善复合绝缘子的整体电压分布，110kV复合绝缘子悬垂串及其安装角形间隙和环形间隙的计算结果见表1：

表1

从表1的计算结果可看出，并联间隙使高压侧的绝缘子伞裙所承受的电压降低，有效改善了电压分布。同时，复合绝缘子安装并联间隙的最大电场分布在电极端部，远大于绝缘子伞裙及其旁边空气间隙的场强，验证了并联间隙的引弧作用。

图3示出了电压分担曲线的图示。在图3中，“◇”表示的曲线为未安装并联间隙的电压分担曲线，“□”表示的曲线为安装角形并联间隙的电压分担曲线，“△”表示的曲线为安装环形并联间隙的电压分担曲线，横轴为伞裙序号，纵轴为电压分担率。如图3中所示，安装角形间隙和安装环形间隙后的电压分担率曲线和现有技术相比趋于平坦。

对复合绝缘子加装角形间隙或环形间隙进行雷电冲击试验，试验中观察发现，雷击闪烙路径都发生在并联间隙电极的端部，测量FXB4N-110/110-1340型复合绝缘子及其安装并联间隙后的放电电压值，试验结果见表下2：

表2绝缘子及其安装并联间隙的放电电压

大短路电流的工频电弧试验结果表明，即使闪络发生在复合绝缘子伞裙间(模拟污闪)，并联间隙也有较好的引弧作用，能将电弧迅速从复合绝缘子转移至角形或环形电极之间，并向外吹散，保护导线和绝缘子无异常。试验后的并联间隙上、下电极有一定的烧蚀，但应可保证至少连续灼烧3～5次而仍不改变并联间隙的距离Z值。

雷击跳闸率的计算采用规程DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》推荐的方法，计算了110kV的FXB4N-110/110-1340型复合绝缘子及安装并联间隙后的雷击跳闸率，见表3。结果比较可知，安装角形间隙和环形间隙后每100km每年的跳闸率比未安装前分别增加了0.06、0.04次，满足工程要求。

绝缘子	角形间隙	环形间隙
			0.375	0.432	0.417

表3线路雷击跳闸率(次/百公里·年)的计算结果

综上所述，本发明采用均压环和角形间隙组合的保护方法，或环形间隙的保护方法，不仅能改善复合绝缘子较突出的电压分布，而且能有效保护绝缘子免受电弧灼烧，提高线路耐雷性能。

对于悬垂复合绝缘子，金具更换较为方便，可更换原有的挂板，用并联间隙专用球头挂环和碗头挂板直接安装角形电极，或安装环形开口结构的并联间隙。

考虑到复合绝缘子耐张串在架空输电线路上的所处位置及其受力情况，尽量不更换原有金具，只能将角形电极直接安装在三角连板等电力金具上，较快实现复合绝缘子的防雷保护，确保电网稳定性。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (12)

1.一种输电线路复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，包括：

在所述复合绝缘子的低压侧安装均压和防雷装置的第一分部，所述均压与防雷装置的第一分部包括第一电极，所述第一分部包括具有均压能力的均压环或者环形电极；

在所述复合绝缘子的高压侧安装所述均压与防雷装置的第二分部，所述均压与防雷装置的第二分部包括具有球形端部的第二电极，所述第二分部包括具有均压能力的均压环或者环形电极；

其中，所述第一电极与第二电极构成并联间隙，所述第一电极具有相对于第二电极的突出端，所述并联间隙距离小于所述复合绝缘子的干弧距离。

2.根据权利要求1所述的复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，

所述均压与防雷装置的第一分部包括依次安装在所述复合绝缘子低压侧的第一均压环和第一角形电极，所述第一角形电极具有突出端；

所述均压与防雷装置的第二分部包括依次安装在所述复合绝缘子高压侧的第二均压环和第二角形电极，所述第二角形电极具有球形端部；

所述第一角形电极和所述第二角形电极构成并联间隙；所述并联间隙的距离小于所述第一均压环和所述第二均压环之间的距离，且小于所述复合绝缘子的干弧距离。

3.根据权利要求2所述的复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，还包括：

在所述第一角形电极与U形环之间、所述第二角形电极与导线之间加装引流线。

4.根据权利要求2所述的复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，对于悬垂复合绝缘子，所述第一角形电极和第二角形电极顺导线方向双向安装；对于耐张复合绝缘子，所述第一角形电极和第二角形电极垂直导线方向安装向上一侧的电极。

5.根据权利要求1所述的复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，

所述均压与防雷装置的第一分部包括带开口结构的第一环形电极，所述第一环形电极的开口端部向外伸出一段形成突出端；

所述均压与防雷装置的第二分部包括带开口结构的第二环形电极，所述第二环形电极的开口端部为球形；

所述第一环形电极和所述第二环形电极构成并联间隙。

6.根据权利要求5所述的复合绝缘子的防雷保护方法，其特征在于，所述第一环形电极和第二环形电极具有两个或者两个以上的开口端。

7.一种输电线路复合绝缘子的均压与防雷保护装置，其特征在于，包括：

第一分部，安装在所述复合绝缘子的低压侧，所述第一分部包括第一电极，具有均压能力的均压环或者环形电极；

第二分部，安装在所述复合绝缘子的高压侧，所述第二分部包括具有球形端部的第二电极，具有均压能力的均压环或者环形电极；

其中，所述第一电极与第二电极构成并联间隙，所述第一电极具有相对于第二电极的突出端，所述并联间隙的距离小于所述复合绝缘子的干弧距离。

8.根据权利要求7所述的复合绝缘子的均压与防雷保护装置，其特征在于，

所述第一分部包括依次安装在所述复合绝缘子低压侧的第一均压环和第一角形电极，所述第一角形电极具有突出端；

所述第二分部包括依次安装在所述复合绝缘子高压侧的第二均压环和第二角形电极，所述第二角形电极具有球形端部；

所述第一角形电极和所述第二角形电极构成并联间隙；所述并联间隙的距离小于所述第一均压环和所述第二均压环之间的距离，且小于所述复合绝缘子的干弧距离。

9.根据权利要求8所述的复合绝缘子的均压与防雷保护装置，还包括：加装在所述第一角形电极与U形环之间、所述第二角形电极与导线之间的引流线。

10.根据权利要求8所述的复合绝缘子的均压与防雷保护装置，其特征在于，对于悬垂复合绝缘子，所述第一角形电极和第二角形电极顺导线方向双向安装；对于耐张复合绝缘子，所述第一角形电极和第二角形电极垂直导线方向安装向上一侧的电极。

11.根据权利要求7所述的复合绝缘子的均压与防雷保护装置，其特征在于，

所述第一分部包括带开口结构的第一环形电极，所述第一环形电极的开口端部向外伸出一段形成突出端；

所述第二分部包括带开口结构的第二环形电极，所述第二环形电极的开口端部为球形；

所述第一环形电极和所述第二环形电极构成并联间隙。

12.根据权利要求11所述的复合绝缘子的均压与防雷保护装置，其特征在于，所述第一环形电极和第二环形电极具有两个或者两个以上的开口端。

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