CN103337315B - 基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列在绝缘子串附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒和内置于灭弧筒的气体发生器；保护间隙装置主要由低压端电极和高压端电极形成；所述低压端电极的一端通过连接金具安装在杆塔横担上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极的一端安装在架空导线上，另一端指向低压端电极；所述的低压端电极和高压端电极之间的主保护间隙的距离长度设定为同一杆塔的绝缘子串的爬电距离长度。该装置结构简单，制作成本低、安全可靠；解决了现有保护间隙仍然短接部分绝缘子串爬电距离的问题，有效降低电力系统输电线路雷击跳闸率及事故率、提高电力系统稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及了输电线路防雷保护间隙装置，具体涉及了一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置。
背景技术
输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击，导致线路绝缘子闪络，随之而起的工频续流损坏绝缘子串及金具，导致绝缘子串烧毁及烧断导线事故。传统的“堵塞型”防雷保护方式，改造杆塔接地电阻、架设耦合地线及避雷线、安装线路避雷器等，由于其局限性，只能解决50%的雷击事故。近年，为了进一步提高输电线路供电的可靠性，电力部门采用在输电线路加装并联保护间隙来防止雷击事故。然而实际运行中，并联保护间隙具有明显的缺陷如下：
首先，并联保护间隙安装在绝缘子串两端，是通过缩短绝缘子串爬电距离的方法起到雷击时优先绝缘子串击穿的作用。绝缘子串爬电距离被短接，不仅导致电力系统输电线路整体耐雷水平下降使雷击跳闸率增加，同时导致电力系统正常运行时的工频绝缘水平下降，无形之间提高了并联保护间隙在暂时过电压及操作过电压下误击穿概率。
其次，当输电线路发生雷击时，并联保护间隙优先因雷击引起的过电压而击穿，将雷电流泄入大地，从而起到保护输电线路及电气设备的作用。然而由于并联保护间隙没有灭弧能力，不能熄灭绝缘子串闪络后引起的工频续流，电弧在保护间隙间长时间灼烧，将造成绝缘子串损坏，严重时，可能造成输电线路断线，同时电弧会对电极造成烧蚀而降低其保护性能。最终依靠断路器来熄灭电弧来实现保护输电线路及设备，是牺牲“跳闸率”和“供电可靠性”换取“低事故率”的做法。
针对普通并联间隙不具备灭弧能力的缺陷，发明人在之前申请的专利，中国专利号为2011201046273就公开了一种适用于10～35kV架空输电线路的10～35kV架空输电线路约束空间喷射气体灭弧防雷间隙装置，该装置并联安装于线路绝缘子串两端，保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串，从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿，击穿放电时，信号采集装置自动感应雷电流信号并触发高速喷射气体发生装置，瞬间产生高速喷射气流对约束空间内续流电弧沿纵向强烈冲击、冷却至熄灭。又如中国专利号为2011200053246公开了用于各电压等级输电线路的约束空间喷射气流灭弧防雷间隙装置，该装置并联安装于线路绝缘子串两端，保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串，从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿，击穿放电时，约束空间内部的产气材料被高温电弧急剧加热产生高压气体的同时，信号采集装置自动采集信号并启动喷射气体发生装置，瞬间产生高速气流沿纵向对电弧造成冲击、冷却至熄灭。发明人之前申请的专利对于熄灭工频电弧起到了很好的作用，但是仍然存在短接部分绝缘子串爬电距离，降低线路工频绝缘水平的缺点。上述的装置还需要进行进一步的改进，从而达到更好的效果，提高电力系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种适用于各种电压等级的架空输电线路，既能成功熄灭雷击放电引起的工频续流电弧又不减小电力系统工频绝缘水平的基于库伦力吸引的防雷间隙绝缘配合方法的装置。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列安装在绝缘子串附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒和内置于灭弧筒的气体发生器；保护间隙装置主要由低压端电极和高压端电极构成；其中，所述低压端电极的一端通过连接金具安装在杆塔横担上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极的一端安装在架空导线上，另一端指向低压端电极；所述的低压端电极和高压端电极之间的主保护间隙的距离A长度设定为同一杆塔的绝缘子串的爬电距离长度。
本发明将低压端电极安装在杆塔横担上，高压端电极安装在架空导线上，并且将低压端电极和高压端电极之间的主保护距离由普通并联间隙短接部分绝缘子串爬电距离变为等于绝缘子串爬电距离，通过感应电荷原理及异性电荷相吸原理使该装置能优先绝缘子串被击穿，是绝缘子串不受雷电影响，不会因为雷击而损害；而且保证了工频的耐压能力不受影响，减少了操作过电压下的无击穿。
在普通并联保护间隙装置中，低压电极和高压电极分别安装在绝缘子串上端和下端，其还具有缺点：绝缘子串是导线和杆塔的唯一固体连接点，承受着导线本身的重力作用，对电网的安全起重要作用。普通并联间隙电极安装与绝缘子串上，无疑增加了绝缘子串的受力，在风力使导线摇晃摆动的情况下这种力会成倍增加；本发明则将高、低压端电极分别安装于导线和杆塔上，对绝缘子串的受力没有直接影响。
普通并联间隙吸引雷电流，保护绝缘子串，但是随雷电击穿而起的工频续流会经过绝缘子串的线夹（就是导线和绝缘子串连接的那个工具）处和弯头挂板处。工频续流的热量会导致线夹和导线发热，增加了雷击断线的概率；在本发明中，雷电从导线往杆塔击穿，即使有工频电弧也不会对绝缘子串造成烧灼现象，而且主保护间隙距离绝缘子串较远，工频电弧烧到绝缘子串的可能性降低，对绝缘子串的保护效果更佳。
本发明的进一步说明，以上所述的低压端电极的末端连接着一个采用非导电材料制作的连接筒。
本发明的进一步说明，以上所述的连接筒可以为直筒状或喇叭状。
本发明的进一步说明，以上所述直筒状连接筒上设有采用导电材料（如铜、铝等）制作的引弧圆盘。
本发明的进一步说明，以上所述喇叭状连接筒上设有引弧铜圈。
本发明的改进技术方案，增设引弧圆盘或引弧铜圈，并通过连接筒与低压端电极可靠固定；然而连接筒为不导电材料制成的，因此，雷电被吸引到引弧圆盘或引弧铜圈时再击穿连接筒然后到达低压端电极，这就相当于引弧圆盘或引弧铜圈将主保护间隙分成了一大一小两个间隙。引弧圆盘或引弧铜圈对周围一定空气范围的雷电起吸引作用（绝缘子串在其保护范围之内），增大了引弧能力，从而使装置的主保护间隙距离增大到等于或大于绝缘子串爬电距离。假设负极性雷电绕击于架空导线，雷电波通过导线传送至相近的杆塔绝缘子串及防雷间隙。高压端电极击穿前会聚集大量的负电荷，由感应原理可知在引弧圆盘上将感应出异性的正电荷，施感电荷和感应电荷间会产生强大的库伦吸引力作用，吸引雷电朝着低压端电极击穿。正极性雷电时则同理可证。
本发明中的绝缘灭弧装置采用的是发明人在申请专利（cn201210371579.3）中的灭弧装置，该绝缘灭弧装置包括雷电脉冲采集装置、灭弧筒和气体发生器，气体发生器置于灭弧筒内；雷电脉冲采集装置与低压端电极相连接，实现采集雷电信号；气体发生器包括灭弧气丸和气丸绝缘底座；在灭弧气丸上设有触发电极和短路环；气丸绝缘底座在与触发电极相对应的位置上设有固定电极，固定电极与雷电脉冲采集装置的电极相连接。灭弧气丸包括电热转换装置和固体产气材料装置；电热转换装置把雷电脉冲采集装置传递过来的电脉冲转化为热能；固体产气材料装置在高温高压条件下产生大量气体。绝缘灭弧装置的气体发生器在灭弧筒内沿轴向叠加布置且每一个气体发生器内部均装有内嵌铁片；绝缘灭弧装置的灭弧筒设有强磁体和切换金属片；在输电线路发生一次雷击时，第一气体发生器启动进行灭弧，然后自动脱离灭弧装置，第二气体发生器下落至之前第一气体发生器的位置，第三气体发生器下落至之前第二气体发生器的位置，第二气体发生器的内嵌铁片与强磁体吸合，第二气体发生器的触发电极与雷电脉冲采集装置的电极形成可靠连接，完成一次雷击灭弧。灭弧筒上设有抵消气体发生器启动时产生的后座力的卡槽。
本发明通过将与绝缘子串想并列的保护间隙两端分别安装在杆塔和架空导线上，使雷电可以选择在保护间隙的电极间或是绝缘子串上释放雷电能量，即保护间隙电极间的击穿场强和绝缘子串的闪络场强大小最终决定了雷电冲击放电路径。当保护间隙电极间的击穿场强大于绝缘子串的闪络场强时，雷电从保护间隙电极击穿放电，保护间隙起到疏导雷电流保护绝缘子串的作用。本发明的结构改进即是发明人根据这点研究出来的。
使用本发明的基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置时，雷电脉冲击穿防雷保护间隙前会在电极一端聚集大量同性电荷，并同时在另一端电极上感应出大量异性电荷；根据电荷异性相吸原理，防雷间隙两端电极上的异性电荷之间具有互相吸引的库伦力，该库伦力对雷电放电路径的最终确定起到决定作用。基于此原理生产的防雷间隙装置，在实现输电线路雷击时雷电放电路径优先的选择的同时，创造性的使防雷间隙工频绝缘强度大于等于绝缘子串的绝缘强度，实现了无工频电压损失的绝缘新配合。
本发明的优点：
1.将低压端电极安装在杆塔横担上、高压端电极安装在架空导线上，并使低压端电极和高压端电极之间形成的保护间隙并列于绝缘子串附近，让该保护间隙优先于绝缘子串被击穿，使绝缘子串完全不受雷电影响，降低电力系统输电线路雷击跳闸率及事故率、提高电力系统稳定性、延长变压器、断路器等电力设备使用寿命，大大节约了设备成本以及系统的检修、维护成本。
2.结构简单，制作成本低、安全可靠。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的结构示意图。
附图标记：
1-绝缘子串，2-杆塔横担，3-连接金具，4-灭弧筒，5-气体发生器，6-低压端电极，7-引弧圆盘，8-高压端电极，9-架空导线，10-连接筒，11-引弧铜圈，A-主保护间隙的距离。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列安装在绝缘子串1附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒4和内置于灭弧筒4的气体发生器5；保护间隙装置主要由低压端电极6和高压端电极8构成；其中，所述低压端电极6的一端通过连接金具3安装在杆塔横担2上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极8的一端安装在架空导线9上，另一端指向低压端电极6；所述的低压端电极6和高压端电极7之间的主保护间隙的距离A长度设定为同一杆塔的绝缘子串1的爬电距离长度。
实施例2：
如图1所示，一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列安装在绝缘子串1附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒4和内置于灭弧筒4的气体发生器5；保护间隙装置主要由低压端电极6和高压端电极8构成；其中，所述低压端电极6的一端通过连接金具3安装在杆塔横担2上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极8的一端安装在架空导线9上，另一端指向低压端电极6；所述的低压端电极6和高压端电极7之间的主保护间隙的距离A长度设定为同一杆塔的绝缘子串1的爬电距离长度。所述的低压端电极6的末端连接着一个采用非导电材料制作的直筒状的连接筒10，且直筒状连接筒上设有采用导电材料制作的引弧圆盘7。
实施例3：
如图2所示，一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列安装在绝缘子串1附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒4和内置于灭弧筒4的气体发生器5；保护间隙装置主要由低压端电极6和高压端电极8构成；其中，所述低压端电极6的一端通过连接金具3安装在杆塔横担2上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极8的一端安装在架空导线9上，另一端指向低压端电极6；所述的低压端电极6和高压端电极7之间的主保护间隙的距离A长度设定为同一杆塔的绝缘子串1的爬电距离长度。所述的低压端电极6的末端连接着一个采用非导电材料制作的喇叭状的连接筒10，且喇叭状连接筒上设有引弧铜圈11。
Claims (1)
1.一种基于库伦力引弧的防雷间隙绝缘配合方法的装置，包括绝缘灭弧装置和并列安装在绝缘子串（1）附近的保护间隙装置；绝缘灭弧装置包括灭弧筒（4）和内置于灭弧筒（4）的气体发生器（5）；保护间隙装置主要由低压端电极（6）和高压端电极（8）构成；其特征在于：所述低压端电极（6）的一端通过连接金具（3）安装在杆塔横担（2）上，另一端安装绝缘灭弧装置；所述高压端电极（8）的一端安装在架空导线（9）上，另一端指向低压端电极（6）；所述的低压端电极（6）和高压端电极（8）之间的主保护间隙的距离A长度设定为同一杆塔的绝缘子串（1）的爬电距离长度；
所述的低压端电极（6）的末端连接着一个采用非导电材料制作的直筒状的连接筒（10），且直筒状连接筒上设有采用导电材料制作的引弧圆盘（7）；或者，所述的低压端电极（6）的末端连接着一个采用非导电材料制作的喇叭状的连接筒（10），且喇叭状连接筒上设有引弧铜圈（11）。
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