CN103779787B - 中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置 - Google Patents

中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置，该装置应用在雷雨天气时，降低中低压交、直流电力系统输配电线路的雷击跳闸率和雷击断线率。该装置并联安装于输配电线路绝缘子串两端，能优先绝缘子串击穿排泄雷击电流入地；在工频续流通过时能自动增加空气主间隙的长度，使续流电弧被拉长；同时所增加半封闭间隙内充满并喷射电负性气体(水蒸气)，瞬间大幅度提高了间隙整体的绝缘击穿强度；在恢复电压不变的情况下，使电弧散热增加，间隙绝缘强度骤增，确保了电弧因此熄灭。该装置包括并联接地电极，绝缘水柱灭弧器，细水柱喷弧通道，并联导线电极，空气主间隙；该装置造价成本低，安装运行简易，能重复击穿长久耐用，不存在不良隐患。

Description

中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置
技术领域
本发明涉及一种保护绝缘子串、导线免受短路工频续流电弧灼烧的保护间隙，具体涉及了一种适用于中低压电力系统输配电线路的水蒸气自然拉弧并联间隙装置。
背景技术
中低压配电网由于不是重要的负荷所在，所以其一直以来其雷击跳闸率和雷击事故率都居高不下，低压电网如10kV配电网绝缘架空导线还存在雷击(直击雷或感应雷)必断线结论。然而随着电力系统短路容量以及输配电线路面积的不断的不断拓展，雷击(感应雷和直击雷)跳闸率和断线事故率将成为所有电压等级供电公司考核电网稳定运行的重要指标。中低压配电网多处地区偏远之地，由于地质问题使得接地电阻难以改善；输配电线路走廊又多经过地形复杂的斜坡，使得其受雷面积骤增。无疑，中低压配电网输配电线路防雷主要考虑两个问题，一个是安全和效果问题，另一个则是成本问题。改造地网电阻和架设避雷线或屏蔽线无疑是最昂贵的方法，多年来的运行效果也已不能满足电网供电稳定性要求。
中低压配电网特殊的山坡地理位置造成了避雷器安装的困难。首先，避雷器对地网电阻的要求比较高，而中低压配电网所处的又通常是地网电阻大而且很难改变的地区，强制安装避雷器肯定得不到理想的防雷的效果；其次，郊区安装的避雷器经常遭遇铜引下线被盗现象，铜引下线一旦被盗，避雷器将形同虚设；再者，线路避雷器购买成本高，安装困难，运行检修不方便，而且在雷电冲击下存在集肤效应，大电流下容易爆炸，不利于电网经济、安全、稳定运行。
由于运输及地形问题，中低压配电网比较适合安装简易的防雷设备，招弧角(或称普通并联间隙)是比较简易的防雷设备。当输电线路发生雷击时，招弧角或普通间隙优先与所并联的绝缘子串击穿，将雷电流泄入大地，从而起到保护输电线路及绝缘子的作用。由于招弧角没有灭弧能力，当间隙工频续流电弧不能自行熄灭时，断路器同样跳闸，其与自动重合闸装置配合能获得较好的防止非永久性短路故障的效果，是以“高跳闸率”换取“低事故率”的做法。问题是，有许多比较落后的配电网没有安装自动重合闸装置，断路器没回跳闸都相当于永久性故障，都造成“停电事故”，影响电网经济效益；同时，断路器多次带负荷跳闸也会明显影响其功能和缩短其寿命，当断路器故障拒动时将会造成更严重的电网事故。
所以，针对中低压配电网防雷问题，安装避雷器或并联普通间隙都有不可取的地方，安装后都存在相当的隐患。
因此，中低压配电网急需一种成本可观，易于运输、安装、检修，又能起到灭弧效果降低雷击断路器跳闸的装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有中低压配电网防雷方法及设备的不足，提供了一种适用于较落后的中低压配电网输配电线路防雷的中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置。在雷雨天气下，该装置的细水柱喷弧通道(4)盛满水柱，其保护主间隙为仅为空气主间隙(6)，配电网耐雷水平决定于该装置。此时该装置不但拥有招弧角的泄流功能，同时也能快速自主熄灭雷电击穿后的工频续流电弧，保证雷击断路器不跳闸；在天气晴朗时，细水柱喷弧通道(4)内的水都被蒸发掉，该装置的保护主间隙包括空气主间隙(6)和细水柱喷弧通道(4)的长度，其绝缘强度将大于或等于绝缘子串的绝缘强度，配电网耐雷水平决定于绝缘子串，这就使得该间隙装置误动作概率大大减小，仅在雷雨作用下雷击时才保护输配电线路，平时也不会造成配电系统耐雷水平的降低。
为了实现雷雨天气下熄灭雷击工频续流电弧的目的，本发明采用了以下技术方案：雷雨天气下当绝缘水柱灭弧器(3)的细水柱喷弧通道(4)内填满水时，水表面至并联接地电极(2)组成最佳的保护主间隙，约为绝缘子串长度的75％-80％，绝缘强度弱于绝缘子串。该保护主间隙在雷电击穿工频续流建弧后，续流电弧使水蒸气气化，保护主间隙的长度变为原来的长度加上细水柱喷弧通道(4)的长度，总长度等于或大于绝缘子串长度，瞬间大幅度提升空气主间隙的绝缘再击穿强度和空气散热系数，并有高温高压电负性气体从细水柱喷弧通道(4)喷出，迫使电弧能量快速向空气传递，最终电弧因空气间隙绝缘恢复强度大于恢复电压而熄灭。
其熄弧过程进一步详细为：电弧电流流经细水柱，水在电弧电流强大能量作用下，瞬间气化成水蒸气并在细水柱喷弧通道(4)内膨胀，高温高压水蒸气一方面对电弧起直接降温作用，另一方面阻断和驱使电弧远离并联导线电极(5)并向空气散热，两方面作用使散热系数骤增；水作为导电体在电弧能量作用下气化成绝缘的水蒸气后，细水柱喷弧通道(4)就变成了空气主间隙的一部分，这不单拉长了电弧，同时也增加了间隙的绝缘恢复强度和绝缘击穿强度；水蒸气作为电负性气体(氧元素的电负性为3.5仅次于氟4.0)，具有很大的电子亲和力，能捕获空气中的电子，对电弧电流的电子具有附着效应，起到一个去电离的作用。而且充满电负性气体水蒸气的细水柱喷弧通道(4)的绝缘较同等长度的空气间隙要强的多。
因此，工频续流电弧在多方面因素的制约之下将会可靠熄灭。
并联接地电极(2)较并联导线电极(5)要短许多，空气主间隙(6)处在绝缘子串较上的位置，这样导线侧就拥有足够的空间留给绝缘水柱灭弧器(3)和细水柱喷弧通道(4)。装置整体形成一个T型，有利于电弧在热动力作用下往上飘散，这也等同于增加了电弧的散热系数。
为了保证间隙工频续流建弧后，间隙能更有效的拉长电弧和进一步增加散热量，可以把细水柱喷弧通道(4)制造成螺旋状，以增加电弧走过了路程，更易于其熄灭。
水蒸气拥有足够的压力把电弧驱赶出细水柱喷弧通道(4)是该装置成功的关键，为此要把细水柱喷弧通道(4)做的很细；绝缘水柱灭弧器(3)可以由普通绝缘材料，也可以由在高温高压条件下可以大量产气的材料制造，所产气体作为水蒸气驱赶电弧的辅佐备用手段；再者绝缘水柱灭弧器(3)的壁厚满足水蒸气的压力要求，不至于水在电弧能量作用下爆炸。
雷雨天气下，为了确保雷电从并联接地极(2)和细水柱喷弧通道(4)水柱表面的正确击穿，绝缘水柱灭弧器(3)外表面加工成波纹状(防水)，能有效避免雷电沿面击穿。
本发明的优点：
本发明应用于较偏远或落后地区的中低压配电网防雷保护最大的优势在于：既能降低防雷成本的投入，又便于运输、安装、维护，同时又能达到熄灭工频电弧避免雷击断路器跳闸，既保护了绝缘子串、输配电导线，又能延长断路器的使用寿命。其他优点如下：
1.该装置最大的优点是：运输轻便，安装容易，而且能长期重复使用。适用于偏远地区较落后的中低压配电网系统。
2.绝缘水柱灭弧器(3)是该装置灭弧的关键部件，它是通过液体水的被动气化瞬间从导电体转为绝缘体，拉长间隙电弧的同时，绝缘水柱灭弧器(3)也转变为绝缘的喷弧装置。因为内部充满全部气化的水蒸气，绝缘性能较一般同等长度空气间隙要强的多；液态水在半封闭的空间内气化膨胀向高速扩散，驱赶电弧远离电极端，起到灭弧作用。
3.该装置从多方面同时抑制电弧的发展：主间隙变长拉弧，水蒸气的降温作用、喷弧散热作用及对电子的附着效应，绝缘水柱灭弧器(3)的产气喷弧辅佐作用等等，确保能熄灭一定幅值的电弧电流。
4.该装置的安装不会产生不良的或隐含的后果。因为在晴天时空气主间隙包括细水柱喷弧通道(4)，其绝缘击穿强度等于或大于绝缘子的绝缘击穿强度，不会降低原有电力系统的耐雷水平。
附图说明
图1是本发明一实施例应用于35kV电压等级架空裸导线的结构示意图。
图2是本发明一实施例应用于10kV电压等级架空裸导线的结构示意图。
附图标记：线路绝缘子串1，并联接地电极2，绝缘水柱灭弧器3，细水柱喷弧通道4，并联导线电极5，空气主间隙6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如附图1所示，一种应用于35kV架空线路的水式熄弧保护间隙装置，包括并联接地电极(2)，绝缘水柱灭弧器(3)，细水柱喷弧通道(4)，并联导线电极(5)，空气主间隙(6)。
实施例2：
如附图2所示，一种应用于10kV架空线路的水式熄弧保护间隙装置，包括并联接地电极(2)，绝缘水柱灭弧器(3)，细水柱喷弧通道(4)，并联导线电极(5)，空气主间隙(6)。

Claims (3)

1.一种中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置，包括并联于绝缘子串两端的并联接地电极(2)和并联导线电极(5)；绝缘水柱灭弧器(3)安装于并联导线电极(5)，包括细水柱喷弧通道(4)；并联接地电极(2)和绝缘水柱灭弧器(3)之间组成中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置的空气主间隙，其特征在于：绝缘水柱灭弧器(3)由普通绝缘材料制造或者由在高温条件下能产生气体的材料制造，其中间内开细小通道即是细水柱喷弧通道(4)；绝缘水柱灭弧器(3)的外表面制造有波纹；细水柱喷弧通道(4)在绝缘水柱灭弧器(3)内呈螺旋状，也就是增加细水柱的路程。
2.根据权利要求1所述的中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置，其特征在于：并联接地电极(2)较并联导线电极(5)要短，空气主间隙(6)处在绝缘子串较上的位置，装置整体形成一个T型，有利于电弧在热动力作用下往上飘散。
3.根据权利要求1所述的中低压配电网用水式熄弧保护间隙装置，其特征在于：绝缘水柱灭弧器(3)一端开内螺纹，并联导线电极(5)一端开外螺纹，两者能进行安全、可靠、无缝的连接。
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