CN104614612A - 双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，包括冲击电压发生器、均与冲击电压发生器相连的控制平台和放电电极，依次相连的信号采集系统、同步触发控制系统和摄影仪，以及按照模拟比缩小的双回路直线转角塔缩小模型；放电电极顶端与冲击电压发生器的高压端相连、末端为自由端处于试验初始位置；信号采集系统通过测量电缆与冲击电压发生器相连，摄影仪用于记录双回路直线转角塔缩小模型遭受雷电绕击的冲击放电过程。可直接用于双回路直线转角塔雷电屏蔽性能及其影响因素的试验研究，不仅具有试验周期短、占用场地小、制作成本低、结构稳固、接地可靠等优点，而且可高效获取试验数据、可随时观测试验过程。

Description

双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台

技术领域

本发明涉及一种模拟试验平台，特别是涉及一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，属于高压输变电范畴的雷电感应相关的电力技术领域。

背景技术

雷电是最常见的自然现象，雷电不仅对人类危害大，而且对电网安全运行具有较大威胁，被誉为电力中断的头号环节因素。

近年来随着电网容量的增大，网架越来越密，更高电压等级输电线路杆塔越来越高，雷击所引起的线路停电事故日益增多。据统计，2005年～2010年国网公司系统66kV及以上输电线路雷击跳闸8229次，占跳闸总数40.52％；并且在220kV及以上线路绕击雷已成为导致线路跳闸和故障停运的主要原因之一。

在高电压等级线路中因线路走廊受地理空间限制，有一定数量的双回路直线转角塔投入运行。为研究双回路直线转角塔的雷电屏蔽性能及绝缘子偏角大小对雷电绕击概率的影响，需要对雷击直线转角塔的特征进行大量现场观测和试验。但雷电发生时间具有随机性、发展过程具有分散性，现场观测需要开展长时间大范围工作；同时受到试验空间、试验设备容量等方面的限制，对直线转角塔进行同比例、全过程试验难以实现。因此，有必要搭建适用于双回路直线转角塔的雷电屏蔽模拟试验平台，利于开展重复试验，为建立和修正雷电屏蔽理论、制定有效防雷改造方案、积累雷击故障数据提供重要基础。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，特别适用于开展雷电屏蔽重复模拟试验。

本发明所要解决的技术问题是提供结构紧凑、连接牢固、安全可靠、实用性强的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，可直接用于双回路直线转角塔雷电屏蔽性能及其影响因素的试验研究，不仅具有试验周期短、占用场地小、制作成本低、结构稳固、接地可靠等优点，而且可高效获取试验数据、可随时观测试验过程，极具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，包括冲击电压发生器、均与冲击电压发生器相连的控制平台和放电电极，依次相连的信号采集系统、同步触发控制系统和摄影仪，以及按照模拟比缩小的双回路直线转角塔缩小模型。

其中，所述放电电极顶端与冲击电压发生器的高压端相连、末端为自由端处于试验初始位置；所述信号采集系统通过测量电缆与冲击电压发生器相连，所述摄影仪朝向双回路直线转角塔缩小模型、用于记录双回路直线转角塔缩小模型遭受雷电绕击的冲击放电过程。

本发明进一步设置为：所述同步触发控制系统包括光电转换器和脉冲放大器，用于当信号采集系统采集到冲击电压发生器的充电电压达到预设电压值时、同步分别触发摄影仪和冲击电压发生器。

本发明进一步设置为：所述双回路直线转角塔缩小模型包括转角塔本体，分布于转角塔本体上的绝缘子、绝缘子转接件、导线挂环和地线挂环，以及固定于地面的底座；所述导线挂环和地线挂环分别用于引出导线和避雷线；所述绝缘子顶端通过绝缘子转接件与转角塔本体相连、底端与导线挂环相连；所述地线挂环设置在转角塔本体的塔顶两侧底端。

本发明更进一步设置为：所述双回路直线转角塔缩小模型的模拟比为35:1，所述转角塔本体的高度为1897mm，所述绝缘子的直径为26mm、轴长为140mm；所述放电电极采用长度为2.0m、直径为18.0mm的不锈钢棒，放电电极末端固定在转角塔本体的内侧角平分线上并与塔底中心相距1.6m的电极高度；所述电极高度范围为1m-2m。

本发明更进一步设置为：所述绝缘子转接件为横截面是等腰三角形的、三侧面均是矩形的直三棱柱体，所述等腰三角形的底边所对应的底侧面与转角塔本体相连，所述等腰三角形的腰边所对应的腰侧面与绝缘子顶端相连；所述等腰三角形的底角与绝缘子的偏角保持一致。

本发明更进一步设置为：所述绝缘子转接件的底侧面设置有内嵌式螺纹一，通过螺栓与转角塔本体获得相连；所述绝缘子转接件的腰侧面和绝缘子的顶端均设置有内嵌式螺纹二，通过螺杆使绝缘子转接件和绝缘子获得相连；所述绝缘子的底端设置有内嵌式螺纹三，通过螺杆与导线挂环获得相连。

本发明更进一步设置为：所述转角塔本体包括位于底座上的塔腿，位于塔腿上的塔身，自上而下分别与塔身相连的地线横担、上导线横担、中导线横担和下导线横担；所述地线挂环设置在地线横担的两侧底端；所述上导线横担、中导线横担和下导线横担的两侧底端均通过绝缘子转接件连接有绝缘子；所述塔腿的塔底平面预留有塔腿螺杆穿孔，所述地线横担、上导线横担、中导线横担和下导线横担的两侧底端挂点处均预留有挂点螺杆穿孔。

本发明更进一步设置为：所述底座为方形钢板；所述塔腿通过螺杆穿入塔腿螺杆穿孔后用螺帽锁紧，实现与底座相固定。

本发明更进一步设置为：所述地线横担包括设置于塔身外角侧的外侧地线横担和塔身内角侧的内侧地线横担，所述外侧地线横担的长度等于内侧地线横担；所述上导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧上导线横担和塔身内角侧的内侧上导线横担，所述外侧上导线横担的长度大于内侧上导线横担；所述中导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧中导线横担和塔身内角侧的内侧中导线横担，所述外侧中导线横担的长度大于内侧中导线横担；所述下导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧下导线横担和塔身内角侧的内侧下导线横担，所述外侧下导线横担的长度大于内侧下导线横担。

本发明更进一步设置为：所述上导线横担的底端面距离塔底平面的高度1731mm，所述外侧上导线横担和内侧上导线横担的长度分别为314mm和177mm；所述中导线横担的底端面距离塔底平面的高度1322mm，所述外侧中导线横担和内侧中导线横担的长度分别为409mm和260mm；所述下导线横担的底端面距离塔底平面的高度943mm，所述外侧下导线横担和内侧下导线横担的长度分别为366mm和188mm；所述底座的平面尺寸为1m×1m、厚度为5mm；所述导线挂环和地线挂环的直径均不小于4mm、所引出的导线和避雷线均为裸铜丝。

本发明具有的有益效果是：

1、通过采用双回路直线转角塔缩小模型、以及根据模拟试验原理要求对其进行雷电绕击，实现双回路直线转角塔雷电屏蔽性能及其影响因素的试验研究，不仅模拟雷电放电间隙大大减小，且大幅降低试验设备容量、绝缘等要求；而且试验周期短、占用场地小、制作成本低、结构稳固、接地可靠；同时可高效获取试验数据、可随时观测试验过程。

2、本发明提供的双回路直线转角塔缩小模型，其左右结构呈不对称性，其投运后绝缘子与竖直方向存在一定夹角、即偏向线路转角内侧的绝缘子偏角。通过采用绝缘子转接件等零部件将绝缘子与转角塔本体相连，不仅可实现不同绝缘子偏角之间的灵活改变、即可变换绝缘子偏角，从而克服实际双回路直线转角塔与缩小模型的偏差、确保试验得到的模拟试验结果与历史故障情况相符；而且大幅提高本发明双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台的试验范围，满足对直线转角塔雷电屏蔽性能影响因素的研究。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台的结构示意图；

图2为图1中局部A的放大结构示意图；

图3为图2中局部B的放大结构示意图；

图4为本发明双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台的绕击模拟试验结果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1、图2及图3所示，一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，包括冲击电压发生器1、均与冲击电压发生器1相连的控制平台2和放电电极3，依次相连的信号采集系统4、同步触发控制系统5和摄影仪6，以及按照模拟比缩小的双回路直线转角塔缩小模型7；所述放电电极3顶端与冲击电压发生器1的高压端相连、末端为自由端处于试验初始位置；所述试验初始位置根据试验具体参数要求设定、比如可设定将放电电极3末端固定在双回路直线转角塔缩小模型7的内侧角平分线上并与塔底中心相距初始的电极高度；所述信号采集系统4通过测量电缆40与冲击电压发生器1相连，所述摄影仪6朝向双回路直线转角塔缩小模型7、用于记录双回路直线转角塔缩小模型7遭受雷电绕击的冲击放电过程。

所述冲击电压发生器1及与其相连的控制平台2用于产生并调节雷电屏蔽模拟试验用的电压及波形，所输出电压大小取决于双回路直线转角塔缩小模型7的尺寸及试验位置。

所述同步触发控制系统5包括光电转换器和脉冲放大器(图中未示出)，用于当信号采集系统4采集到冲击电压发生器1的充电电压达到预设电压值时、同步分别触发摄影仪6和冲击电压发生器1；所以同步触发控制系统5提供两路触发光信号，输出时延可调，调节范围为0-6ms、分辨率0.1us，当冲击电压发生器1充电完成后，采用自动或手动方式启动同步触发控制系统5，一个信号通道输出触发信号到摄影仪6以提前打开，另一个信号通道延迟一个时间间隔输出触发信号到冲击电压发生器1，用于触发冲击电压发生器1的球隙，使被试品即双回路直线转角塔缩小模型7获得冲击电压并击穿放电。其中摄影仪6选用高速相机，以实现高清记录冲击放电全过程。

如图2和图3所示，所述双回路直线转角塔缩小模型7包括转角塔本体70，分布于转角塔本体70上的绝缘子71、绝缘子转接件72、导线挂环73和地线挂环74，以及固定于地面的底座75；所述导线挂环73和地线挂环74分别用于引出导线和避雷线；所述绝缘子71顶端通过绝缘子转接件72与转角塔本体70相连、底端与导线挂环73相连；所述地线挂环74设置在转角塔本体70的塔顶两侧底端。

所述转角塔本体70采用镀锌角铁制成，包括位于底座75上的塔腿701，位于塔腿701上的塔身702，自上而下分别与塔身702相连的地线横担703、上导线横担704、中导线横担705和下导线横担706；所述地线挂环74设置在地线横担703的两侧底端；所述上导线横担704、中导线横担705和下导线横担706的两侧底端均通过绝缘子转接件72连接有绝缘子71；所述塔腿701的塔底平面707预留有塔腿螺杆穿孔(图中未示出)，所述地线横担703、上导线横担704、中导线横担705和下导线横担706的两侧底端挂点处均预留有挂点螺杆穿孔(图中未示出)。

如图2和图3所示，所述绝缘子转接件72为横截面是等腰三角形的、三侧面均是矩形的直三棱柱体，所述等腰三角形的底边所对应的底侧面与转角塔本体70相连，所述等腰三角形的腰边所对应的腰侧面与绝缘子71顶端相连；所述等腰三角形的底角α与绝缘子71的偏角β保持一致。

所述绝缘子转接件72的底侧面设置有内嵌式螺纹一(图中未示出)，通过螺栓76与转角塔本体70获得相连；所述绝缘子转接件72的腰侧面和绝缘子71的顶端均设置有内嵌式螺纹二(图中未示出)，通过螺杆77使绝缘子转接件72和绝缘子71获得相连；所述绝缘子71的底端设置有内嵌式螺纹三(图中未示出)，通过螺杆77与导线挂环73获得相连。所述绝缘子71和绝缘子转接件72均采用环氧材料制成。

所述底座75为方形钢板；所述塔腿701通过螺杆77穿入塔腿螺杆穿孔后用螺帽78锁紧，实现与底座75相固定。

所述双回路直线转角塔缩小模型7的模拟比为35:1，所述转角塔本体70的高度为1897mm，所述绝缘子71的直径为26mm、轴长为140mm；所述放电电极3采用长度为2.0m、直径为18.0mm的不锈钢棒用以固定高压引线、确定放电位置，其末端固定在转角塔本体70的内侧角平分线上并与塔底中心相距1.6m的电极高度；所述电极高度的调节范围为1m-2m、可通过移动放电电极3来实现电极高度变化。

所述地线横担703包括设置于塔身外角侧的外侧地线横担和塔身内角侧的内侧地线横担，所述外侧地线横担的长度等于内侧地线横担。

所述上导线横担704包括设置于塔身外角侧的外侧上导线横担和塔身内角侧的内侧上导线横担，所述外侧上导线横担的长度大于内侧上导线横担；所述上导线横担704的底端面距离塔底平面707的高度1731mm，所述外侧上导线横担和内侧上导线横担的长度分别为314mm和177mm。

所述中导线横担705包括设置于塔身外角侧的外侧中导线横担和塔身内角侧的内侧中导线横担，所述外侧中导线横担的长度大于内侧中导线横担；所述中导线横担705的底端面距离塔底平面707的高度1322mm，所述外侧中导线横担和内侧中导线横担的长度分别为409mm和260mm。

所述下导线横担706包括设置于塔身外角侧的外侧下导线横担和塔身内角侧的内侧下导线横担，所述外侧下导线横担的长度大于内侧下导线横担；所述下导线横担706的底端面距离塔底平面707的高度943mm，所述外侧下导线横担和内侧下导线横担的长度分别为366mm和188mm。

所述底座75的平面尺寸为1m×1m、厚度为5mm，可确保试验过程中接地可靠、结构稳固；所述导线挂环73和地线挂环74的直径均不小于4mm，所引出的导线和避雷线均为裸铜丝、确保导电性良好且不易锈蚀，有助于冲击电流快速流散入地。

如图4所示的绕击模拟试验结果图，本实施例的试验是将放电电极末端固定在直线转角塔本体内侧角平分线上并与塔底中心相距1.6m电极高度，在1m到2m范围内改变电极高度，每一高度进行50次放电试验，并分别记录绕击A、B和C相导线的次数，A、B和C相导线分别由上导线横担、中导线横担和下导线横担两侧底端的导线挂环引出，得出图4所示分布曲线，可以看出1m和2m为试验得出的绕击概率为0的位置，而中相B相绕击概率最高、其分布概率与历史数据记录吻合，表明试验平台的试验结果高效可靠。据历史数据记录，某一地区实际在线运行的500kV双回路直线转角塔曾发生3次雷电绕击故障，均为转角内侧中相。

本发明的创新点在于，通过采用双回路直线转角塔缩小模型、以及根据模拟试验原理要求对其进行雷电绕击，实现双回路直线转角塔雷电屏蔽性能及其影响因素的试验研究，不仅模拟雷电放电间隙大大减小，且大幅降低试验设备容量、绝缘等要求，在室内即可进行重复观测试验；而且试验周期短、占用场地小、制作成本低、结构稳固、接地可靠，可避免塔体倾覆、构件散落、试验结果不稳定的现象出现；同时可多次开展雷电屏蔽试验、可高效获取试验数据、可随时观测试验过程。更重要的是，通过采用绝缘子转接件等零部件将绝缘子与转角塔本体相连，不仅可实现不同绝缘子偏角之间的灵活改变、即可变换绝缘子偏角，而且大幅提高模拟试验平台的试验范围，满足对直线转角塔雷电屏蔽性能影响因素的研究。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：包括冲击电压发生器、均与冲击电压发生器相连的控制平台和放电电极，依次相连的信号采集系统、同步触发控制系统和摄影仪，以及按照模拟比缩小的双回路直线转角塔缩小模型；

所述放电电极顶端与冲击电压发生器的高压端相连、末端为自由端处于试验初始位置；

所述信号采集系统通过测量电缆与冲击电压发生器相连，所述摄影仪朝向双回路直线转角塔缩小模型、用于记录双回路直线转角塔缩小模型遭受雷电绕击的冲击放电过程。

2.根据权利要求1所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述同步触发控制系统包括光电转换器和脉冲放大器，用于当信号采集系统采集到冲击电压发生器的充电电压达到预设电压值时、同步分别触发摄影仪和冲击电压发生器。

3.根据权利要求1所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述双回路直线转角塔缩小模型包括转角塔本体，分布于转角塔本体上的绝缘子、绝缘子转接件、导线挂环和地线挂环，以及固定于地面的底座；

所述导线挂环和地线挂环分别用于引出导线和避雷线；

所述绝缘子顶端通过绝缘子转接件与转角塔本体相连、底端与导线挂环相连；所述地线挂环设置在转角塔本体的塔顶两侧底端。

4.根据权利要求3所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述双回路直线转角塔缩小模型的模拟比为35:1，所述转角塔本体的高度为1897mm，所述绝缘子的直径为26mm、轴长为140mm；

所述放电电极采用长度为2.0m、直径为18.0mm的不锈钢棒，放电电极末端固定在转角塔本体的内侧角平分线上并与塔底中心相距1.6m的电极高度；所述电极高度范围为1m-2m。

5.根据权利要求3所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述绝缘子转接件为横截面是等腰三角形的、三侧面均是矩形的直三棱柱体，所述等腰三角形的底边所对应的底侧面与转角塔本体相连，所述等腰三角形的腰边所对应的腰侧面与绝缘子顶端相连；所述等腰三角形的底角与绝缘子的偏角保持一致。

6.根据权利要求5所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述绝缘子转接件的底侧面设置有内嵌式螺纹一，通过螺栓与转角塔本体获得相连；

所述绝缘子转接件的腰侧面和绝缘子的顶端均设置有内嵌式螺纹二，通过螺杆使绝缘子转接件和绝缘子获得相连；

所述绝缘子的底端设置有内嵌式螺纹三，通过螺杆与导线挂环获得相连。

7.根据权利要求4所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述转角塔本体包括位于底座上的塔腿，位于塔腿上的塔身，自上而下分别与塔身相连的地线横担、上导线横担、中导线横担和下导线横担；

所述地线挂环设置在地线横担的两侧底端；所述上导线横担、中导线横担和下导线横担的两侧底端均通过绝缘子转接件连接有绝缘子；

所述塔腿的塔底平面预留有塔腿螺杆穿孔，所述地线横担、上导线横担、中导线横担和下导线横担的两侧底端挂点处均预留有挂点螺杆穿孔。

8.根据权利要求7所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述底座为方形钢板；所述塔腿通过螺杆穿入塔腿螺杆穿孔后用螺帽锁紧，实现与底座相固定。

9.根据权利要求7所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述地线横担包括设置于塔身外角侧的外侧地线横担和塔身内角侧的内侧地线横担，所述外侧地线横担的长度等于内侧地线横担；

所述上导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧上导线横担和塔身内角侧的内侧上导线横担，所述外侧上导线横担的长度大于内侧上导线横担；

所述中导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧中导线横担和塔身内角侧的内侧中导线横担，所述外侧中导线横担的长度大于内侧中导线横担；

所述下导线横担包括设置于塔身外角侧的外侧下导线横担和塔身内角侧的内侧下导线横担，所述外侧下导线横担的长度大于内侧下导线横担。

10.根据权利要求9所述的双回路直线转角塔雷电屏蔽模拟试验平台，其特征在于：所述上导线横担的底端面距离塔底平面的高度1731mm，所述外侧上导线横担和内侧上导线横担的长度分别为314mm和177mm；

所述中导线横担的底端面距离塔底平面的高度1322mm，所述外侧中导线横担和内侧中导线横担的长度分别为409mm和260mm；

所述下导线横担的底端面距离塔底平面的高度943mm，所述外侧下导线横担和内侧下导线横担的长度分别为366mm和188mm；

所述底座的平面尺寸为1m×1m、厚度为5mm；所述导线挂环和地线挂环的直径均不小于4mm、所引出的导线和避雷线均为裸铜丝。