CN108616115A - 一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法及装置，在杆塔与输电线路的避雷线之间串联限流装置，限流装置包括限流线圈和铁芯，限流线圈与铁芯之间以及限流线圈外侧浇筑有绝缘材料，限流线圈的上端出线和下端出线均伸出绝缘材料外，充分利用了限流线圈的电感效应，一方面增大了避雷线分流，降低了落雷杆塔入地电流幅值，一方面增大了入地电流峰值时间，降低了入地电流陡度，可明显降低塔顶电位，解决了雷击110kV输电线路杆塔后，雷电流通过杆塔塔身及接地体入地，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸的技术问题。

Description

一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法及装置

技术领域

本发明属于输电线路防雷技术领域，具体涉及一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法及装置。

背景技术

我国电力行业迅速发展，输电线路遭遇雷击事故也日益常见。雷击110kV输电线路避雷线后，雷电流通过避雷线到杆塔塔身再到接地体入地，由于塔身及接地体存在阻抗，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸。

根据相关规程，有地线110kV单回输电线路的反击耐雷水平不应低于56kA，有地线110kV同塔双回输电线路的反击耐雷水平不应低于50kA。但在山区及冻土区等高土壤电阻率地区，线路耐雷水平往往无法达到规程要求，因此有必要采取相应措施提升线路反击耐雷水平。目前，在架空输电线路防护中往往从提升线路绝缘承受能力的角度被动进行防雷保护，工程造价高，且适用范围受地理环境的限制。

发明内容

本发明提供了一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法及装置，解决了雷击110kV输电线路避雷线后，雷电流通过避雷线到杆塔塔身再到接地体入地，由于塔身及接地体存在阻抗，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸的技术问题。

为达到上述目的，本发明所述一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法在杆塔与输电线路的避雷线之间串联限流线圈，限流线圈的电感值大于0小于0.3mH。

进一步的，限流线圈的电感值为0.1mH。

进一步的，限流线圈为螺旋线圈，螺旋线圈中插设有铁芯。

进一步的，限流线圈与铁芯之间以及限流线圈外侧浇筑有绝缘材料，限流线圈的上端出线和下端出线均伸出绝缘材料外。

一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，包括限流线圈和铁芯，限流线圈围绕铁芯外周成螺旋状，限流线圈与铁芯之间以及限流线圈外侧浇筑有绝缘材料，限流线圈的上端出线和下端出线均伸出绝缘材料外。

进一步的，绝缘材料下端固定连接有底座。

进一步的，限流线圈的电感值大于0小于0.3mH。

进一步的，限流线圈的电感值为0.1mH。

进一步的，绝缘材料为聚乙烯。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明在杆塔与输电线路的避雷线之间串联限流线圈，落雷杆塔支路与其他多级杆塔形成的等效支路可认为是并联关系，由于雷电流等效频率很高，限流线圈在高频率雷电流感抗很大，因此在杆塔塔顶与避雷线之间串联限流线圈后，落雷杆塔支路阻抗明显增大，而其他多级杆塔并联形成的等效支路阻抗增大较小，因此更多雷电流通过避雷线分流从非落雷杆塔入地，即减小了从落雷杆塔入地电流的幅值。同时由于电感感抗的作用，抑制了雷电流的突变，即增大了落雷杆塔入地电流达到峰值的时间。两者综合作用可有效降低落雷杆塔入地雷电流的幅值及陡度，由于塔身及接地体阻抗可视为不变，因此塔顶电位可明显降低，解决了雷击110kV输电线路避雷线后，雷电流通过避雷线到杆塔塔身再到接地体入地，由于塔身及接地体存在阻抗，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸的技术问题。

进一步的，还包括铁芯，限流线圈围绕铁芯绕制成螺旋状，限流线圈中间加入铁芯后，增大了磁导率，大大增加了线圈的电感值。落雷杆塔支路阻抗明显增大，因此更多雷电流通过避雷线分流从非落雷杆塔入地，即减小了从落雷杆塔入地电流的幅值。

进一步的，限流线圈与铁芯之间以及限流线圈外侧浇筑有绝缘材料，绝缘材料主要作用是提升线圈匝间及线圈对铁芯的绝缘耐压水平，防止在高幅值雷电流流过线圈时因场强过高发生击穿，导致限流线圈失效。

一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，包括限流线圈和铁芯，限流线圈围绕铁芯外周呈螺旋状，限流线圈与铁芯之间以及限流线圈外侧浇筑有绝缘材料，限流线圈的上端出线和下端出线均伸出绝缘材料外，充分利用了限流线圈的电感效应，一方面增大了避雷线分流，降低了落雷杆塔入地电流幅值，一方面增大了入地电流峰值时间，降低了入地电流陡度，可明显降低塔顶电位，解决了雷击110kV输电线路杆塔后，雷电流通过杆塔塔身及接地体入地，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸的技术问题。

进一步的，绝缘材料下端固定连接有底座，底座用于将线圈稳定固定在杆塔塔顶，防止掉落。

进一步的，限流线圈的电感值为0.1mH，尽管仿真分析可知，加装限流线圈电感值越大，入地电流陡度降低效果越明显。但由理论分析可知，当限流线圈电感过大时，落雷杆塔入地电流少，地线分流增多，相线感应电压明显增大，甚至出现相线电压超过杆塔横担电位的情况，所以选取限流线圈的电感值为0.1mH，既能有效降低落雷杆塔入地雷电流的幅值及陡度，又不会出现相线电压超过杆塔横担电位的情况。

进一步的，绝缘材料为聚乙烯，聚乙烯电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小，几乎不受频率的影响，因而适宜于制备高频绝缘材料，它的吸湿性很小，小于0.01％，电性能不受环境湿度的影响。

附图说明

图1为流限流装置结构示意图；

图2为限流装置应用于110kV同塔双回输电线路示意图；

图3为加装限流装置110kV输电线路仿真模型；

图4为部分落雷杆塔雷电流波形；

图5为落雷杆塔雷电流峰值随电感变化趋势；

图6为落雷杆塔雷电流峰值时间随电感变化趋势；

图7为落雷杆塔雷电流陡度随电感变化趋势；

图8为50kA雷电流下加装0.2mH限流装置时A相绝缘子电压；

附图中：1、限流线圈，2、铁芯，3、绝缘材料，4、底座，5、上端出线，6、下端出线，7、避雷线，8、杆塔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图2，一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法，在杆塔8与输电线路的避雷线7之间串联限流装置，限流装置包括限流线圈1，限流线圈1的电感值大于0小于0.3mH。

参照图1，一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置包括限流线圈1、铁芯2、浇注体3和底座4，限流线圈1围绕铁芯2绕制构成螺旋线圈，限流线圈1与铁芯2之间填充具有短时电气强度达到500kV/mm的绝缘材料3，限流线圈1的上端出线5和下端出线6均伸出绝缘材料3，绝缘材料3下端与底座4固定连接，底座4用于在杆塔8顶部固定限流装置。

优选的，限流线圈1的匝数为20；线圈半径为0.1m；用于绕制限流线圈1的导线的直径为0.005m，导线节距为0.06m；铁芯2的半径为0.015m；绝缘材料3的材料为聚乙烯，线圈电感为0.1109mH。

限流线圈1形成螺旋结构具有电感效应，限流线圈1的上端出线5与避雷线7连接，限流线圈1的下端出线6与杆塔8的塔身连接。限流线圈1中间加入铁芯2后，增大了磁导率，会大大增加限流线圈1的电感值，因此当雷击110kV线路避雷线7时，落雷杆塔支路阻抗明显增大，因此更多雷电流通过避雷线7分流从非落雷杆塔入地，即减小了从落雷杆塔入地电流的幅值，同时当雷电流流过限流线圈1时，由于电感对电流突变的限制作用，增大了落雷杆塔入低电流的峰值时间。绝缘材料3主要作用是提升线圈匝间及线圈对铁芯的绝缘耐压水平，防止在高幅值雷电流流过线圈时因场强过高发生击穿，导致限流线圈失效。底座4将线圈稳定固定在杆塔8塔顶，防止因风力等原因掉落。

本装置的限流线圈1上端出线5与避雷线7相连，下端出线6与杆塔8的塔身相连，使限流线圈串联到避雷线7与杆塔8之间，保证雷击避雷线时入地电流必然流经限流线圈。铁芯2可显著增大限流线圈电感值，提升对入地电流的限制效果。雷电流幅值较高，通过限流线圈时产生很强的电场，可击穿空气，因此需用绝缘性能更好的绝缘材料3进行填充，保证限流线圈的正常工作。本发明充分利用了限流线圈的电感效应，一方面增大了避雷线分流，降低了落雷杆塔入地电流幅值，一方面增大了入地电流峰值时间，两者综合作用可有效降低落雷杆塔入地雷电流的幅值及陡度。由于塔身及接地体阻抗可视为不变，因此塔顶电位可明显降低，解决了雷击110kV输电线路杆塔后，雷电流通过杆塔塔身及接地体入地，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸的技术问题，提高了110kV线路耐雷水平。

参照图2，限流线圈应用于电力系统输电杆塔示意图，限流线圈1的上端出线5与避雷线7相连，下端出线6与杆塔8的塔身相连，限流线圈1固定于杆塔8的塔顶。雷击110kV输电线路避雷线后，雷电流通过避雷线到杆塔塔身再到接地体入地，由于塔身及接地体存在阻抗，塔顶电位会有所升高，当雷电流幅值及陡度过大时，会造成塔顶电位升超过绝缘子耐压水平，进而引发反击事故，造成线路跳闸。本发明可有效降低杆塔入地电流的幅值及陡度，由于塔身及接地体阻抗可视为不变，因此塔顶电位可明显降低，避免发生反击事故。

参照图3，将限流线圈应用于电力系统输电杆塔仿真模型图中，在EMTP软件中建立110kV同塔双回线路模型，雷电流波头波尾时间分别为2.6/50μs，幅值设为1kA，主材及横担波阻抗取150Ω，铁塔内冲击波传播速度为2.10×10⁸m/s，杆塔接地电阻取30Ω，采用压控开关型绝缘子，闪络电压取700kV。

该模型按照图2所描述的工作方式搭建，在模型中分别取电感值为0mH，0.1mH，0.2mH，0.3mH，计算得到杆塔入地电流峰值及到达峰值所需时间，两者比值即为陡度，可计算得到入地电流陡度分别为3683A/μs，2527A/μs，1859A/μs，1539A/μs，即限流效果随电感值变大而增强。可见，加入限流线圈后，由于落雷杆塔支路阻抗明显增大，更多雷电流通过避雷线分流从非落雷杆塔入地，减小了从落雷杆塔入地电流的幅值；同时当雷电流流过限流线圈时，由于电感对电流突变的限制作用，增大了落雷杆塔入低电流的峰值时间，两者综合作用可有效降低落雷杆塔入地雷电流的幅值及陡度。在电感值为0mH、0.1mH、0.2mH和0.3mH时，电流的部分波形如附图4所示。落雷杆塔雷电流峰值随电感变化趋势如图5所示，落雷杆塔雷电流峰值时间随电感变化趋势如图6所示，落雷杆塔雷电流陡度随电感变化趋势如图7所示，可见随着电感值的增大，落雷杆塔中入地电流的峰值逐渐降低，对应的峰值时间也逐渐增大，陡度明显下降。

图8为50kA下0.2mH限流线圈应用于110kV输电线路A相绝缘子电压波形。尽管仿真分析可知，加装限流线圈电感值越大，入地电流陡度降低效果越明显。但由理论分析可知，当限流线圈电感过大时，落雷杆塔入地电流少，地线分流增多，相线感应电压明显增大，甚至出现相线电压超过杆塔横担电位的情况。如图8，其负值最大达到-474.2kV，正值最高为453.8kV，实际工程中应避免出现此类情况。因此，应用于110kV线路防雷的限流线圈电感值应设定为0.1mH。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述哥实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法，其特征在于，在杆塔与输电线路的避雷线之间串联限流线圈(1)，限流线圈(1)的电感值大于0小于0.3mH。

2.根据权利要求1所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法，其特征在于，限流线圈(1)的电感值为0.1mH。

3.根据权利要求1所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法，其特征在于，限流线圈(1)为螺旋线圈，螺旋线圈中插设有铁芯(2)。

4.根据权利要求3所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流方法，其特征在于，限流线圈(1)与铁芯(2)之间以及限流线圈(1)外侧浇筑有绝缘材料(3)，限流线圈(1)的上端出线(5)和下端出线(6)均伸出绝缘材料(3)外。

5.一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，其特征在于，包括限流线圈(1)和铁芯(2)，限流线圈(1)围绕铁芯(2)外周成螺旋状，限流线圈(1)与铁芯(2)之间以及限流线圈(1)外侧浇筑有绝缘材料(3)，限流线圈(1)的上端出线(5)和下端出线(6)均伸出绝缘材料(3)外。

6.根据权利要求5所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，其特征在于，绝缘材料(3)下端固定连接有底座(4)。

7.根据权利要求5所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，其特征在于，限流线圈(1)的电感值大于0小于0.3mH。

8.根据权利要求5所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，其特征在于，限流线圈(1)的电感值为0.1mH。

9.根据权利要求5所述的一种110kV输电线路杆塔入地雷电流限流装置，其特征在于，绝缘材料(3)为聚乙烯。