CN109115435A - 特高压交流开关型可控避雷器分体结构及其抗震校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构，包括：避雷器本体设置在避雷器支架上，控制单元设置在控制单元支架上，避雷器支架与所述控制单元支架相对平行布置；避雷器本体包括固定元件和受控元件，将所述控制单元与所述受控元件进行并联；控制单元根据所述避雷器本体所处电路的工况，控制所述受控单元与所述电路的连接或断开，以限制所述电路中的断路器合闸和重合闸时的操作过电压。本发明的有益效果在于，是基于自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法，设计的一种避雷器分体结构，通过在变电站线路侧安装可控避雷器，以及在线路中部安装常规避雷器相结合，深度降低电路中的操作过电压，从而取消断路器合闸电阻。

Description

特高压交流开关型可控避雷器分体结构及其抗震校核方法

技术领域

本发明涉及避雷器技术领域，具体而言，涉及一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构及其抗震校核方法。

背景技术

目前，在特高压输电系统中，空气间隙操作冲击放电电压的饱和特性更加显著，深度降低操作过电压水平对减小线路空气间隙有至关重要的作用。操作过电压从1.7p.u.下降到1.6p.u.，输电线路空气间隙就平均减小0.6m。此外，操作过电压水平对输变电设备的制造难度亦有一定影响，因此，深度降低操作过电压倍数十分必要。

目前，降低操作过电压主要采取2种方案：

1)金属氧化物避雷器和断路器加装合闸电阻联合使用。两者共同作用，可将系统的最大相对地2％统计操作过电压限制在1.6-1.7p.u.。但是，由于合闸电阻在运行可靠性和经济性方面仍存在较大不足，断路器加装合闸电阻后机构复杂，大幅增加断路器的运行风险，同时断路器加装合闸电阻后成本增加较多，电力系统运行部门和制造厂商均倾向于在系统条件允许的情况下，断路器不采用合闸电阻。

2)当2个特高压变电站之间的线路较短时，将避雷器额定电压降低，也可以将系统操作过电压限制在1.6-1.7p.u.。例如，淮南—南京—上海交流特高压输电工程中的最短线路段——苏州-上海段的线路长度仅为60km，如果不采用断路器加装合闸电阻，仅采用金属氧化物避雷器，须将金属氧化物避雷器的额定电压从目前的828kV降至804kV(额定电压降低了3％)，避雷器的荷电率将从目前的0.77升高至0.79。但再长一点的线路，即使将避雷器额定电压降至804kV也无法满足要求。例如特高压交流输电线路长度为85.5km时，采用804kV的避雷器仅能将沿线过电压降至1.74p.u.，仍然无法满足要求，必须将避雷器的额定电压降至更低，甚至需降至762kV(额定电压降低了8％)才能满足要求。此时避雷器的长期运行荷电率将从目前的0.77升高至0.83，从而使避雷器电阻片在正常运行条件下的老化速度加快，可靠性裕度大幅降低。而且使用762kV避雷器的前提条件还必须是将系统工频过电压限制在母线侧1.2p.u.、线路侧1.3p.u.，使用条件极其受限。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构及其抗震校核方法，旨在解决在变电站线路侧安装可控避雷器，以降低操作过电压，从而取消断路器使用合闸电阻的问题。

一个方面，本发明提出了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构，包括：避雷器本体设置在避雷器支架上，控制单元设置在控制单元支架上，避雷器支架与所述控制单元支架相对平行设置；避雷器本体包括固定元件和受控元件，将所述控制单元与所述受控元件进行并联；所述控制单元根据所述避雷器本体所处电路的工况，控制所述受控单元与所述电路的连接或断开，以限制所述电路中的断路器合闸和重合闸时的操作过电压。

进一步地，所述控制单元包括一控制开关，所述控制开关与所述受控元件通过连接件连接。

进一步地，所述控制开关设置在所述控制单元支架上。

进一步地，所述受控元件和固定元件沿竖直方向设置，所述受控元件设置在所述固定元件的正下方。

进一步地，将所述受控元件的下侧与所述避雷器支架连接。

进一步地，所述连接件包括铝板。

进一步地，所述避雷器支架和控制单元支架的高度可调节。

另一方面，本发明还提出了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构的抗震校核方法，包括：

步骤1：建立开关型可控避雷器分体结构的抗震烈度计算模型；

步骤2：将预设抗震计算条件输入至所述抗震烈度计算模型，所述抗震烈度计算模型输出抗震计算结果；

步骤3：判断所述抗震计算结果是否满足预设规范要求。

进一步地，所述预设抗震计算条件中的地震输入反应谱为标准反应谱，所述预设抗震计算条件中的地震输入加速度峰值与抗震设防烈度相对应。

进一步地，所述预设抗震计算条件还包括：地震组合工况、大风工况和大风工况对应的基本风压。

本发明的有益效果在于，本发明所述的避雷器分体结构，是基于自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法，设计的一种避雷器分体结构，通过在变电站线路侧安装可控避雷器，以及在线路中部安装常规避雷器相结合，深度降低电路中的操作过电压，从而取消断路器合闸电阻，降低了电路中的断路器加装合闸电阻后的机构复杂，极大地简化了电路结构；同时，通过取消合闸电阻的设置，还大幅增加了断路器的运行安全性，降低了变电站的运营及维护成本。

另一方面，本发明还提出了一种可控避雷器分体结构的抗震校核方法，通过对避雷器分体结构进行抗震校核，获取避雷器分体结构的抗震设防烈度等级数据，从而验证避雷器分体结构的抗震性能。同时，通过对避雷器本体和控制开关的各部分进行抗震性能校验，判断避雷器本体和控制开关是否符合抗震规范要求，并根据抗震校核结果，对相应不符合规范要求的部件或整体进行相应的减震操作，以增加可控避雷器分体结构的抗震性能，从而提高了可控避雷器分体结构的运行安全性能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的开关型可控避雷器原理图；

图2为本发明实施例提供的避雷器本体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控制开关的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的开关型可控避雷器分体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的开关型可控避雷器分体结构的抗震烈度计算模型示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构，包括：避雷器本体1设置在避雷器支架2上，控制单元设置在控制单元支架30上，避雷器支架2与所述控制单元支架30相对平行设置；避雷器本体1包括固定元件11和受控元件12，将所述控制单元与所述受控元件12进行并联；所述控制单元根据所述避雷器本体1所处电路的工况，控制所述受控元件12与所述电路的连接或断开，以限制所述电路中的断路器合闸和重合闸时的操作过电压。

具体而言，控制单元包括一控制开关3，控制开关3与受控元件12通过连接件15连接。所述控制开关3设置在所述控制单元支架30上。连接件15包括铝板，还可以为其他能够使控制开关3与受控元件12连接的金属件。

具体而言，所述受控元件12和固定元件11沿竖直方向设置，所述受控元件12设置在所述固定元件11的正下方；所述固定元件11至少设置四个，分别顺次连接。将所述受控元件12的下侧与所述避雷器支架2连接。

可以理解的是，本发明所述的避雷器分体结构，是基于自适应运行条件变化的操作过电压柔性限制方法，设计的一种避雷器分体结构，通过在变电站线路侧安装可控避雷器，以及在线路中部安装常规避雷器相结合，深度降低电路中的操作过电压，从而取消断路器合闸电阻，降低了电路中的断路器加装合闸电阻后的机构复杂，极大地简化了电路结构；同时，通过取消合闸电阻的设置，还大幅增加了断路器的运行安全性，降低了变电站的运营及维护成本。

参阅图1所示，其为本发明实施例提供的开关型可控避雷器原理图。开关型可控避雷器主要由避雷器本体1和控制单元组成，避雷器本体1包括固定元件11和受控元件12，固定元件11和受控元件12均为金属氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester，MOA)。控制单元CU(Control Unit，CU)由控制开关3和控制器8组成，控制单元CU还可以由晶闸管阀和触发控制系统组成，受控元件12和控制单元CU并联。晶闸管阀型可控避雷器的工作原理为：(1)操作过电压下，控制开关3触发导通，控制单元CU闭合，受控元件12被短接，固定元件11残压低，由此可深度降低系统操作过电压；(2)系统持续运行电压、暂时过电压和雷电过电压下，控制开关3断开，固定元件11和受控元件12共同承担系统持续运行电压、暂时过电压和雷电过电压，以及操作过电压。开关型可控避雷器主要通过控制器在不同工况下对控制开关3的投切，来限制由合闸和重合闸产生的操作过电压，使断路器取消合闸电阻。

可以理解的是，可控避雷器由避雷器本体1和控制单元CU共同组成的，是一种组合结构的电气设备，要使不同结构之间能够紧密配合，电气性能可靠，并满足结构强度和抗震强度等要求，必须进行严谨、科学的结构设计。

参阅图2所示，其为本发明实施例提供的避雷器本体结构示意图。避雷器本体1包括固定元件11、受控元件12和均压环，其中，固定元件11设置4个，并且4个固定元件11沿竖直方向顺次连接，受控元件12设置在固定元件11的下方或者正下方，均压环分别在避雷器本体1的上下两端各设置一个，上端的均压环与最上端的固定元件11连接，下端的均压环与受控元件12的下端连接。

可以理解的是，关于固定元件11、受控元件12和均压环的设置数量应当根据实际应用情况进行相应的设置，在此只作为示例性说明，不作为对本实施例的具体限定。另外，本领域技术人员还应当理解的是，避雷器本体1还可包括其他的构件或辅助构件等，在此不做赘述。

参阅图3所示，其为本发明实施例提供的控制开关3的结构示意图。控制开关3K采用三相分体结构，主要由开关均压环33、上接线板31、灭弧室32、下接线板34、绝缘拉杆35、支柱绝缘子36、弹簧机构37等部件组成。开关均压环33设置在上接线板31的上侧，灭弧室32设置在上接线板31和下接线板34之间，下接线板34通过绝缘拉杆35与弹簧机构37连接，其中，上接线板31通过铝板与受控元件12的上端连接，下接线板34通过铝板与受控元件12的下端连接。

结合图4所示，其为本发明实施例提供的开关型可控避雷器分体结构示意图。避雷器支架2下端固定在的地面上，避雷器本体1设置在避雷器支架2的正上方，其受控元件12的下侧与避雷器支架2的上端连接，受控元件12设置一个，在受控元件12的正上方沿竖直方向依次设置四个固定元件11，其中，最下端的受控元件12的下部设置有一均压环，最上端的固定元件11的上部设置有一均压环，且最上端的固定元件11与电路连接，具体与线路的母线侧连接，以使得避雷器本体1接入电路；在避雷器支架2的一侧设置一控制单元支架30，控制单元支架30与避雷器支架2相对平行设置，且两者之间间隔预设距离，根据实际需求对两者之间的间距进行设置；控制单元支架30的下端与地面固定连接，其上端与控制开关3的下端，靠近弹簧机构的一侧连接，控制开关3的下接线板与受控元件12的下端连接，上接线板与受控元件12的上端连接，通过控制器8控制控制开关3的投切，从而控制受控元件12所处线路的开闭。

具体而言，当设置了避雷器本体1之后，在线路中部设置一普通避雷器，与避雷器本体1共同工作，以限制线路中的断路器的合闸及重合闸时的操作过电压，从而通过上述设置方式使得断路器不必再设置合闸电阻，从而简化了线路的结构，节约了因设置合闸电阻而产生的成本。

基于上述实施例，本实施方式还提供了一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构的抗震校核方法，包括：

步骤1：建立开关型可控避雷器分体结构的抗震烈度计算模型；

步骤2：将预设抗震计算条件输入至所述抗震烈度计算模型，所述抗震烈度计算模型输出抗震计算结果；

步骤3：判断所述抗震计算结果是否满足预设规范要求。

具体而言，预设抗震计算条件中的地震输入反应谱为标准反应谱，所述预设抗震计算条件中的地震输入加速度峰值与抗震设防烈度相对应。预设抗震计算条件包括：地震组合工况、大风工况和大风工况对应的基本风压。

参阅图5所示，其为本发明实施例提供的抗震烈度计算模型示意图。通过ANSYS软件实施上述方法，具体的，上述结构设计的ANSYS抗震烈度计算模型如图5所示。抗震计算条件为：地震组合工况为1.0自重、0.25大风、1.0地震荷载，大风工况风速取35m/s，对应基本风压0.766KN/m2。地震输入反应谱为标准反应谱，地震输入加速度峰值为0.2g(对应的抗震设防烈度为8度)、0.4g(对应的抗震设防烈度为9度)。

表1可控避雷器分体结构抗震计算结果

表1为可控避雷器分体结构抗震计算结果，其中，抗震计算结果为：0.2g工况下设备最小安全系数为2.13，满足规范GB50260-2013要求。0.4g工况下设备最小安全系数为1.13，不满足规范GB50260-2013要求。分体结构设计对应的抗震设防烈度为8度，当需要更高抗震设防烈度要求时，需加装减震措施。

基于上述实施方式，本实施方式还提出了一种特高压交流开关型可控避雷器一体化结构的抗震校核方法，包括：

步骤1：建立开关型可控避雷器一体化结构的抗震烈度计算模型；

步骤2：将预设抗震计算条件输入至所述抗震烈度计算模型，所述抗震烈度计算模型输出抗震计算结果；

步骤3：判断所述抗震计算结果是否满足预设规范要求。

具体而言，预设抗震计算条件的地震输入反应谱为标准反应谱，所述预设抗震计算条件中的地震输入加速度峰值与抗震设防烈度相对应。预设抗震计算条件包括：地震组合工况、大风工况和大风工况对应的基本风压。

可以理解的是，通过对避雷器分体结构进行抗震校核，获取避雷器分体结构的抗震设防烈度等级数据，从而验证避雷器分体结构的抗震性能。同时，通过对避雷器本体和控制开关的各部分进行抗震性能校验，判断避雷器本体和控制开关是否符合抗震规范要求，并根据抗震校核结果，对相应不符合规范要求的部件或整体进行相应的减震操作，以增加可控避雷器分体结构的抗震性能，从而提高了可控避雷器分体结构的运行安全性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，包括：

避雷器本体设置在避雷器支架上，控制单元设置在控制单元支架上，避雷器支架与所述控制单元支架相对平行布置；

避雷器本体包括固定元件和受控元件，将所述控制单元与所述受控元件进行并联；

所述控制单元根据所述避雷器本体所处电路的工况，控制所述受控单元与所述电路的连接或断开，以限制所述电路中的断路器合闸和重合闸时的操作过电压。

2.根据权利要求1所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，所述控制单元包括一控制开关，所述控制开关与所述受控元件通过连接件连接。

3.根据权利要求2所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，所述控制开关设置在所述控制单元支架上。

4.根据权利要求1所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，所述受控元件和固定元件沿竖直方向设置，所述受控元件设置在所述固定元件的正下方。

5.根据权利要求4所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，将所述受控元件的下侧与所述避雷器支架连接。

6.根据权利要求2所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，所述连接件包括铝板。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构，其特征在于，所述避雷器支架和控制单元支架的高度能够调节。

8.一种特高压交流开关型可控避雷器分体结构的抗震校核方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立开关型可控避雷器分体结构的抗震烈度计算模型；

步骤2：将预设抗震计算条件输入至所述抗震烈度计算模型，所述抗震烈度计算模型输出抗震计算结果；

步骤3：判断所述抗震计算结果是否满足预设规范要求。

9.根据权利要求8所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构的抗震校核方法，其特征在于，所述预设抗震计算条件中的地震输入反应谱为标准反应谱，所述预设抗震计算条件中的地震输入加速度峰值与抗震设防烈度相对应。

10.根据权利要求9所述的特高压交流开关型可控避雷器分体结构的抗震校核方法，其特征在于，所述预设抗震计算条件还包括：地震组合工况、大风工况和大风工况对应的基本风压。