CN109444688B - 一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台 - Google Patents

一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，包括雷电发生装置、植被模型以及塔线模型，根据实际情况将雷电装置设置于植被模型和/或塔线模型的上方，雷电发生装置用于模拟塔线模型和/或植被模型的上方产生雷电冲击电压，雷电发生装置包括：冲击电压发生装置，悬挂装置，绝缘架以及棒电极；绝缘架通过悬挂装置悬挂在塔线模型的上方，绝缘架上设置有至少两个悬挂孔，悬挂孔用于安装棒电极，冲击电压发生装置的高压端通过导线连接棒电极，棒电极的放电端垂直向下设置，棒电极用于向塔线模型放电。通过本申请中的技术方案，模拟雷电冲击下绝缘导线和树障之间放电情况，有利于提高配电网络安全防护所需理论依据的准确性和可靠性。

Description

一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台
技术领域
本申请涉及雷击试验的技术领域，具体而言，涉及一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台。
背景技术
随着配电网络的大面积改造，越来越多的配电网线路由裸导线改造为绝缘导线。与裸导线相比，绝缘导线由于绝缘层的存在，可防污秽侵蚀，有一定绝缘性能，可以减小相间距，缩小线路走廊，而且可以与树木发生接触，对于厚绝缘，可以与树木有长时间的接触。虽然在配电网正常运行时，绝缘导线与树障(树木)之间不会发生放电，但在有雷电冲击的情况下，绝缘导线存在绝缘层击穿、发生与树障之间的放电的可能。需要研究配电网绝缘导线与树障在雷电冲击下的放电特性，为配电网安全防护提供理论依据。
而现有技术中，配电网的试验平台多为避雷试验平台，并没有关于绝缘导线和树障之间因雷击放电的试验平台，导致缺少相关安全防护的理论依据。
发明内容
本申请的目的在于：模拟雷电冲击下绝缘导线和树障之间放电情况，提高雷击放电数据的真实性。
本申请的技术方案是：提供了一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，该模拟试验平台包括：雷电发生装置、植被模型以及塔线模型，植被模型设置于塔线模型的下方，雷电发生装置设置于塔线模型和/或植被模型的上方，雷电发生装置用于模拟塔线模型和/或植被模型上方的雷电冲击电压，其特征在于，雷电发生装置，包括：冲击电压发生装置，悬挂装置，绝缘架以及棒电极；绝缘架通过悬挂装置悬挂在塔线模型的上方，绝缘架上设置有至少两个悬挂孔，悬挂孔用于安装棒电极，冲击电压发生装置的高压端通过导线连接棒电极，棒电极的放电端垂直向下设置，棒电极用于向塔线模型放电。
上述任一项技术方案中，进一步地，绝缘架由环氧树脂条拼接而成，横向环氧树脂条和纵向环氧树脂条的相交处设置有悬挂孔，悬挂孔为螺纹孔。
上述任一项技术方案中，进一步地，悬挂装置，具体包括：绝缘绳索和绝缘子串；绝缘绳索的一端连接于绝缘架的四个顶角，绝缘绳索的另一端连接于绝缘子串，绝缘子串用于悬挂绝缘架。
上述任一项技术方案中，进一步地，冲击电压发生装置，具体包括：冲击点火球隙，电容器组，波头电阻，波尾电阻和充电电源；冲击点火球隙设置于冲击电压发生装置的放电端，冲击点火球隙通过波头电阻和波尾电阻连接于冲击电压发生装置的接地端，波头电阻和波尾电阻之间设置有冲击电压发生装置的供电端，供电端连接于充电电源；电容器组并联于波尾电阻的两端。
上述任一项技术方案中，进一步地，塔线模型，具体包括：塔杆、绝缘导线以及塔头绝缘支柱；塔杆的顶端设置有塔头绝缘支柱，绝缘导线通过塔头绝缘支柱连接于两根塔杆之间；塔杆、绝缘导线以及塔头绝缘支柱的尺寸之间满足如下关系：
1)，根据第一缩小比例、实际塔杆高度、实际绝缘导线直径和实际绝缘体厚度，确定试验平台中的塔杆的模拟高度、绝缘导线的模拟直径以及绝缘导线的模拟绝缘体厚度；
2)按照第一缩小比例、实际空气击穿电压和空气冲击击穿电压函数，确定绝缘导线之间的模拟间距，其中，空气冲击击穿电压函数根据试验空气击穿电压和试验导线间距确定；
3)按照第一缩小比例、实际沿面击穿电压和沿面冲击击穿电压函数，确定塔头绝缘支柱的模拟高度，其中，沿面冲击击穿电压函数根据试验沿面击穿电压和试验绝缘子串高度确定。
上述任一项技术方案中，进一步地，根据绝缘导线之间的模拟间距和实际导线间距之间的比例系数，确定植被模型中树木与塔线模型中绝缘导线之间的距离。
上述任一项技术方案中，进一步地，还包括：第一采样电阻，第二采样电阻，阻容分压器，光纤隔离器和数据采集系统；第一采样电阻连接于植被模型中的树木，第一采样电阻的采样端连接于光纤隔离器的第一端口；第二采样电阻连接于塔杆，第二采样电阻的采样端连接于光纤隔离器的第二端口；阻容分压器连接于冲击点火球隙，阻容分压器的采样端连接于光纤隔离器的第三端口；光纤隔离器的输出端连接于数据采集系统，光纤隔离器用于将采集到的树木入地电流信号、塔杆入地电流信号和放电电压信号进行光电转换后传递至数据采集系统。
上述任一项技术方案中，进一步地，还包括：屏蔽室，摄像机和滤镜；摄像机设置于屏蔽室内，摄像机的镜头上设置有滤镜，摄像机的拍摄视角正对于植被模型以及塔线模型。
本申请的有益效果是：通过在由环氧树脂条拼接而成的绝缘架上设置棒电极，模拟架空线路上空不同位置处的雷击，能够提供多组试验数据，通过在环氧树脂条的相交处设置悬挂孔安装棒电极，提高了棒电极安装的便捷性，通过将绝缘架设置为由环氧树脂条拼接而成，减小了绝缘架的重量，提高了绝缘架悬挂的可靠性，通过将悬挂装置设置为绝缘绳索和绝缘子串，提高了悬挂装置的安全性，降低了漏电的可能。
本申请通过逐一确定塔杆的模拟高度、绝缘导线的模拟直径、模拟绝缘体厚度、绝缘导线之间的模拟间距以及塔头绝缘支柱的模拟高度，提高了试验平台获取试验数据的准确性和可靠性，提高了模拟绝缘导线与树障之间雷击放电的真实性，有利于提高配电网安全防护所需理论依据的准确性。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台的示意图；
图2是根据本申请的一个实施例的绝缘架的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
以下结合图1至图2对本申请的实施例进行说明。
如图1所示，本实施例提供了一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，模拟试验平台包括雷电发生装置、植被模型以及塔线模型，植被模型设置于塔线模型的下方，雷电发生装置设置于塔线模型和/或植被模型的上方，雷电发生装置用于模拟塔线模型和/或植被模型上方的雷电冲击电压，雷电发生装置，包括：冲击电压发生装置，悬挂装置，绝缘架6以及棒电极7；绝缘架7通过悬挂装置悬挂在塔线模型的上方，绝缘架6上设置有至少两个悬挂孔63，悬挂孔63用于安装棒电极7，冲击电压发生装置的高压端通过导线连接所述棒电极，棒电极7的放电端垂直向下设置，棒电极7用于向塔线模型放电。
具体地，根据实际环境，调整模拟塔线模型和植被模型之间的位置关系，以便于模拟出不同场景下的雷击情况，之后，将雷电发生装置设置在模拟塔线模型的上方、或者植被模型的上方、或者模拟塔线模型和植被模型的上方，利用雷电发生装置模拟树木13、绝缘导线16和绝缘支柱17在雷击过程中受到的雷电冲击电压。
优选地，植被模型包括模型框架12、树木13和支撑装置14，所述框架12上设置有多个插孔，所述插孔用于固定所述树木13，所述支撑装置14设置在所述模型框架12的底部，所述支撑装置14用于为所述植被模型提供绝缘保护。
优选地，所述模型框架12被设置为可伸缩结构，所述支撑装置14被设置为滚轮。
具体地，在模型框架12的不同高度、不同方向上设置多个插孔，在进行雷击模拟试验时，根据试验目的，在模型框架12的插孔上固定安装不同高度的树木13，并通过调整模拟框架12的高度和位置，以模拟实际环境下绝缘导线16与树障(树木13)之间位置的关系，如树木13高于绝缘导线16、树木13低于绝缘导线16以及树木13位于绝缘导线16的一旁，以对应实际环境下，配电网受到的不同类型雷击，如塔杆15受到雷击(绝缘支柱17被击穿)、树木13受到雷击以及绝缘导线16与树木13之间的间隙被击穿。
进一步地，绝缘架6由环氧树脂条拼接而成，横向环氧树脂条61和纵向环氧树脂条62的相交处设置有悬挂孔63，悬挂孔63为螺纹孔。
具体地，如图2所示，由多条横向环氧树脂条61和纵向环氧树脂条62拼接成绝缘架6，在横向环氧树脂条61和纵向环氧树脂条62的每一个相交处设置一个悬挂孔63，以便于在悬挂孔63处安装棒电极7，以模拟塔线模型上方不同位置处发生雷击放电，在降低了绝缘架6自身重量的同时，提高了雷击放电试验的多样性。
进一步地，悬挂装置具体包括：绝缘绳索4和绝缘子串5；绝缘绳索4的一端连接于绝缘架6的四个顶角，绝缘绳索4的另一端连接于绝缘子串5，绝缘子串5用于悬挂绝缘架6。
进一步地，冲击电压发生装置具体包括：冲击点火球隙24，电容器组8，波头电阻9，波尾电阻10和充电电源11；冲击点火球隙24设置于冲击电压发生装置的放电端，冲击点火球隙24通过波头电阻9和波尾电阻10连接于冲击电压发生装置的接地端，波头电阻9和波尾电阻10之间设置有冲击电压发生装置的供电端，供电端连接于充电电源11；电容器组8并联于波尾电阻10的两端。
具体地，在通过冲击电压发生装置产生棒电极7所需的雷电冲击电压时，首先，利用充电电源11对电容器组8进行充电，充电完成后将充电电源11断开，以防止电路放电对充电电源11产生冲击。然后调节波头电阻9和波尾电阻10的阻值，以形成所需雷电冲击电压的波形，最后，由控制器2调节冲击点火球隙11中的冲击点后球隙，进行放电，再由棒电极7进行放电，以实现对雷电放电的模拟。
进一步地，塔线模型具体包括：塔杆15、绝缘导线16以及塔头绝缘支柱17；塔杆15的顶端设置有塔头绝缘支柱17，绝缘导线16通过塔头绝缘支柱17连接于两根塔杆15之间；塔杆15、绝缘导线16以及塔头绝缘支柱17的尺寸之间满足如下关系：
1)根据第一缩小比例、实际塔杆高度、实际绝缘导线直径和实际绝缘体厚度，确定试验平台中的塔杆15的模拟高度、绝缘导线16的模拟直径以及绝缘导线16的模拟绝缘体厚度；
具体地，设定第一缩小比例为kx、实际塔杆高度为Ht、实际绝缘导线直径为Dl、实际绝缘体厚度为Cl，相对应地，塔杆15的模拟高度H’t＝kx×Ht、绝缘导线16的模拟直径D’l＝kx×Dl以及绝缘导线16的模拟绝缘体厚度C’l＝kx×Cl。
2)按照第一缩小比例、实际空气击穿电压和空气冲击击穿电压函数，确定绝缘导线16之间的模拟间距，其中，空气冲击击穿电压函数根据试验空气击穿电压和试验导线间距确定；
具体地，设定实际情况下，实际空气击穿电压为UB，则在试验平台中，对于可以进行线性缩放的参数，按照第一缩小比例进行缩放，则模拟的空气击穿电压U’B＝kx×UB，考虑到绝缘导线不同间距与击穿电压的大小并不是线性变换的，即空气的击穿电压为非线性变化，因此，在确定试验平台中绝缘导线16的模拟间距D’w之前，根据以往的试验空气击穿电压和试验导线间距，确定空气冲击击穿电压函数，进而再根据模拟的空气击穿电压U’B，确定模拟间距D’w，相应的，再根据实际导线间距Dw，可以确定第二缩小比例ka。
3)按照第一缩小比例、实际沿面击穿电压和沿面冲击击穿电压函数，确定塔头绝缘支柱17的模拟高度，其中，沿面冲击击穿电压函数根据试验沿面击穿电压和试验绝缘子串高度确定。
具体地，设定实际情况下，实际沿面击穿电压为UC，则对应的模拟沿面击穿电压U’C＝kx×UC。由于在实际情况下，塔头绝缘支柱的沿面击穿电压与绝缘子长度和支柱高度相关，因此，在确定塔头绝缘支柱17的模拟高度H’z之前，需要根据试验沿面击穿电压和试验绝缘子串高度，确定沿面冲击击穿电压函数，再根据模拟沿面击穿电压U’C，确定模拟高度H’z。
进一步地，根据绝缘导线16之间的模拟间距和实际导线间距之间的比例系数，确定植被模型中树木13与塔线模型中绝缘导线16之间的距离。
具体地，根据确定的第二缩小比例ka＝D’w/Dw以及实际情况下树障与绝缘导线之间的距离Hs，确定试验平台中植被模型中树木13与塔线模型中绝缘导线16之间的距离H’s＝ka×Hs。
进一步地，该试验平台还包括：第一采样电阻18，第二采样电阻25，阻容分压器19，光纤隔离器20和数据采集系统1；第一采样电阻18连接于植被模型中的树木13，第一采样电阻18的采样端连接于光纤隔离器20的第一端口；第二采样电阻25连接于塔杆15，第二采样电阻25的采样端连接于光纤隔离器20的第二端口；阻容分压器19连接于冲击点火球隙24，阻容分压器19的采样端连接于光纤隔离器20的第三端口；光纤隔离器20的输出端连接于数据采集系统1，光纤隔离器20用于将采集到的树木13入地电流信号、塔杆15入地电流信号和放电电压信号进行光电转换后传递至数据采集系统1。
具体地，第一采样电阻18的一端连接于树木13，第一采样电阻18的另一端接地，第一采样电阻18的采样端连接于光纤隔离器20的第一端口。第二采样电阻25的一端连接于塔杆15，第二采样电阻25的另一端接地，第二采样电阻25的采样端连接于光纤隔离器20的第二端口。阻容分压器19的第一端连接于冲击点火球隙24，阻容分压器19的第二端连接于电容器组8的接地端，阻容分压器19的采样端连接于光纤隔离器20的第三端口。第一采样电阻18、二采样电阻24和阻容分压器19的采样信号经由光纤隔离器20进行光电处理，光纤隔离器20将处理后的采样信号传递至数据采集系统1。
进一步地，该试验平台还包括：屏蔽室22，摄像机21和滤镜23；摄像机21设置于屏蔽室22内，摄像机21的镜头上设置有滤镜23，摄像机21的拍摄视角正对于植被模型以及塔线模型。
具体地，在试验平台上设置屏蔽室22，在屏蔽室22内设置带有滤镜23的摄像机21，以便于在进行雷击试验时，进行高速拍摄，以便于结合采样信号研究不同雷电冲击情况下绝缘导线和树木的放电情况。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，包括：雷电发生装置、植被模型以及塔线模型，植被模型设置于塔线模型的下方，雷电发生装置设置于塔线模型和/或植被模型的上方，雷电发生装置用于模拟塔线模型和/或植被模型上方的雷电冲击电压，雷电发生装置包括：冲击电压发生装置，悬挂装置，绝缘架以及棒电极；绝缘架通过悬挂装置悬挂在塔线模型的上方，绝缘架上设置有至少两个悬挂孔，悬挂孔用于安装棒电极，冲击电压发生装置的高压端通过导线连接棒电极，棒电极的放电端垂直向下设置，棒电极用于向塔线模型放电。通过本申请中的技术方案，模拟雷电冲击下绝缘导线和树障之间放电情况，有利于提高配电网络安全防护所需理论依据的准确性和可靠性。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (8)

1.一种10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，所述模拟试验平台包括雷电发生装置、植被模型以及塔线模型，所述植被模型设置于所述塔线模型的下方，所述雷电发生装置设置于所述塔线模型的上方，所述雷电发生装置用于模拟所述塔线模型和所述植被模型上方的雷电冲击电压，其特征在于，所述雷电发生装置，包括：冲击电压发生装置，悬挂装置，绝缘架(6)以及棒电极(7)；
所述绝缘架(6)通过所述悬挂装置悬挂在所述塔线模型的上方，所述绝缘架(6)上设置有至少两个悬挂孔(63)，所述悬挂孔(63)用于安装所述棒电极(7)，所述冲击电压发生装置的高压端通过导线连接所述棒电极(7)，所述棒电极(7)的放电端垂直向下设置，所述棒电极(7)用于向所述塔线模型放电，其中，所述植被模型包括模型框架(12)、树木(13)和支撑装置(14)，所述模型框架(12)上设置有多个插孔，所述插孔用于固定所述树木(13)，所述支撑装置(14)设置在所述模型框架(12)的底部，所述支撑装置(14)用于为所述植被模型提供绝缘保护。
2.如权利要求1所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，
所述绝缘架(6)由环氧树脂条拼接而成，横向环氧树脂条(61)和纵向环氧树脂条(62)的相交处设置有所述悬挂孔(63)，所述悬挂孔(63)为螺纹孔。
3.如权利要求2所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，所述悬挂装置，具体包括：绝缘绳索(4)和绝缘子串(5)；
所述绝缘绳索(4)的一端连接于所述绝缘架(6)的四个顶角，所述绝缘绳索(4)的另一端连接于所述绝缘子串(5)，所述绝缘子串(5)用于悬挂所述绝缘架(6)。
4.如权利要求1所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，所述冲击电压发生装置，具体包括：冲击点火球隙(24)，电容器组(8)，波头电阻(9)，波尾电阻(10)和充电电源(11)；
所述冲击点火球隙(24)设置于所述冲击电压发生装置的放电端，所述冲击点火球隙(24)通过所述波头电阻(9)和所述波尾电阻(10)连接于冲击电压发生装置的接地端，所述波头电阻(9)和所述波尾电阻(10)之间设置有所述冲击电压发生装置的供电端，所述供电端连接于所述充电电源(11)；
所述电容器组(8)并联于所述波尾电阻(10)的两端。
5.如权利要求4所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，所述塔线模型，具体包括：塔杆(15)、绝缘导线(16)以及塔头绝缘支柱(17)；
所述塔杆(15)的顶端设置有所述塔头绝缘支柱(17)，所述绝缘导线(16)通过所述塔头绝缘支柱(17)连接于两根所述塔杆(15)之间；
所述塔杆(15)、所述绝缘导线(16)以及所述塔头绝缘支柱(17)的尺寸之间满足如下关系：
1)，根据第一缩小比例、实际塔杆高度、实际绝缘导线直径和实际绝缘体厚度，确定所述试验平台中的所述塔杆(15)的模拟高度、所述绝缘导线(16)的模拟直径以及所述绝缘导线(16)的模拟绝缘体厚度；
2)按照所述第一缩小比例、实际空气击穿电压和空气冲击击穿电压函数，确定所述绝缘导线(16)之间的模拟间距，其中，所述空气冲击击穿电压函数根据试验空气击穿电压和试验导线间距确定；
3)按照所述第一缩小比例、实际沿面击穿电压和沿面冲击击穿电压函数，确定所述塔头绝缘支柱(17)的模拟高度，其中，所述沿面冲击击穿电压函数根据试验沿面击穿电压和试验绝缘子串高度确定。
6.如权利要求5所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，
根据所述绝缘导线(16)之间的所述模拟间距和实际导线间距之间的比例系数，确定所述植被模型中树木(13)与所述塔线模型中所述绝缘导线(16)之间的距离。
7.如权利要求5所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，还包括：第一采样电阻(18)，第二采样电阻(25)，阻容分压器(19)，光纤隔离器(20)和数据采集系统(1)；
所述第一采样电阻(18)连接于所述植被模型中的树木(13)，所述第一采样电阻(18)的采样端连接于所述光纤隔离器(20)的第一端口；
所述第二采样电阻(25)连接于所述塔杆(15)，所述第二采样电阻(25)的采样端连接于所述光纤隔离器(20)的第二端口；
所述阻容分压器(19)连接于所述冲击点火球隙(24)，所述阻容分压器(19)的采样端连接于所述光纤隔离器(20)的第三端口；
所述光纤隔离器(20)的输出端连接于所述数据采集系统(1)，所述光纤隔离器(20)用于将采集到的树木(13)入地电流信号、塔杆(15)入地电流信号和放电电压信号进行光电转换后传递至所述数据采集系统(1)。
8.如权利要求1所述的10kV配电网绝缘导线与树障的雷击模拟试验平台，其特征在于，还包括：屏蔽室(22)，摄像机(21)和滤镜(23)；
所述摄像机(21)设置于所述屏蔽室(22)内，所述摄像机(21)的镜头上设置有所述滤镜(23)，所述摄像机(21)的拍摄视角正对于所述植被模型以及所述塔线模型。
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