CN113533912A - 一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，该多腔室结构定位闪络路径的计算方法根据击穿电压结合棒‑棒电极U50%和间隙距离的关系曲线获取等效的空气间隙距离；根据腔室数量和等效的空气间隙距离，进行数据拟合，并建立拟合曲线；根据建立的拟合曲线，拟合出腔室个数与空气间隙距离的关系公式。通过本发明能够设置外串联空气间隙距离，定位闪络路径，指导多腔室结构与外串联空气间隙的安装，使闪络路径约束在腔室内，避免绝缘子串闪络损坏绝缘子，保障线路安全可靠运行，对实际应用具有重要意义。

Description

一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法。

背景技术

随着我国对电力能源需求量不断增大，对线路的安全稳定性提出了更严苛的要求，而频繁的雷电活动常常对线路的安全造成严重的威胁。配电线路由于耐雷水平和绝缘水平较低更易发生闪络，一般的感应雷过电压、直击雷过电压都可能造成绝缘子的闪络，从而造成供电中断或者线路短线，严重威胁电网运行的安全。

多腔室灭弧装置的主要组成部分是多腔室系统，由相当数目的钢珠型电极被硅橡胶等绝缘材料包覆而成，其端部固定在绝缘子的根部或电杆的金属横担上。雷电过电压下，多腔室间隙击穿导通，整体呈现低阻抗，对地泄放雷电能量，限制线路上的雷电过电压幅值；雷电冲击过后，利用多腔室灭弧装置具有的熄弧功能快速遮断系统工频续流，线路在变电站断路器保护跳闸判据成立之前已经恢复到正常运行状态。设置外串联间隙的主要目的是调节实现多腔室间隙与被保护线路绝缘子之间合理绝缘配合、大幅降低多腔室间隙本体长期承担的工频运行电压。

但目前对于多腔室灭弧装置与外串联空气间隙的等效计算，还未展开相应的研究分析，缺乏一定的判断依据，不能更加合理的设置空气间隙的长度，保护绝缘子免受电弧灼伤并快速淬灭电弧。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，可有效计算多腔室结构与空气间隙的等效关系，将闪络通道约束在多腔室外串联空气间隙结构，使绝缘子雷击绝缘不闪络。

本发明采用的技术方案为：

一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，该方法基于试验平台进行，试验平台包括：冲击电流发生器、分压器、罗氏线圈、示波器、摄像装置、计算机和多腔室结构的试验试品；

所述冲击电流发生器的负极通过编织铜带作连接线接地，其流输出端通过脉冲点火球隙与多腔室结构的试验试品高压端连接，且脉冲点火球隙与多腔室结构的试验试品的连接线路上接有分压器；多腔室结构的试验试品的低压端通过编织铜带作连接线穿过穿芯式电流互感器后接地的同时与电容分压器连接，摄像装置分别通过信号线与计算机和示波器连接；

该多腔室结构定位闪络路径的计算方法包括以下步骤：

步骤一，通过改变冲击电流发生器调波电感与调波电阻的值，使冲击电流发生器在多腔室结构的试验试品处于空载短路条件下，输出指定的冲击电流波形；

步骤二，分别将不同腔室数量的多腔室结构试验试品接入试验回路，改变冲击电流发生器的充电电压值，当多腔室间隙被击穿时，记录此时的击穿电压大小；

步骤三，根据不同多腔室结构试验试品的击穿电压结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线获取不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离；

步骤四，根据不同多腔室结构试验试品的腔室数量和不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离，进行数据拟合，并建立拟合曲线；

步骤五，根据建立的拟合曲线，拟合出腔室个数与空气间隙距离的关系公式，由腔室个数与空气间隙距离的关系公式能够设置外串联空气间隙距离，定位闪络路径。

进一步，腔室个数与空气间隙距离的关系公式为：

y＝6.34e^0.0081x，

其中x为腔室数量，y为等效空气间距。

进一步，该多腔室结构定位闪络路径的计算方法适用于不同种类的绝缘子以及不同电压等级的输配电线路；包括玻璃绝缘子、复合绝缘子和瓷绝缘子；包括10kV、35kV、110kV和220kV电压等级。

进一步，所述外串联空气间隙距离根据以下公式计算获得：

D_min＝-0.115x+32.23

D_max＝-0.115x+36.73

其中x为腔室数量，D为外串联空气间隙距离。

本发明的有益效果是：

该多腔室结构定位闪络路径计算方法，可拟合出腔室数量与对应的空气间隙距离的公式，能够有效的得到多腔室结构短接空气间隙的距离，保障多腔室结构能够先于绝缘子串闪络，快速淬灭电弧，降低线路的雷击事故率。相比于粗略估计多腔室短接空气间隙的距离，更有依据更可靠的保障线路安全可靠运行。此方法也适用于不同电极大小、不同电极间距、不同电极排列方式、不同腔室吹弧结构等，具有广泛的应用意义。

因此，无论从工程设计、经济方便及线路安全的角度来看，采用本发明中的一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，可有效分析多腔室结构与空气间隙的关系，对线路的绝缘配合进行合理的配置，从而有效治理配网线路的雷击事故，降低线路故障，有着良好的应用前景。

附图说明

图1为试验平台的连接关系示意图；

图2为多腔室结构腔室数量为160个时的电弧消散过程图；

图3为棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线；

图4为不同腔室数量多腔室结构击穿电压值以及对应的空气间隙拟合曲线；

图1中，1—冲击电流发生器、2—脉冲点火球隙、3—分压器、4—罗氏线圈、5—示波器、6—摄像装置、7—计算机、8—多腔室结构的试验试品。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图、对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供本发明提供一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，该方法基于试验平台进行，试验平台包括：冲击电流发生器1、分压器3、罗氏线圈4、示波器5、摄像装置6、计算机7和多腔室结构的试验试品8。

如图1所示，所述冲击电流发生器1的负极通过编织铜带作连接线接地，其流输出端通过脉冲点火球隙2与多腔室结构的试验试品8高压端连接，且脉冲点火球隙2与多腔室结构的试验试品8的连接线路上接有分压器3；多腔室结构的试验试品8的低压端通过编织铜带作连接线穿过穿芯式电流互感器后接地的同时与电容分压器3连接，摄像装置6分别通过信号线与计算机7和示波器5连接。

该多腔室结构定位闪络路径的计算方法：

以35kV配电线路为例，其复合绝缘子结构高度为45cm，已知多腔室灭弧装置与空气间隙有效长度与绝缘子连接长度比值在0.8-0.9之间，即36cm-40.5cm。多腔室结构的试验试品8采用了3级圆锥缩口结构，金属球形电极4mm，电极间距2mm，放电段长度8mm，单个圆锥缩口结构下底面开口直径4mm，上底面开口直径1mm，高度2mm。

步骤一，打印试验试品，并按照试验线路图连接各试验装置和试品，通过改变冲击电流发生器1调波电感与调波电阻的值，使冲击电流发生器1在多腔室结构的试验试品8处于空载短路条件下，输出指定的冲击电流波形。

步骤二，分别将腔室数量分别为160、128、104、64、32的多腔室结构试验试品接入试验回路，改变冲击电流发生器1的充电电压值，当多腔室间隙被击穿时，记录此时的击穿电压大小。

其中，对于腔室数量为160的多腔室结构，当电压为225kV时，试品未击穿，逐级提高充电电压值(+1kV)，当电压为230kV时，试品击穿；电弧消散过程，如图2所示。对于腔室数量为128的多腔室结构，当电压为175kV时，试品未击穿，逐级提高充电电压值(+1kV)，当电压为185kV时，试品击穿。对于腔室数量为104的多腔室结构，当电压为120kV时，试品未击穿，逐级提高充电电压值(+1kV)，当电压为130kV时，试品击穿。对于腔室数量为64的多腔室结构，当电压为110kV时，试品未击穿，逐级提高充电电压值(+1kV)，当电压为115kV时，试品击穿。对于腔室数量为32的多腔室结构，当电压为80kV时，试品未击穿，逐级提高充电电压值(+1kV)，当电压为90kV时，试品击穿。

步骤三，根据不同多腔室结构试验试品的击穿电压结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线获取不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离；

其中，如图3的四条曲线分别为1为棒(+)—板时；2为棒(+)—棒时；3为棒(—)—棒时；4为棒(—)—板时棒-棒及棒-板雷电冲击U50％击穿电压和间隙距离的关系曲线，该曲线选自《高电压技术》。对于腔室数量为160的多腔室结构，击穿电压为230kV，结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，获取在此电压下，等效的空气间隙距离约为23cm。对于腔室数量为128的多腔室结构，击穿电压为185kV，结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，获取在此电压下，等效的空气间隙距离约为18cm。对于腔室数量为104的多腔室结构，击穿电压为130kV，结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，获取在此电压下，等效的空气间隙距离约为15cm。对于腔室数量为64的多腔室结构，击穿电压为115kV，结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，获取在此电压下，等效的空气间隙距离约为11cm。对于腔室数量为32的多腔室结构，击穿电压为90kV，结合棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，获取在此电压下，等效的空气间隙距离约为8cm。

步骤四，根据不同多腔室结构试验试品的腔室数量和不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离，进行数据拟合，并建立拟合曲线。

得到五种不同腔室数量的多腔室结构的击穿电压值以及对应的空气间隙等效间距，如表1所示：

表1不同腔室数量自愈型并联间隙等效空气间距

通过数据拟合，得到不同腔室数量的多腔室结构击穿电压值以及对应的空气间隙拟合曲线，拟合曲线如图4所示。

步骤五，根据建立的拟合曲线，拟合出腔室个数与空气间隙距离的关系公式，其对应的腔室数量与等效空气间距公式如下：

y＝6.34e^0.0081x

其中x为腔室数量，y为等效空气间距。由腔室个数与空气间隙距离的关系公式进一步能够设置外串联空气间隙距离，定位闪络路径。

外串联空气间隙距离根据以下公式计算获得：

D_min＝-0.115x+32.23

D_max＝-0.115x+36.73

其中x为腔室数量，D为外串联空气间隙距离。

由上述公式计算：对于腔室数量为160的多腔室结构，可设计外串联空气间隙长度为13cm-17.5cm；对于腔室数量为128的多腔室结构，可设计外串联空气间隙长度为18cm-22.5cm；对于腔室数量为104的多腔室结构，可设计外串联空气间隙长度为21cm-25.5cm；对于腔室数量为64的多腔室结构，可设计外串联空气间隙长度为25cm-29.5cm；对于腔室数量为32的多腔室结构，可设计外串联空气间隙长度为28cm-32.5cm；以上多腔室结构仅代表部分多腔室灭弧装置。

由以上结果分析可知，当多腔室结构一定时，可根据试验得到多腔室灭弧装置的击穿电压，通过棒-棒电极U50％和间隙距离的关系曲线，确定多腔室灭弧装置等效为空气间隙长度；可以此与外串联空气间隙进行合理配置，使得多腔室与外串联空气间隙能够先于绝缘子串闪络，并兼顾防雷保护效果。同时当已知同种结构的不同腔室数量的多腔室结构击穿电压，可拟合出多腔室结构击穿电压值以及对应的空气间隙曲线，得到腔室数量与等效空气间距公式，适用于同腔室结构的多腔室灭弧装置的等效判断。

Claims (5)

1.一种多腔室结构定位闪络路径的计算方法，其特征在于：该方法基于试验平台进行，试验平台包括：冲击电流发生器、分压器、罗氏线圈、示波器、摄像装置、计算机和多腔室结构的试验试品；

所述冲击电流发生器的负极通过编织铜带作连接线接地，其流输出端通过脉冲点火球隙与多腔室结构的试验试品高压端连接，且脉冲点火球隙与多腔室结构的试验试品的连接线路上接有分压器；多腔室结构的试验试品的低压端通过编织铜带作连接线穿过穿芯式电流互感器后接地的同时与电容分压器连接，摄像装置分别通过信号线与计算机和示波器连接；

该多腔室结构定位闪络路径的计算方法包括以下步骤：

步骤一，通过改变冲击电流发生器调波电感与调波电阻的值，使冲击电流发生器在多腔室结构的试验试品处于空载短路条件下，输出指定的冲击电流波形；

步骤二，分别将不同腔室数量的多腔室结构试验试品接入试验回路，改变冲击电流发生器的充电电压值，当多腔室间隙被击穿时，记录此时的击穿电压大小；

步骤三，根据不同多腔室结构试验试品击穿电压结合棒-棒电极U50%和间隙距离的关系曲线获取不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离；

步骤四，根据不同多腔室结构试验试品的腔室数量和不同腔室数量的多腔室结构试验试品的等效的空气间隙距离，进行数据拟合，并建立拟合曲线；

步骤五，根据建立的拟合曲线，拟合出腔室个数与空气间隙距离的关系公式，由腔室个数与空气间隙距离的关系公式能够设置外串联空气间隙距离，定位闪络路径。

2.根据权利要求1所述的多腔室结构定位闪络路径的计算方法，其特征在于：腔室个数与空气间隙距离的关系公式为：

，

其中x为腔室数量，y为等效空气间距。

3.根据权利要求1所述的多腔室结构定位闪络路径的计算方法，其特征在于：该多腔室结构定位闪络路径的计算方法适用于不同种类的绝缘子以及不同电压等级的输配电线路；包括玻璃绝缘子、复合绝缘子和瓷绝缘子；包括10kV、35kV、110kV和220kV电压等级。

4.根据权利要求1所述的多腔室结构定位闪络路径的计算方法，其特征在于：该多腔室结构定位闪络路径的计算方法适用于不同电极大小、不同电极间距、不同电极排列方式、不同腔室吹弧结构。

5.根据权利要求1所述的多腔室结构定位闪络路径的计算方法，其特征在于：所述外串联空气间隙距离根据以下公式计算获得：

其中x为腔室数量，D为外串联空气间隙距离。

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