CN113964762B - 一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置及应用方法，此装置包括固定金具、限压泄流绝缘子和应力释放单元；所述限压泄流绝缘子的顶端通过固定金具安装于架空输电线路的杆塔横担上，所述应力释放单元安装于所述限压泄流绝缘子的底端，用于释放导线上的大气过电压以及对导线的摆动进行限位。本发明具有结构简单、降低架空输电线路风偏故障跳闸率，提升架空输电线路防风偏性能，提升运行可靠性和经济性等优点。

Description

一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置及应用方法

技术领域

本发明主要涉及电力工程技术领域，具体涉及一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置及应用方法。

背景技术

随着电力建设的飞速发展，电网覆盖的地理区域越来越广，输电线路跨越的地区气候及地理环境极其复杂。在部分地区，春夏两季常有极端恶劣的自然气候或局部区域的强对流天气，如湖南地区每年都会发生飑线风，飑线风会在局部区域带来超过输电线路设计风速的大风、并伴随强烈雷暴等大气过电压，导致架空输电线路直接发生风偏跳闸，或是导致大风叠加大气过电压故障等问题，影响架空输电线路的安全稳定运行。根据运行经验，输电线路风偏跳闸故障的重合闸装置动作成功率较低，在重合闸装置动作不成功的情况下，会导致架空输电线路故障停运，对大电网的安全稳定运行造成严重威胁。

现有架空输电线路风偏跳闸故障防治措施包括在悬垂绝缘子串下方加挂重锤、将单联悬垂绝缘子串更换为V型绝缘子串或防风偏绝缘子，也有加装防风偏拉线等，这些措施功能较为单一，效果也有差异。加重锤方式虽然施工简单，但在不同风速下表现效果不佳；其他的施工改造难度较大，如更换为V型绝缘子串等改造措施需要改造杆塔塔头或杆塔，技改费用高，改造周期长，经济性差，难以较大范围推广。

基于此，迫切需要提出一种经济可行、改造效率高的综合性防风偏治理方法，以有效防止极端恶劣天气条件下的输电线路发生风偏跳闸故障，保障电网的安全可靠运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、降低架空输电线路风偏故障跳闸率，提升架空输电线路防风偏性能，提升运行可靠性和经济性的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置及应用方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，包括固定金具、限压泄流绝缘子和应力释放单元；所述限压泄流绝缘子的顶端通过固定金具安装于架空输电线路的杆塔横担上，所述应力释放单元安装于所述限压泄流绝缘子的底端，用于释放导线上的大气过电压以及对导线的摆动进行限位。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述限压泄流绝缘子包括环氧桶，所述环氧桶的内部设有具有可变电阻特性的泄流单元，所述环氧桶的内壁与泄流单元之间设有绝缘填充层；所述环氧桶的外壁上设有沿其轴向方向分布的伞裙单元。

所述伞裙单元包括大伞裙和中伞裙，所述大伞裙和中伞裙间隔布置。

所述环氧桶与所述伞裙单元之间设有绝缘护套。

所述固定金具包括承力段、连接角铁和连接板，所述连接板位于所述承力段的底端，用于与限压泄流绝缘子的安装板螺纹连接；所述连接角铁安装于所述承力段上，用于与所述杆塔横担相连。

所述应力释放单元包括弹簧组件、联结传力组件和均压组件；所述弹簧组件的一端通过联结传力组件与限压泄流绝缘子的底端相连，所述均压组件安装于所述弹簧组件的另一端。

所述弹簧组件内设有应力传感器，用于通过检测弹簧组件的形变反推风力的大小。

本发明还公开了一种如上所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置的应用方法，包括：

步骤一：通过对历年运行数据统计分析的方式，筛查输电线路风偏故障点及区段，找出需要进行风偏跳闸故障治理的线路基本信息和具体杆塔区段；

步骤二：根据杆塔结构和绝缘子串形式开展风偏校核，并获取绝缘子串结构高度H、横担长度L及横担形式；

步骤三：根据获取的信息确定风偏跳闸故障防治装置的参数以及准确的安装位置；

步骤四：根据步骤二、三获取的参数，选择与杆塔横担的联结固定形式，进行装置的安装；

步骤五：在安装完成后，对装置与塔身的最小控制距离、机械应力释放单元与导线的控制距离进行测量，确保能够满足运行规程要求。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤三中，风偏跳闸故障防治装置的参数包括工作电压，其工作电压大于或等于设计运行操作过电压，小于绝缘子串和空气放电间隙的雷电冲击过电压的n倍，满足避雷器与绝缘子之间的绝缘配合要求，其中n<1。

在步骤三中，装置的安装位置介于绝缘子串和杆塔塔身之间，保持在装置正常工作时不会对塔身出现异常放电；在线路正常运行时，应力释放单元与导线带电部位的距离大于预设距离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过在悬垂绝缘子串近杆塔侧安装风偏跳闸故障防治装置，通过应力释放单元限制架空输电线路绝缘子串及导线趋向杆塔方向的摆动幅度，使其保持足够的电气间隙距离，同时可以提前释放导线上的大气过电压，降低绝缘子两端及导线对塔身的电压差，避免导线直接对塔身形成放电通道，从而在极端恶劣天气条件下能起到有效防止输电线路发生风偏跳闸故障的作用，降低架空输电线路风偏故障跳闸率，提升架空输电线路防风偏性能，提升运行可靠性和经济性。

本发明能够补强架空输电线路的防风偏能力，降低导线在异常大风天气下的摆动幅度，保持对塔身等地电位的电气距离，从而降低风偏跳闸的概率，降低塔身结构受损的概率。本发明能够消除大气过电压带来的线路导线电位抬升，将导线电压限制在一个合理的水平，降低绝缘子串发生闪络及导线对塔身的近地电位发生闪络的概率。

本发明对比目前现有方案(如通过改塔头或杆塔塔身以增加V型绝缘子串挂点等改造方式)，线路改动工程量小、费用低，改造停电周期短、改造难度低，且经济效益明显。本发明的绝缘子串的改造能够做到降低导线的在大风下的摆动幅度，同时能够减小杆塔横担承受的刚性应力，能提升杆塔本身的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的装置在具体应用时的实施例图。

图2为本发明中的限压泄流绝缘子在实施例的结构图。

图3为本发明中的固定金具在实施例的主视结构图。

图4为本发明中的固定金具在实施例的侧视结构图。

图5为本发明中的固定金具的安装板在实施例的结构图。

图6为本发明中的固定金具的安装板在实施例的结构图。

图7为本发明中机械应力释放单元在实施例的结构图。

图例说明：1、限压泄流绝缘子；11、连接件；12、环氧桶；13、泄流单元、14、伞裙单元；15、绝缘填充层；16、护套；2、固定金具；21、承力段；22、连接角铁；23、连接板；3、应力释放单元；31、弹簧组件；32、联结传力组件；33、均压组件；4、悬垂绝缘子串；5、应力传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，安装在悬垂绝缘子串4近杆塔侧,用于220kV架空线路风偏跳闸故障防治，具体结构包括限压泄流绝缘子1、固定金具2和机械应力释放单元3；其中限压泄流绝缘子1的顶端通过固定金具2安装于架空输电线路的杆塔横担上，应力释放单元3安装于限压泄流绝缘子1的底端。

本发明通过在悬垂绝缘子串4近杆塔侧安装风偏跳闸故障防治装置，通过应力释放单元3限制架空输电线路绝缘子串及导线趋向杆塔方向的摆动幅度，使其保持足够的电气间隙距离，同时可以提前释放导线上的大气过电压，降低绝缘子两端及导线对塔身的电压差，避免导线直接对塔身形成放电通道，从而在极端恶劣天气条件下能起到有效防止输电线路发生风偏跳闸故障的作用，降低架空输电线路故障跳闸率，提升架空输电线路防风偏性能，提升输电线路运行可靠性和经济性。

本发明能够补强架空输电线路的防风偏能力，降低导线在异常大风天气下的摆动幅度，保持对塔身等地电位的电气距离，从而降低风偏跳闸的概率，降低塔身结构受损的概率。本发明能够消除大气过电压带来的线路导线电位抬升，将导线电压限制在一个合理的水平，降低绝缘子串发生闪络及导线对塔身的近地电位发生闪络的概率。

本发明对比目前现有方案(如通过改塔头或杆塔塔身以增加V型绝缘子串挂点等改造方式)，线路改动工程量小、费用低，改造停电周期短、改造难度低，且经济效益明显。本发明的绝缘子串的改造能够做到降低导线的在大风下的摆动幅度，同时能够减小杆塔横担承受的刚性应力，能提升杆塔本身的安全可靠性。

在一具体实施例中，限压泄流绝缘子1包括环氧桶12，环氧桶12的内部设有具有可变电阻特性的泄流单元13，环氧桶12的内壁与泄流单元13之间设有绝缘填充层15；环氧桶12的外壁上设有沿其轴向方向分布的伞裙单元14；环氧桶12与伞裙单元14之间设有绝缘护套16。具体地，限压泄流绝缘子1通过固定金具2固定安装在杆塔横担上，通过采用更高强度的环氧桶，具有更高的抗扭、抗压性能，能够承受住受大风作用而摆动的导线传递的应力而不发生明显形变；且限压泄流绝缘子1的泄流单元13具有可变电阻特性，在承受大气过电压时能通过释放能量对导线电位起到钳制作用，降低导线过电压水平，避免导线过电压水平过高对塔身发生闪络放电、也避免绝缘子串发生沿面闪络放电。限压泄流绝缘子1的尺寸通常按照绝缘子串的2/3～1倍结构长度进行设计，最短可以缩短到绝缘子串长度的2/3，通过串长的缩短，进一步提升了整体结构的抗扭和抗压性能；环氧桶12具有高强度，壁厚不低于14mm，弯扭强度不低于160kN；泄流单元13的可变电阻片电位梯度不小于280V/mm，在4/10μs波形下通流能力不低于150kA；伞裙单元14采用“大小”组合结构，大伞裙与小伞裙直径差值大于120mm，具备增大伞裙间距、阻断雨水桥接、延缓冰凌桥接、增加爬电距离的作用；其中护套16为硅橡胶护套，厚度不低于4mm。当然，在其它实施例中，也可以采用“大中小”组合结构的伞裙单元14。

在一具体实施例中，固定金具2起到固定和承力作用，同时也具有导流作用，具体结构包括承力段21、连接角铁22和连接板23。其中连接板23上的孔的直径为16-20mm，相邻两板孔的孔间距相等，边沿宽度不低于20mm。固定金具2与杆塔横担的联结固定形式、结构尺寸可根据不同电压等级和不同杆塔型号进行合理调整。

在一具体实施例中，应力释放单元3包括弹簧组件31、联结传力组件32和均压组件33，主要起到导流、降低冲击应力的作用，使得导线的冲击动力峰值降低；其中均压组件33距离导线保持一定距离，形成空气放电间隙，在有大气过电压时该空气放电间隙能提前放电，释放大气过电压在导线上产生的电荷；在正常运行无大气过电压的情况下则该空气放电间隙能承受系统的工频运行电压、不会发生击穿放电。

在一具体实施例中，如图7所示，对导线悬挂支撑作用的悬垂绝缘子串4，包括悬垂绝缘子串及两端联结金具。其中可以将部分悬垂绝缘子更换为防风偏绝缘子(如图7中上段所示)，进一步限制导线摆动的幅度和距离，从而达到风偏防治的效果；同时保留了一定的盘型悬式绝缘子串(如图7中下段所示)，使得导线有一定的活动空间，在导线摆动时能够减少防风偏绝缘子对塔身的刚性应力。其中悬垂绝缘子串4可以是悬垂单串或双串；材质可以是钢化玻璃绝缘子、复合绝缘子或其他材料；也可以采用固定安装的支柱复合绝缘子+其他绝缘子串的组合形式。

另外，还包括用于检测应力突变信号的应力传感器5，由电源由太阳能电池组提供，具体安装在弹簧组件31内，通过检测弹簧组件31的形变反推风力的大小；其中应力传感器5通过4G(5G)或窄带物联网等通信模式将应力突变信号输送至其它外部设备或终端。通过应力传感器5能及时发现架空输电线路风偏现象，便于后续安排针对性的特巡和消缺检修。

本发明还相应公开了一种如上所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置的应用方法，具体包括步骤：

步骤一：通过对历年运行数据统计分析的方式，筛查输电线路风偏故障点及区段，找出需要进行风偏跳闸故障治理的线路基本信息和具体杆塔区段；

步骤二：根据杆塔结构和绝缘子串形式开展风偏校核，并获取绝缘子串结构高度H、横担长度L及横担形式；

步骤三：根据获取的信息，确定风偏跳闸故障防治装置1的参数，装置1工作电压大于等于系统设计运行操作过电压，小于绝缘子串和空气放电间隙的雷电冲击过电压的0.75倍(满足避雷器与绝缘子之间的绝缘配合要求)；

步骤四：根据获取的信息，确定准确的安装位置。装置的安装位置介于绝缘子串和杆塔塔身之间，保持在装置正常工作时不会对塔身出现异常放电；在线路正常运行时，机械应力释放单元3与导线带电部位的距离大于0.55m；

步骤五：根据步骤二、三获取的参数，选择与杆塔横担的联结固定形式，如果绝缘子本身不能满足要求，也可对绝缘子串本身更换改造；

步骤六：在安装完成后，对所述装置与塔身的最小控制距离、机械应力释放单元3与导线的控制距离进行测量，确保能够满足运行规程要求；

步骤七：在安装过程中，应注意保护装置的外护套及伞裙，防治出现机械损伤；在安装完成后应进行检查，对破损的进行更换或修补。

步骤八：安装调试监测传感器及通讯装置，通过调试满足监测要求，后台软件能够正常看到监测信息。

本发明在保证悬垂绝缘子串4有效电气绝缘和机械固定下，利用限压泄流绝缘子1提前释放导线上的大气过电压，避免导线直接对塔身形成放电通道；突破了极端气候条件下输电线路防治风偏跳闸技术瓶颈，彻底解决了极端恶劣天气条件下输电线路风偏跳闸难题。本发明还能通过对应力突变信号的监测及时发现输电线路风偏隐患，降低塔身受损程度的同时降低线路跳闸率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，其特征在于，包括固定金具（2）、限压泄流绝缘子（1）和应力释放单元（3）；所述限压泄流绝缘子（1）的顶端通过固定金具（2）安装于架空输电线路的杆塔横担上，所述应力释放单元（3）安装于所述限压泄流绝缘子（1）的底端，用于释放导线上的大气过电压以及对导线的摆动进行限位；

所述限压泄流绝缘子（1）包括环氧桶（12），所述环氧桶（12）的内部设有具有可变电阻特性的泄流单元（13），所述环氧桶（12）的内壁与泄流单元（13）之间设有绝缘填充层（15）；所述环氧桶（12）的外壁上设有沿其轴向方向分布的伞裙单元（14）；

对导线悬挂支撑作用的悬垂绝缘子串（4）包括悬垂绝缘子串及两端联结金具；其中将上段悬垂绝缘子更换为防风偏绝缘子，以限制导线摆动的幅度和距离来达到风偏防治的效果；同时保留下段的盘型悬式绝缘子串，以使得导线有一定的活动空间，进而在导线摆动时减少防风偏绝缘子对塔身的刚性应力；

所述应力释放单元（3）包括弹簧组件（31）、联结传力组件（32）和均压组件（33）；所述弹簧组件（31）的一端通过联结传力组件（32）与限压泄流绝缘子（1）的底端相连，所述均压组件（33）安装于所述弹簧组件（31）的另一端。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，其特征在于，所述伞裙单元（14）包括大伞裙和中伞裙，所述大伞裙和中伞裙间隔布置。

3.根据权利要求1或2所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，其特征在于，所述环氧桶（12）与所述伞裙单元（14）之间设有绝缘护套（16）。

4.根据权利要求1或2所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，其特征在于，所述固定金具（2）包括承力段（21）、连接角铁（22）和连接板（23），所述连接板（23）位于所述承力段（21）的底端，用于与限压泄流绝缘子（1）的安装板螺纹连接；所述连接角铁（22）安装于所述承力段（21）上，用于与杆塔横担相连。

5.根据权利要求1所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置，其特征在于，所述弹簧组件（31）内设有应力传感器（5），用于通过检测弹簧组件（31）的形变反推风力的大小。

6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的架空输电线路风偏跳闸故障防治装置的应用方法，其特征在于，包括：

步骤一：通过对历年运行数据统计分析的方式，筛查输电线路风偏故障点及区段，找出需要进行风偏跳闸故障治理的线路基本信息和具体杆塔区段；

步骤二：根据杆塔结构和绝缘子串形式开展风偏校核，并获取绝缘子串结构高度H、横担长度L及横担形式；

步骤三：根据获取的信息确定风偏跳闸故障防治装置的参数以及准确的安装位置；

步骤四：根据步骤二、三获取的参数，选择与杆塔横担的联结固定形式，进行装置的安装；

步骤五：在安装完成后，对装置与塔身的最小控制距离、机械应力释放单元（3）与导线的控制距离进行测量，确保能够满足运行规程要求。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，在步骤三中，风偏跳闸故障防治装置的参数包括工作电压，其工作电压大于或等于设计运行操作过电压，小于绝缘子串和空气放电间隙的雷电冲击过电压的n倍，满足避雷器与绝缘子之间的绝缘配合要求，其中n<1。

8.根据权利要求6或7所述的应用方法，其特征在于，在步骤三中，装置的安装位置介于绝缘子串和杆塔塔身之间，保持在装置正常工作时不会对塔身出现异常放电；在线路正常运行时，应力释放单元（3）与导线带电部位的距离大于预设距离。

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