高海拔地区绝缘子并联间隙雷电冲击试验研究

针对阿里联网工程中海拔4000 m以上线路的雷电防护需求,设计并试制了高海拔地区用110 kV、220 kV电压等级的绝缘子串并联间隙,每个等级的并联间隙依据基准绝缘子串长度的85%和90%设计有两种不同的结构型式,在西藏国家电网高海拔试验基地对绝缘子串和并联间隙开展了雷电冲击特性试验,测试研究了高海拔110 kV、220 kV瓷绝缘子串以及不同型式并联间隙的雷电冲击50%放电电压、伏秒特性和并联间隙保护有效性。试验结果表明,所有型式的并联间隙均能有效疏导电弧路径保护绝缘子串免遭电弧烧蚀,而考虑到并联间隙伏秒特性曲线较绝缘子串的应降低10%以上,110 kV电压等级并联间隙适合选用85%间隙距离型式,220 kV电压等级并联间隙两种型式则均可满足运行需求。

气吹弧装置仿真与试验研究

并联间隙雷击闪络后能快速疏导电弧保护绝缘子,但无法有效切除后续工频续流。因此,基于“气吹弧”思想研究设计了一种应用于高压输电线路的气吹弧装置。该装置与绝缘子串并联安装,当雷击线路时利用绝缘配合先于绝缘子击穿闪络泄放雷电流入地,并同时利用雷电脉冲信号触发灭弧气丸产生高速气流,能够在继电保护装置最快响应动作前熄灭电弧。通过仿真在理想状态下得出该装置能够在4 ms内将20 kA的工频续流熄灭;通过试验得出该装置能够在2.6 ms内将5.1 kA的续流电弧熄灭。仿真与试验结果基本一致,共同验证了所设计气吹弧装置具有良好的灭弧效果。

多方向GAP预测器彩色图像快速边缘检测

针对传统梯度调节预测器(GAP)模板进行边缘检测时产生预测错误繁衍的不足,提出改进的多方向GAP预测器模板。首先色融合生成灰度图像;以图像中心划分四个区域,采用并行技术应用多方向GAP模板计算预测值;利用错误反馈信息构建预测误差图像;再通过梯度直方图计算阈值,分类误差图像边缘;最后Hilditch算法细化边缘。实验证明,该模板方法不仅大大降低了时间复杂度,而且检测的伪边缘较少,细节丰富,得到了视觉质量较好的边缘图像。

紧凑型多腔室并联间隙雷电冲击闪络路径约束研究

由于多腔室并联间隙构型特殊,不同于常规并联间隙,其雷电冲击闪络路径复杂,当放电间隙设置不当时会出现闪络路径约束失败,电弧灼烧绝缘子串的现象。因此该文在基本理论指导下开展了多腔室并联间隙雷电冲击闪络路径约束试验研究。首先分析多腔室并联间隙约束闪络路径的工作原理,并开展雷电冲击试验,拟合了不同腔室数量下将多腔室灭弧结构等效为棒-棒电极空气间距的公式;然后通过开展不同外串联间隙的多腔室并联间隙伏秒特性试验研究,确定了该装置整体外串联间距的设置方法。试验结果表明:根据等效间距公式分别对不同腔室数量的多腔室灭弧结构进行外串联间隙的设计,结果与理论分析相吻合,多腔室并联间隙能够先于绝缘子串闪络从而约束闪络路径,验证了多腔室灭弧结构等效棒-棒电极空气间距计算方法的准确性。多腔室并联间隙已在实际线路开展运行,能够约束闪络路径并快速淬灭电弧,保证线路安全可靠运行。

35 kV架空线路中并联间隙的单相同线安装方式

35 kV线路杆塔高度远高于10 kV线路,其防雷配置偏少,雷击跳闸率偏高。本文提出采用单相同线安装并联间隙的方法来提高线路耐雷水平,即在同一回路的固定单相安装并联间隙。35 kV架空线路的跳闸机制为相间短路故障,并联间隙在单相安装方式下,可由放电相导线对其他导线的耦合作用降低其余两相导线的过电压,从而降低线路发生相间短路的几率,提升线路的耐雷水平。通过建立35 kV架空线路过电压计算仿真模型,考虑避雷线和接地电阻的影响,计算了并联间隙在单相同线安装方式下对线路耐雷水平的影响。单相同线安装并联间隙,在线路无、单和双避雷线时,反击耐雷水平分别最大提升81.9%、21.2%、11.1%;感应雷耐雷水平分别最大提升68.2%、50.2%、38.4%。通过实验和计算,针对雷击形式的不同概率,给出了并联间隙采取单相同线安装方式后的放电距离确定原则。单相同线安装并联间隙的方法具有成本低、免维护的特点,可以作为35 kV架空线路的重要防雷手段。

新型钢轨电位限制装置设计与研究

系统性总结了地铁钢轨电位异常升高的内因与外因,针对钢轨电位限制装置主接触器操作过电压问题,建立相应回流系统物理模型,分析操作过电压的机理,提出并联弧隙消除操作过电压的方法并验证其有效性;针对钢轨绝缘局部损坏导致过渡电阻分布不均的问题,设计了一种可控动态电阻装置,抑制钢轨电位异常升高;基于上述理论和方法,设计了一种新型钢轨电位限制装置,在地铁现场开展工程实施和验证。

110kV和220kV架空线路并联间隙防雷保护研究

研制了适用于我国110kV、220kV架空输电线路的并联间隙防雷保护装置,用于减小雷击闪络后工频续流电弧对绝缘子和金具的损坏。对该装置的雷电冲击特性和工频电弧燃弧特性进行了试验研究,计算了绝缘子串的电压、电场分布和线路雷击跳闸率,分析了50%雷击放电电压与间隙距离的关系。在此基础上,优化了装置的设计,给出了电极设计尺寸的系列表格,以便工程技术人员可根据绝缘子片数以及线路跳闸率来选择并联间隙的尺寸。

绝缘子串并联间隙的工频大电流燃弧试验

绝缘子串雷闪或污闪后,后续的工频电弧会烧伤甚至损坏绝缘子,为此研究了用于保护绝缘子的并联间隙防雷保护装置。介绍了并联间隙防雷保护在国内外的研究和应用状况,采用自己研制的样品研究了结构简单、安装方便适用于110kV和220kV等级V型悬垂绝缘子串和I型悬垂绝缘子串的并联间隙防雷保护装置;充分考虑电网未来发展需求后确定了具体的试验方案且110kV和220kV绝缘子串并联间隙试验的短路电流均为50kA,短路持续时间均为0.2s。在西安高压电器研究所大容量检测试验室对样品进行的大电流燃弧试验证明,沿绝缘子串表面产生的50kA工频电弧约0.01s的时间便可移动到招弧角端部灼烧;招弧角可耐受50kA工频电弧持续燃烧0.2s并能保护绝缘子免受电弧灼烧。因此,绝缘子并联间隙防雷方式是一种合理有效的防雷保护措施,值得在我国输电线路上推广应用。

架空输电线路并联间隙防雷装置电弧磁场力计算研究

在架空输电线路上安装并联间隙防雷装置,能够在线路遭遇雷击或绝缘子串工频闪络时有效地保护绝缘子串免受工频电弧的灼烧。在并联间隙或绝缘子表面上产生的工频电弧处在由流过架空线路、并联间隙装置和杆塔的电流以及电弧本身电流产生的综合磁场中,受到磁场力的作用而运动。该磁场力决定着电弧的运动方向和速度,从而决定着绝缘子是否能够避免受到电弧的灼烧而得到有效的保护。针对高压输电线路的实际情况,结合新颖实用的电弧模型,开发了计算电弧所受磁场力的实用方法和程序,并以110kV架空输电线路并联间隙防雷装置为例进行计算和分析,结果和试验现象比较吻合。文中工作为进一步优化设计并联间隙防雷装置打下了基础。

高海拔地区500kV输电线路用复合绝缘子与并联间隙的绝缘配合

为丰富并联间隙用于在高海拔环境下500kV电压等级线路的绝缘配合研究,在2 100m海拔下对不同结构的500kV输电线路复合绝缘子用并联间隙进行了冲击击穿特性试验,并比较了不同结构并联间隙冲击击穿特性的差异。同时,根据雷电冲击试验和操作冲击结果,参考绝缘子串与并联间隙的绝缘配合原则,得到了合适的并联间隙间距。研究结果表明:3 780mm棒形并联间隙、3 780mm环形并联间隙2种并联间隙适合2 100m海拔的500kV线路工程运用,可满足保护绝缘子及线路绝缘的双重要求。研究结论可为并联间隙的工程设计提供支持。

110kV复合绝缘子棒形并联间隙工频电弧疏导过程的试验研究

绝缘子串加装并联间隙装置后,可以疏导工频续流从而保护绝缘子。并联间隙的导弧性能对于绝缘子串的保护至关重要,因而深入了解电弧在间隙电极上的疏导过程及电弧运动特性非常必要。基于此,该文开展了短路电流大小为500A和15.75kA的燃弧试验研究。试验中使用高速摄像仪记录下了电弧运动过程,通过观察试验拍摄的图片分析了电弧的运动特性。利用之前研究建立的长间隙交流电弧模型,仿真计算了与试验电流大小相同的电弧运动过程。通过对比仿真结果和试验结果可知,对于弧根的运动情况,二者基本一致。虽然在弧柱的运动形态上稍有差异,但弧柱的运动滞后于弧根的情况是一致的。因此,电弧运动仿真模型的精确性较高,可用于分析并联间隙装置的导弧效果。

高海拔220kV输电线路绝缘子串与并联间隙雷电冲击绝缘配合研究

运行经验表明,并联间隙(parallel gap device,PGD)能有效地降低由雷击引起的输电线路绝缘子损坏故障率,但目前高海拔地区的绝缘子串与并联间隙的绝缘配合研究还很薄弱。因此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室进行了负极性标准雷电冲击电压下220kV瓷、复合绝缘子串及不同间距的并联间隙雷电冲击闪络及伏秒特性试验研究。分析了不同绝缘子串对其并联间隙的雷击闪络特性和伏秒特性的影响;并结合并联间隙与绝缘子串的绝缘配合原则和电弧路径,确定了并联间隙保护绝缘子串的最优间距。结果表明:绝缘子串电场分布会影响并联间隙雷电冲击闪络特性;推荐的并联间隙对绝缘子串具有良好的保护作用。

110kV输电线路并联间隙的电气性能试验

介绍了东莞地区110 kV输电线路并联间隙装置的电气性能试验研究结果。试验内容包括复合绝缘子安装并联间隙后的电晕特性和无线电干扰特性,绝缘子串雷电冲击50%放电电压和雷电冲击伏秒特性的对比试验,不同长度复合绝缘子安装并联间隙后雷电冲击50%放电电压和雷电冲击伏秒特性试验,工频大电流燃弧特性试验,大电流通流能力试验。通过这些电气性能试验,验证了该110 kV输电线路并联间隙满足运行要求。

高海拔超高压绝缘子串雷电冲击伏秒特性

绝缘子串雷电冲击伏秒(V-s)特性曲线对于输电线路防雷设计和并联间隙装置设计具有十分重要的意义。为深入了解该特性,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室对220kV 14片XP-70瓷绝缘子串以及与其干弧距离长度相同的复合绝缘子、500kV 28片XP-70瓷绝缘子串进行了雷电冲击V-s特性试验。试验表明:绝缘子串V-s特性与其干弧距离成正比关系,和材质无关;瓷绝缘子串闪络时,电弧从绝缘子串高压端逐片向上爬升,但在接地端会短接最后2～5片绝缘子,而复合绝缘子则在高压端和接地端之间直接形成放电通道,并可能有次要发展通道存在。

多段微孔结构中电弧的磁流体模型及气吹灭弧性能仿真

由于并联间隙自熄弧能力弱,当线路遭受雷击时并联间隙冲击闪络后易出现稳定的工频续流电弧,引起线路频繁跳闸从而限制其应用,因此如何提高并联间隙的自熄弧能力具有重要的研究价值。多段微孔结构具有优异的灭弧性能,将其运用于并联间隙可显著提高并联间隙的自熄弧性能,故基于磁流体动力学(MHD)理论,利用COMSOL Multiphysics软件建立了2维多段微孔结构中电弧的MHD模型,并仿真分析了该结构中电弧的运动特性及该结构的灭弧性能。仿真结果表明:电弧的MHD模型能很好的反映多段微孔气吹灭弧结构中电弧的运动过程;当短路电弧电流幅值分别为1 k A、2 k A、5 k A时,微孔喷口处最大气流速度可分别达到520 m/s、813 m/s、1 027 m/s,即电流越大加热空气效果越显著,空气受热膨胀后气流的运动速度越大;该灭弧结构中气流运动速度达到气吹熄弧要求的时间在1 ms以内。

高速铁路接触网雷电防护用并联间隙装置的研制

我国高速铁路牵引供电接触网雷击故障相比普速铁路明显增多,亟待采取措施加以解决。在接触网绝缘子旁并联安装并联间隙装置,是种有效的防雷措施,可作为避雷器和避雷线措施的有力补充。根据接触网布局结构和运行可靠性要求高的特点,结合工频电弧运动特性仿真研究,设计了并联间隙结构型式,特别设计采用了种新型U型抱箍增强安装稳定性,研究选择了招弧角关键参数和放电间隙距离,确定了热稳定试验、工频电弧试验和振动试验方法和条件,对样品进行了雷电冲击放电伏秒特性试验、热稳定试验、工频电弧试验和振动试验检验,验证了装置技术性能满足使用要求,并研究提出了应用方案。研制成功的并联间隙装置可搭配接触网正馈线、接触线和加强线绝缘子使用,具备挂网运行条件。

35kV架空输电线路并联间隙防雷装置单相接地故障电弧自熄特性研究

35kV架空线路并联间隙防雷装置能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀,但该装置的安装是否会影响架空线路单相接地故障电弧的自熄特性尚需探讨。设计了2组模拟试验,分别研究了系统中性点不接地、单相接地故障电容电流为10A和系统中性点经消弧线圈接地、单相接地故障电容电流为15A、消弧线圈过补偿、故障点残流为10A的试验条件下,架空线路安装并联间隙防雷装置后,单相接地故障电弧的自熄情况。结果表明,在这2种试验条件下,单相接地故障电弧均具有较高的自熄概率;并联间隙防雷装置的安装并不影响单相接地故障电弧的自熄特性。

基于热浮力–磁场力结合的并联间隙电弧运动模型

采用链式电弧模型,分析并联间隙装置之间产生的电弧所受到的磁场力、空气阻力和热浮力,获得了电弧运动速度控制方程,建立考虑热浮力作用的架空线路并联间隙电弧运动模型,并以110 kV架空输电线路并联间隙电弧进行仿真计算,与实验结果相比较。结果表明:所建电弧运动模型能有效计及热浮力对电弧运动的影响,电弧运动计算时间和实测时间基本相符;仿真发现,由于热浮力使电弧竖直向上运动,在间隙上电极会偶尔发生上弧根和电极短路而引起弧根跳跃,这能合理解释试验过程中观察到的弧根不规则跳跃现象。另外,还分析了电流大小、电极形式对电弧运动过程的影响,仿真表明:电弧运动到电极末端的时间随着电流的增大呈指数衰减;流畅的结构设计有利于电弧的疏导和转移。

500kV线路绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其结构优化

为提高500 k V线路绝缘子串并联间隙防雷的科学有效性,试制了500 k V线路5组不同结构参数绝缘子串并联间隙试品,在国网特高压交流试验基地对5组并联间隙试品的雷电冲击50%放电电压、伏秒特性及并联间隙疏导电弧有效性进行了研究,并分析了5组并联间隙试品电极和绝缘子串两端护套表面电场强度的最大值。结果表明:5组并联间隙试品雷电冲击50%放电电压及伏秒特性均能与绝缘子串形成良好绝缘配合;当绝缘子串高压、低压端并联间隙电极端部距绝缘子串中心线的横向伸出长度均为700 mm时,间隙雷电冲击失效起始电压最高,有效接闪导弧性能最好;五组绝缘子串并联间隙试品电极表面电场最大值均<26 k V/cm,绝缘子串两端护套表面电场最大值均<6 k V/cm,满足相关规程要求。因此,推荐500 k V线路绝缘子串高压、低压端并联间隙横向伸出长度均为700 mm为其优化的结构参数。

并联间隙均匀复合绝缘子电压分布特性

为了研究并联间隙装置对绝缘子串电压分布特性的影响,用有限元法建立了220 kV输电线路复合绝缘子三维电场计算模型来研究加装不同并联间隙装置后的绝缘子电压分布,并和加装均压环后电压分布进行对比。计算结果表明:环形并联间隙对绝缘子的均压效果明显优于棒形并联间隙,环形间隙环径越小,管径越大,其改善复合绝缘子端部的电场及电压分布作用越明显,而罩入深度太大则不利于绝缘子端部电压分布的改善,不能有效屏蔽复合绝缘子根部。此外,通过和加装均压环后绝缘子电压分布的对比发现,利用环形并联间隙取代均压环是可行的。