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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

110kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的应用研究

笔者介绍东莞供电局110 kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的应用研究成果,对安装并联间隙后线路雷电性能进行计算,对其引导雷电放电、转移疏导工频电弧、均匀工频电场3种功能加以试验验证,并介绍所研制的110 kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的现场运行情况。研究结果表明,设计的110 kV输电线路复合绝缘子用并联间隙满足要求,现场运行情况良好,能够作为现有防雷措施的有利补充,具有广阔的应用前景。

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。

高速铁路接触网悬式复合绝缘子防雷应用特性实验研究

为了促进我国高速铁路复合绝缘子的科学使用,进一步提高接触网运行可靠性,针对接触网用棒形悬式复合绝缘子的防雷应用特性开展研究。采用实验模拟的方法研究了工频电弧烧损绝缘子、影响绝缘子短期机械性能的程度,论证得出工频电弧会降低绝缘子长期机械性能,提出了应对措施并验证了措施的保护有效性。研究结果表明:雷击诱发的接触网短路电流电弧会明显烧损棒形悬式复合绝缘子两端部部件,破坏芯棒对外界密封性,虽然不会影响绝缘子短期机械性能,但长期运行后会导致绝缘子发生芯棒脆断和金具锈蚀抽芯故障。对于可能遭受雷击的路段,安装专用线路避雷器或者并联间隙装置实施保护,可避免此类运行安全风险。该结论对电力系统110kV及以下电压等级悬式复合绝缘子同样适用。

并联间隙在云南高海拔地区配电线路的应用方法

在绝缘子串旁加装并联的保护间隙是"疏导式"防雷保护的典型措施,而在高海拔地区绝缘子串与并联间隙的雷电冲击绝缘配合需要重新试验。在昆明地区进行了负极性标准雷电冲击电压下PS15/500支柱式绝缘子及其并联的可调式保护间隙的雷电冲击特性试验,采用正态概率分布的方法得到了对应击穿概率的放电电压,从击穿概率的角度进行了绝缘配合设计,得到了并联间隙最佳的绝缘配合间距,为并联间隙在高海拔地区的应用提供了数据参考和方法基础。

并联间隙改善35kV绝缘子串电压分布特性研究

为研究并联防雷保护间隙装置对线路绝缘子串电压分布特性的影响,基于Ansoft Maxwell电磁仿真软件建立35kV配电线路玻璃绝缘子串二维电场仿真计算模型,对不同间隙结构及安装位置下的间隙均压特性进行计算。结果表明:并联防雷保护间隙装置可改善绝缘子串电压分布不均的情况,提高其闪络电压。其中,球形防雷保护间隙具有最优绝缘子串均压效果,其电压差比例R及电压方差百分比σ2相比安装保护间隙前分别下降13.9%和72.4%。

局部耐烧蚀型并联间隙防雷装置的研究

针对现有并联间隙易被工频电弧烧蚀的不足,研究一种局部耐烧蚀型并联间隙防雷装置,由于电极末端采用耐高温材料,增大了并联间隙的耐烧蚀能力,使得装置能有效防止架空配电线路因雷击造成的绝缘子损坏及导线断线等事故的同时,增大了装置的使用寿命。

一种新型并联间隙防雷装置的研制

针对现有的以普通碳素钢为材料的并联间隙易被工频电弧烧蚀的不足,研制了一种适用于10 k V架空配电线路柱式绝缘子的新型并联间隙防雷装置。新型并联间隙防雷装置采用局部耐烧蚀结构设计,通过在电极端部采用耐高温材料,提高电极的耐电弧烧蚀能力,延长装置的使用寿命。试验结果表明,研制的并联间隙防雷装置具有接闪雷电、疏导工额电弧的能力,耐烧蚀能力强,能有效防止架空配电线路因雷击造成的绝缘子损坏及导线断线等事故发生。

500kV输电线路招弧角绝缘配合试验研究

针对500kV输电线路盘式绝缘子串所用招弧角保护失效的问题,进行了招弧角与绝缘子串不同配合比下的雷电冲击放电试验,根据招弧角对绝缘子串的保护效果,得出推荐配合比。对推荐配合比下的绝缘子串和招弧角开展操作冲击试验,验证了推荐配合比下装设招弧角的绝缘子串绝缘强度满足系统运行要求。

110kV输电线路并联间隙防雷装置的设计与运行

采用并联间隙作为架空输电线路的防雷保护措施是对现有防雷措施的有效补充,有着广阔的应用前景。介绍了东莞供电局110kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的应用研究成果。设计了多种并联间隙防雷保护装置,通过试验研究,验证其接闪雷电、疏导工频续流、均匀工频电场、保护绝缘子及金具的效果。经过逐步优化设计,确定并联间隙的电气参数和外形尺寸,研制出样品,并分别应用于5条110kV线路上。介绍了所研制的110kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的现场运行情况。

高速气流灭弧防雷间隙建弧模型的研究

根据气体动理论,气体放电理论和电弧等离子体理论,利用能量守恒定律,建立用于35 kV架空配电线路的高速气流灭弧防雷间隙闪络时工频电弧的建弧模型,用MATLAB软件进行计算仿真,分析高速气流的灭弧特性。仿真计算结果表明,高速气流能在0.016 5 s内吹灭工频电弧。

海拔条件对绝缘子串并联间隙间距的影响

在绝缘子串旁加装并联的保护间隙是"疏导式"防雷保护的典型措施,而海拔条件会对绝缘子串并联间隙的间距产生影响。本文分别在昆明和长沙两地区进行了负极性标准雷电冲击电压下X-70悬式绝缘子(2片串联)及其并联的可调式保护间隙的雷电冲击特性试验,采用正态概率分布的方法,得到了对应击穿概率的放电电压,从击穿概率的角度进行了绝缘配合设计,得到了不同海拔高度并联间隙最佳的绝缘配合间距。发现间隙距离随海拔高度的增加而增大。