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。

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。

架空地线绝缘装置对线路运维的影响分析

针对架空地线绝缘装置缺陷造成线路安全稳定性下降的问题,通过分析绝缘装置设计与安装过程中可能存在的缺陷,归纳出影响绝缘装置性能的因素有施工安装、自然因素、出厂设计、线路负荷、分段绝缘等,并提出治理与防范措施,以改善输电系统的暂态稳定性,提升运行安全性。

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。

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。

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。

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。

配电网架空线路并联可调间隙保护装置研究

针对河南某地区10~35 kV配电网架空线路中频繁出现绝缘子闪络、炸裂以及雷击断线问题进行分析,提出了加装间隙可调的并联间隙防雷装置的解决方案,对其工作原理及可根据现场实际运行状况调整保护间隙长度的特点进行了分析。通过大量雷电冲击试验并对其伏秒特性进行分析,所得结果表明,该装置可有效保护线路绝缘子（串）免受雷击而发生闪络并可有效降低线路雷击断线事故发生概率,对其具有良好的保护效果。

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。

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。

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。

喷射气体灭弧防雷间隙的灭弧机制

为解决架空输电线路雷击事故频发的问题,一种安装于架空输电线路上的喷射气体灭弧防雷间隙装置得到了开发和应用。当输电线路遭受雷击,雷电冲击电流击穿间隙,导致工频续流时,该装置能够迅速切断间隙两端电弧,有效保护绝缘子串免受工频电弧灼烧。依据现有电弧理论方程模型,运用ANSYS 10.0软件对高速气流和电弧进行仿真计算,同时利用高速摄像机和示波器观测电弧电流的变化过程。试验结果表明间隙电弧在高速气流作用之下能够快速熄灭。

35kV架空输电线路间隙灭弧的研究

为解决35 kV架空输电线路的雷击问题,研制了在35 kV架空输电线路上的防雷保护间隙喷射气流灭弧装置。该装置运用了"瞬时疏导"的防雷理念,能够在线路发生雷击闪络时有效地保护绝缘子串免受工频电弧的灼烧,在疏导雷电能量后能够迅速切断工频续流电弧,实现既可以限制绝缘子的外部过电压又可以避免断路器频繁跳闸的功能。笔者在链式电弧模型的基础上结合激波理论研究喷射气流条件下电弧的运动,对电弧的熄灭过程进行了讨论。在高压试验中借助高速摄像机和数字示波器,获取了在高速气流作用下电弧被迅速熄灭的过程图像和数据。

绝缘子串并联保护间隙的爆轰气流灭弧方法

输电线路绝缘子串并联保护间隙受雷击闪络后无法主动快速地熄灭后续工频电弧,不能有效地阻止雷击跳闸。研究了一种主动式、快速地爆轰气流灭弧装置,装置安装于并联间隙电极之间,当雷击并联间隙形成工频电弧时,装置受到雷电流信号触发同步产生爆轰气流,能够以远小于继保装置的最快响应时间熄灭后续工频电弧,从而避免继保装置动作,有效地阻止雷击跳闸。建立了爆轰气流灭弧的数值模型,通过仿真分析得到近似理想状态下的爆轰气流灭弧时间为0.08 ms以内;灭弧实验证明爆轰气流在0.4 ms以内熄灭电弧,两者得到的灭弧时间均远小于继保装置的最快响应时间,其误差在可接受范围内,由此验证了爆轰气流灭弧的有效性和可靠性。