阅读说明：本技术 一种架空输电线路用y型双间隙防雷装置 (Y-shaped double-gap lightning protection device for overhead transmission line ) 是由 王成 黄福勇 岳一石 龚政雄 邹妍晖 王海跃 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置,包括：限压器、原始绝缘子串以及新增绝缘子串；所述限压器底端的电极与新增绝缘子串的顶端钢帽通过电导线相连,所述新增绝缘子串连接于原始绝缘子串的末端钢脚,且新增绝缘子串的末端设有放电电极；所述新增绝缘子串的顶端钢帽与放电电极之间形成新增绝缘子串间隙；该方案中的放电电极采用双间隙结构设计,空气间隙与并联的绝缘子串间隙形成一体式并联双间隙结构,根据电压等级确定绝缘子串间隙后空气间隙距离可精确控制,当输电线路导线存在雷电过电压时双间隙结构确保沿其中一个间隙放电,双间隙形成双保险功能,避免由于间隙放电分散性导致过电压未经过限压器情况。(The invention discloses a Y-shaped double-gap lightning protection device for an overhead transmission line, which comprises: the voltage limiter, the original insulator string and the newly added insulator string; the electrode at the bottom end of the voltage limiter is connected with the top steel cap of the newly-added insulator string through an electric lead, the newly-added insulator string is connected with the tail end steel pin of the original insulator string, and the tail end of the newly-added insulator string is provided with a discharge electrode; a newly-added insulator string gap is formed between the top steel cap of the newly-added insulator string and the discharge electrode; the discharge electrode in the scheme adopts a double-gap structure design, the air gap and the parallel insulator string gap form an integrated parallel double-gap structure, the air gap distance can be accurately controlled after the insulator string gap is determined according to the voltage grade, when the lightning overvoltage exists on the wire of the power transmission line, the double-gap structure ensures that the discharge is carried out along one of the gaps, the double-gap structure forms a double-insurance function, and the condition that the overvoltage does not pass through the voltage limiter due to the gap discharge dispersity is avoided.)

一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置

技术领域

本发明属于输电线路防雷领域，特别涉及一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置。

背景技术

雷击是造成架空输电线路跳闸的主要原因，输电线路频繁跳闸会影响电网安全稳定运行；运行经验表明，在雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难的线路区段安装线路避雷器，是降低雷击跳闸率行之有效的方法。线路避雷器可以较大地提高输电线路的耐雷水平，降低输电线路的雷击闪络率。

目前，线路避雷器主要由带串联间隙和不带串联间隙两种。相较于不带间隙避雷器，带串联间隙避雷器通过安装串联间隙使避雷器本体不直接承受工频电压，阀片老化速度相较无间隙避雷器大幅减小。同时避雷器本体不受操作过电压影响，本体参考电压较低，避雷器本体可以实现小体积和轻重量设计。现有串联间隙主要使用带支撑件间隙或空气间隙。带支撑件间隙线路避雷器串联间隙支撑件与避雷器本体的总长度一般大于线路绝缘子，安装难度较大，需要进行精确绝缘配合计算；串联间隙支撑件为结构高度较短的合成绝缘子，其使用寿命受运行承受电场强度和间隙燃弧影响。空气间隙线路避雷器在大风作用下间隙距离发生变化，造成雷电过电压击穿电压发生变化，影响线路避雷器与绝缘子的绝缘配合，可能导致避雷器失效情况。

发明内容

本发明的目的为针对现有带串联间隙线路避雷器的间隙距离难以精确控制、合成材料的串联支撑间隙使用寿命短、空气间隙间距受大风影响等问题，提供一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置，该装置采用双间隙结构，可实现线路避雷器的便捷、高效安装，准确控制间隙距离，提高线路避雷器安装稳定性、使用寿命长。

本发明提供的技术方案如下：

一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置，包括：限压器、原始绝缘子串以及新增绝缘子串；所述限压器底端的电极与新增绝缘子串的顶端钢帽通过电导线相连，所述新增绝缘子串连接于原始绝缘子串的末端钢脚，且新增绝缘子串的末端设有放电电极；所述新增绝缘子串的顶端钢帽与放电电极之间形成新增绝缘子串间隙；

其中，所述放电电极端部与限压器底部构成的空气间隙长度为L，新增绝缘子串间隙金具串长度为L0，且L/L0≤0.82。

采用本发明Y型双间隙防雷装置，线路正常运行时防雷装置底部与高压侧输电线路导线之间使用绝缘子串间隙和放电电极空气间隙双间隙绝缘。相较传统使用固定间隙或者纯空气间隙避雷器，限压器和输电线路导线之间的绝缘子串间隙和放电电极空气间隙两个间隙的等效电容为并联关系，放电电极空气间隙与绝缘子串间隙配合使用。

本方案中绝缘子串间隙仅为备用间隙，为避免绝缘子串间隙遭受多次放电导致绝缘子出现零值，需要在产生雷电过电压时使空气间隙稳定放电；

线路遭受雷击时，放电电极的雷电冲击击穿电压小于新增绝缘子串雷电冲击击穿电压，因此，放电电极两端产生过电压超过防雷装置本体动作电压时，利用限压器限制被保护绝缘子两端电压。当在极端大风条件下空气间隙大幅摆动导致空气间隙放电失败时，防雷装置底部与输电线路导线之间的绝缘子串放电击穿，利用限压器限制被保护绝缘子两端电压。放电电极空气间隙与绝缘子串间隙作为一个完整附件，针对不同电压等级输电线路选择绝缘子串间隙结构高度后，放电电极空气间隙与绝缘子串间隙一体安装，间隙高度可实现精准控制。

绝缘子串间隙长度的50％雷电冲击击穿电压U_L050％＝533×L0+132，其中L0单位为米，U单位为千伏。空气间隙可等效为棒-板放电间隙，其50％雷电冲击击穿电压U_L50％＝1556/(1+3.89/L)。本发明的难点是如何避免绝缘子串间隙遭受多次放电导致绝缘子出现零值，而需要在产生雷电过电压时使空气间隙稳定放电，绝缘子串间隙和空气间隙的绝缘配合关键设计点所在。因此，本技术方案考虑U_L50％≤0.9U_L050％,得到间隙距离关系需满足L≥(0.963+3.89*L0)/(2.996-L0)。

进一步地，所述限压器内部设有氧化锌电阻片。

进一步地，所述限压器外部间隔设置有直径尺寸不同的伞裙硅橡胶。

进一步地，所述限压器外部设置的伞裙硅橡胶的直径按照大、小、中、小、大、小排列，大、中、小伞裙硅橡胶的直径分别为300mm、240mm、180mm。

进一步地，所述放电电极端部向上翘，与限压器底部板电极呈90°。

放电电极端部上翘使端部与限压器底部形成棒-板放电间隙。

进一步地，所述放电电极为高压棒形电极，且外部套有绝缘外套。

由于放电电极根本根部产生电晕并对绝缘子串间隙放电，在放电电极靠近绝缘子区段套有绝缘外套，避免该区段产生放电。

进一步地，所述放电电极采用抱箍方式安装在新增绝缘子子串的绝缘子钢脚上。

进一步地，所述新增绝缘子串上的绝缘子采用钢化玻璃绝缘子。

进一步地，所述新增绝缘子串的第一个绝缘子直径大于其余绝缘子直径。

进一步地，所述工频运行电压与新增绝缘子串上绝缘子片数的关系为：U＝70*N。

其中，U为工频运行电压，N为新增绝缘子串上的绝缘子片数。

本发明Y型双间隙防雷装置，放电电极空气间隙与并联绝缘子串间隙形成一体式并联双间隙结构，当新增绝缘子串上的绝缘子片数确定后，可以得到绝缘子串间隙长度，那么放电电极空气间隙的距离可精确控制，当输电线路导线存在雷电过电压时双间隙结构确保沿其中一个间隙放电，双间隙形成双保险功能，避免由于间隙放电分散性导致过电压未经过限压器情况。安装工艺简单，安装成本低，双间隙结构设计确保防雷装置高可靠性。

有益效果

本发明技术方案提供了一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置，包括：限压器、原始绝缘子串以及新增绝缘子串；所述限压器底端的电极与新增绝缘子串的顶端钢帽通过电导线相连，所述新增绝缘子串连接于原始绝缘子串的末端钢脚，且新增绝缘子串的末端设有放电电极；所述新增绝缘子串的顶端钢帽与放电电极之间形成新增绝缘子串间隙；该方案中的放电电极采用双间隙结构设计，空气间隙与并联的绝缘子串间隙形成一体式并联双间隙结构，根据电压等级确定绝缘子串间隙后空气间隙距离可精确控制，当输电线路导线存在雷电过电压时双间隙结构确保沿其中一个间隙放电，双间隙形成双保险功能，避免由于间隙放电分散性导致过电压未经过限压器情况。安装工艺简单，安装成本低，双间隙结构设计确保防雷装置高可靠性。

附图说明

图1为本发明实例所述的一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置结构示意图；

其中：1-限压器，2-限压器电极，3-连接导线，4-放电电极，5-输电线路导线，6-新增绝缘子串，7-原始绝缘子串。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。

如图1所示，一种架空输电线路用Y型双间隙防雷装置，包括：限压器、原始绝缘子串以及新增绝缘子串；所述限压器底端的电极与新增绝缘子串的顶端钢帽通过电导线相连，所述新增绝缘子串连接于原始绝缘子串的末端钢脚，且新增绝缘子串的末端设有放电电极；所述新增绝缘子串的顶端钢帽与放电电极之间形成新增绝缘子串间隙；

其中，所述放电电极端部与限压器底部构成的空气间隙长度为L，新增绝缘子串间隙金具串长度为L0，且L/L0≤0.82。

限压器底端的电极与新增绝缘子串的顶端钢帽通过电导线相连，使得防雷装置的整个本体与新增绝缘子串的顶端绝缘子上的钢冒形成等电位；

在本实例中，连接导线3使用软铜线设计，一端安装在限压器1底部，一端套在新增绝缘子顶部绝缘子钢帽上，其长度根据绝缘配合校核和风偏校核确定，长度略大于空气绝缘长度。

绝缘子串间隙长度的50％雷电冲击击穿电压U_L050％＝533×L0+132，其中L0单位为米，U单位为千伏。空气间隙可等效为棒-板放电间隙，其50％雷电冲击击穿电压U_L50％＝1556/(1+3.89/L)。本发明的难点是如何避免绝缘子串间隙遭受多次放电导致绝缘子出现零值，而需要在产生雷电过电压时使空气间隙稳定放电，绝缘子串间隙和空气间隙的绝缘配合关键设计点所在。因此，本技术方案考虑U_L50％≤0.9U_L050％,得到间隙距离关系需满足L≥(0.963+3.89*L0)/(2.996-L0)。

所述限压器内部设有氧化锌电阻片，氧化锌电阻片在承受过电压时通过非线性电阻特性限制防雷装置残压低于线路上原始绝缘子串7的闪络电压，所述原始绝缘子串即为需要保护的绝缘子串。

所述限压器外部间隔设置有直径尺寸不同的伞裙硅橡胶，且限压器外部设置的伞裙硅橡胶的直径按照大、小、中、小、大、小排列，大、中、小伞裙硅橡胶的直径分别为300mm、240mm、180mm；一组大、小、中、小、大、小的伞裙硅橡胶能承受的工频电压有效值为20千伏，当输电线路上的电压等级较高时，设置多组伞裙硅橡胶；这种相邻伞裙不同直径的设计，能够设计有效增加防雷装置外部伞裙爬电距离和伞裙间距，增加表面电弧爬电距离，防止覆冰、鸟粪或异物导致的表面闪络，保证雷电过电压的电荷转移路径通过氧化锌电阻片。

所述放电电极端部向上翘，与限压器底部板电极呈90°，放电电极端部上翘使端部与限压器底部形成棒-板放电间隙；该间隙尺寸应经过计算，其雷电过电压下50％的放电电压应小于新增绝缘子串对应的绝缘子串间隙约10％的放电电压，使雷电过电压通过放电电极4产生电弧至限压器1动作。而为了避免放电电极4产生电弧向绝缘子串发展，限压器1底端设置的电极为直径较大的环形放电电极，使得电弧通过环形放电电极发展至限压器1底部。

所述放电电极为高压棒形电极，且外部套有绝缘外套；由于放电电极根本根部产生电晕并对绝缘子串间隙放电，在放电电极靠近绝缘子区段套有绝缘外套，避免该区段产生放电。

所述放电电极采用抱箍方式安装在新增绝缘子子串的绝缘子钢脚上。

所述新增绝缘子串的第一个绝缘子直径大于其余绝缘子直径，能够进一步保证防覆冰闪络、防鸟粪或异物闪络等。

所述工频运行电压与新增绝缘子串上绝缘子片数的关系为：U＝70*N；其中，U为工频运行电压，N为新增绝缘子串上的绝缘子片数。

本发明Y型双间隙防雷装置，放电电极空气间隙与并联绝缘子串间隙形成一体式并联双间隙结构，当新增绝缘子串上的绝缘子片数确定后，可以得到绝缘子串间隙长度，那么放电电极空气间隙的距离可精确控制，当输电线路导线存在雷电过电压时双间隙结构确保沿其中一个间隙放电，双间隙形成双保险功能，避免由于间隙放电分散性导致过电压未经过限压器情况。安装工艺简单，安装成本低，双间隙结构设计确保防雷装置高可靠性。

绝缘子串间隙片数及干弧距离根据输电线路电压等级设计，绝缘子串间隙应能承受系统最大工频过电压和操作过电压，例如对于35千伏线路，绝缘子串间隙应能承受最大51千伏kV电压。考虑绝缘子间隙的灵活调整和便于维护，新增绝缘子串上的绝缘子选择玻璃绝缘子。

当在雷电过电压下放电电极4与限压器1组成的放电间隙放电失败时，雷电过电压使绝缘子串间隙放电击穿，限压器1通过连接导线23动作。

采用本发明Y型双间隙防雷装置，线路正常运行时防雷装置底部与高压侧输电线路导线之间使用绝缘子串间隙和放电电极空气间隙双间隙绝缘。相较传统使用固定间隙或者纯空气间隙避雷器，限压器和输电线路导线之间的绝缘子串间隙和放电电极空气间隙两个间隙的等效电容为并联关系，放电电极空气间隙与绝缘子串间隙配合使用。

本方案中绝缘子串间隙仅为备用间隙，为避免绝缘子串间隙遭受多次放电导致绝缘子出现零值，需要在产生雷电过电压时使空气间隙稳定放电；

线路遭受雷击时，放电电极的雷电冲击击穿电压小于新增绝缘子串雷电冲击击穿电压，因此，放电电极两端产生过电压超过防雷装置本体动作电压时，利用限压器限制被保护绝缘子两端电压。当在极端大风条件下空气间隙大幅摆动导致空气间隙放电失败时，防雷装置底部与输电线路导线之间的绝缘子串放电击穿，利用限压器限制被保护绝缘子两端电压。放电电极空气间隙与绝缘子串间隙作为一个完整附件，针对不同电压等级输电线路选择绝缘子串间隙结构高度后，放电电极空气间隙与绝缘子串间隙一体安装，间隙高度可实现精准控制。

以上内容是本发明具体实施方式的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。