阅读说明：本技术 配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置 (Power distribution network lightning conducter indirect earthed laying method and device ) 是由 张自勤 秦忠 项恩新 范黎涛 刘俊峰 张教伟 朱茂泽 李勒对 段生江 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本申请提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置,其中获取不同空气间隙距离下的雷电冲击击穿电压和工频击穿电压；根据雷电冲击击穿电压得到99.9％概率的雷电冲击击穿电压和间隙距离的关系函数；根据工频击穿电压得到0.1％概率的工频击穿电压和间隙距离的关系函数；根据雷电冲击电压导通阈值和单相接地短路工频电压分别得到空气间隙d和空气间隙s；根据空气间隙s和空气间隙d得到空气间隙距离范围(s,d)；将距离范围为(s,d)的空气间隙与复合绝缘子并联得到并联结构；将并联结构敷设于接地极和避雷线之间；利用复合绝缘子的耐压特性和空气间隙的放电特性,将并联结构安装于避雷线与接地极之间,实现了避雷线与接地极之间的间接接地。(Power distribution network lightning conducter provided by the present application indirect earthed laying method and device, wherein obtaining the lightning impulse breakdown voltage and frequency breakdown voltage under different air gap distances；The lightning impulse breakdown voltage of 99.9% probability and the relation function of clearance distance are obtained according to lightning impulse breakdown voltage；The frequency breakdown voltage of 0.1% probability and the relation function of clearance distance are obtained according to frequency breakdown voltage；The air gap d and the air gap s are respectively obtained according to lightning impulse voltage conduction threshold and single-line to ground fault power-frequency voltage；Air gap distance range (s, d) is obtained according to the air gap s and the air gap d；The air gap that distance range is (s, d) in parallel with composite insulator is obtained into parallel-connection structure；Parallel-connection structure is laid between earthing pole and lightning conducter；Using the voltage endurance of composite insulator and the flash-over characteristic of the air gap, parallel-connection structure is installed between lightning conducter and earthing pole, is realized indirect earthed between lightning conducter and earthing pole.)

配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置

技术领域

本申请涉及配电网架空线路技术领域，尤其涉及一种配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置。

背景技术

配电架空线路是电力网的重要组成部分，其作用是输送和分配电能；配电架空线路是采用电杆将导线悬空架设，直接向用户供电；配电架空线路具有架设简单，造价低，维修方便等优点。

雷击易导致配电线路的绝缘子闪络、击断导线等，严重影响配电电路的安全稳定运行，因此配电网防雷技术逐渐受到重视，将避雷线应用到配电架空线路中，采用敷设单根避雷线、逐基直接接地的方式建设。

但是避雷线直接接地存在以下不足：一是在配电线路正常运行下，三相导线与避雷线之间因电磁感应产生耦合电流，通过避雷线的直接接地形成环流，将增加线路无功功率损耗影响供电性能；二是在中性点非有效接地系统的10kV配电线路出现单相接地短路后，能持续运行1-2h，在此期间内，故障电流除直接流入大地之外，还会通过就近的避雷线接地流入架空避雷线中，造成相邻的避雷线接地极产生高电位，形成跨步电压分布区，产生安全风险。

发明内容

本申请提供了一种配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置，以解决目前避雷线直接接地引起的存在的电能损耗及安全风险问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种配电网避雷线间接接地的敷设方法，所述方法包括：

分别获取不同空气间隙距离下的雷电冲击击穿电压和工频击穿电压；

根据所述雷电冲击击穿电压得到99.9％概率的雷电冲击击穿电压U_i99.9％和间隙距离的关系函数；

根据所述工频击穿电压得到0.1％概率的工频击穿电压U_g0.1％和间隙距离的关系函数；

根据雷电冲击电压导通阈值和单相接地短路工频电压分别得到U_i99.9％时空气间隙d的取值和U_g0.1％时空气间隙s的取值；

根据空气间隙s和空气间隙d得到空气间隙距离范围(s，d)；

将距离范围为(s，d)的空气间隙与复合绝缘子并联得到并联结构；

将所述并联结构敷设于接地极和避雷线之间。

可选的，所述根据所述雷电冲击击穿电压得到99.9％概率的雷电冲击击穿电压U_i99.9％和间隙距离的关系函数，包括：

采用Matlab软件采用韦伯概率分布方法对所述不同空气间隙距离下的雷电冲击击穿电压处理得到99.9％概率的雷电冲击击穿电压U_i99.9％；

通过幂函数数值拟合得到雷电冲击击穿电压U_i99.9％和间隙距离的关系函数f(u_i99.9％)＝3.276d^0.8265，其中，f(u_i99.9％)为雷电冲击击穿电压，d—间隙距离。

可选的，所述根据所述工频击穿电压得到0.1％概率的工频击穿电压U_g0.1％和间隙距离的关系函数，包括：

采用Matlab软件采用韦伯概率分布方法对所述不同空气间隙距离下的雷电冲击击穿电压处理得到0.1％概率的工频击穿电压U_g0.1％；

通过幂函数数值拟合得到工频击穿电压U_g0.1％和间隙距离的关系函数f(u_g0.1％)＝1.8723s^0.6384，其中f(u_g0.1％)—工频击穿电压(kV)，s—间隙距离。

可选的，所述根据雷电冲击电压导通阈值和单相接地短路工频电压分别得到U_i99.9％时空气间隙d的取值和U_g0.1％时空气间隙s的取值，包括：

设定雷电冲击电压导通阈值，根据f(u_i99.9％)＝3.276d^0.8265得到空气间隙d的取值，其中所述雷电冲击电压导通阈值可根据实际应用场景的不同进行调整；

设定单相接地短路工频电压＝5.7kV，根据f(u_g0.1％)＝1.8723s^0.6384得到空气间隙s的取值。

第二方面，基于本申请提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法，本申请还提供了一种配电网避雷线间接接地的敷设装置，所述装置敷设于避雷线和接地极之间，所述装置包括：

复合绝缘子和空气间隙，所述复合绝缘子和空气间隙并联连接形成并联结构；

所述空气间隙的两端分别设有灭弧球，所述灭弧球与引弧棒连接，所述引弧棒的端头处与可移动滑块连接；

所述可移动滑块用于调节所述空气间隙的距离。

可选的，所述装置还包括上金属端头和下金属端头，其中：

所述上金属端头与所述避雷线固定连接；

所述下金属端头与所述接地极固定连接。

可选的，所述装置还包括：电压发生器、分压器和导体，其中：所述电压发生器与所述分压器并联连接后与所述导体串联。

可选的，所述电压发生器设为冲击电压发生器或工频实验变压器；所述分压器设为电容式分压器。

可选的，所述装置还包括支柱绝缘子，所述支柱绝缘子用于支撑所述复合绝缘子和空气间隙并联连接形成的并联结构。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法及装置，利用复合绝缘子的耐压特性和空气间隙的放电特性，将复合绝缘子与空气间隙并联形成的并联结构安装于避雷线与接地极之间，实现了避雷线与接地极之间的间接接地，通过在避雷线与接地极之间加装复合绝缘子和空气间隙的方式实现间接连接，在空气间隙的距离范围内使规定阈值下的雷电冲击电压能够击穿空气间隙进行放电，但运行过程中的工频电压无法击穿空气间隙进行放电，则正常运行条件下杆塔与避雷线隔绝，空气间隙破坏了杆塔和避雷线之间的导通，三相导线与避雷线之间产生的耦合电流无法形成环流，避免线路中电能的消耗；雷电条件下雷电过电压能够通过空气间隙进行放电，保护设备；在中性点非有效接地系统的10kV配电线路出现单相接地短路时，跨步电压分布区域不能沿接地极爬电，空气间隙能够阻止跨步电压分布区域扩大化，降低线路单相接地时产生的安全风险。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的并联结构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的接地方式示意图。

其中：

21-电压发生器，22-分压器，23-导体，24-支柱绝缘子，25-复合绝缘子，26-可移动滑块，27-引弧棒，28-空气间隙，31-灭弧球，32-上金属端头，33-下金属端头，42-避雷线，43-接地极。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

目前配电网中的避雷线与接地极直接接地，则三相导线与避雷线之间因电磁感应产生耦合电流，通过避雷线的直接接地形成环流，将增加线路无功功率损耗影响供电性能，因此本申请提供一种避雷线间接接地的敷设方法及装置。

参见附图1，图1示出了本申请实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法的流程示意图。下面结合附图1对本申请实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法进行说明。

本申请提供了一种配电网避雷线间接接地的敷设方法，所述方法包括：

S110：分别获取不同空气间隙距离下的雷电冲击击穿电压和工频击穿电压。

本申请中使规定阈值下的雷电冲击电压能够击穿空气间隙进行放电，但运行过程中的工频电压无法击穿空气间隙进行放电；实现上述功能的核心在于选择准确的空气间隙距离。空气间隙距离选择不当可能出现规定阈值下的雷电冲击电压无法击穿空气间隙，或运行过程中的工频电压击穿空气间隙放电，则无法解决现有技术存在的不足。

并联空气间隙C雷电冲击击穿实验方法：设定一组间隙距离(d₁，d₂，d₃，…，d_n)，从间隙距离d₁开始实验。开始施加一个较低的电压，如未发生击穿，则增加1kV电压继续实验，直到发生击穿为止，记录击穿时的雷电冲击击穿电压U_1-1；在间隙距离d₁下重复实验30次，得到30个间隙距离d₁的雷电冲击击穿电压值(U_1-1，U_1-2，U_1-3，…，U_1-30)；按上述步骤，分别对d₂，d₃，…，d_n进行实验，得出不同间隙下的雷电冲击击穿电压值。

并联空气间隙C工频放电实验方法：设定一组间隙距离(s₁，s₂，s₃，…，s_n)，从间隙距离s₁开始实验。采用连续升压法，按0.5kV/s的速度升压，直到发生击穿为止，记录该间隙下的一次工频击穿电压U_1.1；在间隙距离s₁下重复实验30次，得到30个间隙距离s₁的工频击穿电压值(U_1.1，U_1.2，U_1.3，…，U_1.30)；按上述步骤，分别对s₂，s₃，…，s_n进行实验，得出不同间隙下的对应的30次工频击穿电压值。

S120：根据所述雷电冲击击穿电压得到99.9％概率的雷电冲击击穿电压U_i99.9％和间隙距离的关系函数。

S130：根据所述工频击穿电压得到0.1％概率的工频击穿电压U_g0.1％和间隙距离的关系函数。

对多次击穿放电的实验数据，按照韦伯概率分布的方法进行处理，便于得出任意击穿放电概率的放电电压值。对于二维参数的韦伯分布，其概率函数为：

式中：U—击穿放电电压(kV)；m—形状参数；η—尺度参数。

应用Matlab软件对间隙雷电冲击击穿电压和工频击穿电压进行处理，分别计算得出每个间隙距离下99.9％概率的雷电冲击击穿电压U_i99.9％、0.1％概率的工频击穿电压U_g0.1％；通过幂指数数值拟合的方法，得出使用并联空气间隙时，雷电冲击击穿电压与间隙距离的关系函数：

f(u_i99.9％)＝3.276d^0.8265

式中：f(u_i99.9％)—雷电冲击击穿电压(kV)；

d—间隙距离。

同理得出使用并联空气间隙时，工频击穿电压与间隙距离的关系函数：

f(u_g0.1％)＝1.8723s^0.6384

式中：f(u_g0.1％)—工频击穿电压(kV)；

s—间隙距离。

S140：根据雷电冲击电压导通阈值和单相接地短路工频电压分别得到U_i99.9％时空气间隙d的取值和U_g0.1％时空气间隙s的取值。

设定避雷线与接地极之间的并联空气间隙C的雷电冲击击穿电压U_i(kV)，可确定U_i99.9％时空气间隙d的取值；该雷电冲击电压导通阈值可根据实际应用场景的不同进行调整。

设定工频阻截电压：设避雷线与接地极之间的并联空气间隙C的工频冲击击穿电压U_g＝5.7kV，确定U_g0.1％/5.7kV时空气间隙s的取值；

S150：根据空气间隙s和空气间隙d得到空气间隙距离范围(s，d)。

雷电冲击电压U_i99.9％对应的空气间隙d与工频击穿电压U_g0.1％/5.7kV对应的空气间隙s的取值区间即并联空气间隙距离取值区间。当雷电冲击压达到U_i时有99.9％以上的概率使空气间隙击穿放电，当线路中存在单相接地短路时的工频电压5.7kV有不足0.1％的概率使空气间隙击穿放电，实现雷击保护和单相接地保护的作用。

S160：将距离范围为(s，d)的空气间隙与复合绝缘子并联得到并联结构。

本申请中通过实验及数据分析处理，得出准确的空气间隙距离取值区间，选定空气间隙距离，制备一种复合绝缘子和空气间隙的并联结构。

S170：将所述并联结构敷设于接地极和避雷线之间。

本申请利用复合绝缘子的耐压特性和空气间隙的放电特性，将复合绝缘子与空气间隙并联形成的并联结构安装于避雷线与接地极之间，实现了避雷线与接地极之间的间接接地，通过在避雷线与接地极之间加装复合绝缘子和空气间隙的方式实现间接连接，在空气间隙的距离范围内使规定阈值下的雷电冲击电压能够击穿空气间隙进行放电，但运行过程中的工频电压无法击穿空气间隙进行放电，则正常运行条件下杆塔与避雷线隔绝，空气间隙破坏了杆塔和避雷线之间的导通，三相导线与避雷线之间产生的耦合电流无法形成环流，避免线路中电能的消耗；雷电条件下雷电过电压能够通过空气间隙进行放电，保护设备；在中性点非有效接地系统的10kV配电线路出现单相接地短路时，跨步电压分布区域不能沿接地极爬电，空气间隙能够阻止跨步电压分布区域扩大化，降低线路单相接地时产生的安全风险。

基于本申请提供的配电网避雷线间接接地的敷设方法，本申请还提供了一种配电网避雷线间接接地的敷设装置，所述装置敷设于避雷线42和接地极43之间；参见附图2，图2示出了本申请实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的结构示意图。下面结合附图2对本申请实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置进行说明。

所述装置包括：

复合绝缘子25和空气间隙28，所述复合绝缘子25和空气间隙28并联连接形成并联结构；具体参考图3，图3为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的并联结构的结构示意图；

所述空气间隙28的两端分别设有灭弧球31，所述灭弧球31与引弧棒27连接，所述引弧棒27的端头处与可移动滑块26连接；

所述可移动滑块26用于调节所述空气间隙28的距离。

进一步地，所述装置还包括上金属端头32和下金属端头33，其中：所述上金属端头32与所述避雷线42固定连接；所述下金属端头33与所述接地极43固定连接。

进一步地，所述装置还包括：电压发生器21、分压器22和导体23，其中：所述电压发生器21与所述分压器22并联连接后与所述导体23串联。

进一步地，所述电压发生器21设为冲击电压发生器或工频实验变压器；所述分压器22设为电容式分压器。

进行雷电冲击实验时，所述电压发生器21为1200kV冲击电压发生器，可提供波前时间为1.2μs和半波峰值时间为50μs，电压峰值范围为10～1200kV的雷电冲击波；所述分压器22为BHT1200kV弱阻尼电容式分压器，变比为1380：1，空气间隙距离选择为20，25，30，35，40，45mm。

进行工频击穿实验时，所述电压发生器21为工频实验变压器，电压范围为0.38～10kV，额定容量为200kVA；所述分压器22为电容式分压器，变比为200：1，空气间隙距离选择为5，10，15，20，25，30mm。

所述装置还包括支柱绝缘子24，所述支柱绝缘子24用于支撑所述复合绝缘子25和空气间隙28并联连接形成的并联结构，确保结构对地绝缘。

本申请提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置整体的接地方式参考图4，图4为本发明实施例提供的配电网避雷线间接接地的敷设装置的接地方式示意图。

本实施例中，设避雷线与接地极之间的并联空气间隙C的雷电冲击电压U_i＝35kV，可确定U_i99.9％/35kV时空气间隙d＝17.6mm，则当空气间隙d≤17.6mm，雷电冲击电压达到35kV时并联空气间隙有效导通；设避雷线与接地极之间的并联空气间隙C的工频击穿电压U_g0.1％＝5.7kV，可确定工频击穿电压U_g0.1％/5.7kV时空气间隙s＝5.7mm，则当空气间隙s≥5.7mm，工频电压无法击穿并联空气间隙。故所述并联空气间隙28的间隙距离为5.7～17.6mm，能够有效解决现有技术存在的不足。

本实施例中避雷线与接地极之间不直接连接，通过在避雷线与接地极之间并联复合绝缘子和空气间隙的方式实现间接连接。所述实施例为逐基间接接地，接地电阻阻值应满足DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》所述要求。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。