一种500kV输电线路复合绝缘子并联间隙的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及并联间隙防雷的技术领域，尤其是指一种500kV输电线路复合绝缘子 并联间隙的设计方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着经济发展，我国电力需求不断增大。然而我国电能的分布和消费是不均衡 的。沿海地区人口众多，经济较发达，要消耗更多的能源，也就需要更多的电力供应，因此也 就有了"西电东送"工程。要长距离输送电能，就要采用超特高压输电线路。超高压输电线 路具有输送容量大、分布线路多、分布范围广等特点，其所要跨越的地区地形、气候条件极 为复杂，输电线路运行过程中会受到各种因素影响产生故障，如雷击、污秽、覆冰等。这其中 高压输电线路的雷击跳闸故障更是己经成为影响世界各国电网安全供电的一个难题。
[0003] 架空送电线路现有防雷措施有：架设避雷线、降低接地电阻、提高绝缘配置、加装 藕合地线、安装线路避雷器等。其核心思想是尽可能地提高线路的耐雷水平，减少雷击跳闸 率。这些防雷措施可归纳为"堵塞型"防雷保护的方式。
[0004] 近年来，随着我国电网快速发展，网架结构日益增强。而且，随着技术进步，变电站 大量采用SF6断路器，继电保护实现微机化，重合闸装置得到普遍使用，此时若仍沿用"堵 塞型"防雷保护方式，已显不足。电力部门将眼光投向并联间隙防雷这一"疏导型"的防雷 方式。并联间隙防雷，就是利用并联问隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的雷电冲击放 电电压这一特点，让防雷间隙提前放电，从而起到保护绝缘子的作用。
[0005] 并联间隙防雷，是和传统防雷保护方式不同的一种"疏导型"的防雷保护方式。 由于并联间隙防雷保护方式的技术原理独特、装置结构简单、安装方便、经济性能优良等 优点，它正逐渐受到电力部门的接受和青睐。我国并联间隙研究基础薄弱，特别是对用于 500kV输电线的平行间隙的研究少之又少，而绕击雷过电压是500kV输电线路故障的主要 原因。因此，基于Ansys仿真软件，搭建500kV输电线路绝缘子模型，并设计发明一种500kV 均压性能良好的并联间隙，对于开发性能优良的、能够投入实际工程的并联间隙装置，是非 常有必要的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种500kV输电线路复合绝缘子并 联间隙的设计方法，大大提高了供电可靠性。
[0007] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种500kV输电线路复合绝缘子 并联间隙的设计方法，包括以下步骤：
[0008] 1)确定并联间隙招弧电极的形状
[0009] 招弧电极的基本形式分为两类：棒形和环形，前者为了改善端头的电场分布，防止 棒端烧损过快，可将端头设计为小球或羊角形；后者是为了获得明显的均压作用和较好地 保护绝缘子；
[0010] 2)确定并联间隙招弧电极的材料
[0011] 并联间隙招弧电极的电弧燃烧特性是选择材料的决定性因素，试验表明，条件相 同的情况下，电弧运动的速度只取决于材料，采用钢材料电极上电弧的运动速度要比采用 铝材料上的高出50%，而铜和铝的情况则相同，铝的热耗比钢高得多，在同样的热应力下， 不同电极在弧根烧灼的位置，铝的金属损耗要比钢高4~5倍。在间隙装置所用的棒或管 尺寸相同的情况下，其机械强度与材料强度成正比，铝质间隙装置只有在采用更大的尺寸 时才能达到与钢质间隙装置相同的稳定性，考虑到防腐需要，热镀锌钢是制作架空线路并 联间隙招弧电极最合适的材料；
[0012] 3)确定并联间隙招弧电极的界面
[0013] 并联间隙应可多次动作而不损坏，这就要求其具有一定的热稳定性。招弧电极的 截面决定了其热稳定性，截面的选择受系统短路电路大小和短路持续时间影响。招弧电极 的最小截面可参照接地装置的热稳定校验所需符合的截面要求，并留有一定的裕度。
[0014] 4)确定并联间隙的几何尺寸
[0015] 为减小可听噪声以及提高电晕特性，并联间隙的几何尺寸需结合绝缘子周围电场 分布计算或可见电晕试验共同确定，使之满足不起电晕且均匀电场分布的条件。
[0016] 4. 1)在雷电冲击过电压下的并联间隙间隙距离整定计算
[0017] 采用I. 2/50US标准雷电波冲击时的并联间隙电极间隙击穿电压与绝缘子串闪络 电压分别作为最大过电压、耐受电压；间隙被击穿需要的时间与电压型式、间隙的结构这些 因素有关，因此这一时间具有不可预知的偶然性，这一因素就使电极间隙击穿规律要通过 大量统计数据来发现与归纳；
[0018] 假设Ub5。为引弧间隙在雷电冲击50%放电电压，u j5。为绝缘子串的雷电冲击50% 放电电压，σ为标准偏差，则由实验经验可得：u b5Q(l+3〇) =uj5Q(l-3〇);
[0019] 500kV架空线路的绝缘子串通常有25片，常用的XP-7型瓷质盘形悬式绝缘子串长 为438mm，查阅正极性雷电冲击电压下绝缘子串击穿电压和其长度曲线图推出，线路绝缘子 串雷电冲击50%放电电压11_= 365.71^，根据公式计算得到，1^5。= 305.41^;
[0020] 再依据招弧间隙的计算标准，公式如下所示：
[0021] Ub50= 550H+80
[0022] 其中Ub5。为雷电冲击击穿电压，单位kV ;H为并联间隙间隙距离单位为m ;
[0023] 推出Ub5。= 305. 4kV时，并联间隙间隙距离H = 410mm，这是并联间隙在雷击下的 最大间隙距离；
[0024] 4. 2)在操作过电压下的并联间隙距离整定计算
[0025] 当电力系统运行中由于运行状态的突然变化，会导致系统内电感和电容元件间 电磁能的相互转换，引起震荡性的过渡过程，因而在某些设备或局部线路上会出现数倍于 工频电压过电压的操作过电压。通常采用250/2500US的标准操作冲击波来对并联间隙距 离进行计算，试验表明，并联间隙的操作冲击50%放电电压要比系统的最大操作过电压高 17. 6% ；
[0026] 根据上述并联间隙的计算标准，可以得知：500kV系统的最大操作过电压为 1900kV，推出间隙操作冲击击穿电压为2234kV时，招弧角间隙距离H = 272mm，故招弧角的 最小间隙距离应大于等于272mm ;
[0027] 4.3)最终并联间隙距离的确定
[0028] 综合上述雷电冲击电压和操作冲击电压下的并联间隙距离整定计算结果，并联间 隙在满足线路设计要求下，其最大间隙距离为410mm，最小间隙距为272mm，故并联间隙间 距应在（272,410)mm的范围内；
[0029] 5)并联间隙的电气性能测验
[0030] 5. 1)雷电冲击放电电压及伏秒特性试验
[0031] 安装并联间隙装置后，雷电冲击50 %放电电压和雷电冲击伏秒特性降低了 15%~20%，这主要是由于并联间隙装置减小了绝缘距离，另外，并联间隙端部为球头，造 成局部电场畸变，会使放电电压有所降低，间隙距离与雷电冲击50%放电电压值之间具有 较好的线性关系，各并联间隙的雷电冲击伏秒特性曲线均在复合绝缘子的伏秒特性曲线之 下，并联间隙可起到在雷电过电压下保护复合绝缘子的作用；
[0032] 5. 2)可见电晕和无线电干扰试验
[0033] 当工频试验电压升高到IOOkV时即大于规定试验电压87. 6kV，并联间隙的上、下 电极仍未见可见电晕，并联间隙的可见电晕性能满足国家标准要求，在无线电干扰特性的 试验中，当工频试验电压升高到IOOkV时即大于规定试验电压87. 6kV，复合绝缘子用并联 间隙在IMHz下的无线电干扰电压分别为126和141 μ V，小于1000 μ V规定值，可知并联间 隙的无线电干扰性能满足国家标准要求；
[0034] 5. 3)工频电弧燃弧特性试验
[0035] 工频大电流燃弧特性试验验证了线路绝缘子雷击闪络过后，后续的工频短路电流 产生的电弧是否能被引导到并联间隙装置上，且电弧是否能够固定在并联间隙装置的球头 位置燃烧，从而使绝缘子串免于灼烧，在模拟导线上有电弧烧蚀的痕迹，说明电弧在电动力 的作用下向电源外侧运动，试验结果表明，所设计的500kV并联间隙装置满足设计要求。
[0036] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0037] 本发明提出一种基于ANSYS仿真的并联间隙设计样式，改变环直径、环体半径、端 点球头直径、罩入深度等参数，分析并联间隙和绝缘子周围电场强度的分布，选择均压性能 最优的并联间隙式样为设计式样，特别适合用于设计均压性能良好的、导弧速度快且保护 效果好的500kV输电线路复合绝缘子并联间隙。
【附图说明】