一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法及装置与流程

本发明涉及消除工频绝缘强度损失方法领域，尤其涉及一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法及装置。

背景技术：

现有的架空输配电线路雷电防护体系是以“阻塞型”防雷模式为主，主要措施为架设避雷线和耦合地线、降低杆塔接地电阻、增强线路绝缘和安装线路避雷器等，其主要目的为限制雷击过电压，减少雷击跳闸。但是由于“阻塞型”防雷模式受到其有效性、安全性以及经济性的制约，仅能防护单次的弱雷击，对巨大雷击和多重雷击防护存在巨大空白，雷击跳闸率长期“居高不下”。

现有的“疏导型”防雷模式作为“阻塞型”防雷模式的补充，主要是在绝缘子(串)两端安装并联保护间隙，其结构简单、安装方便，为了确保间隙的放电电压低于绝缘子(串)的放电电压，间隙距离l为绝缘子长度距离l0的0.7～0.8倍，l/l0称为绝缘配合比，其值通常小于1。静态绝缘配合比在有雷、无雷情况下都一样，在有雷情况下，并联保护间隙会优先被击穿，从而避免绝缘子闪络；但在无雷情况下就会破坏工频绝缘强度，降低工频击穿电压，降低线路绝缘水平，容易在工频工作电压与操作过电压下发生间隙击穿，造成误动作。

针对上述问题，本发明提出了一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法及装置，以解决背景技术中所提到的技术问题。

一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法，所述绝缘配合方法包括如下过程：

步骤1：将预电离放电系统设置在杆塔上或杆塔附近，预电离放电系统之间形成的空气间隙的长度等于或者大于绝缘子的长度；

步骤2：在无雷情况下时，预电离放电系统的绝缘配合比等于1或者大于1；

步骤3：当雷击在杆塔或杆塔附近时，设置在杆塔上的预电离放电系统感知雷电，预电离放电系统预电离放电，产生自由电子和/或者火花；

步骤4：绝缘配合比减小，预电离放电系统的预电离间隙通道优先被雷电击穿，空气间隙更容易击穿，伏秒特性更为平坦。

进一步地，所述步骤3中预电离放电系统包括雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块，设置于杆塔绝缘子两端的雷电感应模块感知雷电的电场强度，并输出信号给触发控制模块，触发控制模块接收到电场强度信号后进行判断，当电场强度大于阈值时，对储能模块发出开启信号，储能模块接收到开启信号后对预电离模块提供预电离能量，预电离能量在预电离模块中形成高电压电离放电，产生大量自由电子和/或火花放电。

进一步地，所述雷电感应模块安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度，触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块，储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子或者出现电离火花放电。

进一步地，所述步骤1中，所述绝缘子上端设置有连接低压端的上电极，底部设置有连接高压端的下电极，预电离放电系统设置上电极和/或下电极上。

进一步地，所述步骤4中，在绝缘配合中，当雷击杆塔或杆塔附近时，预电离放电系统工作后空气间隙中的自由电子增加，形成优先放电通道，产生火花放电，确保间隙的放电电压远低于绝缘子或者绝缘子串的放电电压，实际绝缘配合比远小于1，预电离通道近似短路。

进一步地，雷击档距中央时，电弧在避雷线与导线之间发生短路的时间远大于雷电过电压从雷击点沿避雷线或导线传导到杆塔的时间，预电离通道优先击穿后，避雷线与导线等电位，并立即传导到档距中央雷击点，使雷击点也等电位，避免档距中央发生闪络。

进一步地，所述上电极为主动灭弧装置和/或者金属电极，下电极为主动灭弧装置和/或者金属电极。

一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合装置，包括上电极、下电极和预电离放电系统，所述上电极和下电极分别设置在绝缘子或者绝缘串两端，所述上电极和下电极之间构成空气间隙，空气间隙的距离大于或者等于绝缘子或者绝缘串的长度，预电离放电系统设置在上电极和/或下电极上，且分别与输电线路或者避雷线连接，预电离放电系统感知雷电，预电离放电系统预电离放电，产生自由电子和/或者火花，空气间隙短路放电。

进一步地，所述预电离放电系统是由雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块，雷电感应模块安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度；触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块；储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子，甚至出现电离火花放电。

进一步地，雷击档距中央时，电弧在避雷线与导线之间发生短路的时间远大于雷电过电压从雷击点沿避雷线或导线传导到杆塔的时间，空气间隙优先击穿后，避雷线与导线等电位，并迅速传导到档距中央雷击点，使雷击点也等电位，档距中央无法发生闪络。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)当雷击发生时，雷电波就会在预电离通道中放电，放电伏秒特性平坦、绝缘配合保护范围扩大。

(2)在无雷情况下，不会破坏工频绝缘强度，即使在工频工作电压与操作过电压下也不会发生间隙击穿，避免了误动作。

(3)雷击时，由于绝缘配合比由原来的1(或大于1)变成了远小于1，此时间隙绝缘强度比绝缘子(串)绝缘强度低，间隙更容易击穿，使间隙击穿不依赖于雷电流幅值和陡度。预电离放电系统和主动灭弧式并联间隙配合使用，在间隙击穿后，流过间隙的雷电能量释放入地，降低了雷电过电压。

附图说明

图1为预电离放电系统模块工作流程图。

图2为预电离放电系统工作过程流程图。

图3为动态绝缘配合比结构安装示意图。

图4为静态绝缘配合比与动态绝缘配合比中空气间隙击穿伏秒特性。

图中：1-上电极；2-火花放电；3-自由电子；4-下电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

根据上述的原理说明和参阅图1-3对本发明实施例进一步说明：

本发明提供一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合方法，所述绝缘配合方法包括如下过程：

步骤1：将预电离放电系统设置在杆塔上，预电离放电系统之间形成的空气间隙的长度等于或者大于绝缘子的长度。缘子上端设置有连接低压端的上电极，底部设置有连接高压端的下电极，预电离放电系统设置上电极和/或下电极上。上电极为主动灭弧装置和/或者金属电极，下电极为主动灭弧装置和/或者金属电极。在动态绝缘配合比中，无雷情况下，绝缘配合比可等于1或大于1，确保工频绝缘强度不减小。

在工频工作的时候，有时输电线的电压会有波动，有时导线上的电压会出现变大的情况，原有的设置间隙灭弧装置的两端使得绝缘强度变小，常常距离会比绝缘子的长度短，从而降低了工频绝缘强度。因此在电压波动时，使得间隙灭弧装置的两端间隙会导通，出现短路，经常出现跳闸，影响正常的输电运营。为了能解决该技术问题同时解决雷击档距中央出现闪络的情况。雷击发生时，通过提前感应然后空气间隙提前放电，无雷情况时，空隙间隙的距离最少和绝缘子的一样长，然后更好的提高工频绝缘强度。

如图1-4所示，无雷情况下，预电离放电系统不工作，此时绝缘配合比l/l0可等于1或大于1，工频绝缘强度不减小，确保线路在工频工作电压与操作过电压下不发生间隙击穿，避免误动作。

步骤2：在无雷情况下时，预电离放电系统的绝缘配合比等于1或者大于1。在工频条件下时，上下电极之间的距离为大于或者等于绝缘子的长度，从而使得绝缘配合强度没有削弱，使得在工频突变电压时，不会出现放电间隙短路的情况。如图3所示，绝缘子的长度为l0，上下电极的空隙间隙为l，当打雷时，释放电子后，空隙间隙l变为l1，l1的长度远远比空隙间隙l小，接近零，实现短路。

步骤3：当雷击在档距中央或者档距中央附近时，雷电过电压从雷击点向两端的杆塔传导。高压线很多时候需要经过一些山谷、峡谷或者河流等，两个杆塔之间的距离比较远，当雷击时，很大的概率会雷击到档距中央的位置，很少会雷击在杆塔上。而在档距中央的位置常常会出现闪络的情况，形成闪络需要一定时间，现有没有很好的手段防止闪络出现的技术手段。但是由于雷击到导线或者避雷线上时，传导的速度相当光速，因此传输的时间远远小于形成闪络的时间。如图4所示，雷击档距中央时，高电压向两边传导，传导的速度接近光速，非常的快，然后杆塔感应到的时间与雷击的时间差不多为一个时间点，因此可以在档距中央闪络形成之前进行放电。

步骤4：设置在杆塔上的预电离放电系统感知雷电，预电离放电系统预电离放电，产生自由电子和/或者火花。预电离放电系统包括雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块，设置于杆塔绝缘子两端的雷电感应模块感知雷电的电场强度，并输出信号给触发控制模块，触发控制模块接收到电场强度信号后进行判断，当电场强度大于阈值时，对储能模块发出开启信号，储能模块接收到开启信号后对预电离模块提供预电离能量，预电离能量在预电离模块中形成高电压电离放电，产生大量自由电子和/或火花放电。

雷电感应模块安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度，触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块，储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子或者出现电离火花放电。

雷云逼近时，在雷云和大地间形成高电场，感应模块感应附近的电场强度并向触发控制模块输出电场强度信号，触发控制判断电场强度，当电场强度大于一阈值时，向储能模块发出开启信号，储能模块向预电离模块提供预电离能量。在间隙之间形成预电离通道，使间隙之间的自由电子增加，产生火花放电，自动减小绝缘配合比。火花放电位置可在上电极或下电极产生，也可以同时在上、下电极产生，确保间隙的放电电压低于绝缘子(串)的放电电压，形成优先放电通道，实际绝缘配合比l1/l0远小于1，可趋于0，预电离通道近似短路，避免雷电在绝缘子处发生闪络。

预电离放电系统是由雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块以及配件构成的一个整体的大模块，可在上、下电极单独使用，也可以同时配合使用。雷电感应模块可安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度；触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块；储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子，甚至出现电离火花放电。

其中在雷击到高压线的档距中央时，雷电从档距中央传输到杆塔上的时间设定为t传，预电离放电系统反应的时间为t反，由于预电离放电系统反应时间是一个对信号感知和阀值大小对比，从而使得时间也非常的短，只用到了零点几微秒级别。因此，假设雷击到放电的时间为t1，雷击到形成闪络的时间为t2，则t传+t反＝t1，t1远远小于t2，因此，在闪络还没有形成之前就开始放电，使得雷击处的避雷线和导线形成了等电位，闪络无法生成。

步骤5：绝缘配合比减小，预电离放电系统的预电离间隙通道优先被雷电击穿，空气间隙更容易击穿，伏秒特性更为平坦。在绝缘配合中，当雷击档距中央或者档距中央的附近时，雷电过电压从雷击点向杆塔传导，预电离放电系统工作后空气间隙中的自由电子增加，形成优先放电通道，产生火花放电，确保间隙的放电电压远低于绝缘子或者绝缘子串的放电电压，实际绝缘配合比远小于1，预电离通道近似短路。

雷击档距中央时，电弧在避雷线与导线之间发生短路的时间远大于雷电过电压从雷击点沿避雷线或导线传导到杆塔的时间，预电离通道优先击穿后，避雷线与导线等电位，并立即传导到档距中央雷击点，使雷击点也等电位，避免档距中央发生闪络。

在有雷、无雷两种情况下自动调整绝缘配合比，拉开这两种情况下的绝缘配合比例，解决绝缘破坏对工频绝缘强度的衰减问题。

如图3所示，绝缘子的距离长度为l0，上下电极的之间的空隙间隙为l，当上下电极产生了自由电子或者电火花后，有自由电子或者电火花的那部分相当已经导通，然后使得空隙间隙变成了l1，l1为l减去有自由电子或者电火花的那部分距离。间隙的放电电压远低于绝缘子(串)的放电电压，此时动态绝缘配合比l1/l0远小于1，形成优先放电通道，预电离间隙优先闪络，使避雷线和导线等电位并传导到雷击点，雷击处也等电位，从而避免了档距中央发生闪络。

由于雷电电压波、电流波在避雷线或输电线路上传导的速度非常快，接近光速，远远快于档距中央导地线间电弧产生并形成贯穿性通道的速度，所以档距中央雷击点横向闪络概率大大降低，绝缘配合保护范围从绝缘子扩大到全档距范围。

一种消除工频绝缘强度损失的动态绝缘配合装置，包括上电极、下电极和预电离放电系统，所述上电极和下电极分别设置在绝缘子或者绝缘串两端，所述上电极和下电极之间构成空气间隙，空气间隙的距离大于或者等于绝缘子或者绝缘串的长度，预电离放电系统设置在上电极和/或下电极上，且分别与输电线路或者避雷线连接，预电离放电系统感知雷电，预电离放电系统预电离放电，产生自由电子和/或者火花，空气间隙短路放电。

预电离放电系统是由雷电感应模块、触发控制模块、储能模块和预电离模块，雷电感应模块安装在输电线路、避雷线或横担上，用于感应周围的电场强度；触发控制模块对接收到的信号进行判断，决定是否开启储能模块；储能模块用于存储产生预电离的能量；预电离模块利用储能模块中的能量进行预电离放电，产生大量自由电子，甚至出现电离火花放电。

雷击档距中央时，电弧在避雷线与导线之间发生短路的时间远大于雷电过电压从雷击点沿避雷线或导线传导到杆塔的时间，空气间隙优先击穿后，避雷线与导线等电位，并传导到档距中央雷击点，使雷击点也等电位，档距中央无法发生闪络。

在有雷、无雷两种情况下自动调整绝缘配合比，拉开这两种情况下的绝缘配合比，解决了绝缘破坏对工频绝缘强度的衰减问题。

在雷击情况下，静态绝缘配合比空气间隙击穿伏秒特性曲线的电压峰值较高，陡度较大。在运用预电离放电系统后，通过雷电感应模块感应空气中的电场强度，通过触发控制在间隙之间形成预电离放电，增强空气间隙之间的自由电子浓度，产生火花放电，降低空气间隙的绝缘强度。当雷击时，同一电压作用下所需的空气间隙击穿时间由于绝缘强度降低而减小，所以在动态绝缘配合方法下，空气间隙更容易击穿，并且伏秒特性更为平坦。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。