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摘要：110kV架空输电线路地处旷野，线路距离长，易于遭受雷击。并常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电等事故。针对这种情况，为110kV输电线路设计一种结构简单、维护方便的保护间隙，将雷电流及时接地，又对用户不间断供电，从而起到防止绝缘子闪络烧毁，维持线路正常运行的作用。
关键词：防雷保护间隙；绝缘子串电压；110kV输电线路
由于雷击造成的架空输电线路故障，是架空输电线路的主要故障类型之一，往往造成巨大的经济损失和不良的社会影响。架空输电线路防雷工作经过不断的研究探索，虽取得了一定成效，但是，电网中由雷击引起的故障仍占很大比例。我国近年来的架空输电线路故障统计数据表明雷击故障仍占线路总故障的70％左右。雷击故障往往会造成线路绝缘破坏，甚至导致掉线等恶性事故，引起局部停电危及系统安全，不论从发生频度，还是从产生的后果来看，雷击故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。
一、110kV输电线路防雷保护间隙设计分析
110kV架空输电线路地处旷野，线路距离长，易于遭受雷击。因雷击线路引起的直击雷过电压，常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电等事故。据统计，近十年来国内外运行经验表明，输电线路50％以上的事故是由雷害引起的，因此，目前大气过电压引起的绝缘闪络已经成为线路故障的原因，杆塔电阻主要用于减少雷电反击，以线路的耐雷水平，避雷线可以屏蔽线路，减少雷电绕击导线的概率，但不能完全防止绕击的发生；加强绝缘可提高耐雷水平，但受杆塔尺寸的限制；安装线路避雷器效果好，但投资巨大，只能用于线路雷电易击段、易击点、易击相。针对这种情况，为110kV输电线路设计了这种结构简单，维护方便的保护间隙，安装在绝缘子串两端，当雷击线路时它在系统中与自动重合闸配合使用，即可将雷电流及时接地，又可对用户不问断供电，从而起到防止绝缘子闪络烧毁，维持线路正常运行的作用。
二、110kV输电线路防雷保护间隙的设计要求
根据保护间隙的设计原则，用于110kV 输电线路的防雷保护间隙的设计也应该考虑以下几个方面的要求：首先，雷击线路时，保护间隙应当能够先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是保护问隙的首要作用。其次，保护间隙与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。最后，由于110kV线路的绝缘子串较长，因此应当考虑由于杂散电容造成的绝缘子串电压分布不均匀问题，即要求保护间隙对绝缘子串有均压作用，减小电晕产生的可能性。
三、110kV防雷保护间隙构造形式、材料的选择和安装
可用于110kV输电线路的保护间隙主要有以下两种形式：
1、棒形。用直径为28mm的圆钢制造两个棒形电极,使其相对．其间保持一定距离形成放电间隙。为保护棒形电极端部在间隙放电时不被烧伤,通常在棒端安装两个直径为38mm的金属球，以形成球形间隙。由于电压等级较高时，棒形间隙仍有被烧伤的可能，所以此种间隙通常用于220kV等级以下的线路。
2、环形。它是用直径为28mm的圆钢弯曲制成．两环相对形成放电间隙。它对绝缘子串有明显的均压作用，按照1lOkV 线路保护问隙的设计原则，为110kV线路设计的保护间隙。这种l10kV线路保护间隙可采用镀锌钢作为制造材料。保护间隙由直径为28mm的圆钢制成，两端张开712mm，两个引弧端头之间的距离由以下的保护间隙和绝缘子串的绝缘配合决定。
四、11OkV输电线路防雷保护间隙和绝缘子串的绝缘配合
1、雷电冲击过屯压下的绝缘配合雷电过电压的波形具有随机性，实测的数据分散性很大．雷电冲击波的波头时间是在1～5us的范围内变化，波长在20～100us的范围内，多数为50us左右，雷电冲击波的预放电时间通常不大于10us，因此110kV输电线路防雷保护间隙与绝缘子串在雷电过电压下的绝缘配合也采取1.2／50us的标准雷电冲击波形进行。同时，在雷电冲击击穿电压下，空气问隙击穿电压或绝缘子串的闪络电压的概率大体上遵从正态分布。
2、操作过电压下的绝缘配合规程DIfF620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合对以下几种操作过电压进行绝缘配合的相对地最大过电压值进行了规定：空载线路合闸时，由于线路电感和电容的振荡产生的合闸过电压，它在线路重合闸时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，进一步加剧了这一电磁振荡过程．使过电压进一步提高。我国35～220kV电网中，虽然绝缘水平选的较高，但也曾经因为切除空载线路时的过电压而引起多次绝缘闪络或击穿的事故。产生这种过电压的根本原因是因为电弧重燃。所以在按操作过电压要求确定220kV及以下电网的绝缘水平时．主要以切除空载线路的过电压为计算依据。规程对开断采用热轧硅钢片铁芯的110kV和220kV变压器的过电压规定为一般不超过3倍的线路最大运行相电压。因此，对于110kV系统的绝缘配合．系统的最大操作过电压可取为3倍的线路最大运行相电压．即309kV。
五、绝缘子串电压分布的计算
1、有限元计算软件ANSYS简介ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的融结构、传热学、流体、电磁、声学和爆破分析于一体的大型通用有限元软件，它具有功能极为强大的前后处理和计算分析能力，能够同时模拟结构、热、流体、电磁、声学以及多种物理场问的耦合效应。
2、计算模型的建立建模采用了ANSYS软件中的电磁场分析部分，电磁场分析的思想和原理如上所述．其基本原理就是将所处理的对象划分成包含若干节点的有限单元．然后按照麦克斯韦方程．根据矢量磁势或标量电势求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的磁势或电势，继而进一步求解出其他相关量。绝缘子串电压分布的计算属于电场有限元分析，它的计算基础是泊松方程．通过输入模型对象的介电常数，求出节点自由度值，即电标量势电压．然后可以再从求得的节点电压求出电场的其他物理量利用三维有限元计算软件ANSYS，按照实体模型进行建模。
3、计算结果和分析分别对绝缘子串带保护间隙和不带保护间隙两种情况进行了计算，每片绝缘子上的电压降如表，绝缘子序号由小至大为由横担端指向导线端。在线路运行电压的作用下，随着绝缘子串片数的增加，沿绝缘子串的电压分布明显呈现不均匀的分布。由于绝缘子金属部分和导线间电容的影响，靠近导线的三片绝缘子承担的电压明显高于其它几片远离导线的绝缘子，在绝缘子串不安装间隙的情况下，第5、6、7片绝缘子分别承担了全部电压的13．5％、15．1％和19％，靠近导线的第一片绝缘子上的电压降最大，是第3片绝缘子上电压降的1.5倍。靠近横担的第一片绝缘子又因为绝缘子和杆塔间的电容的影响，承担的电压降又有增高。在绝缘子串安装了保护间隙以后，靠近导线端和靠近横担端的绝缘子上的电压降都有所降低，靠近横担端的第一片绝缘子上的电压降比不加装间隙时电压降降低了5％，靠近导线端的第一片绝缘子上的电压降比不加装间隙时降低了7％ ，而且绝缘子串加装间隙后整个绝缘子串的电压分布也比不加装间隙时要均匀的多，可见加装保护间隙对绝缘子串的电压分布有明显的改善效果，而且电压等级越高，绝缘子串片数越长，保护间隙对绝缘子串电压分布的改善效果越明显。
绝缘子上的电压降
采用并联间隙作为架空输电线路的防雷保护措施是对现有防雷措施的有效补充，有着广阔的应用前景。介绍了东莞供电局1 10 kV线路复合绝缘子防雷保护并联间隙的应用研究成果。设计了多种并联间隙防雷保护装置，通过试验研究，验证其接闪雷电、疏导工频续流、均匀工频电场、保护绝缘子及金具的效果。
参考文献：
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[2]罗真海，陈维江．110 kV、220 kV架空输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护研究[J]．电网技术，2015，(10)．
[3]林福昌，龚大卫．特高塔绝缘子串用招弧角的试验研究[J]．高电压技术，2015,(2)．
论文作者:贺春林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/4
标签：绝缘子论文; 间隙论文; 线路论文; 过电压论文; 电压论文; 防雷论文; 雷电论文; 《电力设备》2017年第7期论文;