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一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法

阅读：1009发布：2020-05-18

专利汇可以提供一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法，该方法包含步骤1～4，步骤1：雷电流保护阈值设置，步骤2：氧化锌电阻片残压测试与防雷段伏安特性曲线测量，步骤3：保护间隙结构设计与击穿电压试验，步骤4：保护间隙距离确定。该方法通过科学合理的设计防雷段保护间隙，解决了当遭遇过大雷击时，现有的应用于取消地线输电线路的防雷防冰闪合成绝缘子缺乏保护装置易发生损坏的技术问题，且该方法简单易行且计算量小。，下面是一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法，其特征在于，包括步骤1：雷电流保护阈值设置：设置雷击电流保护阈值Im，当雷电流幅值超过Im时，防雷段的保护间隙被击穿；
步骤2：氧化锌电阻片残压测试与防雷段伏安特性曲线测量：通过冲击电流作用于氧化锌电阻片，测试得到氧化锌电阻片在大电流区段的伏安特性曲线，得到不同冲击电流作用下的防雷段残压；
步骤3：保护间隙结构设计与击穿电压试验：采用棒-棒电极作为保护间隙结构，通过冲击电压发生器输出脉冲电压，进行击穿电压试验，测量得到不同间隙距离下的棒-棒电极冲击闪络电压，并得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线；
步骤4：保护间隙距离确定：根据步骤1中的雷击电流保护阈值Im和步骤2中的防雷段伏安特性曲线，得到防雷段两端的动作残压Um，并根据动作残压Um和步骤3中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线，计算得到保护间隙距离dm。
2.根据权利要求1所述的防雷段保护间隙设计方法，其特征在于，所述步骤1的雷击电流保护阈值Im<150kA。
3.根据权利要求1所述的防雷段保护间隙设计方法，其特征在于，所述步骤2中具体包括：通过冲击电流发生器产生波形为4/10μs脉冲式的冲击电流，作用于防雷段采用的氧化锌电阻片，冲击电流幅值处于50-150kA，每10kA测试一个点，每次测试采用一片全新电阻片，直到氧化锌电阻片损坏，测量测量得到氧化锌电阻片的伏安特性曲线，单片氧化锌电阻片的伏安特性曲线乘以电阻片个数等于整个防雷段的伏安特性曲线，伏安特性曲线为分段线性函数：
其中，U1表示残压，I表示电流值，a1，b1，a2，b2分别为线形拟合时得到的线性拟合常数，I0为伏安特性曲线中非线性段与大电流段的临界值。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的防雷段保护间隙设计方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：设计保护间隙结构时，为了实现高通流能力和防雷防冰闪功能，且考虑到棒棒间隙极性效应小，因此保护间隙电极结构选为棒棒间隙结构，对棒棒保护间隙施加2.6/
50μs脉冲式的冲击电压，得到击穿电压随间隙距离变化曲线。
拟合得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的计算公式：
其中，U3和U4分别表示保护间隙正极性击穿电压和负极性击穿电压，d表示保护间隙距离，a3，b3，a4，b4分别为拟合得到的常数。
5.根据权利要求4所述的防雷段保护间隙设计方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线具体选择为负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线。
6.一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至5任一项所述的防雷段保护间隙设计方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至5任一项所述的防雷段保护间隙设计方法。

说明书全文

一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统防灾减灾技术领域，具体涉及一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法。

背景技术

[0002] 经数据统计，电力系统中50％以上的跳闸事故是由于雷击引发。随着国民经济的不断发展，人民对用电可靠性提出了更高的要求，故降低输电线路的雷击跳闸率、建立健全的电网防雷体系，对提高电力系统的稳定性具有重要的作用

[0003] 由于越来越多的输电线路跨越高寒山区，取消地线并加装高通流能力防雷防冰闪合成绝缘子的输电线路得到了越来越广泛的应用，现有的防雷防冰闪合成绝缘子防雷模块可以耐受大多数雷击，然而也可能存在雷电流幅值过高造成输电线路雷击跳闸导致防雷防冰闪合成绝缘子损坏的现象，故需要根据实际情况设计绝缘子防雷段，以疏导较大的雷电流，且提高其防雷防冰闪能力。

[0004] 然而，在现有技术中，针对上述问题，暂时还没有关于成熟系统的防雷防冰闪合成绝缘子防雷段的保护或者设计方法。

发明内容

[0005] 针对以上情况，本发明提出了一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法，从而解决当遭遇过大雷击时，现有的应用于取消地线输电线路的防雷防冰闪合成绝缘子缺乏保护装置易发生损坏的技术问题。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法，包括如下步骤1～4：

[0007] 步骤1：雷电流保护阈值设置：设置雷击电流保护阈值Im，当雷电流幅值超过Im时，防雷段的保护间隙被击穿；

[0008] 步骤2：氧化锌电阻片残压测试与防雷段伏安特性曲线测量：通过冲击电流作用于氧化锌电阻片，测试得到氧化锌电阻片在大电流区段的伏安特性曲线，得到不同冲击电流作用下的防雷段残压；

[0009] 步骤3：保护间隙结构设计与击穿电压试验：采用棒-棒电极作为保护间隙结构，通过冲击电压发生器输出脉冲电压，进行击穿电压试验，测量得到不同间隙距离下的棒-棒电极冲击闪络电压，并得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线；

[0010] 步骤4：保护间隙距离确定：根据步骤1中的雷击电流保护阈值Im和步骤2中的防雷段伏安特性曲线，得到防雷段两端的动作残压Um，并根据动作残压Um和步骤3中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线，计算得到保护间隙距离dm。

[0011] 进一步的，所述步骤1的雷击电流保护阈值Im<150kA。

[0012] 进一步的，所述步骤2中具体包括：通过冲击电流发生器产生波形为4/10μs脉冲式的冲击电流，作用于防雷段采用的氧化锌电阻片，冲击电流幅值处于50-150kA，每10kA测试一个点，每次测试采用一片全新电阻片，直到氧化锌电阻片损坏，测量测量得到氧化锌电阻片的伏安特性曲线，单片氧化锌电阻片的伏安特性曲线乘以电阻片个数等于整个防雷段的伏安特性曲线，伏安特性曲线为分段线性函数：

[0013]

[0014] 其中，U1表示残压，I表示电流值，a1，b1，a2，b2分别为线形拟合时得到的线性拟合常数，I0为伏安特性曲线中非线性段与大电流段的临界值。

[0015] 进一步的，所述步骤3具体包括：设计保护间隙结构时，为了实现高通流能力和防雷防冰闪功能，且考虑到棒棒间隙极性效应小，因此保护间隙电极结构选为棒棒间隙结构，对棒棒保护间隙施加2.6/50μs脉冲式的冲击电压，得到击穿电压随间隙距离变化曲线，[0016] 拟合得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的计算公式：

[0017]

[0018] 其中，U3和U4分别表示保护间隙正极性击穿电压和负极性击穿电压，d表示保护间隙距离，a3，b3，a4，b4分别为拟合得到的常数。

[0019] 进一步的，所述步骤3和步骤4中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线具体选择为负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线。

[0020] 在另外一个方面，本发明还公开了一种防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计装置，包括：

[0021] 至少一个处理器；以及

[0022] 与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

[0023] 所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任一项所述的防雷段保护间隙设计方法。

[0024] 在另外一个方面，本发明还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述任一项所述的防雷段保护间隙设计方法。

[0025] 相对于现有技术，本发明的有益效果是：

[0026] 1、本发明的防雷段保护间隙设计方法可以有效疏导过大的雷电流，防止防雷防冰闪合成绝缘子防雷段被雷电流轻易损坏。

[0027] 2、本发明的防雷段保护间隙设计方法还能够批量设计不同规格和需求的绝缘子，其设计方法简便有效且适于通过计算机运行计算。附图说明

[0028] 图1为本发明中的防雷防冰闪合成绝缘子及保护间隙的结构图；

[0029] 图2为本发明中的防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法的流程图；

[0030] 图3为本发明的雷电流，防雷段两端电压以及保护间隙距离的变量对应关系曲线图。

[0031] 附图标记说明：

[0032] 1、防雷防冰闪合成绝缘子防雷段，2、防雷防冰闪合成绝缘子绝缘段，3、绝缘段两端均压环，4、防雷段两端保护间隙。

具体实施方式

[0033] 下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

[0034] 如图1所示，其为表示防雷防冰闪合成绝缘子及保护间隙结构图，作为常规的防雷防冰闪合成绝缘子，其中附图标记1表示防雷防冰闪合成绝缘子防雷段，2表示防雷防冰闪合成绝缘子绝缘段，3表示绝缘段两端均压环，4表示防雷段两端保护间隙。其中，防雷段两端保护间隙4的两端分别与防雷防冰绝缘子接地端以及绝缘段均压环3相连。当雷电作用于输电线路时，绝缘段均压环3首先击穿，雷电沿绝缘段两端电弧以及防雷段氧化锌电阻片进入大地。当雷电流过大时，防雷段残压导致保护间隙击穿，雷电流沿保护间隙的间隙电弧进入地平面，进而起到保护氧化锌电阻片的作用。

[0035] 如图2的防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法的流程图所示，本发明的防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法用于设计防雷段并联保护间隙，当防雷防冰闪合成绝缘子防雷段遭受过高幅值的雷击时，雷电沿保护间隙击穿，不流经氧化锌电阻片，可以防止防雷段因雷电流幅值过高发生损坏，具有结构简便可靠性高等特点，其具体包括如下步骤：

[0036] 步骤1：雷电流保护阈值设置：设置雷击电流保护阈值Im(Im<150kA)，当雷电流幅值超过Im时，保护间隙击穿；

[0037] 步骤2：氧化锌电阻片残压测试与防雷段伏安特性曲线测量：通过冲击电流发生器产生冲击电流，作用于氧化锌电阻片，测试得到氧化锌电阻片在大电流区段的伏安特性曲线，得到不同冲击电流作用下的防雷段残压；

[0038] 所述步骤2中具体包括：通过冲击电流发生器产生波形为4/10μs脉冲式的冲击电流，作用于防雷段采用的氧化锌电阻片，冲击电流幅值处于50-150kA，每10kA测试一个点，每次测试采用一片全新电阻片，直到氧化锌电阻片损坏，测量测量得到氧化锌电阻片的伏安特性曲线，单片氧化锌电阻片的伏安特性曲线乘以电阻片个数等于整个防雷段的伏安特性曲线，伏安特性曲线为分段线性函数：

[0039]

[0040] 上式中，U1表示残压，I表示电流值，a1，b1，a2，b2分别为线形拟合时得到的线性拟合常数，I0为伏安特性曲线中非线性段与大电流段的临界值(参见图3中左图的两条直线的交点)。

[0041] 步骤3：保护间隙结构设计与击穿电压试验：考虑到棒-棒电极的极性效应小，因此采用棒-棒电极作为保护间隙结构，通过冲击电压发生器输出脉冲电压，进行击穿电压试验，测量得到不同间隙距离下的棒-棒电极冲击闪络电压，并得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线。

[0042] 所述步骤3具体包括：设计保护间隙结构时，为了实现高通流能力和防雷防冰闪功能，且考虑到棒棒间隙极性效应小，因此保护间隙电极结构选为棒棒间隙结构，对棒棒保护间隙施加2.6/50μs脉冲式的冲击电压，得到击穿电压随间隙距离变化曲线，[0043] 拟合得到正负极性冲击闪络电压随间隙距离的计算公式：

[0044]

[0045] 上式中，U3和U4分别表示保护间隙正极性击穿电压和负极性击穿电压，d表示保护间隙距离，a3，b3，a4，b4分别为拟合得到的常数。

[0046] 步骤4：保护间隙距离确定：根据雷击电流保护阈值Im和步骤2中的防雷段伏安特性曲线得到防雷段两端的动作残压Um，并根据动作残压Um和步骤3中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线，计算得到保护间隙距离dm。

[0047] 值得一提的是，本发明的方法特别适合于通过计算机软件来实现，故上述防雷防冰闪合成绝缘子防雷段保护间隙设计方法可使用带计算机指令的非暂态计算机可读存储介质或者包括处理器的计算机来实现。

[0048] 图3为氧化锌电阻片在冲击段伏安特性曲线以及间隙距离与雷电压幅值之间的关系。首先根据雷电流动作幅值Im，和步骤2中的防雷段伏安特性曲线(即图3中左方的坐标曲线)，整理得到氧化锌电阻片动作残压Um，根据氧化锌电阻片动作残压Um，并根据动作残压Um和步骤3中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的关系曲线(即图3中右方的坐标曲线)，计算得到相应的保护距离dm，由于自然界负极性雷占大多数，所以优先按负极性雷(对应电压U4的线性曲线)进行整定计算。值得一提的是，为了减少运算量，进行了关系曲线的线性拟合计算，即步骤2中的防雷段伏安特性曲线以及步骤3中的正负极性冲击闪络电压随间隙距离的曲线都为线性的曲线。

[0049] 最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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