一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法

摘要

本发明公开了一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法，对特殊位置的电力杆塔用多腔式吹弧防雷装置进行差异化防雷处理，具体如下所述：位置一：台变，在与变压器相邻的前后两个杆塔上安装；位置二：变电站，在靠近变电站的前、后三个杆塔，每个杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置；位置三：在雷区的位于山顶、山梁、坡度25°以上在的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理；位置四：在雷区的位于山凹山谷、垭口的配网线路杆塔装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理。位置五：在跨水域、河流、大片池塘附近100m范围内的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理。

说明书

技术领域

本发明涉及电力线路杆塔防雷技术技术领域，具体涉及一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法。

背景技术

近年来，随着电网的快速发展和强对流天气的增多，雷害故障呈现出一些新的特点，雷击造成的线路两相闪络、同塔双回线路同时闪络、同一输电通道多回线路相继跳闸等严重故障明显增加等。但目前输、配电线路主要采用标准化和典型化的防雷设计，全线不同杆塔和区段往往按统一标准进行防雷配置，未细致考虑线路走廊雷电活动强度、地形地貌及杆塔结构等差异。

这样做出的设计方案通常无法满足全线防雷性能的差异化要求，致使部分杆塔和区段极易成为投运后的雷害集中区域，线路雷击故障频发。雷击跳闸后不仅要迅速查找故障点，对受损绝缘子还需要带电或停电更换，运行维护工作难度较大，并且线路一旦建成，防雷改造成本巨大，改造效果不明显。因此，线路防雷工程应从源头做起，在线路设计阶段即应进行差异化防雷评估，明确新建线路防雷薄弱杆塔和区段，并采用针对性的防雷措施提高防雷性能。

目前，差异化的的防雷策略主要应用于输电线路的防雷设计中。输电线路的档距远比配电线路大，且线路长度一般较长，所跨区域的地形地貌、雷电活动规律等情况相对于配电线路更加复杂。配电线路在配置上相对于输电线路也具有不同的特点，比如杆塔普遍不做接地，没有安装雷电定位系统等，具有适应其自身的防雷设置。基于输、配电线路在结构特点、防雷配置等方面的不同，差异化的防雷方法在配电线路中使用应得到一定的变通。

一般说来，同一地区不同时间的雷电活动存在差异；同一时间，不同地区的雷电活动存在差异。应针对性地制定防雷措施。

在传统的规程法中，对地形地貌考虑不多，地形地貌只对绕击率以及击杆率有影响，并且考虑过于单一，只有平原和山区之分。而实际杆塔所处地形地貌复杂多变，典型的地形如图1所示，图1(a)为山坡，图1(b)为山顶，图1(c)为山谷，图1(d)为跨越山谷，图1(e)为邻近湖泊，图1(f)为线路跨越公路或铁路，图1(g)为高电压等级线路跨越，图1(h)为高低电压等级同杆架设。即以下典型的地形地貌容易引发线路雷击故障：

(1)雷暴走廊，如风口以及顺风的河谷和峡谷等处。

(2)四周是山丘的潮湿盆地，如杆塔周围有池塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌林、附近又有起伏的山丘。

(3)土壤电阻率有突变的地带，如地质断层地带，岩石与土壤、山坡和稻田的交叉区，岩石山脚下有小河谷等地，雷易击于低土壤电阻率处。

(4)存在配电线路与高电压等级线路同杆架设区域、配电线路邻近高电压等级线路区域或有高电压等级线路跨越配电线路区域。

(5)跨越高等级公路、铁路、河流、山谷等大档距线路区域。

在防雷计算中应充分考虑到地形地貌对线路防雷性能的影响。但除了上述殊环境外，在配电网线路，现有技术缺乏对配网电力线路特殊位置的防雷处理。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法，采用了多腔室吹弧技术进行差异化防雷。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法，对特殊位置进行差异化防雷处理，具体如下所述：

位置一：台变，在与变压器相邻的前后两个杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置；

位置二：变电站，在靠近变电站的前、后三个杆塔，每个杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置；

位置三：在雷区的位于山顶、山梁、坡度25°以上在的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理；

位置四：在雷区的位于山凹山谷、垭口的配网线路杆塔装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理。

位置五：在跨水域、河流、大片池塘附近100m范围内的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理。

位置六：位于110kv及以上线路附近50m范围内的配网线路杆塔、有110kv及以上线路从上方垂直横跨交叉配网线路的配网线路的杆塔；配网杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置进行防雷治理；

多腔式吹弧防雷装置包括安装支架、复合绝缘子、放电电极、多腔式吹弧装置、引流线；安装支架上安装有相对设置的复合绝缘子和多腔式吹弧装置；

多腔式吹弧装置包括腔体，腔体被分隔为多腔室，每个腔室内皆设有珠形电极；腔式吹弧装置的腔体远离安装支架的一端设有与珠形电极连接的放电电极；

复合绝缘子远离安装支架的一端也设有放电电极。复合绝缘子上设有的放电电极与多腔式吹弧装置上设有的放电电极相对设置，并存在固定间隙；复合绝缘子设有放电电极的一端还设有引流线；引流线通过线夹与电网线路连接。

作为一种优选技术方案，在上述特殊位置的同时，且位于高海拔地区的杆塔，其上安装的多腔式吹弧防雷装置中，固定间隙为35mm。

作为一种优选技术方案，在上述特殊位置的同时，该电力杆塔还位于森林草原，杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置中，多腔式吹弧装置外套设有绝缘材料制成的防火罩，防火罩侧面设有气孔。

作为一种优选技术方案，所述多腔式吹弧防雷装置中，还包括防雷指示器，防雷指示器套在复合绝缘子上的放电电极上。

作为一种优选技术方案，防雷指示器为玻璃制成的防雷指示器。

作为一种优选技术方案，在上述特殊位置的同时，且还处于雷击密度达到设定值，接地电阻值在200Ω及以上的电力杆塔上还连接有接地装置；

接地装置包括石墨烯合金接地环、石墨烯合金引出装置、石墨烯合金接地体；电力杆塔的接地扁铁引下线与引出石墨烯合金引出装置连接，石墨烯合金引出装置的接地导线与石墨烯合金接地环搭接；石墨烯合金接地体由至少一个石墨烯合金接地插杆构成，石墨烯合金接地体竖向插入土壤中，石墨烯合金接地体顶部与石墨烯合金接地环搭接；石墨烯合金接地插杆顶部设有插接槽，顶部为插接端；

当石墨烯合金接地体由两个及以上石墨烯合金接地插杆构成时，相邻两个石墨烯合金接地插杆过盈插接。

作为一种优选技术方案，石墨烯合金接地体与石墨烯合金接地环通过石墨烯合金连接件固定；石墨烯合金引出装置的石墨烯合金接地导线与接地环之间通过石墨烯合金连接件固定。

作为一种优选技术方案，石墨烯合金连接件包括带有弧形面的石墨烯合金夹板构成，两个石墨烯合金夹板之间用于夹持，两个石墨烯合金夹板之间设有弹簧。

作为一种优选技术方案，石墨烯接地环还搭接辐射状的石墨烯合金接地放射线的一端，石墨烯合金接地放射线的另一端石墨烯合金接地体；石墨烯接地环为方环形，石墨烯合金接地放射线位于方环形的石墨烯接地环的角处。

作为一种优选技术方案，安装支架包括用于连接复合绝缘子的第一架体、用于连接多腔式吹弧装置的第二架体；第一架体与第二架体之间通过横向调节架连接；横向调节架包括伸缩架和伸缩架锁死结构，伸缩架包括内杆和外杆，内杆套设在外杆内；外杆径向开设有螺栓孔，螺栓孔内设有螺栓，通过扭动螺栓，螺栓可抵紧外杆内的内杆，实现锁死效果。

附图说明

图1为典型的地形的示意图。

图2为实施例1中多腔式吹弧防雷装置的结构示意图。

图3为防雷指示器的结构示意图。

图4为本发明中，防火罩的结构示意图。

图5为本发明中，接地装置的布局图。

图6为本发明中，引出装置的结构示意图。

图7为本发明中，接地插杆的示意图。

图8为实施例4中，夹板的结构示意图。

图9位实施例5中，夹板的结构示意图。

图10为实施例1中，台变位置安装防雷装置后的防雷效果示意图。

其中，附图标记如下所示：

1-安装支架，2-复合绝缘子，3-多腔式吹弧装置，4-引流线，5-放电电极，6-防雷指示器，7-防火罩，8-引出装置，9-夹板，10-接地插杆，11-接地体连接件，12-导线连接件，13-弹簧。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种基于多腔室吹弧技术的差异化防雷治理方法，包括以下过程：

过程S1：对配网电力线路沿线及周边雷击因素特征参数进行勘察，寻找比选容易引起雷击故障的重点线路和杆塔；线路特征参数包括线路基本信息、地形地貌、杆塔结构、交叉跨越情况、重要负荷、柱上设备等。

过程S2：结合历史雷击记录、历年跳闸原因等综合因素完成对线路耐雷水平的评估，确定需重点差异化治理的线路和杆塔号信息；

过程S3：采用多腔室吹弧技术完成线路差异化防雷治理。经差异化防雷治理后的线路具备了工频电弧快速自熄灭能力，保证在线路遭受雷击后，工频电弧自熄灭能力能够实现雷电电弧在防雷装置电极上的快速熄灭，最大动作时间小于10毫秒，保护绝缘子不会发生闪络，线路耐雷水平得以大幅提高。

本实施例的具体防雷治理方法如下所述，过程S1和过程S2采集到的配网电力线路特殊位置包括：(1)台变，(2)变电站，(3)在雷区的位于山顶、山梁、坡度25°以上，(4)雷区的位于山凹山谷、垭口，(5)跨水域、河流、大片池塘，(6)位于110kv及以上线路附近50m范围内的配网线路杆塔、有110kv及以上线路从上方垂直横跨交叉配网线路的配网线路的杆塔。

针对上述特殊位置的防雷治理方法为：

1.保护台变的防雷治理方法：在与变压器相邻的前后两个杆塔上，每个杆塔安装防止直击雷的能够使工频电弧自熄灭的多腔式吹弧防雷装置，并对其进行接地。在遭受直击雷或感应雷时，此防雷装置会限制变压器前后的过电压水平，减少流经避雷器的雷电流，从而避免避雷器发生击穿。该方法延长了避雷器的使用寿命，从而为配电变压器提供保护。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

保护台变的防雷治理不仅要保护线路和绝缘子免受损坏和意外中断，还必须保护在线路上安装的配电变压器。用干变压器防雷的主要设备是避雷器，该避雷器往往动作频繁，这是因为其不仅在雷击过电压下会动作，在操作过电压、暂态过电压和谐振过电压下也会动作，避雷器的每次动作都会造成其内部阀片发生一次老化，长期运行一旦达到其能力极限，将可能被击穿并失去对过电压的抑制作用，在出现新的过电压时将使变压器失去保护，对于具有较高接地电阻值的电线杆尤其如此。为避免这种情况，本方法提供上述解决方案，用于保护台变杆塔避雷器并提高变压器的安全性。

图10为台变处的杆塔上安装有多腔式吹弧防雷装置时，直击雷对杆塔上带有的氧化锌避雷器的影响示意。

2.保护变电站的防雷治理方法：在靠近变电站的前、后三个杆塔，每个杆塔上安装防止直击雷的能够使工频电弧自熄灭的多腔式吹弧防雷装置，以削平雷电冲击的波头并降低其幅值，从而保护变电站设备免受传入的雷电冲击影响。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

从变电站出来的线路很长，经常受到雷击的影响。通常靠近变电站的杆塔上的绝缘子具有更高的雷击临界闪络电压(绝缘子片数更多)，导致雷电冲击更容易沿着导线传导到变电站内，造成绝缘水平相对较低的重要设备发生损坏，其中危害最大的是站内的变压器主绝缘被雷击过电压击穿。这些陡峭的雷电冲击还可以破坏变压器的内绝缘(线圈间绝缘和绝缘纸层间绝缘)。

3、在雷区的位于山顶、山梁、坡度25°以上迎风侧山坡的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行重点防雷治理。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

4、在雷区的位于山凹山谷、垭口的配网线路杆塔装多腔式吹弧防雷装置进行重点防雷治理。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

5、对于跨水域、河流、大片池塘附近100m内的配网线路杆塔安装多腔式吹弧防雷装置进行重点防雷治理。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

6、对位于110kv及以上线路附近50m范围内的配网线路杆塔，对有110kv及以上线路从上方垂直横跨交叉配网线路的配网线路的杆塔，配网杆塔上安装多腔式吹弧防雷装置进行重点防雷治理。每个杆塔的ABC三相线上皆安装多腔式吹弧防雷装置，即每个杆塔上安装3个多腔式吹弧防雷装置。

本实施例中，所述多腔式吹弧防雷装置结构如下所述：，如图2所示，包括安装支架1、复合绝缘子2、放电电极5、多腔式吹弧装置3、引流线4。

安装支架1一端通过螺栓连接杆塔横担，安装支架1另一端上安装有相对设置的复合绝缘子2和多腔式吹弧装置3；多腔式吹弧装置3包括腔体，腔体被分隔为多腔室，每个腔室内皆设有珠形电极。多腔式吹弧装置3的腔体远离安装支架1的一端设有与珠形电极连接的放电电极5。

复合绝缘子2远离安装支架1的一端也设有放电电极5。复合绝缘子2上设有的放电电极5与多腔式吹弧装置3上设有的放电电极5相对设置，并存在固定间隙。复合绝缘子2设有放电电极5的一端还设有引流线4。引流线4通过线夹与电网线路连接。复合绝缘子2的放电电极5与多腔式吹弧装置3上的放电电极5之间的固定间隙10mm。

实施例2

在实施例1的特殊位置的基础上，该电力杆塔还位于高海拔地区，其所使用的多腔式吹弧防雷装置结构在实施例1的基础上，还有以下特点：

复合绝缘子2上的的放电电极5与多腔式吹弧装置3上的放电电极5之间的固定间隙改为35mm，由于调整了放电电极5间的间隙为35mm，可应用于3000m等高海拔地区空气相对稀薄的区域，可有效保证雷电流发生时防雷装置发生动作起到保护作用。

本实施例中，如图3所示，设有玻璃材料制成的防雷指示器6，其套在复合绝缘子2上的放电电极5上，用于指示本防雷装置的防雷效果，当本防雷装置对线路雷击起到保护作用时，所述防雷指示器6会破损掉落，但本防雷装置仍会完好无损继续起防雷保护作用。

实施例3

在实施例1的特殊位置的基础上，该电力杆塔还位于森林草原，其所使用的多腔式吹弧防雷装置结构在实施例1的基础上：

如图4所示，在多腔式吹弧装置3外套设有防火罩7。防火罩7采用复合绝缘材料制成，为底面带气孔的防火罩7。防火罩7固定在安装支架1上，防火罩7同时还罩住上述两个放电电极5之间的间隙。防火罩7可以有效阻挡屏蔽本防雷装置在吹弧时可能发生的弧光外泄掉落地面引燃地面可燃物，避免引起草原森林山火火灾事故。

本实施例中，防火罩7底部距离多腔式吹弧装置3的吹弧孔直线距离为50cm。

本实施例中，设有玻璃材料制成的防雷指示器6，其套在复合绝缘子2上的放电电极5上，用于指示本防雷装置的防雷效果，当本防雷装置对线路雷击起到保护作用时，所述防雷指示器6会破损掉落，但本防雷装置仍会完好无损继续起防雷保护作用。由于防火罩7要罩住两个放电电极5之间的间隙，即便防雷指示器6破损落在防火罩7内也没有关系，因此线路会定期检修，检修时就可以判断装置的防雷效果。

实施例1～实施例3中，由于采用的多腔式吹弧技术，其原理是将雷击电压释放至空气中，因此，其接地没有特殊要求。但是针对特殊情况，比如雷击密度大且接地电阻值在200Ω及以上的电力杆塔上，还需要有特殊接地处理，如实施例4所述。

实施例4

本实施例中，针对上述特定的环境条件下，且还处于雷击密度大，接地电阻值在200Ω及以上的电力杆塔上还连接有接地装置。在多腔式吹弧防雷装置的基础上，还设有基于石墨烯合金的电力杆塔接地装置。

如图5～8所示，基于石墨烯合金的电力杆塔接地装置，包括接地环、接地体、引出装置8。

电力杆塔的接地扁铁引下线与引出装置8螺栓连接。引出装置8包括引下端子板和接地导线，引下端子板与接地导线一体成型。引下端子板上开设有由螺栓孔，其与接地扁铁引下线螺栓连接。

在电力杆塔周围土壤挖有环形土坑，接地环至于环形土坑中。引出装置8的接地导线弯折至水平方向与接地环搭接。

具体的说，引出装置8的接地导线与接地环一字型搭接，并通过导线连接件12固定。导线连接件12为两个带有弧形面的夹板9构成。夹板9上皆开设有有螺栓孔。两个夹板9的弧形面相对设置，并通过螺栓连接为一体。接地导线和接地环均从夹板9弧形面轴线方向穿过，两个夹板9对接地导线和接地环进行夹持。

接体地可以由一个或多个接地插杆10构成。具体的说，接地插杆10顶部开设有插接槽，接地插杆10的底部为尖端(作为插接端)。根据实际需要，可以多个接地接地插杆10上下插接过盈配合串联连接，构成接地体。延长接地体整体长度。也可以直接选择一个接地插杆10作为接地体。

接地体竖向从环形土坑插入土壤中，其顶部超出环形土坑内土壤10cm。接地体位于土壤上方的部分与接地环十字型搭接，并通过接地体连接件11固定。

接地体连接与导线连接件12结构相同，包括带有弧形面的夹板9构成。两个夹板9的弧形面相对设置。两个夹板9位于水平方向，接地体顶部通过两个夹板9之间的间隙与从夹板9轴向方向穿过夹板9的接地环搭接。两个夹板9上皆开设有螺栓孔，利用螺栓紧固两个夹板9，使得两个夹板9对接地环和接地体之间形成夹持作用。

本实施例中，接地体数量为8个，绕电力塔杆均匀分布。引出装置8为4个。

挖出的土坑在安装好接地装置后，用土壤回填夯实。

本实施例中，接地环为方形环。

本实施例中，接地插杆10为石墨烯合金接地插杆10，其单根规格为：直径16mm、长度1200mm。

本实施例中，接地环和接地导线为石墨烯合金材料制成，其直径为13mm，导电率为47.5％，具有柔性，可人工弯曲。引下端子板为石墨烯合金材料制成。

本实施例中，导线连接件12和接地体连接件11皆为石墨烯合金材料制成。

石墨烯接地体上的金属层厚度采用先进的连续电镀法，使得镀层在芯棒上结合力更强，更加可靠、稳定。镀层厚度为国际和国内DL/T1312-2013标准0.254mm。石墨烯合金(热镀)工艺的石墨烯金层厚度≧0.255mm，误差不大于±0.001mm。石墨烯导热系数高达5300w/m-K，常温下其电子迁移率超过20000cm2/n.s，电阻率有110-8Q-m，比铜更低，是世上电阻率最小的材料。抗拉强度：680N/mm2，平直度误差：≦1mm/m，接地体弯曲30度时，折角内、外无裂缝；石墨烯金属层中石墨烯金属层的纯度：≧99％。

在方形接地环的四个角处，接地环还一字型搭接辐射状的接地放射线的一端，接地环与接地放射线之间通过导线连接件12固定。四个接地放射线的另一端还通过接地体连接件分别连接四个接地体。

本实施例中，接地放射线为石墨烯合金接地放射线，直径为13mm。导电率为47.5％，具有柔性，可人工弯曲。

实施例5

如图9所示，本实施例与实施例4的区别在于，两个夹板9上不设有螺栓孔，两个夹板9之间设有弹簧13，通过弹簧13使得两个夹板9之间的距离可变。

实施例6

本发明的差异化防雷技术，在海拔不同的地区，复合绝缘子2的放电电极5与多腔式吹弧装置3上的放电电极5之间的固定间隙需要发生变化。

本实施例提供一种新型的多腔式吹弧防雷装置，使得复合绝缘子2的放电电极5与多腔式吹弧装置3上的放电电极5之间的固定间隙可以进行调节。

具体的说，安装支架1一端为连接架，用于通过螺栓连接杆塔横担，另一端包括用于连接复合绝缘子2的第一架体，用于连接多腔式吹弧装置3的第二架体；第一架体与第二架体之间通过横向调节架连接。横向调节架包括伸缩架和伸缩架锁死结构，伸缩架包括内杆和外杆，内杆套设在外杆内。外杆径向开设有螺栓孔，螺栓孔内设有螺栓，通过扭动螺栓，螺栓可抵紧外杆内的内杆，从而实现锁死效果。连接架与伸缩架连接。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。