10kV带串联间隙防雷装置一体化联合试验装置的研制与试验

为检验10 kV带串联间隙防雷装置工频续流遮断能力及电弧熄灭后在工频电压作用下重燃的可能性,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的一体化试验装置,介绍了该装置的功能、结构、主要部件的设计参数以及试验方法,并通过试验验证了该试验装置的合理性。通过LC串联谐振回路输出较高电压下的高幅值工频续流,利用同步控制回路提取工频振荡信号来导通冲击信号,实现冲击试验与工频试验的同步。结果表明:该一体化联合试验装置能同时产生频率为50 Hz的振荡电压和波形为1.2/50μs的冲击电压,并能在试品未遭受冲击电压作用时提供系统工频电压,能在试品击穿的同时提供高幅值振荡电流,还能在试品切断续流后提供系统工频电压以检验其重新燃弧的可能性。因此该装置可作为检验带串联间隙防雷装置防雷性能的试验装置。     

10 kV系统冲击与工频续流联合试验回路设计

为检验10 kV带间隙防雷装置在冲击闪络后熄灭工频续流电弧的能力,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的试验回路。为了产生较高电压下的高幅值工频续流,采用LC串并联谐振回路产生工频续流,对该回路中各元件的参数进行计算并给出合理数值,最后利用同步控制回路提取冲击信号来导通工频续流回路,实现冲击试验与工频续流试验的同步。计算结果表明,该联合试验回路能在产生1.2/50 μs冲击波的同时产生频率为50 Hz的正弦电流波且电流的振荡能够持续至少100 ms,满足带间隙防雷装置在冲击闪络后,检验工频续流下熄灭电弧能力的要求。     

110kV复合型放电间隙避雷器的电气性能

为降低110kV架空输电线路雷击跳闸率,基于多短间隙过零熄弧后不重燃的机理,提出一种由多短间隙结构和单个大间隙相串联而成的复合型放电间隙避雷器。该避雷器允许多短间隙被击穿建立电弧通道,在间隙中产生的高气压作用下,电弧被推出短间隙。在工频续流自然过零熄弧后,由于分布到单个短间隙上的最大电压不足以重新燃弧,以确保电弧不发生重燃。该文首先通过工频续流试验考核多短间隙过零熄弧后不重燃的可靠性;进而通过雷电冲击试验、淋雨试验和污秽试验,检验该避雷器的电气性能。试验结果表明复合型放电间隙避雷器具有良好的工频续流遮断能力,且电弧不会发生重燃;具有良好的雷电冲击特性和淋雨特性,适用于重污秽地区。复合型放电间隙避雷器满足110kV输电线路安全运行的要求,并能够在继电保护动作前可靠熄灭电弧使其不发生重燃,可用于110kV输电线路防雷。     

污秽条件下10 kV带间隙避雷器闪络现象分析

在不同污秽条件下对10kV针形带间隙氧化锌避雷器进行联合加压试验,得到污秽条件下的带间隙避雷器的闪络现象图。通过分析闪络原因,提出防止工频电弧无法自行熄灭措施。     

10kV配电线路用内置避雷单元式绝缘子防爆性能的试验研究

内置避雷单元式绝缘子将支柱绝缘子与串联间隙线路避雷器的功能结合为一体,既可为线路提供绝缘支撑和固定作用,又能起到抑制雷电过电压、限制工频续流起弧的作用,是一种新型防雷保护产品。防爆性能是内置避雷单元式绝缘子产品设计上需要重点解决的问题,需通过试验加以研究。为此,笔者选择了两种代表性产品作为试品,对产品的防爆性能进行了短路电流试验研究,检验产品在工频续流电弧热应力和电动力作用下内部短路能量的泄放情况。结果表明,内置避雷单元式复合绝缘子的防爆性能优于内置避雷单元式瓷绝缘子。通过小电流短路试验验证了两种内置避雷单元式绝缘子的防爆性能均能满足应用要求,考虑到配电系统中避雷器的实际挂网运行工况,内置避雷单元式绝缘子的防爆性能可以按照单相接地短路故障条件考核。     

多重短间隙灭弧装置及其工频续流遮断能力测试

基于灭弧栅熄灭大功率电弧的原理,采用多重串联短间隙灭弧方式设计了用于配网线路防雷的多重短间隙灭弧装置。根据IEC 60060-1—2010中关于续流遮断试验的要求,针对该灭弧装置的熄弧原理制订了工频续流遮断能力测试的试验方法,并设计与搭建了10 kV冲击回路与工频续流回路相结合的联合试验平台,利用该试验平台对多重串联短间隙灭弧装置的工频续流遮断能力进行了测试。试验结果表明,该灭弧装置在遭遇冲击电压击穿后能在续流过零点时刻切断工频电流,且其后不会随着工频电压的恢复再次发生击穿。     

多间隙灭弧结构熄灭工频电弧的仿真与试验

为研究多间隙灭弧结构遭雷电过电压击穿后熄灭工频续流电弧的能力,分析了多间隙灭弧室内的灭弧过程及可能的熄弧方式,并基于Mayr电弧模型理论,针对10 k V电压等级,建立了多间隙灭弧结构击穿后的电弧动态模型,计算了工频续流过零时电弧的熄灭过程,对影响熄弧效果的因素进行了分析;最后利用冲击与工频续流试验相结合的联合试验平台对具有多间隙结构的装置进行了联合试验。仿真与试验结果表明:较小的时间常数以及较高的耗散功率有利于工频续流电弧的熄灭,而多间隙灭弧结构能拉长电弧的特点能同时满足以上两点要求;联合试验时,多间隙灭弧结构能在闪络后的续流阶段快速熄灭电弧,熄弧发生在续流的第一个过零点时刻,熄弧后随着工频电压的恢复,该结构不会发生再次击穿;由于电弧在工频续流阶段存在一定的弧道压降,可保证输电线路不会发生短路性过流保护引发的跳闸事故。     

低气压下染污覆冰表面和冰凌间隙的直流电弧特性

低气压下染污覆冰表面沿面电弧和冰凌空气间隙电弧伏安特性是研究高海拔、污秽、覆冰综合环境中绝缘子放电机理和放电模型的基础,为此,利用三角平板玻璃先染污后覆冰和冰凌间隙模型在低温低气压实验室分别试验研究了低气压下覆冰沿面电弧和冰凌间隙电弧直流伏安特性。结果表明:染污覆冰表面沿面电弧和冰凌间隙电弧的伏安特性E-I关系呈负幂函数,相同条件下,正极性沿面电弧电压高于负极性,而空气间隙电弧伏安特性受极性影响很小;沿面电弧和空气间隙电弧直流伏安特性均随着气压降低而下降,且空气间隙电弧受气压影响较沿面电弧大。研究结果为建立低气压下染污覆冰绝缘子串直流放电模型提供了基础。     

开关型SPD在不同冲击电流下的工频续流实验研究

研究了冲击电流波形对开关型电涌保护器（SPD）的工频续流的影响。设计了冲击电流与工频电源试验回路,采用8／20us和10／350us冲击电流波形,从0°同步触发角开始,以30°的间隔逐级增加,对该SPD的工频续流进行对比试验。试验结果表明,采用10／350us冲击电流作为Ⅰ级开关型SPD试品动作负载预处理试验的测试波形,对试品的考验比采用8／20us冲击电流更严苛。     

喷射气体灭弧防雷间隙的灭弧机制

为解决架空输电线路雷击事故频发的问题,一种安装于架空输电线路上的喷射气体灭弧防雷间隙装置得到了开发和应用。当输电线路遭受雷击,雷电冲击电流击穿间隙,导致工频续流时,该装置能够迅速切断间隙两端电弧,有效保护绝缘子串免受工频电弧灼烧。依据现有电弧理论方程模型,运用ANSYS 10.0软件对高速气流和电弧进行仿真计算,同时利用高速摄像机和示波器观测电弧电流的变化过程。试验结果表明间隙电弧在高速气流作用之下能够快速熄灭。     

35 kV架空送电线路防雷用并联间隙研究

为解决35 kV架空送电线路的雷击问题，提出采用并联间隙防雷保护方案，分析了其保护原理，设计了35 kV线路防雷用并联间隙的结构尺寸；对并联间隙试品进行了大量的雷电冲击和工频电弧试验，结果表明并联间隙能有效保护绝缘子串和导线免于雷击引起的工频续流电弧的烧蚀；计算了带并联间隙线路的雷击跳闸率，建议将3片绝缘子增加为4片，加装并联间隙不会引起线路跳闸率增加。     

配电线路气流灭弧防雷保护间隙的研究

为解决架空配电线路的雷击问题,从电弧抑制的基本条件入手,通过理论建模分析与实验相结合的方法,研究具有快速熄灭工频续流电弧能力的新型防雷保护间隙的特性.灭弧试验和MATLAB仿真均表明在高速气体的冲击下,间隙电弧能够被高速气流快速切断而熄灭.因此,可以大幅度减少雷击跳闸率.     

可主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙装置设计

为改善普通绝缘子串并联间隙以牺牲雷击跳闸率换取低事故率的劣势,研究了一种能够主动快速熄灭工频续流电弧的灭弧防雷间隙。该间隙适用于10～110 kV等级电力系统架空线路。制作了该间隙的样机装置,并在西安高压电器研究所大容量检测试验室进行了工频电流灭弧试验。结果表明,提出的灭弧防雷间隙能在试验回路的继电保护动作之前熄灭幅值为1、5、10 kA的工频续流电弧,且熄灭电弧的时间短于10 ms。间隙附带的气体发生装置响应雷电脉冲到喷射气流的时间约为200μs,分析认为,其快速强力地作用于早期电弧是装置熄灭工频续流电弧的主要原因。     

FZ 型阀式避雷器工频放电简易试验方法

阀式避雷器工频放电电压是考核避雷器的重要指标。工频放电电压低于下限,其切断比下降,当避雷器受过电压作用发生放电时,就不能保证有效地切断工频续流而导致避雷器损坏。若工频放电电压超过上限值时,其冲击放电电压就可能高于规定值,从而使避雷器失去保护作用。所以必须准确测量每支避雷器的工频放电电压值,并严格控制在规定范围内。按国家标准规定,对每支试品施加电压次数应不少于5次。施加到试品上的电压应从零开始,并以均匀速率升到试品放电为止。每次放电后应在0.5秒钟内切断工     

35kV线路用自灭弧防雷间隙及工频续流遮断试验

为了验证35 kV线路用自灭弧防雷间隙在继电保护动作前的灭弧有效性,因此对其工频续流遮断能力进行研究。对自灭弧防雷间隙进行灭弧机理分析,明确其多断口灭弧结构的性能。依照国家标准中雷电冲击放电试验和空气间隙距离的规定进行试验,确定其击穿放电电压应大于325.1 kV,空气间隙距离约376mm,额定电压为40.5kV。根据IEC标准搭建了工频续流遮断试验平台。该试验平台能够产生1.2/50μs的标准雷电冲击电压和10个完整周期且频率为50 Hz左右的工频电压,并具有选相触发能力。工频续流遮断试验结果表明:35 kV自灭弧防雷间隙在1.5 ms附近产生的气流作用于电弧最为强烈,在3 ms内熄灭峰值为1.289 kA的工频续流,且不会发生电弧重燃现象。     

喷射气体灭弧防雷间隙装置的研制

为解决35kV架空输电线路的雷击问题,借鉴并联间隙防雷保护原理的"疏导型"思想,研制了喷射气体灭弧防雷间隙装置。该装置能够在输电线路遭受雷击或绝缘子串工频闪络时,有效保护绝缘子串免受工频电弧的灼烧,同时在工频电弧击穿间隙后,能够迅速切断工频续流。借助高速摄像机及示波器观测电弧及间隙电压、电流的变化过程,实验结果表明在高速气体的冲击下,间隙电弧能够快速熄灭。计算显示,安装喷射气体灭弧防雷间隙装置以后,能够大幅度降低输电线路的雷击跳闸率。为进一步把该装置运用到110、220kV高压输电线路打下了基础。     

一种绝缘子超疏水防覆冰涂层覆冰初期的电气试验研究

为有效地减少绝缘子覆冰事故的发生,笔者通过在低表面能疏水性材料表面化学沉积纳米粒子的方法自制一种绝缘子超疏水涂层,涂层表面具有类荷叶的微纳米二元复合粗糙结构,其上水滴静态接触角可以达到(160±0.5)°。将涂敷有此种超疏水涂层的等腰三角形玻璃板、涂敷RTV涂层的等腰三角形玻璃板与没有涂层的等腰三角形玻璃板一起放入人工覆冰实验室,覆冰1 h后对这3种试品进行电气试验,包括20kV测试电压下的泄漏电流试验以及紫外成像试验。试验结果表明,超疏水涂层在覆冰初期能够有效地减少覆冰量及阻止连续覆冰膜的形成的特性,使得涂覆超疏水涂层试品的表面泄漏电流远远低于在覆冰初期就形成连续覆冰膜的另外两种试品,从而在泄漏电流及紫外成像测试中表现出了优越的电气性能。     

低气压下空气间隙电弧对覆冰绝缘子串直流闪络的影响

覆冰绝缘子串在直流闪络过程特别是低气压条件下中易产生空气间隙电弧形成"飘弧"现象,飘弧易桥接覆冰绝缘子串,且空气间隙电弧和冰面电弧具有不同的伏安特性,而传统的覆冰绝缘子串直流闪络模型由冰面电弧和剩余冰层电阻构成,没有考虑空气间隙电弧,在低气压下计算结果与实际情况相差较大。为了解此一现象,首先从理论上分析了飘弧对低气压下覆冰绝缘子串直流闪络电压的影响,建立了考虑和忽略空气间隙电弧的覆冰绝缘子串直流闪络模型,根据理论模型计算了相应的闪络电压,并与试验结果进行了比较分析。试验与理论计算结果表明,飘弧现象随着气压的降低和绝缘子串覆冰及污秽的程度增加而增加,低气压下进行绝缘子串直流闪络建模、预测和特性试验时应考虑空气间隙电弧及其飘弧的影响。     

新型约束空问灭弧防雷问隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。     

新型约束空间灭弧防雷间隙研究

喷射气体灭弧防雷间隙能在绝缘子发生雷击闪络造成单相接地故障时快速输导雷电流入地,同时启动高速气流灭弧装置,熄灭故障点工频续流,抑制间歇性电弧产生和过电压。通过雷电冲击试验、工频电弧试验,证明约束空间灭弧间隙能迅速地将工频电弧熄灭,避免工频电弧灼烧绝缘子以及线路断线的风险。新型灭弧防雷间隙具有动作时间短,喷射气流压强高,速度快,间隙间介质强度恢复迅速等特点,能够强效抑制工频电弧,大幅降低线路雷击跳闸率。