一种可融冰的架空防雷双导体绝缘地线的制作方法

本实用新型涉及一种可融冰的架空防雷双导体绝缘地线。适用于电力系统中高压架空输电线路地线的防雷与融冰。

背景技术：

2008年以来，我国南方地区出现了历史上罕见的低温雨雪凝冻灾害。许多线路覆冰远远超出线路承受能力，造成大面积断线或倒塔。架设在输电线路上方的地线通常是固定在线路铁塔的塔顶上，覆冰期间，输电线路导、地线均会覆冰，由于架空地线高于导线，并且在输电线路正常运行情况下架空地线没有电流流过，架空地线的覆冰厚度往往比输电导线还要厚(一般在相同气象条件下其覆冰厚度比导线厚5～10mm)。如果仅仅解决了导线上的覆冰，一方面导线覆冰融化后弧垂将上升，导、地线的距离减小，覆冰严重时甚至会出现地线低于导线的情况，造成导、地线电气距离不足影响线路正常运行，或者是导线脱冰后产生跳跃导致融冰过程中导、地线闪络；另一方面，地线覆冰严重也可能造成地线顶架或铁塔上部拉弯变形、杆塔倾斜等情况同样会造成线路无法正常运行。

因此，若只是对相导线进行融冰，还是难以确保线路安全运行，必须对地线也进行融冰。目前的做法是对融冰区的全部地线进行绝缘改造，在地线上加装带间隙的绝缘子4(如图2、图3所示)，切断杆塔5与地线之间的电气连接。融冰时，电源端变电站对架空地线加载融冰电流，在对侧变电站使两地线直接短接，融冰电流通过架空地线形成回路，使地线导体发热融冰雪，如图1所示。但是这种方法实施起来存在以下问题：

1)、由于地线运行方式多为逐塔接地或分段绝缘一点接地，在实际运行中，发现绝缘子4在覆冰条件下，覆冰厚度为10mm和20mm时绝缘子平均闪络电压分别为12.6～13.5kV和9.0～12.0kV，远低于清洁绝缘子的平均闪络电压(24.6～28.5kV)，可见，绝缘子覆冰及染污都会降低其闪络电压。

2)、在架空地线全线绝缘的情况下(图1所示)，若绝缘子4的空气间隙为100mm，当雷击地线而该空气间隙未被击穿时，可发现此时在塔顶的过电压要大于地线与杆塔5正常连接时的过电压，尤其是在过电压波形的波头部份。其原因是由于地线与杆塔之间的空气间隙未击穿，雷电能量推迟向下方大地释放，从而使得过电压波头部份变陡，过电压程度提高。

3)、在雷电下行先导向输电线路发展过程中，地线上会感应出与雷电下行先导异性的电荷，以维持地线的地电位(零电位)。在地线逐塔接地条件下，地线上的异号电荷主要是经由相邻挡距杆塔来补给，这个过程一般只有2μs左右，远低于雷电下行先导向地面发展所需要的时间(即数十微秒甚至数百微秒的梯级先导过程)。相关研究表明，地线上的感应电荷对地线上行先导的形成具有重要影响，从而影响地线的引雷能力。而在地线全线绝缘条件下，地线上的感应电荷会减小，即地线的全线绝缘会影响地线的感应聚集，并导致地线防雷能力差。

4)、电力部门为了降低地线上的电能损耗，若将地线全绝缘，在此接线方式下，架空地线上的场强会小于输电导线上的电场强度，雷电下行先到来时，若不能击穿架空地线与杆塔之间的空气间隙使得地线接地，由于此时输电导线上的电场强度大于地线场强，使输电导线将会成为迎面先导，产生雷击绕击，造成输电线路故障，对系统安全稳定运行会产生较大影响。

由于上述原因，为防止落在地线上的雷反击导线，在不覆冰的季节又要安排人工再将雷区地线恢复接地，这个过程的线路维护工作量十分巨大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可融冰的架空防雷双导体绝缘地线，其主要目的是解决架空地线的覆冰问题，不仅以最小的成本投入实现融冰除雪，还可在雷击时或线路故障发生时保护输电相线不被损坏，并且架空地线本身也完好无损。

本实用新型所采用的技术方案是：可融冰的架空防雷双导体绝缘地线，其特征在于，所述地线由内而外依次为导电磁性体内层、复合绝缘层和导电磁性体外层，其中：

所述导电磁性体内层由多根镀锌钢丝绞制而成；

所述复合绝缘层由绝缘内层、主绝缘层和绝缘外层覆合而成，其中绝缘内层和绝缘外层为半导电层；

所述导电磁性体外层由多根镀锌钢丝绞制而成，包覆于绝缘外层的外面。

所述镀锌钢丝采用软磁性钢丝镀锌。

所述导电磁性体内层和导电磁性体外层的导体截面积均不小于50mm²。

所述半导电层厚度为1～3mm，半导电层的原料按以下重量％配制：

石墨 10～20

铁粉 5～10

交联聚乙烯 余量。

所述主绝缘层厚度为3～25mm，主绝缘层的原料按以下重量％配制：

镁锌铁氧体粉末 20～30

交联聚乙烯 余量。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用外层导体与内层导体相互感应原理，以复合绝缘层作为绝缘载体而将外层导线对地悬空，切断了地线与大地之间的电流通路。正常情况下，地线外层导体与杆塔绝缘，可节能降损，经济效益显著；当雷电过电压发生或线路故障时，该地线除了通过击穿绝缘子的空气间隙向大地释放电能外，还可通过该地线的电容层结构所产生的高频通道与大地磁路接通，实现自动排雷。

2、减少潜供电流，提高供电的可靠性，提高单相重合闸的成功率，提高电网可靠性。

3、解决了输电线路监测设备在运行中野外取电困难的问题。

附图说明

图1是本实用新型背景技术对地线进行融冰的示意图。

图2、图3分别是背景技术融冰时采用的两种型号绝缘子的结构图。

图4是本实用新型地线的截面图。

图5是本实用新型地线的立体解剖图。

具体实施方式

如图4、图5所示，本实施例可融冰的架空防雷双导体绝缘地线由三层结构覆复而成，由内而外依次为导电磁性体内层1、复合绝缘层2和导电磁性体外层3。

所述导电磁性体内层1由多根镀锌钢丝绞制而成(用绞线机绞制)，因要求导磁的需要，镀锌钢丝采用软磁性钢丝镀锌，或者马氏体不锈钢丝镀锌。该导电磁性体内层1的导体截面积不应小于50mm²。

所述复合绝缘层2由绝缘内层2－1、主绝缘层2－2和绝缘外层2－3覆合而成，其中绝缘内层2－1和绝缘外层2－3为半导电层。复合绝缘层采用挤包的方式实现，设备包括挤塑机、挤橡机、交联装置及其它辅助装置，均为市场上现有成熟的设备和工艺。

两层半导电层的厚度为1～3mm，半导电层的原料按石墨10～20(重量％)、铁粉5～10(重量％)，其余为交联聚乙烯配制而成。

所述主绝缘层2－2厚度为3～25mm，主绝缘层的原料按镁锌铁氧体粉末20～30(重量％)，其余为交联聚乙烯配制而成。

所述导电磁性体外层3也是由多根镀锌钢丝绞制而成(可采用管式绞线机绞制，设备及工艺均为现有技术)，本例导电磁性体外层3共有两层，包覆于绝缘外层2－3的外面。镀锌钢丝采用软磁性钢丝镀锌，或者马氏体不锈钢丝镀锌。导电磁性体外层3的导体截面积要求不小于50mm²。

本实用新型通过双层导线加上中间夹层的复合绝缘层，利用外层导体与内层导体相互感应原理，以复合绝缘层作为绝缘载体而将外层导线对地悬空，这样就切断了地线与大地之间的电流通路。正常情况下，地线外层导体与杆(铁)塔绝缘，当雷电过电压发生或线路故障时，架空地线除了通过击穿绝缘子(已经装设的)的空气间隙向大地放电外，同时还可通过本电缆地线所设计的电容层结构所产生的高频通道与大地经磁路接通，自动排雷，保证雷电流的有效泄放。

本实用新型的工作原理如下：

由于本实用新型的地线在两层导电磁性体之间增加了一个复合绝缘层2，这样在物理结构上就形成了一个电容层，根据平板电容器的理论计算，电容量ε为空气的介电常数，ε_r为介质的介电常数，S为面积，d为导体之间的距离，在本方案中为绝缘层的厚度δ，即电容器的导体间距d＝δ,这样通常以绝缘层为30～100kV耐压设计，绝缘层一般为6～20mm厚度，若按此结构下导线的电容量，通常以每公里0.2μF(微法)左右的电容量，若导线的连续长度为10～20公里时，电容量可达到4～5μF的电容。在输电线路很长的情况下，则电容值相应增大，由于雷电流是一种高频率的脉冲波，通常f＝1～100kH_Z之间，其很容易通过电容性的电气元件，如此结构的地线相当于对具有高频特性的雷电波提供了一个能量传递的通道。

假如电容量C为每公里长度可达0.2μF，如果地线长度为50km时，电容量可达10μF，而由此电容量形成的容抗当雷电流频率f为10kH_Z时，该地线呈现的容抗性阻抗为这个阻值相当于是一个良好的电气通路，即可以从这个电容器构成的通道快速将雷电流排泄至大地中去。然而该地线电缆对50H_Z工频电压则呈现容抗阻抗比雷击时增加了约300倍，接近于高阻抗，相当于开路状态。

在实际安装工程中若将避雷器与导电磁性体外层3连接，就可以有效地利用接地电缆来达到防雷的效果，同时又可以使导电磁性体外层3在平时运行达到悬空的目的。

外层导体悬空后带来的另一优势是：由于三相架空导线对于地线的距离不均等，它们之间的互感就有些差别，尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的，但在地线上仍然要感应出一个纵电动势，如果地线采取每一铁塔均进行接地的方式，这个电动势就要产生电流而流入大地，其结果就增加了线路的电能损失。这个附加的电能损失与同负荷电流的平方和线路长度成比例，对于220kV、长200～300km的送电线路来说，每年损失电量约数百万度。国际上在上世纪的50年代初，就开始研究地线悬空绝缘后节能的课题。采用本发明的双层导体地线后，外层导体相当于一根悬空的感应地线，减少了相线对大地的电容电流，可以实现架空输电线路的节能效果。