一种电网高塔输电线路综合防雷系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种电网高塔输电线路综合防雷系统,包括有变电站,在变电站变压器出站端的三相端口,分别引出接地的多级防浪涌装置和送至电网的三相输电线路,在该三相输电线路的每支相线上都串接一支过电压隔离器，从过电压隔离器输出端引出的送网输电线路送至高塔,在高塔顶部装有雷电接闪器,通过金属塔身与埋在塔下的可维护地网连接,通过在塔上挂接的各相绝缘子串支撑架空输电线路,在支撑每相线路的绝缘子串两侧的相线上各装一个纳米磁阻流器,在塔顶上架设有避雷线。通过这些技术措施建立以高塔防护为中心、防雷电反击与绕击并重,对输电线路、变电站实施全方位雷电防护的多层次、全方位、立体化的综合防雷系统,可显著降低雷击跳闸率。
【专利说明】一种电网高塔输电线路综合防雷系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电网安全防雷保护系统，确切说是涉及电网高塔输电线路的综合防雷系统。
【背景技术】
[0002]雷电是一种地球大气的放电现象，通常是带负电荷的雷云与大地间的电场强度超过了其间大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的脉冲放电，就是人们所说的雷电。在雷云放电过程中放电电流急剧增大，在闪电到达地面的瞬间，雷电流高达数十千安，甚至可高达数百千安，在雷电通道两端的电位差可达数十万伏特，雷电流所到之处会引起强烈电磁的、热能的和机械的破坏效应。
[0003]供电系统自身由于受大功率设备的启停、线路故障，变频设备运行等因素作用会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响，特别是对计算机、通讯系统等微电子设备带来很大冲击。系统运行的异常和停顿，对核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证卷交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等会带来严重后果。
[0004]然而，雷云放电对供电系统和用电设备的影响更为严重。架空输电线路直接遭受雷击，线路电压速升到几十万伏特而引起绝缘闪路，在雷击点附近的峰值电流可达100KA以上，雷电流在线路上能传输I公里以上的距离，这种破坏是致命的。
[0005]在电网高塔输电线路中，寻求有效的防雷措施，保障电网的安全及稳定运行，关系到国家经济活动的有序进行及居民用户的正常生活。
[0006]在现有的电网高塔线路中，常规的配网绝缘设计，0.4KV为I个绝缘子，IOKV为2个绝缘子，绝缘水平远低于40KA，依据IEEE曲线，雷电流幅值出现在7 — 40KA范围内的地闪占63.19%。因此，大部分地闪都可导致电网雷击跳闸，并导致绝缘线断线。
[0007]由于受配网绝缘子结构的限制，采用增加绝缘子片、增加避雷器、安装架空地线等措施，都不能确保线路的绝缘水平超过地闪雷电流。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于:针对电网高塔输电线路高、跨区长，揽雷面大，自然环境恶劣区段多等特点，提供一种以电网高塔防护为中心，防反击与防绕击并重，实现对输电线路、变电站的全方位雷电防护，构建多层次、全方位、立体化的综合防雷系统，可显著降低雷击的跳闸率。
[0009]实现本发明目的采用下述技术方案:
一种电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于:在变电站变压器出站端的三相端口，分别引出接地的防浪涌装置和送至电网的三相输电线路，在该三相输电线路的每支相线上串接一支过电压隔离器，从过电压隔离器输出端引出的送网输电线路送至高塔，通过在塔上挂接的各相绝缘子串支撑架空输电线路，在支撑每相线路的绝缘子串两侧的相线上各装一个纳米磁阻流器，在高塔顶部装有雷电接闪器，通过金属塔身与埋在塔下地里的可维护地网连接，在塔顶上还架设有避雷线。
[0010]所述防浪涌装置，是对输电线路瞬态过电压采取的防护措施:在变电站变压器出站端的三相端口与大地间设置大容量电源防浪涌装置，该装置具有IOOkA/相以上的最大冲击容量，及小于2800V的限制电压。这级电源防浪涌装置，能承受雷电和感应雷击的大电流，并吸收高能量浪涌电流的能量，将大量的浪涌电流分流到大地。这种电源防浪涌装置的重要作用是对这部分浪涌能量的吸收和抑制，有效解决了过电压保护中的殘压问题，为变电站二次设备提供安全有效的过电压保护；
所述过电压隔离器，是一支封闭在耐高压冲击绝缘密封套管内，由多级LiriCi单元电路串联而成的LRC电路，其中各LiriCi单元电路，可由装在该绝缘密封套管内的一根耐高压冲击的电感线圈、以及间隔套装固定在该电感线圈外表面上的多块纳米强感应磁体环构成，电路的两端接装有带电源线的金属法兰，串接在电网变压器出站端三相输电线的每支相线上，成为具有等效电感为100— 260 μ H、等效电容为80— 200pF的大功率低通滤波器，在正常工频运行下无阻抗，在遇有IM — IOMHz雷电脉冲感应下，会产生高达2Χ103Ω —2Χ106Ω的高阻抗，阻隔过电压对变压器的冲击，这种过电压隔离器具有的最低耐压为450KV、抗有效雷电流幅值为350ΚΑ ；
所述纳米磁阻流器，其壳体内的磁体，是由具有相同直径和相等厚度的两个半圆块纳米磁体组合而成，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体的中心部位制有输电线穿插孔，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体的一条直径的两端部位，分别制有与各自半圆块纳米磁体形成一体、固定两个半圆块纳米磁体的螺栓连接块及其连接螺栓；
该纳米磁阻流器，具有饱和磁感为1.2Τ、初始磁导率为8Χ 104，电阻率为80 μ Ω /cm,在安装节点形成48— 52 μ H等效接入电感；
所述雷电接闪器，是由支 撑杆、基体和针头连接组成，基体包括有耐高压冲击绝缘密封套管，在其耐高压冲击绝缘密封套管内，装有耐高压冲击的电感线圈，并在该电感线圈的外围表面、上下间隔的套装固定有多块纳米强感应软磁体环，如此自下而上组成了由多级电路单元R1L1CpR2L2Cy…RnLnCn串联组成的RLC电路，在所述绝缘密封套管腔体下部，R1L1C1单元电路下端的纳米强感应软磁体环的底部，接装并固定有一根绝缘支撑杆，该绝缘支撑杆上部的一段密封在所述绝缘密封套管腔体内，而其余部分裸露于套管外，成为安装在杆塔上的绝缘支撑；
这种雷电接闪器具有的等效电感为37— 80 μ H，等效电容为18 —42pF ;具有的耐冲击电压为450— 850 kV;耐最大冲击电流为100 — 290 kA ；
所述采用可维护地网，包括有新接地材料钛合金制造的垂直接地极，及装在该接地极周边水平方向的钛合金接地钎，埋在接地极周围土壤中的高分子聚合物缓释保水剂，通过土壤注水、保水，长期保持土壤电阻率稳定。采取的降阻措施是采用钛合金垂直接地极，并在其周边装加水平方向的钛合金接地钎，通过适当增加其水平接地长度降低接地电阻，确保输电线路的耐压水平。
[0011]本发明配网综合防雷系统，采用上述技术措施具有下述突出优点:
(I)在变电站变压器出站端的三相端口，接装一端连接过电压隔离器输入端，另一端接地的防浪涌装置，能保护变电站一、二次设备，有效解决过电压保护中的残压问题。
[0012](2)在变电站变压器出站端的三相端口输电线路上安装过电压隔离器:由于这种防雷过电压隔离器，在正常工频下无阻抗、低频运行下阻抗很小，但在遇有IM — IOMHz雷电脉冲感应下，会产生高达2Χ103Ω — 2Χ106Ω的高阻抗，能有效使高频分量丰富的雷电过电压波和操作过电压波传播受阻，形成反射、驻波等复杂的传播过程，使过电压波形发生畸变、展宽，降低了过电压波陡度和幅度、平滑了过电压波形，实现对过电压冲击的缓冲与隔离，从而阻隔过电压对变压器的冲击，使雷电破坏难以扩散到变电站，等效地提高了变电站的耐雷水平。
[0013](3)在支撑每相线路的绝缘子串两侧的相线上装有的纳米磁阻流器，能对雷电过电压进行滤波、色散、反射、辐射，有效阻碍绕击雷电波的传输。
[0014](4)装在杆塔顶端的雷电接闪器，对雷电波具有良好的削峰降徒、对冲击雷电流分流和有效降低塔顶电位的作用，能实现对杆塔附近雷击危险区的绕击防护和反击防护双重功效。
[0015](5)装在高塔顶部上的避雷线，可以实现对直击雷袭击的有效防护，文献记载有99.5%-99.9%的保护效果。
[0016](6)采用可维护地网，包括有用新接地材料钛合金制造的垂直接地极，可以解决目前使用传统金属材料易锈蚀而导致接地电阻升高的问题。装在接地极周边水平方向的钛合金接地钎，增加了接地极的水平接地长度降低了接地电阻。
[0017]实验表明接地体的冲击电阻与土壤水份直接正相关，不同频率的冲击电流会随土壤水份不同出现较大的响应差异。所以，土壤电阻率是影响接地体有效性的最重因素。可维护地网通过将高分子聚合物缓释保水剂埋在接地极周围土壤中，往土壤中注水、保水等措施，长期保持土壤电阻率稳定，从而提高了输电线路的耐压水平。
[0018]综上所述，在电网高塔输电线路中，通过装设防浪涌装置、过电压隔离器、纳米磁阻流器、雷电接闪器、避雷线和可维护地网六项技术措施，建立了以高塔防护为中心、防雷电反击与绕击并重，对输电线路、变电站实施全方位雷电防护的多层次、全方位、立体化的综合防雷系统，可显著降低雷击跳闸率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明电网高塔输电线路综合防雷系统组成示意图，
图2为本发明电网高塔输电线路综合防雷系统高塔部位安装图，
图3为本发明综合防雷系统中过电压隔离器电器结构示意图，
图4为本发明综合防雷系统中纳米磁阻流器结构示意图，
图5为本发明综合防雷系统中纳米磁阻流器等效电路示意图，
图6为本发明综合防雷系统中雷电接闪器结构示意图，
图7本发明综合防雷系统中可维护地网的钛合金垂直接地极结构示意图，
图中标记:5-1为纳米磁阻流器中两个半圆块纳米磁体，5-2为固定纳米磁体的 螺栓，5-3为纳米磁体端部的连接块，5-4为输电线导体芯，5-5为导体包皮，6 为高塔，7为高塔顶上的雷电接闪器，7-1为接闪器顶针，7-4为纳米强感应磁 体，7-5为耐高压冲击线圈，8为避雷线，9为在高塔上挂接的各相绝缘子串，10 为埋在塔底地下的可维护地网。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0021]图1和图2为本发明电网高塔输电线路综合防雷系统示意图，图中系统包括有:变电站1，在变电站I变压器出站端的三相端口，分别引出接地的多级防浪涌装置2和送至电网的三相输电线路3，在该三相输电线路3的每支相线上串接一支过电压隔离器4，从过电压隔离器4输出端引出的送网输电线路送至高塔6，通过在高塔6上挂接的各相绝缘子串9支撑架空每相线路，在支撑每相线路的绝缘子串9两侧的相线上各装一个纳米磁阻流器5，在高塔6顶部装有雷电接闪器7，通过金属塔身与埋在高塔6地下的可维护地网10连接，在高塔6顶上架设有避雷线8。
[0022]防浪涌装置2，是对输电线路瞬态过电压采取的防护措施:
在变电站变压器出站端的三相端口与大地间设置大容量电源防浪涌装置，该装置具有IOOkA/相以上的最大冲击容量，及小于2800V的限制电压。这级电源防浪涌装置，能承受雷电和感应雷击的大电流，并吸收高能量浪涌电流的能量，将大量的浪涌电流分流到大地。电源防浪涌装置的重要作用是对这部分浪涌能量的吸收和抑制，有效解决了过电压保护中的殘压问题，为二次设备提供安全有效的过电压保护。
[0023]综合防雷系统中的过电压隔离器4，如图3所示:是一支封闭在耐高压冲击绝缘密封套管内，由多级LiriCi单元电路串联而成的LRC电路，其中各LiriCi单元电路，可由装在该绝缘密封套管内的一根耐高压冲击的电感线圈、以及间隔套装固定在该电感线圈外表面上的多块纳米强感应磁体环构成，电路的两端接装有带电源线的金属法兰，串接在电网变压器出站端三相输电线的每支相线上，成为具有等效电感为100— 260 μ H、等效电容为80—200pF的大功率低通滤波器，在正常工频运行下无阻抗，在遇有IM — IOMHz雷电脉冲感应下，会产生高达2Χ103Ω — 2Χ106Ω的高阻抗，阻隔过电压对变压器的冲击，这种过电压隔离器具有的最低耐压为450KV、抗有效雷电流幅值为350ΚΑ。
[0024]所述过电压隔离器中，固定在电感线圈外表面上采用的纳米强感应磁体环，是由纳米粉体制成以Fe元素为主体,掺杂少量N1、Mn、Mg、Nb元素组成的10-20 nm微晶态强感应纳米磁体。
[0025]在综合防雷系统中，由于这种防雷过电压隔离器在正常工频运行下无阻抗、低频运行下阻抗很小，但在遇有IM — IOMHz雷电脉冲感应下，会产生高达2 X IO3 Ω —2 X IO6 Ω的高阻抗，能有效使高频分量丰富的雷电过电压波和操作过电压波传播受阻，形成反射、驻波等复杂的传播过程，使过电压波形发生畸变、展宽，降低了过电压波陡度和幅度、平滑了过电压波形，实现对过电压冲击的缓冲与隔离，从而减小了过电压对变压器的冲击，使雷电破坏难以扩散到变电站。
[0026]综合防雷系统中的纳米磁阻流器5，如图4所示:在壳体内的磁体，是由具有相同直径和相等厚度的两个半圆块纳米磁体5-1组合而成，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体5-1的中心部位制有输电线穿插孔，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体的一条直径的两端部位，分别制有与各自半圆块纳米磁体形成一体、固定两个半圆块纳米磁体5-1的螺栓连接块5-3及其连接螺栓5-2。
[0027]该纳米磁阻流器所采用的磁体，是由纳米粉体制成以Fe元素为主体，掺杂少量N1、Al、Co、Mn元素组成的10 — 20 nm微晶态纳米磁体，是具有饱和磁感应强度为1.2T、初始磁导率为8X 104，电阻率为80 μ Ω/cm，在安装节点形成48— 52 μ H等效接入电感的纳米磁体；
该纳米磁阻流器内径为18 mm、外径为240 mm、厚度为35-70 mm、重量为2-5 kg。
[0028]从其等效电路图5看出能对雷电冲击过电压进行滤波、色散、反射、辐射，有效阻碍绕击雷电波的传输。
[0029]综合防雷系统中的雷电接闪器7，如图6所示:由支撑杆7-7、基体和针头7_1连接组成。
[0030]该雷电接闪器基体:包括有耐高压冲击绝缘密封套管7-6，以及在耐高压冲击绝缘密封套管7-6腔体内装有耐高压冲击的电感线圈7-5，并在该电感线圈7-5的外围表面、上下间隔的套装固定有多块纳米强感应软磁体环7-4，如此自下而上组成了由多级电路单元R1L1C1、R2L2C2、…RnLnCn串联组成的RLC电路，在所述绝缘密封套管7_6腔体下部，R1L1C1单元电路下端的纳米强感应软磁体的底部，接装并固定有一根绝缘支撑杆7-7，该绝缘支撑杆7-7上部的一段密封在所述绝缘密封套管7-6腔体内，而其余部分裸露于套管7-6外，成为安装在杆塔上的绝缘支撑。
[0031]这种雷电接闪器具有的等效电感为37—80 μ H，等效电容为18 — 42pF ;具有的耐冲击电压为450— 850 kV;耐最大冲击电流为100 — 290 kA。
[0032]这种雷电接闪器中，固定在电感线圈外表面上采用的纳米强感应软磁体环，是由纳米粉体制成以Fe元素为主体,掺杂少量N1、Sn、S1、Nb元素组成的10-20 nm微晶态强感应纳米软磁体。
[0033]按产品5种使用规格，具有的等效电感分别为37μ H、50μΗ,62μΗ ,78 μ H、88 μ H ;对应的等效电容分别为18 pF、20 pF、24 pF、33 pF、42pF ;
具有的耐冲击电压分别为450kV、550kV、650 kV、750 kV、850 kV ;所对应的耐最大冲击电流分别为 100 kA、180 KA,230 kA、260 kA、290 kA ；
以及对应的雷电接闪器基体长度分别为1500 mm、2000 mm,2400 mm、 2800 mm、3800mm，对应的重量分别为 8 kg、10 kg、ll kg、13 kg、22 kg;
这种雷电接闪器，对雷电波具有良好的削峰降徒、对冲击雷电流分流和有效降低塔顶电位的作用，能实现对杆塔附近雷击危险区的绕击防护和反击防护双重功效。
[0034]装在高塔顶部上的避雷线8，可以实现对直击雷袭击的有效防护，文献记载有99.5%-99.9%的保护效果。
[0035]综合防雷系统可维护地网10，如图7所示:是由钛合金制造的垂直接地极P1及在接地极P1周边固定的水平方向的钛合金接地钎P2所组成；用新接地材料钛合金制造的垂直接地极，可以解决目前使用传统金属材料易锈蚀而导致接地电阻升高的问题。装在接地极周边水平方向的钛合金接地钎，增加了接地极的水平接地长度降低了接地电阻。可维护地网通过将高分子聚合物缓释保水剂埋在接地极周围土壤中，往土壤中注水、保水等措施，长期保持土壤电阻率稳定，从而提高了输电线路的耐压水平。
[0036]在电网高塔输电线路中，通过装设防浪涌装置2、过电压隔离器4、纳米磁阻流器
5、雷电接闪器7、避雷线8和可维护地网10六项技术措施，建立了以高塔防护为中心、防雷电反击与绕击并重，对输电线路、变电站实施全方位雷电防护的多层次、全方位、立体化的综合防雷系统，可显著降低雷击跳闸率。
【权利要求】
1.一种电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于:在变电站(I)变压器出站端的三相端口，分别引出接地的多级防浪涌装置(2)和送至电网的三相输电线路(3)，在该三相输电线路(3)的每支相线上都串接一支过电压隔离器(4)，从过电压隔离器(4)输出端引出的送网输电线路送至高塔出)，通过在高塔(6)上挂接的各相绝缘子串(9)支撑架空输电线路，在支撑每相线路的绝缘子串(9)两侧的相线上各装一个纳米磁阻流器(5)，在高塔(6)顶部装有雷电接闪器(7)，通过金属塔身与埋在高塔(6)地下的可维护地网(10)连接，在高塔(6)顶上架设有避雷线(8);其中: 所述防浪涌装置(2):是设置在变电站变压器出站端三相端口与大地间具有IOOkA/相以上最大冲击电流容量，及小于2800V限制电压的大容量电源防浪涌装置； 所述过电压隔离器(4)，是一支封闭在耐高压冲击绝缘密封套管内，由多级L1 riCi单元电路串联而成的LRC电路，其中各LiriCi单元电路，可由装在该绝缘密封套管内的一根耐高压冲击的电感线圈、以及间隔套装固定在该电感线圈外表面上的多块纳米强感应磁体环构成，电路的两端接装有带电源线的金属法兰，串接在电网变压器出站端三相输电线的每支相线上，成为具有等效电感为100— 260 μ H、等效电容为80— 200pF的大功率低通滤波器，在正常工频运行下无阻抗，在遇有IM — IOMHz雷电脉冲感应下，会产生高达2 XlO3 Ω —2Χ106Ω的高阻抗，阻隔过电压对变压器的冲击；过电压隔离器具有的最低耐压为450KV、抗有效雷电流幅值为350ΚΑ ； 所述纳米磁阻流器(5)，在其壳体内的磁体，是由具有相同直径和相等厚度的两个半圆块纳米磁体组合而成，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体的中心部位制有输电线穿插孔，在组合成一体的两个半圆块纳米磁体的一条直径的两端部位，分别制有与各自半圆块纳米磁体形成一体、固定两个半圆块纳米磁体的螺栓连接块及其连接螺栓；该纳米磁阻流器，具有饱和磁感强度为1.2Τ、初始磁导率为8 X 104，电阻率为80 μ Ω/cm，在安装节点形成48— 52 μ H等效接入电感；. 所述雷电接闪器(J)，是由支撑杆(7-7)、基体和针头(7-1)连接组成，基体包括有耐高压冲击绝缘密封套管(7-6)，以及在耐高压冲击绝缘密封套管(7-6)腔体内装有耐高压冲击的电感线圈(7-5)，并在该电感线圈(7-5)的外围表面、上下间隔的套装固定有多块纳米强感应软磁体环(7-4)，如此自下而上组成了由多级电路单元R1L1CpR2L2C2'…RnLnCn串联组成的RLC电路，在所述绝缘密封套管(7-6)腔体下部，R1L1C1单元电路下端的纳米强感应软磁体环(7-4)的底部，接装并固定有一根绝缘支撑杆(7-7)，该绝缘支撑杆(7-7)上部的一段密封在所述绝缘密封套管(7-6)腔体内，而其余部分裸露于套管(7-6)外，成为安装在杆塔上的绝缘支撑； 这种雷电接闪器，具有的等效电感为37— 80 μ H，等效电容为18 —42pF ;耐冲击电压为450— 850 kV ;耐冲击电流为100 — 290 kA ； 所述可维护地网(10)，包括有钛合金的垂直接地极(10-1)及固定在接地极(10-1)周边的水平方向的钛合金接地钎(10-2)、埋在接地极(10-1)周围土壤中的高分子聚合物缓释保水剂，通过土壤注水、保水，长期保持土壤电阻率稳定。
2.按照权利要求1所述的电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于: 所述雷电接闪器(7)基体，长度为1500 mm、重量为8 kg ;雷电接伞器等效电感为.37 μ H、等效电容为18 pF、最大耐冲击电流为100 kA,最大耐压为450 kV。
3.按照权利要求1所述的电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于: 所述雷电接闪器(7)基体，长度为2000 mm、重量为10 kg ;雷电接伞器等效电感为 50 μ H、等效电容为20 pF、最大耐冲击电流为180 kA,最大耐压为550 kV。
4.按照权利要求1所述的电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于: 所述雷电接闪器(7)基体，长度为2400 mm、重量为11 kg;雷电接伞器等效电感为 62μΗ、等效电容为24 pF、最大耐冲击电流为230 kA，最大耐压为650 kV。
5.按照权利要求1所述的电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于: 所述雷电接闪器(7)基体，长度为2800 mm、重量为13kg;雷电接伞器等效电感为 78 μ H、等效电容为33 pF、最大耐冲击电流为260 kA，最大耐压为750 kV。
6.一按照权利要求1所述的电网高塔输电线路综合防雷系统，其特征在于: 所述雷电接闪器(7)基体，长度为3800 mm、重量为22kg;雷电接伞器等效电感为80 μ H、等效电容为42p F、最大耐冲击电流为290 kA，最大耐压为850 k。
【文档编号】H02G13/00GK103474940SQ201310448884
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月28日 优先权日:2013年9月28日
【发明者】郭玉章, 张强 申请人:成都星河科技产业有限公司