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山西大学课程设计任务书设计题目：招弧角基本原理与设计所属课程：输配电线路运行系别：电力工程系专业：电气工程及其自动化班级：电本1144班姓名：杨标指导老师：李美芳设计任务下达日期：2015年1月5日设计时间：2015年1月5日至2015年1月10日招弧角基本原理与设计一、摘要招弧角，又称并联间隙或角隙，是架空线路上保护绝缘子闪络的保护金具，在国际电工委员会IEC的出版刊物中，招弧角被列为绝缘子串附件即金具。在我国，招弧角发展晚，应用较为少，相对来说，国外德国、日本、土耳其等国家一直在输电线路上绝缘子串上安装招弧角，尤其日本，几乎各个电压等级下的绝缘子串都安装了招弧角，采用招弧角已有近70年的历史及运行经验；21世纪初，中国电力科学研究院及多家网省公司开始全面开展绝缘子并联间隙的研究，研制了相关产品，并已在多个省市挂网运行。二、历史发展日本、德国等发达国家，在架空送电线路并联间隙防雷保护方面开展了大量研究工作，从20世纪60年代开始就在线路绝缘子串上安装保护间隙，从早期使用羊角引弧装置发展到现在，几乎所有新建压线路的绝缘子串上都安装有形状各异的保护间隙。日本称架空线路并联间隙为招弧角，根据日本电气学会1979年发表的标准所列，记有32种型式，280余个规格，可适用于66～154kV各级电压架空送电线路的导线悬垂绝缘组合串和耐张绝缘组合串。国内开展相关研究较晚，由于国外输电线路绝缘水平高于我国输电线路的绝缘水平，不宜照搬其绝缘子并联间隙的设计。国内于20世纪90年代末开始开展绝缘子并联间隙的全面研究，经过十来年的努力，取得了一定成果，主要研究35kV、110kV和220kV高压输电线路的并联间隙应用。中国南方电网公司于2010年对“超特高压输电线路绝缘子并联间隙防雷”课题立项研究，南方电网科学研究院和重庆大学联合开展了科技项目“超特高压输电线路绝缘子串采用并联间隙的综合性能分析及应用研究”的研究工作。三、招弧角原理近年，我国也大力研制基于“疏导型”防雷理念的新型防雷产品，并已研发出适用于不同电压等级的招弧角和并联间隙等设备，部分已在实际线路上安装运行.普通绝缘子串并联间隙，又称招弧角，其核心思路是允许架空输电线路有一定的雷击跳闸率。通过金属电极短接绝缘子串干弧距离的方式，雷击时，并联间隙会被优先击穿，雷电能量由间隙放电释放，疏导工频电弧。虽然虽有雷击闪络，但线路自动重合闸能够成功，且无永久性故障。目前，该防雷方式有以下难点：1）并联间隙采用的是牺牲雷击跳闸率换取低事故率的做法，不能自主熄灭工频续流电弧，因此不单会造成雷击跳闸率增加，而且断路器会因带负荷切断短路电弧而大大缩短寿命，因而使电网总体供电可靠性下降。2）并联间隙使用寿命短，而且必须与自动重合闸配合使用才能发挥作用。在自动重合闸拒动或无自动重合闸的情况下，工频续流电弧不能自熄会持续烧灼间隙，使其寿命进一步缩短。针对以上问题，有一种新型的灭弧防雷间隙。这种间隙具备普通间隙定位雷电冲击放电路径功能的同时，应能感应雷电击穿信号快速触发气体发生装置，使其喷射高速气流主动快速熄灭雷电击穿后空气间隙工频续流电弧。这样可使输配电线路雷击闪络不跳闸，降低雷击跳闸率的同时又保护了绝缘子串和输电线路，提高电网供电可靠性。图1灭弧防雷间隙示意图气体灭弧防雷间隙装置安装于输电线路。输电线路受到雷击时，产生的过电压优先将并联于绝缘子串的间隙击穿，雷电流从间隙被导向大地。同时气体发生器被触发，产生高速气体，快速熄灭工频续流电弧，从而有效降低线路跳闸率，保证供电可靠性。试验时，高压电极接至发电机出线导体，接地电极与大地金属连接。因为并联间隙能定位雷电冲击闪络路径，所以这里高压电极与接地电极之间的间隙用0.8mm熔丝短接,确保雷电击穿后工频续流电弧在间隙端部燃烧。信号采集装置采集到电流信号之后触发气体发生器。气体发生器产生高速气体熄灭电弧。如果灭弧成功，电弧将在0~15ms时间内熄灭。提出的灭弧防雷间隙装置可快速抑制工频电弧，能在10ms以内熄灭10kA工频续流电弧，因此同时保护绝缘子串和架空线路免于电弧灼烧，以及进一步降低雷击跳闸率和雷击事故率。2）气体发生装置响应雷电脉冲到喷射气流的时间约为200μs，其快速性及强力气流作用是工频续流电弧熄灭的主要原因。由于灭弧防雷间隙熄灭电弧的快速性，使工频续流电弧烧灼间隙端部的时间极短，对间隙造成的影响不大，有利于保证间隙的正常寿命。四、招弧角分类根据现行设计和已掌埠的资料表明，招弧角的构造形式大体有以下五种。1、棒形。如图(一)甩两个直径为8—20毫米圆钢翩造的棒形电极相对，其间保持一定距离以形成放电间隙。但这种间隙每次放电时也极将会烧伤，甚至不能使用一般在69KV线路上使用。图一2、球形。如图(二)为减轻捧形电极的缺限，在棒端安装两个金属球以形成球形问隙，但仍不能完全排除电极烧伤。一般在22OKV以下线路上使用。图二3、羊角形。如图（三）、（四），这种电极做成双羊角形或单羊角形。间隙放电时，电弧在电极相距最近处形成，随即羊角形间隙上部构成的电弧被迅速拉长，这种电弧一般易于熄灭，即便不及时熄灭，也会因电弧上拉，电极被烧伤都在羊角间隙端部，而局部间隙距离最小处则不会烧伤，从而保证下一次正确动作。这种间隙在330KV以下线路皆可应用，在南京大胜关跨越220KV运行线路地线悬垂上就用这种招弧角。图三.四4、环形或网球拍形。如图（五）、图（六），它一般用∅28×3铜管弯曲面成，对长绝缘子串有明显的均压作用，提高了雷电冲击放电电压，常甩在220KV一330KV线路上南京大胜关220KV运行线路导线悬垂和耐张串上就使用这种形式。图五、六5、间隙可调节形，顾名思义，这种角隙主要特点在于间隙可调节,减少产品设计规格便于标准化,以满足设计和安装地区要求。五、招弧角安装位置招弧角作为绝缘予保护拿具安装于绝缘子串两端具体安装位置有二种。1、球头挂环或糖头挂板带招弧角，如图(七)(八)。一般安装于单悬垂或耐张串两侧。图七、八2、分裂导线联板上安装招弧角。如图（九）、图（十），一般安装于多串悬垂或耐张串两侧的联板上。图九、十值得注意的是：（1）为使招弧角起到一定的均压作用，线端招弧角一般高出第一片绝缘子36mm(日本NGK公司标准)。(2)招弧角一般成对安装，但也有地端招弧角舍去而只在线端安装的所谓高绝缘间隙招孤角，如图(七)(八)。(3)对耐张串只在绝缘子串上方一侧安装，下侧不安装。六、具体线路上的运用针对电压等级为35kv的输电线路做招弧角在线路上保护绝缘子串的具体应用。1、35kv线路招弧角结构35kV架空线路防雷并联间隙的结构如图所示，其结构是在绝缘子串旁边并联一对金属电极，构成保护间隙，图中，L0为绝缘子串的长度，L为间隙的最短距离。2、35kv线路招弧角安装位置35kV架空送电线路上绝缘子串分为悬垂串和耐张串，不同绝缘子串对应的间隙的安装布置方式不同，对于耐张串，由于绝缘子串承受很大的拉力，间隙和绝缘子的相对位置一经确定，就会保持不变。悬垂串由于仅承受导线自身的重量，间隙下电极本身又有一定的重量，设计时考虑到在实践安装中，仅在绝缘子串一侧安装，下电极承受拉力较小，无法保持自身的平衡，如果下电极向下倾斜，从而会改变了上、下电极的距离，起不到保护绝缘子串的作用。为此在设计之初，将间隙设计为在缘子串两侧安装间隙，让绝缘子串两侧的下电极自身重量互相抵消，从而保持下电极位置固定，间隙距离则能保持不变。但是问题出现了，对于35kV线路悬垂串，一旦雷击引起绝缘子串闪络并引起工频电弧，在电动力的作用下，电弧将吹向线路的负荷侧，而在绝缘子串两侧都加上间隙，间隙的距离又一致，绝缘子串两侧间隙发生雷电击穿的概率一样，如果在电源侧发生雷电击穿，进而形成工频电弧并吹向负荷侧，电弧不仅不会远离反而会吹向绝缘子串，起不到保护的效果。基于以上考虑，在实际安装中应当仅在绝缘子串一侧即负荷侧安装间隙，实际安装中，为不明显增加线路的雷击跳闸率，对于悬垂串，条件允许时，将3片绝缘子增加到4片。3、安装招弧角后的实际效果为检验并联间隙装置在35kV送电线路上的应用效果，北京电力公司输电公司对其管辖的所有35kV线路进行了筛选，特别对20余条在1992—2005年期间屡次遭受雷击的35kV线路进行了统计分析。经过比较，选择了最具有代表性的旺桥一、二韩支系列线路加装防雷并联间隙。旺桥一、二韩支系列线路是T接在旺桥一、二线路上的两条用户的线路，线路全长3.6km，共19基，其中4~18号均在陵山地之上，导线为LGJ-95。在1992—2005年，该线路共遭受14次雷击，因雷击引起跳闸的统计情况见下表。4、结论（1）在35kV架空线路上安装防雷并联间隙，首次获得了实际运行状况下并联间隙电极的放电痕迹，同时相并联的绝缘子完好，表明线路遭受雷击后，防雷间隙成功地起到了保护绝缘子的作用。（2）对于35kV架空线路上的悬垂串，仅在其负荷侧安装防雷间隙。在实际应用中，建议将三片绝缘子增加到四片，既可保证间隙的保护效果，也能不增加线路的雷击跳闸率，但此时需要注意到导线弧垂的变化。七、参考文献中国电力科学研究院，北京电力公司，35kV架空送电线路防雷新技术的研究，北京，中国电力科学研究院，2005。谷山强，何金良，陈维江等，架空输电线路并联间隙防雷装置。电弧磁场力计算研究，电机工程学报，2006。孙谓清，陈龙元，招弧角设计介绍。电力金具，1991。何宝龙.海拔4000米以上地区ll0kV绝缘子绝缘特性研究:[硕士学位论文].西安交通大学电气工程系,2003王敏.220KV谏泰线跨江段的防雷技术方法与运行效果.中国电力,2003孙谓清,陈龙元.招弧角设计介绍.电力金具林富昌,詹花茂,龚大卫,黄伟中,丁一正,陈勇.特高塔绝缘子串用招弧角的试验研究.高电压技术2003张纬钹,何金良,高玉明.过电压防护及绝缘配合.北京:清华大学出版社,2002谢广润.电力系统过电压.北京:水利电力出版社,1985朱德恒,严璋?高电压绝缘.北京:清华大学出版社,1992谢恒坤.电气绝缘结构设计原理.北京:机械工业出版社,1993