CN104635087A - 避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，该方法通过仿真分析和数值计算，提出输电线路杆塔的入地电流在达到绝缘子临界击穿状态时达到最大值，并结合现有的跨步电压和接触电压的测量方法给出了计算得到杆塔接地的实际最大跨步电压和接触电压，通过与规程中规定的允许最大值进行对比，检验该杆塔的接地是否能满足规定的安全要求。该方法可以实现对避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能进行检验，及时发现避雷线绝缘架设造成杆塔接地跨步电压和接触电压过高的问题，并指导进行接地改造，确保人员与设备的安全。

Description

避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法

技术领域

本发明涉及避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，该方法适用于输电线路为融冰进行避雷线绝缘设计或改造，属于电力***过电压领域。

背景技术

输电线路的覆冰将造成线路荷载加重，严重时将造成断线或倒塔，影响了我国电网的安全运行，为了对避雷线进行融冰，很多输电线路将避雷线进行了绝缘改造或设计。避雷线绝缘改造后，当输电线路发生接地短路故障时，由于短路电流无法通过绝缘子流入避雷线，造成通过杆塔接地极的入地电流增大，跨步电压和接触电压升高，影响杆塔附近人身与设备的安全。现有的研究主要集中在各种因素对避雷线的损耗和感应电压的影响。避雷线绝缘架设后，当输电线路发生工频短路故障时，避雷线绝缘的击穿规律以及杆塔入地电流的变化规律尚不明确，现有的规程及文献资料也未查找到避雷线绝缘架设后杆塔接地安全性能的检验方法。

本发明通过仿真分析和数值计算，给出了避雷线绝缘架设后，避雷线绝缘子击穿时所需最小短路电流随杆塔接地电阻变化规律，发现该杆塔的入地电流在避雷线绝缘子击穿前随短路电流的增大而增大，当达到绝缘子临界击穿状态——即杆塔接地***的电压达到避雷线绝缘子的击穿电压时，入地电流达到最大值。当避雷线绝缘子击穿后，由于避雷线的分流作用，入地电流急剧减少，此时即使再增大短路电流的幅值，杆塔入地电流也很难再次达到绝缘子临界击穿状态时杆塔入地电流的幅值。最后，本发明提出避雷线绝缘子处于临界击穿状态时杆塔入地电流是输电线路工频短路时该杆塔可以达到最大的入地电流幅值，并提出了一种避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，使用该方法可以用于检验输电线路避雷线绝缘架设时，线路杆塔接地的跨步电压差和接触电压差是否满足安全要求。

输电线路避雷线绝缘架设的示意图如附图1所示，J_i、J_i＇表示对应杆塔的避雷线绝缘子；R_i为杆塔的接地电阻(其中i＝1,2,3,.....n)；R₀、R₀＇为两端变电站地网电阻；I_k为短路点的全部短路电流；I_k1、I_k2为两边变电站供给短路点的短路电流；I_d1、I_d2为流经避雷线返回变电站的短路电流；I_z1、I_z2为流回变压器接地中性点的短路电流；I₁、I₂为流经变电站地网的短路电流。

从图1可以看出，当发生工频短路时，如果避雷线绝缘子J_n没有击穿，短路电流I_K将全部通过杆塔流入大地，此时入地电流随短路电流的增大而增大，通过仿真分析，得到避雷线绝缘间隙击穿前后杆塔入地电流随短路电流的变化规律如附图1所示：图中设定杆塔接地电阻为10欧姆，避雷线绝缘子的击穿电压为66kV，因此绝缘间隙击穿的最小短路电流I_k和杆塔接地电阻R满足关系式I_k.×R≥66kV。当短路电流小于6.6kA时，避雷线绝缘子两端的电压小于击穿电压，此时入地电流就是短路电流。短路电流大于6.6kA时，避雷线绝缘子两端的电压大于击穿电压，入地电流达到6.6kA。此时避雷线绝缘子击穿，避雷线分流导致流经杆塔的入地电流急剧减少，之后尽管将短路电流升致数十kA，入地电流仍然小于6.6kA。

通过上述论证可以看到，当避雷线绝缘架设后，由于线路工频短路电流无法通过大地回流，只能通过杆塔接地极入地，此时入地电流即为短路电流。当入地电流与杆塔接地电阻共同作用，使得杆塔地电位升达到避雷线绝缘子击穿电压时，杆塔入地电流达到最大值，此时避雷线绝缘子击穿，避雷线分流作用导致杆塔入地电流急剧减少，此时即使将短路电流提升到数十千安培，入地电流仍然小于绝缘子临界击穿时的杆塔入地电流。

如果绝缘子击穿电压恒定，可以得到绝缘子临界击穿时的杆塔入地电流与接地电阻的关系，因此确定了杆塔接地电阻后，可以通过下式计算得到杆塔的最大入地电流：

$I_d=\frac{U_{\mathrm{MAX}}}{R_n}$

式中U_max为绝缘子工频击穿电压，R_n为该杆塔的接地电阻，I_d为杆塔最大入地电流，考虑到接地***中，跨步电压与接触电压与接地***电压成正比，而接地***电压等于入地电流乘以接地电阻，当杆塔最大入地电流确定后，可以结合跨步电压与接触电压的测量结果，通过计算得到最大跨步电压和最大接触电压，从而检验避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地的安全性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，本发明特征在于，它包括以下步骤：

第一步，收集输电线路杆塔的基本接地资料，包括该输电线路避雷线绝缘子的工频击穿电压U₀，最大单相短路电流I₀，短路时间T₀，杆塔的接地电阻R₀，杆塔附近的土壤电阻率ρ；

第二步，参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则中第6.4条给出的方法，测量该杆塔接地装置的跨步电位差U_SC、接触电位差U_TC，I_m为测量时通过设备注入杆塔的总入地电流；

第三步，参照DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计中第3.4条给出的公式，计算得到该杆塔允许的最大跨步电压差U_SMAX和最大接触电压差U_TMAX；

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{SMAX}}=\frac{174+0.17\mathrm{\ρ}{T}_0}{\sqrt{T_0}}\\ U_{\mathrm{TMAX}}=\frac{174+0.7\mathrm{\ρ}{T}_0}{\sqrt{T_0}}\end{array}\right.$

第四步，通过下式计算得到该杆塔实际工作情况下最大跨步电压差和最大接触电压差；式中I_S为实际杆塔入地电流，当I₀*R₀<U₀时，I_S＝I₀；当I₀*R₀≥U₀时，I_S＝U₀/R₀；

第五步，将第四步的计算结果与第三步的结果进行比较，只有当U_S<U_SMAX且U_T<U_TMAX，该杆塔接地安全性能满足要求，否则均不满足DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计。

上述步骤中，第一步中如果该输电线路避雷线绝缘子带有并联火花间隙，且并联火花间隙的工频击穿电压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为并联火花间隙的击穿电压。

上述步骤中，第一步中如果该输电线路避雷线绝缘子带有并联避雷器，避雷器在工频过电压作用下导通时，两端的残压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为避雷器此时的残压。

上述步骤中，第一步中杆塔的接地电阻通过如规程DL/T 887-2004杆塔工频接地电阻测量或规程DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则给出的方法进行现场测量得到，或通过规程中给出的计算公式计算得到。

上述步骤中，第三步和第五步中所述的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式；用GB 50065-2011交流电气装置的接地设计中第4.2.2条中给出的公式进行计算，或用国内外其他标准中给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式进行计算，在第一步中收集的参数则需要根据给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式所需参数进行调整。

本发明的有益效果为，可以实现对避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能进行检验，及时发现避雷线绝缘架设造成杆塔接地跨步电压和接触电压过高的问题，并指导进行接地改造，确保人员与设备的安全。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

附图1为输电线路避雷线绝缘架设情况，图中J_i、J_i＇表示对应杆塔的避雷线绝缘子；R_i为杆塔的接地电阻(其中i＝1,2,3,.....n)；R₀、R₀＇为两端变电站地网电阻；I_k为短路点的全部短路电流；I_k1、I_k2为两边变电站供给短路点的短路电流；I_d1、I_d2为流经避雷线返回变电站的短路电流；I_z1、I_z2为流回变压器接地中性点的短路电流；I₁、I₂为流经变电站地网的短路电流。

具体实施方式

下面通过实施案例，结合图1,避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，本发明特征在于，它包括以下步骤：

第一步，收集输电线路杆塔的基本接地资料，包括该输电线路避雷线绝缘子的工频击穿电压U₀为60kV，最大单相短路电流I₀为12kA，短路时间T₀为0.5秒，杆塔的接地电阻R₀为30欧姆，杆塔附近的土壤电阻率ρ为500Ω·m；

第二步，参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则中第6.4条给出的方法，测量该杆塔接地装置的跨步电位差U_SC、接触电位差U_TC，I_m为测量时通过设备注入杆塔的总入地电流，在现场注入0.5A的电流，测量得到跨步电位差U_SC为80mV，接触电位差U_TC为90mV。

第三步，参照DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计中第3.4条给出的公式，计算得到该杆塔允许的最大跨步电压差U_SMAX和最大接触电压差U_TMAX

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{SMAX}}=\frac{174+0.17\mathrm{\&rho;}{T}_0}{\sqrt{T_0}}\\ U_{\mathrm{TMAX}}=\frac{174+0.7\mathrm{\&rho;}{T}_0}{\sqrt{T_0}}\end{array}\right.$

根据实际条件，得到允许的最大跨步电压差U_SMAX为306V，最大接触电压差U_TMAX494V。

第四步，通过下式计算得到该杆塔实际工作情况下最大跨步电压差和最大接触电压差；式中I_S为实际杆塔入地电流，当I₀*R₀<U₀时，I_S＝I₀；当I₀*R₀≥U₀时，I_S＝U₀/R₀；

根据收集资料及测试情况，I₀*R₀＝120kV，U₀＝60kV，所以满足条件I₀*R₀≥U₀，此时I_S＝U₀/R₀＝2kA，得到该杆塔在实际发生工频短路故障时最大跨步电压和接触电压为U_S＝320V、接触电位差U_T＝360V。

第五步，将第四步的计算结果与第三步的结果进行比较，只有当U_S<U_SMAX且U_T<U_TMAX，该杆塔接地安全性能满足要求，否则均不满足DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计，根据该收集资料和测试情况，发现，发现U_T<U_TMAX但U_S＞U_SMAX，即该杆塔接地的安全性能中，接触电压达到规程的要求，但跨步电压略大于规程DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计给出的要求，因此该杆塔跨步电压超标，需要对接地进行改造。

上述步骤中，第一步中如果该输电线路避雷线绝缘子带有并联火花间隙，且并联火花间隙的工频击穿电压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为并联火花间隙的击穿电压。

上述步骤中，第一步中如果该输电线路避雷线绝缘子带有并联避雷器，避雷器在工频过电压作用下导通时，两端的残压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为避雷器此时的残压。

上述步骤中，第一步中杆塔的接地电阻可以通过如规程DL/T 887-2004杆塔工频接地电阻测量或规程DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则给出的方法进行现场测量得到，也可以或通过规程中给出的计算公式计算得到。

上述步骤中，第三步和第五步中所述的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式；可以用GB 50065-2011交流电气装置的接地设计中第4.2.2条中给出的公式进行计算，还可以或用国内外其他标准中给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式进行计算，在第一步中收集的参数则需要根据给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式所需参数进行调整。

Claims (5)

1.避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

第一步，收集输电线路杆塔的基本接地资料，包括该输电线路避雷线绝缘子的工频击穿电压U₀，最大单相短路电流I₀，短路时间T₀，杆塔的接地电阻R₀，杆塔附近的土壤电阻率ρ；

第二步，参照DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则中第6.4条给出的方法，测量该杆塔接地装置的跨步电位差U_SC、接触电位差U_TC，I_m为测量时通过设备注入杆塔的总入地电流；

第三步，参照DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计中第3.4条给出的公式，计算得到该杆塔允许的最大跨步电压差U_SMAX和最大接触电压差U_TMAX；

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{SMAX}}=\frac{174+0.17{\mathrm{\&rho;T}}_0}{\sqrt{T_0}}\\ U_{\mathrm{TMAX}}=\frac{174+0.7{\mathrm{\&rho;T}}_0}{\sqrt{T_0}}\end{array}\right.$

第四步，通过下式计算得到该杆塔实际工作情况下最大跨步电压差和最大接触电压差；式中I_S为实际杆塔入地电流，当I₀*R₀<U₀时，I_S＝I₀；当I₀*R₀≥U₀时，I_S＝U₀/R₀；

$\left\{\begin{array}{c}{U}_S=U_{\mathrm{SC}}\frac{I_0}{I_m}\\ U_T=U_{\mathrm{TC}}\frac{I_0}{I_m}\end{array}\right.$     (当I₀＜U₀/R₀)

$\left\{\begin{array}{c}{U}_S=U_{\mathrm{SC}}\frac{U_0}{R_0{I}_m}\\ U_T=U_{\mathrm{TC}}\frac{U_0}{R_0{I}_m}\end{array}\right.$     (当I₀≥U₀/R₀)

第五步，将第四步的计算结果与第三步的结果进行比较，只有当U_S<U_SMAX且U_T<U_TMAX，该杆塔接地安全性能满足要求，否则均不满足DL/T 621-1997交流电气装置的接地设计。

2.根据权利要求1所述的避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，其特征在于，第一步中该输电线路避雷线绝缘子带有并联火花间隙，且并联火花间隙的工频击穿电压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为并联火花间隙的击穿电压。

3.根据权利要求1所述的避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，其特征在于，第一步中该输电线路避雷线绝缘子带有并联避雷器，避雷器在工频过电压作用下导通时，两端的残压小于绝缘子的工频击穿电压，此时U₀为避雷器此时的残压。

4.根据权利要求1所述的避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，其特征在于，第一步中，杆塔的接地电阻通过如规程DL/T 887-2004杆塔工频接地电阻测量或规程DL/T 475-2006接地装置特性参数测量导则给出的方法进行现场测量得到，或通过规程中给出的计算公式计算得到。

5.根据权利要求1所述的避雷线绝缘架设时输电线路杆塔接地安全性能的检验方法，其特征在于，第三步和第五步中所述的允许最大跨步电压差U_SMAX和最大接触电压差U_TMAX；采用GB 50065-2011交流电气装置的接地设计中第4.2.2条中给出的公式进行计算，或用国内外其他标准中给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式进行计算，而在第一步中收集的参数则需要根据给出的允许最大跨步电压差和最大接触电压差公式所需参数进行调整。