確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法及系統的製作方法

2023-05-04 04:48:21 2

專利名稱：：確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法及系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及輸電線路防雷保護領域，更具體地，涉及一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法及系統。
背景技術：
：架空輸電線路防雷保護一直是電力工作者高度關注的課題。近年來，雷電故障仍然是影響線路安全運行的主要因素之一。雷擊閃絡後的工頻續流損壞絕緣子及其金具，造成零值絕緣子甚至發生絕緣子掉串停電事故，給輸電線路的運行維護帶來了較大的困難。由於早期的電網網架薄弱、開關性能差、開斷故障電流對電網和設備產生的影響較大，使運行人員片面地追求降低線路雷擊跳閘率，減少開關動作次數，產生了害怕雷擊跳閘的保守思想。現有的架空輸電線路的防雷措施包括架設避雷線、降低杆塔接地電阻、加強絕緣、加裝耦合地線及安裝線路避雷器等。這些措施的核心思想都是儘可能地提高線路的耐雷水平，減少雷擊跳閘率。可以將這些防雷措施歸納為"堵塞型"防雷保護方式。隨著電網架構的加強，繼電保護和重合閘裝置的普遍應用，可以將"疏導式"的防雷保護作為"堵塞式"防雷保護措施的有利補充，以低投入地解決輸電線路的小概率雷擊問題。在"疏導式"防雷思想指導下，本申請人提出了在經常遭受雷擊的輸電線路絕緣子串安裝並聯間隙的防雷保護方案。雖然絕緣子串並聯間隙在一定程度上會使輸電線路的雷擊跳閘率有所提高，但其能夠在線路遭受雷擊時，保護絕緣子不受損壞，從而降低線路事故率，也應是工程可以接受的。所以，應辯證地看待並聯間隙的防雷保護，權衡比較雷擊跳閘率與線路事故率的利與弊。因此，如何優化設計滿足技術要求的絕緣子串並聯間隙是當前迫在眉睫的問題。
發明內容本發明要解決的一個技術問題是提供一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法，能夠設計出兼顧線路的雷擊跳閘率與線路的事故率的輸電線路絕緣子串並聯間隙。本發明提供了一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法，包括獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據雷電衝擊放電特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓；獲取並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據電場強度分布確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙均勻絕緣子串附近的工頻電場；仿真並聯間隙上的工頻電弧運動特性，根據工頻電弧運動特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得工頻電弧能以預定速度轉移到並聯間隙的端部，並固定在並聯間隙的端部燃燒；根據並聯間隙的結構和形狀，確定並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬工頻電弧的弧根和弧柱在空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立並聯間隙的電弧運動模型；利用電弧運動模型，對由並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響來確定並聯間隙的結構和形狀。根據本發明方法的一個實施例，該方法還包括利用雷電衝擊試驗測量並聯間隙的衝擊放電電壓^。％，調整並確定並聯間隙的最大間隙距離；分別獲取絕緣子串自身和絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性，根據伏秒特性調整並聯間隙的結構和形狀，使得絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性低於絕緣子串自身的伏秒特性；通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按預定速度轉移到並聯間隙的端部並固定在並聯間隙的端部燃燒，以調整並聯間隙的結構和形狀；通過工頻大電流燃弧試驗檢驗並聯間隙材料的電弧燒灼耐受程度，以確定並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。根據本發明方法的另一實施例，該方法還包括在工頻大電流燃弧試驗中，通過拍攝獲得並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算工頻電弧的運動速度以確定工頻電弧能否按預定速度轉移至並聯間隙的端部，根據並聯間隙的各種不同形狀對電弧運動速度的影響來調整並聯間隙的結構和形狀。根據本發明方法的又一實施例，該方法還包括比較安裝並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定並聯間隙的結構和形狀對線路的雷擊跳閘率的影響，以調整並聯間隙的結構和形狀；採用衝擊放電電壓^。％的試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整並聯間隙的結構和形狀。根據本發明方法的再一實施例，預定速度大於或等於lm/s。本發明提供的確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法，能夠研製出滿足系統要求和防止絕緣子串遭受雷電衝擊的並聯間隙，使輸電線路的雷擊跳閘率達到工程要求，同時又降低了輸電線路的事故率，消除了現場運行人員的心理隱患。本發明要解決的另一技術問題是提供一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的系統，能夠設計出兼顧線路的雷擊跳閘率與線路的事故率的輸電線路絕緣子串並聯間隙。本發明提供了一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的系統，包括雷電衝擊放電特性獲取模塊，用於獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據雷電衝擊放電特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓；電場強度分布獲取模塊，用於獲取雷電衝擊放電特性獲取模塊確定的並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據電場強度分布確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙均勻了絕緣子串附近的工頻電場；仿真電弧運動模塊，用於仿真電場強度分布獲取模塊確定的並聯間隙上的工頻電弧運動特性，根據工頻電弧運動特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得工頻電弧能以預定速度轉移到並聯間隙的端部，並固定在並聯間隙的端部燃燒；電弧運動模型建立模塊，用於根據仿真電弧運動模塊確定的並聯間隙的結構和形狀，確定並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬工頻電弧的弧根和弧柱在空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立並聯間隙的電弧運動模型；電弧運動過程比較模塊，用於利用電弧運動模型建立模塊建立的電弧運動模型，對由並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響確定並聯間隙的結構和形狀。根據本發明系統的一個實施例，該系統還包括並聯間隙距離調整模塊，用於利用雷電衝擊試驗測量電弧運動過程比較模塊確定的並聯間隙的衝擊放電電壓^。％，調整並確定並聯間隙的最大間隙距離；伏秒特性獲取模塊，用於分別獲取絕緣子串自身和絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性，根據伏秒特性調整並聯間隙距離調整模塊確定的並聯間隙的結構和形狀，使得絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性低於絕緣子串自身的伏秒特性；轉移速度驗證模塊，用於通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按預定速度轉移到伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的端部並固定在並聯間隙的端部燃燒，以調整並聯間隙的結構和形狀；並聯間隙材料檢驗模塊，用於通過工頻大電流燃弧試驗檢驗伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的材料的電弧燒灼耐受程度，以確定並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。根據本發明系統的另一實施例，該系統還包括電弧轉移速度計算模塊，用於在工頻大電流燃弧試驗中，通過拍攝獲得伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算工頻電弧的運動速度以確定工頻電弧能否按預定速度轉移至並聯間隙的端部，根據並聯間隙的各種不同形狀對電弧運動速度的影響來調整並聯間隙的結構和形狀。根據本發明系統的又一實施例，該系統還包括跳閘率比較模塊，用於比較安裝轉移速度驗證模塊確定的並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定並聯間隙的結構和形狀對線路的雷擊跳閘率的影響，以調整並聯間隙的結構和形狀；跳閘率校核模塊，用於採用衝擊放電電壓^。％的試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝跳閘率比較模塊確定的並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整並聯間隙的結構和形狀。根據本發明系統的再一實施例，預定速度大於或等於lm/s。本發明提供的確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的系統，能夠研製出滿足系統要求和防止絕緣子串遭受雷電衝擊的並聯間隙，使輸電線路的雷擊跳閘率達到工程要求，同時又降低了輸電線路的事故率，消除了現場運行人員的心理隱患。此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分。在附圖中圖1是本發明方法的第一實施例的流程示意圖。圖2是根據本發明方法設計的兩種不同結構的並聯間隙的結構示意圖。圖3是本發明方法中採用的電弧分段模型示意圖。圖4是本發明方法的第二實施例的流程示意圖。圖5是本發明方法的第三實施例的流程示意圖。圖6是本發明系統的第一實施例的結構示意圖。圖7是本發明系統的第二實施例的結構示意圖。圖8是本發明系統的第三實施例的結構示意圖。圖9是根據本發明設計的並聯間隙的結構示意圖。7圖10是絕緣子串及其安裝並聯間隙的伏秒特性曲線示意圖。具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。本發明的示例性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不構成對本發明的不當限定。本發明的出發點是在我國現有輸電線路絕緣子配置基礎上和絕緣配合規程下，合理設計輸電線路絕緣子並聯間隙防雷保護裝置。在"疏導式"防雷保護思想的指導下，本申請人提出了在經常遭受雷擊的輸電線路絕緣子串安裝並聯間隙的防雷保護方案。該並聯間隙的防雷保護原理為在絕緣子串旁並聯一對金屬電極，構成保護間隙，通常保護間隙的距離小於絕緣子串的串長。架空輸電線路遭受雷擊時，絕緣子串上產生很高的雷電過電壓，因保護間隙的雷電衝擊放電電壓低於絕緣子串的放電電壓，故並聯間隙先放電。接續的工頻電弧在電動力和熱應力的作用下通過並聯間隙所形成的放電通道被引至電極端部，並固定在端部燃燒，從而保護了絕緣子串免於被燒損。基於上述並聯間隙的防雷保護原理，本發明的設計思想是分析並聯間隙的雷電衝擊放電特性，計算絕緣子串並聯間隙各部位的電場強度分布，對並聯間隙上的工頻電弧運動特性進行仿真計算，初步設計並聯間隙的結構和形狀。利用雷電衝擊試驗測量並聯間隙的衝擊放電電壓^。％，進行絕緣子串和絕緣子串安裝並聯間隙的伏秒特性試驗，優化並聯間隙結構，獲得最佳的間隙距離。通過工頻大電流電弧試驗，進一步檢驗並聯間隙對絕緣子所起保護的有效性，及間隙電極耐受電弧燒蝕的情況。對安裝並聯間隙前後的雷擊跳閘率進行計算和比較，分析並聯間隙對輸電線路雷擊跳閘率的影響，及雷擊跳閘率提高的比率是否控制在工程可接受的範圍內。以下結合圖1、圖2和圖3描述本發明方法的第一實施例。圖1是本發明方法的第一實施例的流程示意圖。如圖1所示，該實施例可以包括S102，獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據雷電衝擊放電特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓，確保絕緣子串安裝並聯間隙後，使杆塔的耐雷水平不至於下降太多，達到有效保護絕緣子的效果。S104，獲取絕緣子串的端部和表面及並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據電場強度分布確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙均勻絕緣子串附近的工頻電場，並使並聯間隙的材料能滿足最大電場強度的技術要求。例如，可以根據絕緣子串和並聯間隙的結構參數建立絕緣子串安裝並聯間隙的三維幾何模型，採用自由三角形網格剖分技術，通過考慮曲率及特性相似，對幾何模型進行合適的網格剖分，並對有特殊計算要求的部分進行網格的進一步細分。當絕緣子上、下端部及並聯間隙上、下電極預充不同電壓時，用有限元方法計算絕緣子表面、端部和並聯間隙的電場強度分布。計算電壓分擔率，即，每片絕緣子和並聯間隙各點的電壓佔全部電壓的比率，比較並聯間隙安裝前後的電壓分擔率的差別是否縮小，以檢驗並聯間隙能否改善絕緣子附近的電場強度分布。若安裝並聯間隙後，電壓分擔率的差別減小，表明並聯間隙有效改善了絕緣子附近的工頻電場分布，達到了均壓的目的。8S106，仿真並聯間隙上的工頻電弧運動特性，可得到電弧的弧根和弧柱在並聯間隙上的運動規律、電弧形態和電弧長度的變化等，以及電弧的弧根能否順利轉移到電極端部和經過多長時間到達端部，從而可以根據工頻電弧運動特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得工頻電弧能以預定速度轉移到並聯間隙的端部，並固定在並聯間隙的端部燃燒。圖2是根據本發明方法設計的兩種不同結構I、II的並聯間隙的結構示意圖。如圖2所示，結構I包括絕緣子串21、上電極23和下電極25，結構I的上下兩個電極從絕緣子串兩側開始向外延伸，一直保持水平形狀，在端部向內彎折，形成間隙；結構II包括絕緣子串22、上電極24和下電極26，結構II的上下兩個電極則是從絕緣子串兩側水平向外延伸一段後，分別以a和P角度向內彎折，形成間隙。計算結果表明，結構I的電弧運動速度明顯高於結構II的運動速度。當t=0.2s時，結構I的下弧根已經到達並聯間隙電極端部，而此時結構II的下弧根還未運動到電極長度的一半距離。結構I的上弧根在t=0.30s時到達上電極端部，而此時結構II上弧根才運動到上電極長度的一半距離處。由於下弧根對弧柱運動的影響，結構I的弧柱整體運動速度也高於結構II。因此，通過電弧運動過程仿真分析來看，結構I的並聯間隙裝置的"導弧"性能明顯優於結構II。從上述的兩種結構可以看出，上下電極傾角為零的並聯間隙裝置比上下電極有一定傾角的並聯間隙裝置具有更強的"導弧"性能。另外，由於間隙的距離沒有改變，因此，其與絕緣子串的絕緣配合幾乎不變，只不過均壓性能可能有所降低。如果對並聯間隙裝置均壓性能不做較多要求，並且安裝形式滿足要求，無疑上下電極傾角為零的並聯間隙裝置結構是一個比較優化的結構。根據該步驟設計出的並聯間隙結構，還應確保短路電弧在運動中受到的電磁力沿間隙電極伸展方向，避免出現電弧在電磁力作用下向著電極伸展的相反方向運動的現象，造成電弧灼燒絕緣子，甚至發生事故。在實施例中可以要求電弧弧根的運動速度不低於lm/s。經過測試可以得到當電弧電流為160A時，電弧弧根運動到電極端部所需時間為0.3s，電流為25kA的電弧到達電極端部的時間約為0.01s。S108，根據並聯間隙的結構和形狀，確定並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬工頻電弧的弧根和弧柱在空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立並聯間隙的電弧運動模型。並聯間隙流過工頻短路電流產生的磁場雖然屬於動態場，但是由於頻率比較低(約為50Hz)，所以可以作為準靜態場處理。短路電弧所處位置的磁場，主要由電極、橫擔、杆塔、架空導線等導體以及電弧本身的電流提供。根據積分方程法，利用畢奧-薩伐爾定律直接對電流源區進行積分，可以得到電弧所處位置的磁場。並聯間隙交流電弧的電流主要流過電弧、電極、橫擔、杆塔、導線(包括避雷線以及連接金具)等，其中，並聯間隙電極、導線及電弧具有圓柱體形狀，橫擔、杆塔和連接金具等一般具有長方體形狀，磁場的積分公式可以為圓柱體和長方體兩種形狀的電流源區分別進行計算。(1)圓柱體電流源區產生磁場的計算方法計算電流密度為J、半徑為R。、長度為1的圓柱體源區在空間任意一點P產生的磁場時，以圓柱體源區的上表面的圓心0為坐標原點，以圓柱體源區的對稱軸為z軸，建立圓柱坐標系(R，P，z)，並以過P點的平面為P=0的平面，計算公式為4;rJJJk廠formulaseeoriginaldocumentpage10(2)長方體電流源區產生磁場的計算方法計算電流密度為J、截面長寬分別為m、n、長度為1的長方體源區在空間任意一點P產生的磁場時，建立直角坐標系(x，y，z)，並以過P點的平面為y二O的平面，計算公式為formulaseeoriginaldocumentpage10將圓柱體和長方體電流源區磁場積分作為基本磁場積分單元，通過對整個電流源區進行環路積分，得到短路電弧所處位置的空間磁場分布。上述確定並聯間隙的空間磁場分布，由於只需要在電流源區進行離散積分，無源區域不用考慮，相比有限元等微分方法，省去了大量的剖分區域，因此，大大減少了計算量，提高了計算速度，能夠使得磁場積分達到無窮遠，並且不增加計算量，這對於求解近似無界的架空輸電線路來說是比較理想的方法。圖3是本發明方法的一個實施例中採用的並聯間隙短路電弧分段模型示意圖。如圖3所示，該電弧分段模型中示出了絕緣子串31、上電極32、電弧段33和下電極34，電弧被看成由許多形狀為圓柱形的電弧段連結而成，每個電弧段的位置由其重心確定，其軸向和柱體長度由相鄰兩個電弧段來確定。每個電弧段都會受到磁場力和風力的作用，當電弧段的長度足夠小時，可認為通過電弧段長度的磁感應強度保持不變，以重心處的磁感應強度表示。利用電弧分段模型，將電弧所受到的磁場力和風作用力細化為每個電弧段所受的磁場力和風作用力，不僅能夠考慮輸電線路和並聯間隙中電流產生的磁場對電弧的作用，也能夠考慮整個電弧電流產生的磁場對電弧局部的作用，反映電弧形狀在運動中的不斷變化。電弧在運動中受到電磁力、風力的作用，導致電弧段沿著磁場力FMi和風作用力FWi的合力方向運動。而根據牛頓粘性定律，運動的電弧又會受到空氣的阻力F^，空氣阻力的方向與電弧運動速度方向相反。根據牛頓第二定律，忽略電弧段的質量及其加速過程時，有FMi+FWi+FKi=0(3)其中，FMi為流過電弧段的電流Ii的函數，Fwi為風作用力在電弧段上作用的截面Si和風速Vw的函數，FKi為空氣阻力在電弧段上的作用截面Si和電弧段運動速度、的函數。結合各作用力的方向，由此得到電弧的運動速度、。於是，電弧段在t+At時刻的重心位置Gi(t+At)為G,(〖+AO=G,(0+K,(4)利用電弧分段模型，根據電弧各段在時間段tt+At(At時間步長)的運動速度，確定所有電弧段在t+At時刻的位置，構成整個電弧的位置和形狀。SllO，利用電弧運動模型，對由並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響及並聯間隙安裝方向對其保護效果的影響來確定並聯間隙的結構和形狀。圖4是本發明方法的第二實施例的流程示意圖。如圖4所示，其中的S402S410與圖1中的S102S110相同，該實施例還可以包括以下步驟S412，利用雷電衝擊試驗測量並聯間隙的衝擊放電電壓U5。％，定位雷電衝擊放電路徑是否發生在空氣間隙上，確定最佳的間隙距離，既能可靠保護絕緣子串免於雷擊閃烙，又能使間隙具有較高的衝擊放電電壓水平；S414，分別獲取絕緣子串自身和絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性，根據伏秒特性調整並聯間隙的結構和形狀，使得絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性低於絕緣子串自身的伏秒特性，以確保並聯間隙對絕緣子串的防雷保護，避免絕緣子串遭受雷擊閃烙；S416，通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按預定速度轉移到並聯間隙的端部並固定在並聯間隙的端部燃燒，以調整並聯間隙的結構和形狀；S418，通過工頻大電流燃弧試驗檢驗並聯間隙電極材料的電弧燒灼耐受程度，以確定並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。在本發明方法的另一實施例中，還可以在工頻大電流燃弧試驗中通過拍攝獲得並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算工頻電弧的運動速度，以確定工頻電弧能否按預定速度轉移至並聯間隙的端部，根據並聯間隙的各種不同形狀對電弧運動速度的影響來調整並聯間隙的結構和形狀。通過試驗可以看出，在電弧運動中，交流電弧陰極弧根停滯不前，一直灼燒間隙電極，陽極弧根會在磁場力的作用下向前運動。短路電弧在並聯間隙電極上留下的運動軌跡，由一個圓斑接一個圓斑組成，由於陰極弧根在工頻半個周期內停滯不前，造成電極表面金屬熔化，從而留下一個圓斑；在下半個周期內，陰極弧根變為陽極弧根，陽極弧根從一個圓斑所在位置運動到相鄰下一個圓斑所在位置；再在接下來的半個周期內，陽極弧根變為陰極弧根，又停滯不前並造成電極表面金屬熔化留下圓斑，由此弧根在陰極弧根和陽極弧根不斷轉變的過程中，規則的向前運動。所以，根據陰、陽極弧根交替灼燒並聯間隙電極留下的圓斑間距，與交流電弧半個工頻周期的時間之比，確定電弧弧根在電極上的運動速度。由上述分析可知，由於交流電弧的陰、陽極弧根交替變換，電弧弧根在電極上留下的圓斑應規則向前運動，直至達到電極端部。若電極結構設計流暢，圓斑間距越大，電弧運動速度越快，利於電弧快速向端部運動。當出現圓斑間距過小或停滯不前時，需改進優化電極結構，加快電弧運動速度，保護輸電線路絕緣子免於電弧灼燒。圖5是本發明方法的第三實施例的流程示意圖。如圖5所示，其中的S502S510與圖1中的S102S110相同，S512S518與圖4中的S412S418相同，該實施例還可以包括以下步驟S520，比較安裝並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定並聯間隙的結構和形狀對線路的雷擊跳閘率的影響，以調整並聯間隙的結構和形狀；S522，採用衝擊放電電壓U5。^的試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整並聯間隙的結構和形狀。如果計算得到的雷擊跳閘率過高，難以滿足並聯間隙在工程應用時的雷擊跳閘率要求，在我國現有絕緣配合規程允許下，可適當增加絕緣子片數或長度，使並聯間隙短接絕緣子的絕緣距離保持不變，或減小並聯間隙電極的彎度，由此加大並聯間隙距離，降低輸電線路絕緣子串安裝並聯間隙後的雷擊跳閘率，使其在工程可接受的範圍內。例如，對於35kV架空輸電線路，不同結構的並聯間隙引起的雷擊跳閘率可以參見下述表1。並聯間隙距離Z越大，跳閘率越小，由此可以通過增加並聯間隙距離來降低雷擊跳閘率。當並聯間隙距離與3片絕緣子的串長相等，但小於其爬電距離時，引起線路跳閘率增加至4.38次/百公裡年，比絕緣子串無並聯間隙的3.96次/百公裡年提高了10.6%，這個增加量應該是可以接受的；若不增加線路的雷擊跳閘率，建議將三片絕緣子增加為四片，間隙短接一片或半片，以保證間隙的保護效果。tableseeoriginaldocumentpage12表1在上述方法的實施例中，預定速度大於或等於lm/s。通過上述實施例可以設計出性能優越的輸電線路絕緣子並聯間隙，解決了輸電線路防雷保護存在的實際問題，具有工程實用價值。圖6是本發明系統的第一實施例的結構示意圖。如圖6所示，該實施例可以包括雷電衝擊放電特性獲取模塊61、電場強度分布獲取模塊62、仿真電弧運動模塊63、電弧運動模型建立模塊64及電弧運動過程比較模塊65。其中，雷電衝擊放電特性獲取模塊61用於獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據雷電衝擊放電特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓。電場強度分布獲取模塊62，用於獲取雷電衝擊放電特性獲取模塊確定的並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據電場強度分布確定並聯間隙的結構和形狀，使得並聯間隙均勻了絕緣子串附近的工頻電場。例如，電場強度分布獲取模塊62可以根據絕緣子串和並聯間隙的結構參數建立絕緣子串安裝並聯間隙的三維幾何模型，採用自由三角形網格剖分技術，通過考慮曲率及特性相似，對幾何模型進行合適的網格剖分，並對有特殊計算要求的部分進行網格的進一步細分。當絕緣子上、下端部及並聯間隙上、下電極預充不同電壓時，用有限元方法計算絕緣子表面、端部和並聯間隙的電場強度分布。電場強度分布獲取模塊62還計算電壓分擔率，S卩，每片絕緣子和並聯間隙各點的電壓佔全部電壓的比率，比較並聯間隙安裝前後的電壓分擔率的差別是否縮小，以檢驗並聯間隙能否改善絕緣子附近的電場強度分布。若安裝並聯間隙後，電壓分擔率的差別減小，表明並聯間隙有效改善了絕緣子附近的工頻電場分布，達到了均壓的目的。仿真電弧運動模塊63，用於仿真電場強度分布獲取模塊確定的並聯間隙上的工頻電弧運動特性，根據工頻電弧運動特性確定並聯間隙的結構和形狀，使得工頻電弧能以預定速度轉移到並聯間隙的端部，並固定在並聯間隙的端部燃燒。在通過仿真電弧運動模塊進行仿真試驗時可以看出，上下電極傾角為零的並聯間隙裝置比上下電極有一定傾角的並聯間隙裝置具有更強的"導弧"性能。另外，由於間隙的距離沒有改變，因此，其與絕緣子串的絕緣配合幾乎不變，只不過均壓性能可能有所降低。如果對並聯間隙裝置均壓性能不做較多要求，並且安裝形式滿足要求，無疑上下電極傾角為零的並聯間隙裝置結構是一個比較優化的結構。電弧運動模型建立模塊64，用於根據仿真電弧運動模塊確定的並聯間隙的結構和形狀，確定並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬工頻電弧的弧根和弧柱在空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立並聯間隙的電弧運動模型。電弧運動模型建立模塊64可以根據下述原理建立電弧運動模型並聯間隙流過工頻短路電流產生的磁場雖然屬於動態場，但是由於頻率比較低(約為50Hz)，所以可以作為準靜態場處理。短路電弧所處位置的磁場，主要由電極、橫擔、杆塔、架空導線等導體以及電弧本身的電流提供。根據積分方程法，利用畢奧-薩伐爾定律直接對電流源區進行積分，可以得到電弧所處位置的磁場。並聯間隙交流電弧的電流主要流過電弧、電極、橫擔、杆塔、導線(包括避雷線以及連接金具)等，其中，並聯間隙電極、導線及電弧具有圓柱體形狀，橫擔、杆塔和連接金具等一般具有長方體形狀，磁場的積分公式可以為圓柱體和長方體兩種形狀的電流源區分別進行計算。電弧運動過程比較模塊65，用於利用電弧運動模型建立模塊建立的電弧運動模型，對由並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響確定並聯間隙的結構和形狀。圖7是本發明系統的第二實施例的結構示意圖。如圖7所示，與圖6中的實施例相比，該實施例還可以包括並聯間隙距離調整模塊71，用於利用雷電衝擊試驗測量電弧運動過程比較模塊確定的並聯間隙的衝擊放電電壓^。％，調整並確定並聯間隙的最大間隙距離；伏秒特性獲取模塊72，用於分別獲取絕緣子串自身和絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性，根據伏秒特性調整並聯間隙距離調整模塊確13定的並聯間隙的結構和形狀，使得絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性低於絕緣子串自身的伏秒特性；轉移速度驗證模塊73，用於通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按預定速度轉移到伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的端部並固定在並聯間隙的端部燃燒，以調整並聯間隙的結構和形狀；並聯間隙材料檢驗模塊74，用於通過工頻大電流燃弧試驗檢驗伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的材料的電弧燒灼耐受程度，以確定並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。圖8是本發明系統的第三實施例的結構示意圖。如圖8所示，與圖7中的實施例相比，該實施例還可以包括跳閘率比較模塊81，用於比較安裝轉移速度驗證模塊確定的並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定並聯間隙的結構和形狀對線路的雷擊跳閘率的影響，以調整並聯間隙的結構和形狀；跳閘率校核模塊82，用於採用衝擊放電電壓U勺試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝跳閘率比較模塊確定的並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整並聯間隙的結構和形狀。在本發明系統的另一實施例中，與圖7相比，該實施例還可以包括電弧轉移速度計算模塊，用於在工頻大電流燃弧試驗中，通過拍攝獲得伏秒特性獲取模塊確定的並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算工頻電弧的運動速度以確定工頻電弧能否按預定速度轉移至並聯間隙的端部，根據並聯間隙的各種不同形狀對電弧運動速度的影響來調整並聯間隙的結構和形狀。對根據電弧轉移速度計算模塊調整後的並聯間隙進行試驗可以看出，在電弧運動中，交流電弧陰極弧根停滯不前，一直灼燒間隙電極，陽極弧根會在磁場力的作用下向前運動。短路電弧在並聯間隙電極上留下的運動軌跡，由一個圓斑接一個圓斑組成，由於陰極弧根在工頻半個周期內停滯不前，造成電極表面金屬熔化，從而留下一個圓斑；在下半個周期內，陰極弧根變為陽極弧根，陽極弧根從一個圓斑所在位置運動到相鄰下一個圓斑所在位置；再在接下來的半個周期內，陽極弧根變為陰極弧根，又停滯不前並造成電極表面金屬熔化留下圓斑，由此弧根在陰極弧根和陽極弧根不斷轉變的過程中，規則的向前運動。所以，根據陰、陽極弧根交替灼燒並聯間隙電極留下的圓斑間距，與交流電弧半個工頻周期的時間之比，確定電弧弧根在電極上的運動速度。由上述分析可知，由於交流電弧的陰、陽極弧根交替變換，電弧弧根在電極上留下的圓斑應規則向前運動，直至達到電極端部。若電極結構設計流暢，圓斑間距越大，電弧運動速度越快，利於電弧快速向端部運動。當出現圓斑間距過小或停滯不前時，需改進優化電極結構，加快電弧運動速度，保護輸電線路絕緣子免於電弧灼燒。在上述系統的實施例中，預定速度大於或等於lm/s。根據上述實施例能夠研製出滿足系統要求和防止絕緣子串遭受雷電衝擊的並聯間隙，使輸電線路的雷擊跳閘率達到工程要求，同時又降低了輸電線路的事故率，消除了現場運行人員的心理隱患。圖9是根據本發明設計的並聯間隙的結構示意圖。如圖9所示，該並聯間隙是按照上述實施例而設計的防雷保護裝置，其由上電極91和下電極92組成，絕緣子串91位於上電極和下電極之間。上電極通過專用球頭掛板連接在杆塔上，下電極通過專用碗頭掛板與導線連接。其中，Z為並聯間隙的距離，Z。為絕緣子串的幹弧距離。通常，並聯間隙上電極均採用針型，下電極採用針型、橢圓型或U型。試驗研究表明，不同形狀電極構成的間隙在雷電放電電壓(U5。％)與放電路徑方面，無明顯差別。並聯間隙電極形狀初步確定如下上電極採用針型，端部上翹，如此設計使並聯間隙的距離Z值不會因上電極端部的燒蝕而改變。並聯間隙的下電極端部或採用球形，以增加其耐電弧燒蝕的能力，隨電壓等級的提高和短路電流的增加，下電極可設計為帶豁口的橢圓形，豁口實現分流、避免電弧轉移速度太慢。並聯間隙的電極形狀設計流暢，沒有小角度彎曲，以確保電弧移動過程中的速度。為了避免因裝設並聯間隙而導致線路雷擊跳閘率的大幅度增加，Z/Z。不應小於75%。並聯間隙的距離Z值由Z。減去間隙上下電極分別短接絕緣子串的高度而得到，應根據絕緣子串的實際片數及預期的雷電跳閘率指標，經過核算確定。如下述表2所示，通過計算分析並聯間隙的結構可以確定絕緣子串被短接的片數分別為例如，35kV短接0.51片；110kV短接11.5片；220kV短接2片等。絕緣子串類型絕緣子串長度Z0/mm短接片數/片並聯間隙距離Z/mmz/z。35kV垂直串146X30.5146X2.50.83335kV耐張串146X41146X30.75110kV垂直串146X91.5146X7.50.833110kV耐張串146X91.5146X7.50.833220kV懸垂串146X162146X140.875220kV耐張串146X152146X130.867表2對並聯間隙進行雷電衝擊試驗，雷電波的放電時間一般在1620iis範圍內，通過試驗觀察，雷電閃烙路徑都發生在並聯間隙電極的端部，測量得到的不同類型絕緣子串及其安裝並聯間隙後的放電電壓值參見下述表3。絕緣子串類型絕緣子串長度/m絕緣子串放電電壓/kV並聯間隙距離/m並聯間隙放電電壓/kV35kV垂直串0.4383660.29221015tableseeoriginaldocumentpage16表3圖10是絕緣子串及其安裝並聯間隙的伏秒特性曲線示意圖。通過伏秒特性試驗檢驗雷電衝擊波陡度的變化對並聯間隙閃絡電壓及放電路徑的影響，絕緣子串的伏秒特性曲線和絕緣子串安裝並聯間隙後的伏秒特性曲線如圖10所示。在圖10中，連續的曲線表示未安裝並聯間隙的絕緣子串的放電電壓隨時間變化的情況，非連續的曲線表示安裝並聯間隙的絕緣子串的放電電壓隨時間變化的情況下，從該圖中可以看出，並聯間隙與絕緣子串實現了較好的絕緣配合，絕大多數情況下並聯間隙都能形成放電通道，有效保護絕緣子串免於燒損。大短路電流的工頻電弧試驗結果表明，即使雷電衝擊閃絡發生在絕緣子串表面，並聯間隙也有較好的引弧作用，能將電弧迅速從絕緣子串轉移至並聯間隙電極之間，並向外吹散，導線和絕緣子串無異常。試驗後的間隙上下電極有一定的燒蝕，但應可保證至少連續灼燒35次而仍不改變並聯間隙的距離Z值。雷擊跳閘率的計算採用規程DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》推薦的方法，以同塔架設4回220kV線路和2回llOkV線路的雷擊跳閘率為例，計算結果如下述表4所示。由於杆塔較高，同塔6回輸電線路的雷擊跳閘率高於普通線路，若線路不長，線路雷擊跳閘次數可被接受。結果比較發現，安裝並聯間隙後每100km每年的跳閘率比未安裝前增加了0.31.7次，滿足工程要求。tableseeoriginaldocumentpage17表4表4中的分子是繞擊建弧率，分母是反擊建弧率。由於反擊閃絡均是兩回110kV線路先閃絡，220kV線路才閃絡，220kV線路實際的反擊建弧率為n11Qkv2n22。kv。通過上述計算分析、試驗驗證和校核雷擊跳閘率的步驟設計絕緣子串並聯間隙，從仿真和試驗的角度，充分考慮工頻電弧在並聯間隙上的運動特性，使並聯間隙的結構和形狀真正達到引弧且保護絕緣子免於灼燒的目標。可見，本發明不僅具有充實的理論基礎，且經得起現場實際運行的考驗，完全滿足工程實施的要求，具有較廣闊的應用前景。本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。權利要求一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法，其特徵在於，所述方法包括獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據所述雷電衝擊放電特性確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓；獲取所述並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據所述電場強度分布確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述並聯間隙均勻所述絕緣子串附近的工頻電場；仿真所述並聯間隙上的工頻電弧運動特性，根據所述工頻電弧運動特性確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述工頻電弧能以預定速度轉移到所述並聯間隙的端部，並固定在所述並聯間隙的端部燃燒；根據所述並聯間隙的結構和形狀，確定所述並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬所述工頻電弧的弧根和弧柱在所述空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立所述並聯間隙的電弧運動模型；利用所述電弧運動模型，對由所述並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據所述並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響來確定所述並聯間隙的結構和形狀。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括利用雷電衝擊試驗測量所述並聯間隙的衝擊放電電壓^。％，調整並確定所述並聯間隙的最大間隙距離；分別獲取絕緣子串自身和所述絕緣子串安裝所述並聯間隙後的伏秒特性，根據所述伏秒特性調整所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述絕緣子串安裝所述並聯間隙後的伏秒特性低於所述絕緣子串自身的伏秒特性；通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按所述預定速度轉移到所述並聯間隙的端部並固定在所述並聯間隙的端部燃燒，以調整所述並聯間隙的結構和形狀；通過所述工頻大電流燃弧試驗檢驗並聯間隙材料的電弧燒灼耐受程度，以確定所述並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括在所述工頻大電流燃弧試驗中，通過拍攝獲得所述並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算所述工頻電弧的運動速度以確定所述工頻電弧能否按所述預定速度轉移至所述並聯間隙的端部，根據所述並聯間隙的各種不同形狀對所述電弧運動速度的影響來調整所述並聯間隙的結構和形狀。4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括比較安裝所述並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定所述並聯間隙的結構和形狀對所述線路的雷擊跳閘率的影響，以調整所述並聯間隙的結構和形狀；採用所述衝擊放電電壓^。％的試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝所述並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整所述並聯間隙的結構和形狀。5.根據權利要求2至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述預定速度大於或等於lm/s。6.—種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的系統，其特徵在於，所述系統包括雷電衝擊放電特性獲取模塊，用於獲取絕緣子串並聯間隙的雷電衝擊放電特性，根據所述雷電衝擊放電特性確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述並聯間隙的放電電壓低於絕緣子串的放電電壓；電場強度分布獲取模塊，用於獲取所述雷電衝擊放電特性獲取模塊確定的所述並聯間隙的各個部位的電場強度分布，根據所述電場強度分布確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述並聯間隙均勻了所述絕緣子串附近的工頻電場；仿真電弧運動模塊，用於仿真所述電場強度分布獲取模塊確定的所述並聯間隙上的工頻電弧運動特性，根據所述工頻電弧運動特性確定所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述工頻電弧能以預定速度轉移到所述並聯間隙的端部，並固定在所述並聯間隙的端部燃燒；電弧運動模型建立模塊，用於根據所述仿真電弧運動模塊確定的所述並聯間隙的結構和形狀，確定所述並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬所述工頻電弧的弧根和弧柱在所述空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立所述並聯間隙的電弧運動模型；電弧運動過程比較模塊，用於利用所述電弧運動模型建立模塊建立的所述電弧運動模型，對由所述並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據所述並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響確定所述並聯間隙的結構和形狀。7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括並聯間隙距離調整模塊，用於利用雷電衝擊試驗測量所述電弧運動過程比較模塊確定的所述並聯間隙的衝擊放電電壓^%，調整並確定所述並聯間隙的最大間隙距離；伏秒特性獲取模塊，用於分別獲取絕緣子串自身和所述絕緣子串安裝所述並聯間隙後的伏秒特性，根據所述伏秒特性調整所述並聯間隙距離調整模塊確定的所述並聯間隙的結構和形狀，使得所述絕緣子串安裝所述並聯間隙後的伏秒特性低於所述絕緣子串自身的伏秒特性；轉移速度驗證模塊，用於通過工頻大電流燃弧試驗驗證由雷擊引起的工頻續流電弧能否按所述預定速度轉移到所述伏秒特性獲取模塊確定的所述並聯間隙的端部並固定在所述並聯間隙的端部燃燒，以調整所述並聯間隙的結構和形狀；並聯間隙材料檢驗模塊，用於通過所述工頻大電流燃弧試驗檢驗所述伏秒特性獲取模塊確定的所述並聯間隙的材料的電弧燒灼耐受程度，以確定所述並聯間隙材料是否能耐受多次大電流電弧灼燒。8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括電弧轉移速度計算模塊，用於在所述工頻大電流燃弧試驗中，通過拍攝獲得所述伏秒特性獲取模塊確定的所述並聯間隙的各種不同結構和形狀下的電弧運動過程來計算所述工頻電弧的運動速度以確定所述工頻電弧能否按所述預定速度轉移至所述並聯間隙的端部，根據所述並聯間隙的各種不同形狀對所述電弧運動速度的影響來調整所述並聯間隙的結構和形狀。9.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括跳閘率比較模塊，用於比較安裝所述轉移速度驗證模塊確定的所述並聯間隙前後的線路的雷擊跳閘率來確定所述並聯間隙的結構和形狀對所述線路的雷擊跳閘率的影響，以調整所述並聯間隙的結構和形狀；跳閘率校核模塊，用於採用所述衝擊放電電壓^。％的試驗數據，選擇最易跳閘的杆塔結構，根據安裝所述跳閘率比較模塊確定的所述並聯間隙後的線路遭受反擊和繞擊所造成的跳閘次數之和是否滿足預定雷擊跳閘率來調整所述並聯間隙的結構和形狀。10.根據權利要求7至9中任一項所述的系統，其特徵在於，所述預定速度大於或等於lm/s。全文摘要本發明公開了一種確定架空輸電線路絕緣子串並聯間隙的方法及系統。其中，該方法包括根據雷電衝擊放電特性確定並聯間隙的結構和形狀；根據電場強度分布確定並聯間隙的結構和形狀；根據工頻電弧運動特性確定並聯間隙的結構和形狀；根據並聯間隙的結構和形狀，確定並聯間隙的空間磁場分布，採用電弧分段模型模擬工頻電弧的弧根和弧柱在空間磁場與風力的作用下的運動過程以建立並聯間隙的電弧運動模型；利用電弧運動模型，對由並聯間隙的各種不同結構和形狀所產生的電弧運動特性進行仿真，根據並聯間隙的各種不同結構和形狀對電弧運動過程的影響來確定並聯間隙的結構和形狀。根據本發明設計出的並聯間隙兼顧了線路的雷擊跳閘率與線路的事故率之間的利與弊。文檔編號H01B17/04GK101714748SQ200910235710公開日2010年5月26日申請日期2009年10月12日優先權日2009年10月12日發明者葉寬,孫昭英,張翠霞,李慶餘,李紅,王獻麗,葛棟,谷山強,陳維江,顏湘蓮申請人:中國電力科學研究院;北京市電力公司