一種串聯(lián)間隙避雷器的間隙距離隨海拔變化的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種串聯(lián)間隙避雷器的間隙距離的確定方法,尤其指一種串聯(lián)間隙避 雷器的間隙距離隨海拔變化的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力線路的增加,因雷擊引起的線路跳閘事故日益增多。線路避雷器在線路 防雷中發(fā)揮了重要作用。用于線路防雷的避雷器有兩種類型:一種是無(wú)間隙金屬氧化物避 雷器;另一種是帶串聯(lián)間隙避雷器。對(duì)有間隙避雷器具有可靠性高,運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在 線路防雷保護(hù)上得到迅速的發(fā)展。帶串聯(lián)間隙避雷器由避雷器本體與外間隙串聯(lián)組成,其 應(yīng)用的關(guān)鍵在于保持合適的間隙距離。
[0003] 帶串聯(lián)間隙避雷器由避雷器本體與外間隙串聯(lián)組成,避雷器本體只在間隙放電時(shí) 才承受工頻電壓的作用。工頻電壓下,避雷器間隙與本體承擔(dān)的電壓按照各自電容分壓。間 隙與本體相比,本體容抗起主導(dǎo)作用,本體在運(yùn)行電壓下承擔(dān)的電壓很小,電阻片無(wú)劣化問(wèn) 題。因而,對(duì)有間隙避雷器具有可靠性高,運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在線路防雷保護(hù)上得到迅速 的發(fā)展。
[0004] 帶串聯(lián)間隙避雷器在架空電力線路中應(yīng)用的關(guān)鍵在于保持合適的間隙距離,而該 間隙距離受外界因素,例如海拔高度等因素的影響,應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整;同樣,也需要根據(jù)被保 護(hù)對(duì)象的絕緣水平而對(duì)間隙距離做相應(yīng)調(diào)整。目前,國(guó)內(nèi)使用的帶串聯(lián)間隙避雷器大多僅 僅粗略的給出了間隙距離的范圍,使用中根據(jù)當(dāng)?shù)氐母蓾穸?、海拔條件等因素靠經(jīng)驗(yàn)確定, 無(wú)法保證帶串聯(lián)間隙避雷器正常穩(wěn)定工作。因而,得到一種能夠快速、簡(jiǎn)捷和準(zhǔn)確的間隙距 離確定方法對(duì)帶串聯(lián)間隙避雷器在不同海拔高度地區(qū)的應(yīng)用將起到至關(guān)重要的作用。
[0005] 串聯(lián)間隙避雷器的間隙50%放電電壓應(yīng)由線路絕緣子串的50%閃絡(luò)電壓和避雷 器本體的直流ImA參考電壓U lmA共同確定。
[0006] 國(guó)標(biāo)GB/T16927. 1-1997對(duì)于破壞性放電試驗(yàn),推薦采用Weibull分布、正態(tài)分布 和二重指數(shù)分布來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。目前對(duì)多次破壞性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析大多采用 正態(tài)分布的方法,采用正態(tài)分布來(lái)計(jì)算時(shí),需要采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)組多,否則準(zhǔn)確性低,一般需 要上百組實(shí)驗(yàn),才能達(dá)到準(zhǔn)確性要求,前序工作多,計(jì)算復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn), 提供一種串聯(lián)間隙避雷器的間隙距離隨海拔變化的確定方法,以達(dá)到計(jì)算簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確的目 的。為此,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。
[0008] 一種串聯(lián)間隙避雷器的間隙距離隨海拔變化的確定方法,其特征在于包括以下步 驟:
[0009] 1)獲取避雷器本體直流u1Ma;
[0010] 2)在對(duì)應(yīng)的海拔條件下,對(duì)絕緣子進(jìn)行雷電沖擊閃絡(luò)試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí),絕緣子的一端 為高壓端,另一端為接地端,絕緣子連接用于提供峰值范圍為30kV~1200kV的雷電沖擊波 沖擊電壓發(fā)生器及用于分壓的分壓器,試驗(yàn)獲得多組雷電沖擊閃絡(luò)電壓值,對(duì)雷電沖擊閃 絡(luò)電壓值用Weibull分布處理得到現(xiàn)場(chǎng)海拔條件下絕緣子串50%放電概率的沖擊放電電 壓 ULS50%;
[0011] 3)根據(jù)計(jì)算公式U' /1.2-υ?ηΛ,計(jì)算避雷器串聯(lián)間隙的預(yù)期沖擊放 電電壓值U' LG50% ?
[0012] 4)對(duì)帶串聯(lián)間隙避雷器的間隙進(jìn)行雷電沖擊閃絡(luò)試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí),間隙的一端為高 壓端,另一端為接地端,間隙連接用于提供峰值范圍為30kV~1200kV的雷電沖擊波沖擊電 壓發(fā)生器及用于分壓的分壓器,實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)不同間距的間隙進(jìn)行20-30次測(cè)試,記錄雷電沖 擊放電電壓,用Weibull概率分布的方法進(jìn)行處理,得到不同間距間隙的50%放電概率的 沖擊放電電壓υ?(;5(ι%;
[0013] 5)用冪函數(shù)進(jìn)行對(duì)間隙距離與50%放電概率的沖擊放電電壓Uui5c^進(jìn)行擬合,得 到間隙50%放電概率的沖擊放電電壓和間隙距離的關(guān)系曲線;
[0014] 6)根據(jù)擬合曲線以及預(yù)期沖擊放電電壓值U' ,得到合適的間隙距離。
[0015] 得到串聯(lián)間隙的50%擊穿概率的沖擊放電電壓Uui5c^是得到符合間距要求的間隙 的基礎(chǔ)。
[0016] 線路型串聯(lián)間隙避雷器的50%雷電沖擊放電電壓隊(duì)5。%約等于串聯(lián)間隙的50%雷 電沖擊放電電壓與避雷器本體直流U 1dia之和。即
[0017] Ul50 % -Ulg50 %+UlmA (1)
[0018] 線路絕緣子串的50%雷電沖擊放電電壓Uu5(l%與線路避雷器的配合系數(shù)取 1. 2,則
[0019] ULS5(I% - I- 2\JL50% - I. 2 (ULG5CI%+UlmA) (2)
[0020] 則串聯(lián)間隙的50%擊穿概率的沖擊放電電壓υ_%:
[0021] Ulg50% -ULS5(I%/I. 2-UlmA (3)
[0022] 由式(3)可見(jiàn),要確定串聯(lián)間隙的間隙距離,需要確定串聯(lián)間隙的50%沖擊放電 電壓,而間隙的50 %沖擊放電電壓又由絕緣子串的50 %沖擊放電電壓隊(duì)5(|%和避 雷器本體直流U1im共同確定。
[0023] 絕緣子串(間隙)的50 %放電概率的沖擊放電電壓 Uls 5〇 % (Ulg50O^ )可按基于 Weibull分布的數(shù)據(jù)處理方法及其配套的試驗(yàn)方法得到,步驟如下:
[0024] 1)試驗(yàn)方法
[0025] 在各個(gè)設(shè)定的間隙距離下(或?qū)Ω鞣N絕緣子串),試驗(yàn)電壓由低往高施加,測(cè)量其 閃絡(luò)(擊穿)電壓。即開(kāi)始施加一個(gè)較低的電壓,如果沒(méi)有發(fā)生閃絡(luò)(擊穿),則增加5kV 電壓繼續(xù)進(jìn)行,直到發(fā)生閃絡(luò)(擊穿)為止,記錄雷電沖擊閃絡(luò)(擊穿)電壓A。按此步驟, 在每種類型的間隙(或絕緣子串)下,重復(fù)進(jìn)行20次,得到一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0026] 2)基于Weibull分布的50%放電概率的沖擊放電電壓的數(shù)據(jù)處理方法
[0027] Weibull分布的物理模型是最弱環(huán)節(jié)原則,是計(jì)算若干個(gè)環(huán)節(jié)組成的整條鏈?zhǔn)?的概率分布模型,這一模型適用于由某一局部失效,便引起全部機(jī)能停止的現(xiàn)象。
[0028] 對(duì)于二維參數(shù)的Weibull分布,其概率函數(shù)如式(1)所示:
[0029] F((;) = l-oxp(-^―) (4) Π
[0030] 式⑴中,U是隨機(jī)變量,該處指閃絡(luò)電壓(kV),m和η是與U無(wú)關(guān)的參數(shù)。概率 函數(shù)的曲線隨m取值不同而呈現(xiàn)不同的形狀,故稱m為形狀參數(shù);τι 一般被稱為尺度參數(shù)。
[0031] 對(duì)多次擊穿(閃絡(luò))的試驗(yàn)數(shù)據(jù),按照Weibull概率分布的方法進(jìn)行處理,用 Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算,可方便得到任意擊穿(閃絡(luò))概率(包括50%放電概率)的放電電 壓值。具體方法如下:
[0032] (1)針對(duì)本發(fā)明的試驗(yàn)方法,在得到某一間隙下的20組重復(fù)擊穿數(shù)據(jù)后,記為N1 -[n" Ii2, n3,......,Ii20];
[0033] (2)調(diào)用Matlab軟件中的函數(shù)"[m,n] =Wblfit(N1)'擬合出該列數(shù)據(jù)服從 Weibull分布的形狀參數(shù)m;尺度參數(shù)η ;
[0034] (3)調(diào)用函數(shù)"U5(l%= wblinv(0. 5, m,η ) "可分別計(jì)算出服從Weibull分布的50% 擊穿(閃絡(luò))概率的擊穿電壓值。(同理,可計(jì)算出任意擊穿概率的擊穿電壓值,把"〇. 5" 換成其他值即可)。
[0035] 通過(guò)本技術(shù)方案可以得到各種類型絕緣子串50%放電概率的沖擊閃絡(luò)電壓Uu5Q% 和不同間隙距離的間隙50 %放電概率的沖擊擊穿電壓。
[0036] 對(duì)工程用電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng),符合Weibull概率分布,尤其是在小樣本的情況下。 在小樣本情況下用Weibull分布的擬合要好于正態(tài)分布,本技術(shù)方案依據(jù)帶串聯(lián)間隙避 雷器間隙擊穿電壓的計(jì)算方法,對(duì)絕緣子串的50%放電電壓和間隙的50%放電電壓采用 Weibull分布的方法進(jìn)行確定,并制定了配套的試驗(yàn)方法,以快速準(zhǔn)確地確定避雷器串聯(lián)間 隙的間距,為帶串聯(lián)間隙避雷器在各種海拔條件下的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
[0037] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充,本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。
[0038] Weibull分布的概率函數(shù)為:fH = 式中,