本發(fā)明涉及一種可融冰的架空防雷雙導(dǎo)體絕緣地線。適用于電力系統(tǒng)中高壓架空輸電線路地線的防雷與融冰。

背景技術(shù)：

2008年以來，我國南方地區(qū)出現(xiàn)了歷史上罕見的低溫雨雪凝凍災(zāi)害。許多線路覆冰遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出線路承受能力，造成大面積斷線或倒塔。架設(shè)在輸電線路上方的地線通常是固定在線路鐵塔的塔頂上，覆冰期間，輸電線路導(dǎo)、地線均會覆冰，由于架空地線高于導(dǎo)線，并且在輸電線路正常運行情況下架空地線沒有電流流過，架空地線的覆冰厚度往往比輸電導(dǎo)線還要厚(一般在相同氣象條件下其覆冰厚度比導(dǎo)線厚5～10mm)。如果僅僅解決了導(dǎo)線上的覆冰，一方面導(dǎo)線覆冰融化后弧垂將上升，導(dǎo)、地線的距離減小，覆冰嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)地線低于導(dǎo)線的情況，造成導(dǎo)、地線電氣距離不足影響線路正常運行，或者是導(dǎo)線脫冰后產(chǎn)生跳躍導(dǎo)致融冰過程中導(dǎo)、地線閃絡(luò)；另一方面，地線覆冰嚴(yán)重也可能造成地線頂架或鐵塔上部拉彎變形、桿塔傾斜等情況同樣會造成線路無法正常運行。

因此，若只是對相導(dǎo)線進(jìn)行融冰，還是難以確保線路安全運行，必須對地線也進(jìn)行融冰。目前的做法是對融冰區(qū)的全部地線進(jìn)行絕緣改造，在地線上加裝帶間隙的絕緣子4(如圖2、圖3所示)，切斷桿塔5與地線之間的電氣連接。融冰時，電源端變電站對架空地線加載融冰電流，在對側(cè)變電站使兩地線直接短接，融冰電流通過架空地線形成回路，使地線導(dǎo)體發(fā)熱融冰雪，如圖1所示。但是這種方法實施起來存在以下問題：

1)、由于地線運行方式多為逐塔接地或分段絕緣一點接地，在實際運行中，發(fā)現(xiàn)絕緣子4在覆冰條件下，覆冰厚度為10mm和20mm時絕緣子平均閃絡(luò)電壓分別為12.6～13.5kv和9.0～12.0kv，遠(yuǎn)低于清潔絕緣子的平均閃絡(luò)電壓(24.6～28.5kv)，可見，絕緣子覆冰及染污都會降低其閃絡(luò)電壓。

2)、在架空地線全線絕緣的情況下(圖1所示)，若絕緣子4的空氣間隙為100mm，當(dāng)雷擊地線而該空氣間隙未被擊穿時，可發(fā)現(xiàn)此時在塔頂?shù)倪^電壓要大于地線與桿塔5正常連接時的過電壓，尤其是在過電壓波形的波頭部份。其原因是由于地線與桿塔之間的空氣間隙未擊穿，雷電能量推遲向下方大地釋放，從而使得過電壓波頭部份變陡，過電壓程度提高。

3)、在雷電下行先導(dǎo)向輸電線路發(fā)展過程中，地線上會感應(yīng)出與雷電下行先導(dǎo)異性的電荷，以維持地線的地電位(零電位)。在地線逐塔接地條件下，地線上的異號電荷主要是經(jīng)由相鄰擋距桿塔來補給，這個過程一般只有2μs左右，遠(yuǎn)低于雷電下行先導(dǎo)向地面發(fā)展所需要的時間(即數(shù)十微秒甚至數(shù)百微秒的梯級先導(dǎo)過程)。相關(guān)研究表明，地線上的感應(yīng)電荷對地線上行先導(dǎo)的形成具有重要影響，從而影響地線的引雷能力。而在地線全線絕緣條件下，地線上的感應(yīng)電荷會減小，即地線的全線絕緣會影響地線的感應(yīng)聚集，并導(dǎo)致地線防雷能力差。

4)、電力部門為了降低地線上的電能損耗，若將地線全絕緣，在此接線方式下，架空地線上的場強會小于輸電導(dǎo)線上的電場強度，雷電下行先到來時，若不能擊穿架空地線與桿塔之間的空氣間隙使得地線接地，由于此時輸電導(dǎo)線上的電場強度大于地線場強，使輸電導(dǎo)線將會成為迎面先導(dǎo)，產(chǎn)生雷擊繞擊，造成輸電線路故障，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行會產(chǎn)生較大影響。

由于上述原因，為防止落在地線上的雷反擊導(dǎo)線，在不覆冰的季節(jié)又要安排人工再將雷區(qū)地線恢復(fù)接地，這個過程的線路維護工作量十分巨大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種可融冰的架空防雷雙導(dǎo)體絕緣地線，其主要目的是解決架空地線的覆冰問題，不僅以最小的成本投入實現(xiàn)融冰除雪，還可在雷擊時或線路故障發(fā)生時保護輸電相線不被損壞，并且架空地線本身也完好無損。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：可融冰的架空防雷雙導(dǎo)體絕緣地線，其特征在于，所述地線由內(nèi)而外依次為導(dǎo)電磁性體內(nèi)層、復(fù)合絕緣層和導(dǎo)電磁性體外層，其中：

所述導(dǎo)電磁性體內(nèi)層由多根鍍鋅鋼絲絞制而成；

所述復(fù)合絕緣層由絕緣內(nèi)層、主絕緣層和絕緣外層覆合而成，其中絕緣內(nèi)層和絕緣外層為半導(dǎo)電層；

所述導(dǎo)電磁性體外層由多根鍍鋅鋼絲絞制而成，包覆于絕緣外層的外面。

所述鍍鋅鋼絲采用軟磁性鋼絲鍍鋅。

所述導(dǎo)電磁性體內(nèi)層和導(dǎo)電磁性體外層的導(dǎo)體截面積均不小于50mm²。

所述半導(dǎo)電層厚度為1～3mm，半導(dǎo)電層的原料按以下重量％配制：

石墨10～20

鐵粉5～10

交聯(lián)聚乙烯余量。

所述主絕緣層厚度為3～25mm，主絕緣層的原料按以下重量％配制：

鎂鋅鐵氧體粉末20～30

交聯(lián)聚乙烯余量。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明利用外層導(dǎo)體與內(nèi)層導(dǎo)體相互感應(yīng)原理，以復(fù)合絕緣層作為絕緣載體而將外層導(dǎo)線對地懸空，切斷了地線與大地之間的電流通路。正常情況下，地線外層導(dǎo)體與桿塔絕緣，可節(jié)能降損，經(jīng)濟效益顯著；當(dāng)雷電過電壓發(fā)生或線路故障時，該地線除了通過擊穿絕緣子的空氣間隙向大地釋放電能外，還可通過該地線的電容層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的高頻通道與大地磁路接通，實現(xiàn)自動排雷。

2、減少潛供電流，提高供電的可靠性，提高單相重合閘的成功率，提高電網(wǎng)可靠性。

3、解決了輸電線路監(jiān)測設(shè)備在運行中野外取電困難的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明背景技術(shù)對地線進(jìn)行融冰的示意圖。

圖2、圖3分別是背景技術(shù)融冰時采用的兩種型號絕緣子的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明地線的截面圖。

圖5是本發(fā)明地線的立體解剖圖。

具體實施方式

如圖4、圖5所示，本實施例可融冰的架空防雷雙導(dǎo)體絕緣地線由三層結(jié)構(gòu)覆復(fù)而成，由內(nèi)而外依次為導(dǎo)電磁性體內(nèi)層1、復(fù)合絕緣層2和導(dǎo)電磁性體外層3。

所述導(dǎo)電磁性體內(nèi)層1由多根鍍鋅鋼絲絞制而成(用絞線機絞制)，因要求導(dǎo)磁的需要，鍍鋅鋼絲采用軟磁性鋼絲鍍鋅，或者馬氏體不銹鋼絲鍍鋅。該導(dǎo)電磁性體內(nèi)層1的導(dǎo)體截面積不應(yīng)小于50mm²。

所述復(fù)合絕緣層2由絕緣內(nèi)層2－1、主絕緣層2－2和絕緣外層2－3覆合而成，其中絕緣內(nèi)層2－1和絕緣外層2－3為半導(dǎo)電層。復(fù)合絕緣層采用擠包的方式實現(xiàn)，設(shè)備包括擠塑機、擠橡機、交聯(lián)裝置及其它輔助裝置，均為市場上現(xiàn)有成熟的設(shè)備和工藝。

兩層半導(dǎo)電層的厚度為1～3mm，半導(dǎo)電層的原料按石墨10～20(重量％)、鐵粉5～10(重量％)，其余為交聯(lián)聚乙烯配制而成。

所述主絕緣層2－2厚度為3～25mm，主絕緣層的原料按鎂鋅鐵氧體粉末20～30(重量％)，其余為交聯(lián)聚乙烯配制而成。

所述導(dǎo)電磁性體外層3也是由多根鍍鋅鋼絲絞制而成(可采用管式絞線機絞制，設(shè)備及工藝均為現(xiàn)有技術(shù))，本例導(dǎo)電磁性體外層3共有兩層，包覆于絕緣外層2－3的外面。鍍鋅鋼絲采用軟磁性鋼絲鍍鋅，或者馬氏體不銹鋼絲鍍鋅。導(dǎo)電磁性體外層3的導(dǎo)體截面積要求不小于50mm²。

本發(fā)明通過雙層導(dǎo)線加上中間夾層的復(fù)合絕緣層，利用外層導(dǎo)體與內(nèi)層導(dǎo)體相互感應(yīng)原理，以復(fù)合絕緣層作為絕緣載體而將外層導(dǎo)線對地懸空，這樣就切斷了地線與大地之間的電流通路。正常情況下，地線外層導(dǎo)體與桿(鐵)塔絕緣，當(dāng)雷電過電壓發(fā)生或線路故障時，架空地線除了通過擊穿絕緣子(已經(jīng)裝設(shè)的)的空氣間隙向大地放電外，同時還可通過本電纜地線所設(shè)計的電容層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的高頻通道與大地經(jīng)磁路接通，自動排雷，保證雷電流的有效泄放。

本發(fā)明的工作原理如下：

由于本發(fā)明的地線在兩層導(dǎo)電磁性體之間增加了一個復(fù)合絕緣層2，這樣在物理結(jié)構(gòu)上就形成了一個電容層，根據(jù)平板電容器的理論計算，電容量ε為空氣的介電常數(shù)，εr為介質(zhì)的介電常數(shù)，s為面積，d為導(dǎo)體之間的距離，在本方案中為絕緣層的厚度δ，即電容器的導(dǎo)體間距d＝δ,這樣通常以絕緣層為30～100kv耐壓設(shè)計，絕緣層一般為6～20mm厚度，若按此結(jié)構(gòu)下導(dǎo)線的電容量，通常以每公里0.2μf(微法)左右的電容量，若導(dǎo)線的連續(xù)長度為10～20公里時，電容量可達(dá)到4～5μf的電容。在輸電線路很長的情況下，則電容值相應(yīng)增大，由于雷電流是一種高頻率的脈沖波，通常f＝1～100khz之間，其很容易通過電容性的電氣元件，如此結(jié)構(gòu)的地線相當(dāng)于對具有高頻特性的雷電波提供了一個能量傳遞的通道。

假如電容量c為每公里長度可達(dá)0.2μf，如果地線長度為50km時，電容量可達(dá)10μf，而由此電容量形成的容抗當(dāng)雷電流頻率f為10khz時，該地線呈現(xiàn)的容抗性阻抗為這個阻值相當(dāng)于是一個良好的電氣通路，即可以從這個電容器構(gòu)成的通道快速將雷電流排泄至大地中去。然而該地線電纜對50hz工頻電壓則呈現(xiàn)容抗阻抗比雷擊時增加了約300倍，接近于高阻抗，相當(dāng)于開路狀態(tài)。

在實際安裝工程中若將避雷器與導(dǎo)電磁性體外層3連接，就可以有效地利用接地電纜來達(dá)到防雷的效果，同時又可以使導(dǎo)電磁性體外層3在平時運行達(dá)到懸空的目的。

外層導(dǎo)體懸空后帶來的另一優(yōu)勢是：由于三相架空導(dǎo)線對于地線的距離不均等，它們之間的互感就有些差別，盡管在正常情況下三相導(dǎo)線上的負(fù)荷電流是平衡的，但在地線上仍然要感應(yīng)出一個縱電動勢，如果地線采取每一鐵塔均進(jìn)行接地的方式，這個電動勢就要產(chǎn)生電流而流入大地，其結(jié)果就增加了線路的電能損失。這個附加的電能損失與同負(fù)荷電流的平方和線路長度成比例，對于220kv、長200～300km的送電線路來說，每年損失電量約數(shù)百萬度。國際上在上世紀(jì)的50年代初，就開始研究地線懸空絕緣后節(jié)能的課題。采用本發(fā)明的雙層導(dǎo)體地線后，外層導(dǎo)體相當(dāng)于一根懸空的感應(yīng)地線，減少了相線對大地的電容電流，可以實現(xiàn)架空輸電線路的節(jié)能效果。