一种特高压直流接地极线路防护系统.pdf

本发明提供一种特高压直流接地极线路防护系统，包括杆塔本体、设于杆塔本体上的避雷线横担和接地极导线横担，避雷线横担两端分别固定避雷线，接地极导线横担两端分别通过绝缘子S1和绝缘子S2固定接地极导线，接地极导线与绝缘子S1的连接端与间隙C1的一端连接，接地极导线与绝缘子S2的连接端与间隙C2的一端连接，间隙C1的另一端和间隙C2的另一端均与避雷器的一端连接，避雷器的另一端与杆塔本体相连。该技术方案可减少特高压直流接地极线路因招弧角闪络导致单极甚至双极闭锁的事故，并可实现一台避雷器即可保护两根接地极线路，保证不平衡电流保护设备、接地极线路断线检测保护设备正确运行，不受避雷器对地电容的影响。

1.  一种特高压直流接地极线路防护系统，包括杆塔本体、设于所述杆塔本体上的避雷线横担和接地极导线横担，所述避雷线横担两端分别固定避雷线，所述接地极导线横担两端分别通过绝缘子S1和绝缘子S2固定接地极导线，其特征在于：所述接地极导线与所述绝缘子S1的连接端与间隙C1的一端连接，所述接地极导线与所述绝缘子S2的连接端与间隙C2的一端连接，所述间隙C1的另一端和间隙C2的另一端均与避雷器的一端连接，所述避雷器的另一端与杆塔本体相连。

2.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述杆塔本体、所述避雷线横担和所述接地极导线横担均为角钢桁架，所述避雷线横担高于且平行于所述接地极导线横担，所述避雷线横担和所述接地极导线横担的竖直中垂线与所述杆塔本体的轴线重合。

3.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述杆塔本体上设有用于固定所述避雷线横担和所述接地极导线横担的安装孔，所述避雷线横担和所述接地极导线横担上均设有孔径与所述杆塔本体上安装孔的孔径对应相等的螺孔；所述避雷线横担和所述接地极导线横担通过贯穿所述安装孔和所述螺孔的螺栓固定在所述杆塔本体上。

4.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述避雷线横担的两端分别开有用于固定避雷线线夹的固定孔；所述避雷线线夹上设有孔径与固定孔的孔径对应相等的螺孔，所述避雷线线夹通过贯穿所述固定孔和所述螺孔的螺栓固定在所述避雷线横担两端；所述避雷线通过所述避雷线线夹水平方向垂直固定在所述避雷线横担两端。

5.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述绝缘子为悬式绝缘子，所述悬式绝缘子的一端设有绝缘子金具，另一端设有线夹；所述绝缘子金具和所述接地极导线横担两端分别设有大小对应的螺孔，所述绝缘子金属通过螺栓和螺母固定在所述接地极导线横担两端；所述线夹夹紧所述接地极导线。

6.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述避雷器为悬挂式避雷器；所述避雷器的高压端和低压端均设有避雷器金具；
低压端的避雷器金具包括长方形金属板、分别垂直设于所述长方形金属板两端的连接板和金属线夹；
所述连接板和所述杆塔本体的角钢桁架上设有大小对应相等的螺孔，所述连接板通过贯穿所述螺孔的螺栓和螺母与所述杆塔本体固定，所述杆塔本体上的螺孔位置低于或等于所述 接地极导线横担的高度；所述金属线夹与所述避雷器低压端固定。

7.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述间隙一端通过绝缘子线夹与接地极导线连接，另一端通过硬导线与避雷器高压端的金具连接。

8.  如权利要求1所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
所述间隙的间距为特高压直流接地极线路以单极大地方式和过负荷方式运行时，间隙在过负荷直流电流下的压降不产生电晕时所对应的长度。

9.  如权利要求8所述的一种特高压直流接地极线路防护系统，其特征在于：
避雷器与杆塔本体之间的距离大于所述间隙的间距。

一种特高压直流接地极线路防护系统
技术领域
本发明涉及一种防护系统，具体讲涉及一种特高压直流接地极线路雷电和操作过电压防护系统。
背景技术
现有的±800kV和±1000kV特高压直流接地极线路一般采用绝缘子串并联招弧角的方式防止雷电和操作过电压对线路造成损害；特高压直流接地极线路的空气间隙与绝缘子串长的雷电配合系数为0.7～0.85。在雷击下或操作过电压下，招弧角先于绝缘子串闪络，让直流工作续流流经招弧角，而不流经绝缘子串，避免电弧烧坏绝缘子串，发生掉串，且有利于招弧角上的直流电流熄弧。
但招弧角的放电特性和流过运行直流电流后的熄灭特性受环境因素的影响很大，不稳定。双极运行方式下，单极因雷击接地故障时，健全极转为单极大地运行方式，若接地极线路遭受直击雷和感应雷，导致招弧角闪络，则直流运行电流会流过招弧角，因直流运行电流无过零点，招弧角难以熄弧，需执行快速停运，闭锁两端换流器，切断流经招弧角的直流电流后，再重新启动。
在人口稠密、交流变电站多的地区，受走廊的限制和接地极线路架设地址选择困难的影响，±800kV和±1000kV直流线路可能与接地极线路同杆架设，同杆架设的极线与接地极线路为强耦合线路。双极运行时，若其中任意一极线遭受雷电绕击，雷电行波将沿极线传播到同杆架设段，由于接地极线路上绝缘水平较低，雷电行波在接地极线路的感应过电压可导致接地极线上多处招弧角闪络；当雷电直击同杆架设线路塔顶或架空地线时，流经杆塔入地的雷电流也可导致招弧角反击闪络，因此，同杆架设的接地极线路雷击闪络概率远高于接地极线路单独架设的情况。
双极运行时，若雷电绕击或反击导致一极线发生接地故障，则健全极的极线上将感应出操作过电压，操作过电压行波会传递到同杆架设段，并经电磁和电容耦合在接地极线上感应出较高的操作过电压，尤以逆变站高端换流变阀侧和同杆架设段极线发生接地故障后，在接地极线路上产生的操作过电压最高，这种操作过电压可导致招弧角闪络。运行经验表明±800kV接地极线路多次因招弧角闪络导致单极甚至双极闭锁，或发生招弧角不能熄弧持续燃烧直至招弧角烧毁、绝缘子串掉串的大事故。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种特高压直流接地极线路防护系统。
本发明提供的技术方案是：一种特高压直流接地极线路防护系统，包括杆塔本体、设于所述杆塔本体上的避雷线横担和接地极导线横担，所述避雷线横担两端分别固定避雷线，所述接地极导线横担两端分别通过绝缘子S1和绝缘子S2固定接地极导线，其改进之处在于：所述接地极导线与所述绝缘子S1的连接端与间隙C1的一端连接，所述接地极导线与所述绝缘子S2的连接端与间隙C2的一端连接，所述间隙C1的另一端和间隙C2的另一端均与避雷器的一端连接，所述避雷器的另一端与杆塔本体相连。
优选的，所述杆塔本体、所述避雷线横担和所述接地极导线横担均为角钢桁架，所述避雷线横担高于且平行于所述接地极导线横担，所述避雷线横担和所述接地极导线横担的竖直中垂线与所述杆塔本体的轴线重合。
优选的，所述杆塔本体上设有用于固定所述避雷线横担和所述接地极导线横担的安装孔，所述避雷线横担和所述接地极导线横担上均设有孔径与所述杆塔本体上安装孔的孔径对应相等的螺孔；所述避雷线横担和所述接地极导线横担通过贯穿所述安装孔和所述螺孔的螺栓固定在所述杆塔本体上。
优选的，所述避雷线横担的两端分别开有用于固定避雷线线夹的固定孔；所述避雷线线夹上设有孔径与固定孔的孔径对应相等的螺孔，所述避雷线线夹通过贯穿所述固定孔和所述螺孔的螺栓固定在所述避雷线横担两端；所述避雷线通过所述避雷线线夹水平方向垂直固定在所述避雷线横担两端。
优选的，所述绝缘子为悬式绝缘子，所述悬式绝缘子的一端设有绝缘子金具，另一端设有线夹；所述绝缘子金具和所述接地极导线横担两端分别设有大小对应的螺孔，所述绝缘子金属通过螺栓和螺母固定在所述接地极导线横担两端；所述线夹夹紧所述接地极导线。
优选的，所述避雷器为悬挂式避雷器；所述避雷器的高压端和低压端均设有避雷器金具；
低压端的避雷器金具包括长方形金属板、分别垂直设于所述长方形金属板两端的连接板和金属线夹；
所述连接板和所述杆塔本体的角钢桁架上设有大小对应相等的螺孔，所述连接板通过贯穿所述螺孔的螺栓和螺母与所述杆塔本体固定，所述杆塔本体上的螺孔位置低于或等于所述接地极导线横担的高度；所述金属线夹与所述避雷器低压端固定。
优选的，所述间隙一端通过绝缘子线夹与接地极导线连接，另一端通过硬导线与避雷器高压端的金具连接。
优选的，所述间隙的间距为特高压直流接地极线路以单极大地方式和过负荷方式运行时，间隙在过负荷直流电流下的压降不产生电晕时所对应的长度。
进一步，避雷器与杆塔本体之间的距离大于所述间隙的间距。
与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：
(1)本技术方案中间隙与悬挂式避雷器串联后与绝缘子并联，由于悬挂式避雷器的作用，即使单独架设或与极线同杆架设接地极线路闪络接地导致间隙击穿，间隙中流过的直流运行电流也会很快降低，解决了招弧角在直流运行电流流过时难以熄弧的问题，减少特高压直流接地极线路因招弧角闪络导致单极甚至双极闭锁的事故。
(2)本技术方案中选择悬挂式避雷器使得避雷器在杆塔上安装更加方便，间隙与悬挂式避雷器高压端相连，在正常运行时，悬挂式避雷器上不会受到直流工作电压的作用，延长了避雷器的使用寿命。
(3)本技术方案中两侧接地极导线分别连接间隙C1的一端和间隙C2的一端，间隙C1的另一端和间隙C2的另一端均与避雷器的一端连接，避雷器的另一端与杆塔本体相连，可实现一台避雷器即可保护两根接地极线路，保证不平衡电流保护设备、接地极线路断线检测保护设备正确运行，不受避雷器对地电容的影响。
(4)避雷器的低压端通过低压端的避雷器金具与杆塔本体固定，可保证悬挂式避雷器与杆塔本体的距离大于特高压直流接地极线路以单极大地方式运行时，间隙在过负荷直流电流下的压降不产生电晕时所对应的间距，从而保证间隙在故障情况下击穿后避雷器高压端不会对杆塔本体放电。
(5)间隙通过硬导线与避雷器相连，可保证连接导线不随风摆动，确保正常运行时硬导线与其他部件的相对距离。
附图说明
图1为本发明提供的特高压直流接地极线路防护系统的结构原理图。
图2为避雷器低压端与杆塔本体的连接原理图。
图3为绝缘子与接地极导线和间隙的连接原理图。
其中：1-杆塔本体；2-避雷线横担；3-避雷线；4-接地极导线横担；5-绝缘子；6-接地极导线；7-避雷器；8-杆塔本体的角钢桁架；9-螺母；10-螺栓；11-低压端的避雷器金具； 12-绝缘子线夹；13-间隙。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明提供的特高压直流接地极线路防护系统如图1所示，主要用于防止雷电和操作过电压对特高压直流接地极线路造成损害；防护系统包括竖直架设的杆塔本体1、设于所述杆塔本体1上且竖直中垂线与所述杆塔本体1轴线重合的避雷线横担2和接地极导线横担6；其中避雷线横担2高于且平行于接地极导线横担6；
所述接地极导线横担6两端分别通过绝缘子S1和绝缘子S2固定接地极导线6，所述接地极导线6与所述绝缘子S1的连接端与间隙C1的一端连接，所述接地极导线6与所述绝缘子S2的连接端与间隙C2的一端连接，所述间隙C1的另一端和间隙C2的另一端均与避雷器7的一端连接，所述避雷器7的另一端与杆塔本体1相连；间隙C1和C2为空气间隙，当发生过电压时，间隙之间的空气会被击穿，击穿后，间隙与避雷器7串联，防止绝缘子S1和S2受到过电压损害；这种连接方式可实现用一台避雷器7保护两根接地极线路，保证不平衡电流保护设备、接地极线路断线检测保护设备正确运行，不受避雷器7对地电容的影响。
所述杆塔本体1、所述避雷线横担2和所述接地极导线横担6均为角钢桁架，所述杆塔本体的角钢桁架8上设有用于固定所述避雷线横担2和所述接地极导线横担6的安装孔，所述避雷线横担2和所述接地极导线横担6上均设有孔径与所述杆塔本体1上安装孔的孔径对应相等的螺孔；所述避雷线横担2和所述接地极导线横担6通过贯穿所述安装孔和所述螺孔的螺栓固定在所述杆塔本体1上。
所述避雷线横担2的两端分别开有用于固定避雷线线夹的固定孔；所述避雷线线夹上设有孔径与固定孔的孔径对应相等的螺孔，所述避雷线线夹通过贯穿所述固定孔和所述螺孔的螺栓固定在所述避雷线横担2两端；所述避雷线线夹加紧避雷线3，所述避雷线3水平方向垂直固定在所述避雷线横担2两端。
所述避雷器7为悬挂式避雷器，使得避雷器7在杆塔上安装更加方便；所述避雷器7的高压端和低压端均设有避雷器金具；避雷器7高压端通过避雷器金具与间隙13相连，在正常运行时，悬挂式避雷器上不会受到直流工作电压的作用，延长了避雷器7的使用寿命。
如图2所示：低压端的避雷器金具11包括长方形金属板、分别垂直设于所述长方形金属板两端的连接板和金属线夹；
所述连接板和所述杆塔本体的角钢桁架8上设有大小对应相等的螺孔，所述连接板通过 贯穿所述螺孔的螺栓10和螺母9与所述杆塔本体1固定，所述杆塔本体1上的螺孔位置低于或等于所述接地极导线横担6的高度；所述金属线夹与所述避雷器7低压端固定。
避雷器7的低压端通过低压端的避雷器金具11与杆塔本体1固定，可保证悬挂式避雷器7与杆塔本体1的距离大于特高压直流接地极线路以单极大地方式运行时，间隙13在过负荷直流电流下的压降不产生电晕时所对应的间距，从而保证间隙13在故障情况下击穿后，避雷器7的高压端不会对杆塔本体1放电。
所述间隙13的间距为特高压直流接地极线路以单极大地方式和过负荷方式运行时，间隙13在过负荷直流电流下的压降不产生电晕时所对应的长度。
如图3所示：所述绝缘子5为悬式绝缘子，所述悬式绝缘子的一端设有绝缘子金具，另一端设有线夹；所述绝缘子金具和所述接地极导线横担6两端分别设有大小对应的螺孔，所述绝缘子金属通过螺栓和螺母固定在所述接地极导线横担6两端；
所述线夹夹紧所述接地极导线6并连接所述间隙13的一端，所述间隙13的另一端通过硬导线与避雷器7高压端的金具连接，可保证连接导线不随风摆动，确保正常运行时硬导线与其他部件的相对距离。
所述避雷器7的额定电压通过以下步骤确定：
步骤1：建立仿真计算模型计算换流变最高和最低换流变阀侧发生对地闪络、换相失败或线路沿线接地故障时在接地极线路产生操作过电压、或雷电绕击或反击接地极线路产生过电压的故障时，避雷器的雷电和操作过电压保护水平；
步骤2：进行绝缘配合选择绝缘子串空气间隙与避雷器保护水平；
步骤3：根据避雷器保护水平和中性母线额定电压选择相应避雷器额定电压。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。