多管道压缩气体灭弧防雷间隙研究与应用

多管道压缩气体灭弧防雷间隙研究与应用

1,郭伟 ,2,林楠

2、广东电网有限责任公司汕头供电局

摘要：多管道压缩气体灭弧防雷装置的研究，是为了将10kV配电线的雷击跳闸率进行及时有效降低而开展的探究工作，其中对于压缩气流形成原理、灭弧原理等需要做到重点关注，并且需要做到该装置压制成功之中的运行、应用效果，从而为电网的安全稳定运行提供强而有力的保障。

关键词：多管道；压缩气体；灭弧

前言：

在常规情况下，10kV的配电线路是不会进行避雷线的安装的，因此在线路之上，进行保护间隙的安装就是10kV配电线路防雷的主要手段。但是由于10kV配电线路在有单相接地故障产生之后，还是能够带故障运行约2h，这就会使累计线路形成的短路电弧，有永久性接地故障产生的可能性，供电的可靠性也就会随之受到明显的影响。本文将基于上述问题的存在，进行多管道压缩气体灭弧防雷间隙的研究与剖析。

1、雷电放电原理

雷暴放电是雷暴云在地面、雷暴云之间或雷暴云内部的放电现象。地表水在太阳辐射下分解成蒸汽，然后产生向上的热空气流。当热空气上升，冷空气与之碰撞时，地表水被加热，凝结成带负电荷的小水滴和带正电荷的大水滴。小水滴随着气流上升，云的每个部分都有不同的电荷；在大水滴落下的过程中，由于碰撞，快速落下的水产品带负电荷，缓慢落下的云彩带正电荷，最后形成上下负雷暴，所以大部分雷击都是负电荷[1]。闪电放电本质上是一种超长气隙放电，当放电电场强度达到25-30kv/cm时，雷电从雷暴中跳跃到地面上，最终可能击中地面或避雷针等构筑物上。

2、多管道压缩气体灭弧防雷间隙研究与应用探析

2.1多管道压缩气体灭弧防雷间隙的研究

2.1.1机理分析

该装置的构成，由一系列单元灭弧压缩管道满足（其原理如图1所示），其材料是陶瓷，这种材料能够更好的进行电弧高温的耐受，直径可以确定为2mm。这里需要明确的是，电弧压缩管道的排列方式是“交错连接”的形式，其所构成的是特殊螺旋状结构，在各压缩管道的两端位置处，都会进行导电电极的设置，一旦线路遭受到雷击，因为安装间隙侧绝缘水平是比绝缘子绝缘水平的，在相应装置侧电弧就会产生闪络的问题，并进入到灭弧结构管道之中，并且会在灭弧管道特殊空间结构的影响下，被迫按照其结构发展[2]。每个相邻灭弧管道间，都会有突变拐点、巨大弧柱弯曲等的产生，电弧也会因为上述现象的产生，有极不规则空间发展形态的发生，在压缩管道的约束之下，也会受嫉妒压缩效应，进而有压缩气流的形成，并且会有电弧喷射熄灭作用的产生。

图1灭弧压缩管道结构原理

2.1.2数学模型分析

电弧与陶瓷管道压缩气流所产生的相互作用，是直接与电磁场、流体场结合利用息息相关的，由此也就能够看出，构建动量、质量以及能量守恒模型的必要性，模型的构建需要和欧姆方程、麦克斯韦方程等构成一个方程组，以保证整个多管道压缩气体灭弧防雷间隙数学模型构建的有效性。其中控制方程组工程为：

在该公式之中，所代表的是电弧介质的密度；所代表的是电弧介质流动速度轴向分量；所代表的是电弧弧柱的半径；所代表的是电弧介质流动速度径向分量。除上述方程组之外，还需要注重动量守恒方程式的表达：

在上述方程式之中，所代表的是电弧电流密度轴向分量；所代表的是磁感应强度周向分量；所代表的是动粘性系数；所代表的是自膨胀的气体压力。除此之外，还需要注重方程式、能量守恒方程式等的引入，上述方程组的作用，主要展现在陶瓷馆内电弧边界层方面，是仿真分析的关键[3]。

2.1.3试验结果阐释

在经过仿真分析之后，可以进入到试验阶段之中，为了保证多管道压缩气流熄灭电弧的可靠性、有效性，整个试验的进行，需要利用稳定工频电弧，并以压缩管道的使用，促使气流的产生，最后将其作用于电弧而开展的试验。在整个试验的过程中，需要充分发挥工频正弦电压源的效用，并以稳压电路的通过促使熔丝熔断，这样就能够有稳定工频电弧的产生，而对于试验波形、电弧发展过程的记录、拍摄，则需要数字示波器、高速摄像机来完成。在实际的拍摄中，摄像机关于压缩灭弧间隙的拍摄，是在幅值为1.5kA工频电弧基础前提下的“动作过程”。其中拍摄频帧是。需要注意的是，通过笔者的观察发现，电弧在成功进入到压缩管道后，多管道压缩气流灭弧间隙就会对其产生一定的作用，电弧会沿着管理径的螺旋向下前进，陶瓷管之内的空气，也会在高温电弧加热的影响下，产生急剧膨胀的情况，压缩灭弧气流也就会随之产生，并且能够在电弧上产生作用，电弧也就会在气流作用之下，发生向外发展并拉长的情况，较短的时间之内，就能够将工频电弧进行彻底的熄灭，并且不会有重燃情况的产生。

2.2多管道压缩气体灭弧防雷间隙的应用

福建某地的10kV配电线的雷击事故较为频发，依照当地供电公司的相关统计数据调研、分析发现，当地的年平均雷暴日能够达到67.3d，这对于当地的用户生活生产安全、输电新路稳定等都是十分不利的，因此针对此进行了线路防雷的有效改造，将多管道压缩气体灭弧防雷间隙进行了充分利用，并对其运行数据，进行了长时间的观察，该装置在发生雷暴的情况下，有频繁且多次的启动，将当地雷暴灾害的发生频率进行了最大限度的降低，而依照当地雷电的监测数据分析发现，在2021年5月1日到10月1日期间，进行多管道压缩气体灭弧防雷间隙安装线路附近，有超过100次落雷现象的发生，其中，突破耐雷水平的情况发生了52次、多重雷击现象的产生为29次，但是在灭弧间隙的作用、保护之中，整个线路均未有跳闸、断路等情况的发生

[4]。

通过上述笔者对于多管道压缩气体灭弧防雷间隙装置的研究能够发现，整个数学模型的构建，是保证整个装置能够有效发挥自身效用的基础前提，而仿真、试验等的进行，则能够将“装置产生压缩气流可以充分作用于电路暂态发展”的观点，进行及时有效的证明，在这个过程中所产生的效用就表现为能够将电弧迅速切断、并且能够在2.5ms之内，实现电路的迅速、有效熄灭。当然，在具体应用之中，笔者以福建某地对于多管道压缩气体灭弧防雷间隙装置的实际应用为例，进行了探析，发现该装置能够达成有效、及时进行输电设施保护的目的，同时，能够将因雷击而导致的跳闸频率，进行充分减少，电网运行的安全、稳定也能够得到强而有力的保证。

结语：

综上所述，对于10kV的配电线路来说，想要保证其稳定、安全的运行，并确保雷击事故风险问题发生频率的有效减少，相应配电所对于多管道压缩气体灭弧防雷间隙装置的安装、探究、分析就显得至关重要。本文从雷电放电原理、多管道压缩气体灭弧防雷间隙研究与应用探析两个角度出发，重点阐释了如何在10kV配电线路之中，发挥多管道压缩气体灭弧防雷间隙装置的应有防雷效用，笔者还针对其进行了具体试验过程、应用实例的探究，最终目的就是为了强调对于该装置的安装能够为配电网的稳定运行提供保证，相应雷击事故导致的故障、跳闸等问题也能够得到及时的规避。

参考文献：

[1]孟伟航,王巨丰,黄上师,等.35kV配电线路绝缘子串与多断点灭弧防雷间隙雷电冲击绝缘配合研究[J].电测与仪表,2022,59(5):109-115.

[2]王硕,周鑫,闫珅,黄嘉曦.基于压缩温升-定向气吹的压缩灭弧防雷间隙机理研究[J].电瓷避雷器,2020(4):29-34+40.

[3]王巨丰,周勇军,徐宇恒,等.压缩灭弧防雷间隙对高铁线路雷击防护的研究[J].自动化与仪器仪表,2020(4):1-4.

[4]黄嘉曦,王巨丰,闫珅,等.基于高速气流灭弧的防雷间隙的仿真分析和试验研究[J].电瓷避雷器,2019(5):92-98.