线路雷击闪络限制器安装方式对玻璃绝缘子电场

绝缘子分为玻璃绝缘子和复合绝缘子两大类，玻璃绝缘子性能稳定，机械强度高，抗环境老化能力强[1]，应用历史较长。国内外研究[2-4]表明，沿玻璃绝缘子电场强度分布的一般特点为：两端的电场强度高于绝缘子中部的电场强度，且导线端的电场强度大于横担端的电场强度，电压等级越高，绝缘子越长，沿绝缘子的电场强度分布不均匀性越大。

沿绝缘子串电场的分布特点不仅影响绝缘子串的长度，而且对绝缘子的使用寿命和电磁环境等均具有重要影响。在高电压等级的线路中，局部电场强度过大导致的局部放电不仅产生可听噪声、无线电干扰等电磁环境问题，还会加速绝缘材料老化，减小绝缘子的寿命[5-7]。

在实际工程应用中，设计合理的均压环结构及安装位置是减小电场强度沿绝缘子分布不均匀性的有效措施[8-11]，并在工程得到普遍应用。在绝缘子的两端并联安装雷击闪络限制器[12]，有利于解决传统交流线路避雷器的安全隐患和安装困难问题，避免并联间隙无法切断工频续流造成线路跳闸，保障电网安全稳定运行[13-16]。雷击闪络限制器有2种安装方式：安装方式Ⅰ是指雷击闪络限制器下放电电极低于圴压环的高度；安装方式Ⅱ指雷击闪络限制器下放电电极高于均压环。这2种安装方式的差异体现在雷击闪络限制器下放电电极与圴压环的高度。

在正常工作状况下，雷击闪络限制器的阀片及放电电极分别与其连接的绝缘子端电位相等，雷击闪络限制器的存在必然对沿绝缘子及均压环等的电场强度分布产生一定的影响。

该文根据110 kV线路雷击闪络限制器的2种典型安装方式，利用有限元计算方法[17]，研究雷击闪络限制器安装方式对玻璃绝缘子及均压环等电场及电压分布的影响，为110 kV线路雷击闪络限制器的工程应用提供参考。

1 模型建立

以2E2-SJG1型110 kV钢管塔为例，塔型及尺寸如图1(a)所示。导线采用LGJ-300/25钢芯铝绞线，外径23.76 mm；一根地线采用GJ-70铝包钢绞线,外径11.00 mm。

设线路的最高工作电压为110 kV，双回导线按逆相序排列。玻璃绝缘子串的长度为1.168 m，相导线中心距横担悬挂点的高度为1.5 m，如图1(b)所示。

在右下相安装雷击闪络限制器，2种安装方式如图2所示。

在2种安装方式中，安装雷击闪络限制器时上下连接金具的长度各增加0.1 m，即导线距横担的距离增加0.2 m；雷击闪络限制器放电电极的间距均为0.59 m；

安装方式Ⅰ中，雷击闪络限制器轴线与竖直线的夹角为40°，雷击闪络限制器下放电电极比均压环低0.15 m。

安装方式Ⅱ中，雷击闪络限制器轴线与竖直线的夹角为60°，雷击闪络限制器下放电电极比均压环高0.90 m。

建立雷击闪络限制器安装前及2种安装方式的有限元计算模型如图3所示。

图1 钢管塔及玻璃绝缘子Figure 1 Steel tubular tower and glass insulator

图2 雷击闪络限制器安装方式Figure 2 Installation methods of flashover limiter

图3 限制器安装前后的有限元计算模型Figure 3 Finite element model of glass insulator with and without flashover limiter

其他参数：圴压环环径18 cm，管径1.5 cm；复合绝缘子的相对介电常数为4；根据文献[18]给出的ZnO阀片的介电系数及介质损耗角正切随频率论关系曲线，当频率为50Hz时阀片的相对介电系数取1 200，介质损耗角正切取3。

2 安装方式对绝缘子电场分布的影响

安装雷击闪络限制器前绝缘子的电压和电场强度分布如图4所示。

图4 限制器安装前玻璃绝缘子电场分布Figure 4 Electric field distribution of glass insulator without flashover limiter

采用安装方式Ⅰ、Ⅱ安装雷击闪络限制器，绝缘子的电压和电场强度分布如图5、6所示。

将8片玻璃绝缘子从下向上编号，分别计算每个玻璃绝缘子的电压，得到雷击闪络限制器安装前后玻璃绝缘子的电压分布曲线如图7所示。

定义绝缘子电压分配不均匀系数为

式中umax、umin分别为单片绝缘子的最大、最小电压；uav为平均电压。

计算雷击闪络限制器安装前后，单片绝缘子电压最值及电压分配不均匀系数如表1所示。

图5 安装方式Ⅰ的玻璃绝缘子电场分布Figure 5 Electric field distribution of glass insulator with the 1st installation method

图6 安装方式Ⅱ的玻璃绝缘子电场分布Figure 6 Electric field distribution of glass insulator with the 2nd installation method

图7 限制器安装前后绝缘子的电压分布曲线Figure 7 Voltage distribution along glass insulator with and without flashover limiter

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