输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容,雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击时引起的冲击闪络,导致线路绝缘子闪络,继而产生很大的工频续流,损坏绝缘子串及金具,导致线路事故。传统的“堵塞型”防雷保护方式,由于其局限性,不能根本解决雷击问题。因此电力部门一般采用在输电线路加装并联保护间隙或者线路避雷器来实现保护线。然而实际运行中,并联保护间隙和线路避雷器都有其明显的缺陷如下:
首先,当输电线路发生雷击时,并联保护间隙优先因雷击引起的过电压而击穿,将雷电流泄入大地,从而起到保护输电线路及电气设备的作用。然而由于并联保护间隙没有灭弧能力,不能熄灭绝缘子串闪络后引起的工频续流,电弧在保护间隙间长时间灼烧,将造成绝缘子串损坏,严重时,可能造成输电线路断线,同时电弧会对电极造成烧蚀而降低其保护性能。最终依靠断路器来熄灭电弧来实现保护输电线路及设备,是牺牲“跳闸率”和“供电可靠性”换取“低事故率”的做法。
其次,线路避雷器价格昂贵,使用、维护成本高,泄露电流大,使用寿命短,更换频繁,而且线路避雷器用的氧化锌模块在雷电冲击下由于存在明显的集肤效应,大电流下容易爆炸,造成线路长期故障,不利于电网经济、安全、稳定运行。
因此,人们开始针对这些问题进行研究,如发明人在先申请的专利,中国专利号为2011201046273就公开了一种适用于10~35千伏架空输电线路的10~35千伏架空输电线路约束空间喷射气体灭弧防雷间隙装置,该装置并联安装于线路绝缘子串两端,保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串,从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿,击穿放电时,雷电脉冲采集装置自动感应雷电流信号并触发高速喷射气体发生装置,瞬间产生高速喷射气流对约束空间内续流电弧沿纵向强烈冲击、冷却至熄灭。又如中国专利号为2011200053246公开了用于各电压等级输电线路的约束空间喷射气流灭弧防雷间隙装置,该装置并联安装于线路绝缘子串两端,保护间隙之间的闪络电压小于被保护绝缘子串,从而在输电线路遭受雷击时优先于被保护绝缘子串击穿,击穿放电时,约束空间内部的产气材料被高温电弧急剧加热产生高压气体的同时,雷电脉冲采集装置自动采集信号并启动喷射气体发生装置,瞬间产生高速气流沿纵向对电弧造成冲击、冷却至熄灭。这些专利对于上述问题已经取到了较好的解决效果,然而对于更高电压等级亦或更大的短路电流电弧,特别是针对直流电弧不存在电弧过零点现象,导线被电弧烧断情况,无灭弧气丸时保护间隙电极易受电弧烧灼损坏情况等,除了增大灭弧气丸的威力外,必须提出能弱化电流电弧、防止导线断线和间隙电极受电弧烧灼损坏等的方法及原理,从而达到更好的灭弧效果,提高电力系统的稳定性。因此,市场上急需一种性能更加可靠、适用范围更广,在直流电弧不存在电弧过零点现象时也能防止导线被电弧烧断情况发生的防雷间隙保护装置。