申请/专利权人：合肥溢鑫电力科技有限公司

申请日：2019-06-04

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN110137935B

主分类号：H02H9/04

分类号：H02H9/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2024.03.19#专利申请权的转移;2019.09.10#实质审查的生效;2019.08.16#公开

摘要：本发明公开了一种电网防雷隔离装置，在电网中设置至少一个电网防雷隔离装置，其在电网导体与地之间进行连接，使电网导体与地之间的电荷能够自由流动，利用电网防雷隔离装置在电网与电网防雷隔离装置的连接点形成雷云感应隔离墙；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在隔离区内，隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响，电网防雷隔离装置不改变电网中性点接地方式。本发明与当前防雷措施相互配合，提高供电安全可靠性，大幅降低雷云对电网的危害。

主权项：1.一种电网防雷隔离装置，其特征是：在电网中设置至少一个电网防雷隔离装置，所述电网防雷隔离装置在电网导体与地之间进行连接，使电网导体与地之间的电荷能够自由流动，利用所述电网防雷隔离装置在电网与电网防雷隔离装置的连接点形成雷云感应隔离墙；利用一道电网防雷隔离装置对应形成一道雷云感应隔离墙，将电网隔离为左侧电网和右侧电网；当雷云处在左侧电网的上空，则左侧电网为隔离区，右侧电网为保护区；当雷云处在右侧电网的上空，则右侧电网为隔离区，左侧电网为保护区；隔离区电网感应的电荷与雷云电荷极性相反，利用所述一道雷云感应隔离墙对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区电网不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由所述一道雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在隔离区内，隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过所述一道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；利用多道电网防雷隔离装置一一对应形成多道雷云感应隔离墙，当雷云处在相邻两道电网防雷隔离装置之间的电网上空，则所述相邻两道电网防雷隔离装置之间为隔离区，隔离区之外为保护区；隔离区中的电网感应的电荷与雷云电荷相反，利用所述相邻两道电网防雷隔离装置对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，所述相邻两道电网防雷隔离装置将雷电波的传播限制在隔离区，隔离区中电网的感应电荷或雷击电荷通过所述相邻两道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；所述电网防雷隔离装置不改变电网中性点接地方式。

全文数据：一种电网防雷隔离装置技术领域本发明涉及电力设备，更具体地说是电网防雷隔离装置，将雷云在电网感应的电荷区域实施隔离，并建立雷电波泄放渠道形成隔离墙限制雷电波在电网的传播。背景技术根据国内外输电线路运行经验，雷击跳闸故障是影响输电线路安全的主要原因。雷击事故在电力系统事故中占有很大的比例，其危害供电线路以及发电、变电设备，导致停电，甚至引起用电单位的重大经济损失。目前的防雷措施在电网导体外部实施而非改变电网的参数，即电网本体的外部，当前电网主要防雷措施有：避雷针和避雷线架空地线、降低杆塔接地电阻、加强线路的绝缘、耦合地线、避雷器、不平和绝缘、自动重合闸等等。当前的防雷措施规避了绝大多数雷击事故的发生，但是雷击电网的事故依然时有发生，雷击跳闸故障依然是影响输电线路安全的主要原因。当电网遭受雷击时，雷电波全网传播，雷电流大、雷击过电压高是电网雷击事故的核心原因。发明内容本发明是为避免上述现有技术存在的不足之处，提供一种电网防雷隔离装置，弥补目前防雷措施的不足。当雷云靠近电网时，对电网感应电荷的区域实施隔离并建立隔离墙，将雷电波的传播限制在一定的区域内，限制雷电流的幅值，降低雷击过电压，与当前防雷措施相互配合，提高供电安全可靠性，大幅降低雷云对电网的危害。本发明为解决技术问题采用如下技术方案：本发明电网防雷隔离装置的特点是：在电网中设置至少一个电网防雷隔离装置，所述电网防雷隔离装置在电网导体与地之间进行连接，使电网导体与地之间的电荷能够自由流动，利用所述电网防雷隔离装置在电网与电网防雷隔离装置的连接点形成雷云感应隔离墙；利用一道电网防雷隔离装置对应形成一道雷云感应隔离墙，将电网隔离为左侧电网和右侧电网；当雷云处在左侧电网的上空，则左侧电网为隔离区，右侧电网为保护区；当雷云处在右侧电网的上空，则右侧电网为隔离区，左侧电网为保护区；隔离区电网感应的电荷与雷云电荷极性相反，利用所述一道雷云感应隔离墙对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区电网不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由所述一道雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在隔离区内，隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过所述一道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；利用多道电网防雷隔离装置一一对应形成多道雷云感应隔离墙，当雷云处在相邻两道电网防雷隔离装置之间的电网上空，则所述相邻两道电网防雷隔离装置之间为隔离区，隔离区之外为保护区；隔离区中的电网感应的电荷与雷云电荷相反，利用所述相邻两道电网防雷隔离装置对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，所述相邻两道电网防雷隔离装置将雷电波的传播限制在隔离区，隔离区中电网的感应电荷或雷击电荷通过所述相邻两道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；所述电网防雷隔离装置不改变电网中性点接地方式。本发明电网防雷隔离装置的特点也在于：所述电网防雷隔离装置设置在所述电网的输电线路上、变电所母线上和或设置在所述电网中的变压器中性点上。本发明电网防雷隔离装置的特点也在于：针对在所述电网防雷隔离装置与地之间形成的泄放渠道，雷云泄放电流I由式1所表征：其中：U为雷云在电网的感应电荷或雷击电网与地之间形成的电压；ZL为电网线路阻抗，ZT为所述电网防雷隔离装置阻抗；通过增大电网防雷隔离装置阻抗ZT的阻值降低雷击泄放电流的幅值。本发明电网防雷隔离装置的特点也在于：所述电网防雷隔离装置为设置在电网中的三相对地电抗器；所述三相对地电抗器为固定阻值的电抗器，或为可控电抗器；所述三相对地电抗器为三相电抗器直接接地，或三相电抗器呈星型连接，并在星型连接的中性点经第四支电抗器接地。本发明电网防雷隔离装置的特点也在于：针对电网防雷隔离装置所在位置处没有电网中性点，所述电网防雷隔离装置由接地变压器和中性点接地阻抗组成，利用所述接地变压器形成中性点，再经中性点接地阻抗接地；通过控制接地变压器的功率和或控制中性点接地阻抗的阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。本发明电网防雷隔离装置的特点也在于：针对电网防雷隔离装置所在位置处为电网中性点，所述电网防雷隔离装置为设置在电网中的中性点与地之间的电抗器或可控变压器；所述可控变压器是通过控制变压器的功率和或控制变压器二次侧阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。与已有技术相比，本发明有益效果体现在：1、本发明提出防雷隔离的新理念，一方面将电网对雷云的感应电荷隔离限制在局部区域内，另一方面雷云对电网的泄放传播隔离限制在局部区域内，降低雷害对电网的危害。2、在雷云瞬间消失或雷击电网时，本发明电网防雷隔离装置与电网感应的电荷或雷击电网的电荷形成泄放渠道并建立隔离墙，一方面限制泄放电流的幅值，另一方面隔离墙将雷电波限制在在一定的区域内，防止了雷电波在电网上的传播，从而降低雷击过电压；3、本发明与现有防雷技术相互配合，内外结合实现全面防雷，把雷击的危害降低到最低，提高电网安全可靠性；4、本发明对于中压中性点不接地系统，由于降低了雷击过电压特别是雷击感应过电压，从而避免了雷击过电压引起的单相弧光接地，提高供电安全可靠性，大幅降低雷云对电网的危害；5、本发明电网防雷隔离装置降低了雷击过电压，避免了雷击过电压对电网绝缘的冲击，有效保护了电网绝缘，延长电网绝缘使用寿命。6、本发明用于高层建筑的低压电网的高层端，可大幅降低低压网的浪涌过电压保护低压用电设备。附图说明图1电网输电线路中间部位雷云感应原理图；图2单个电网防雷隔离装置的防雷隔离墙原理图；图3电网一侧雷云感应原理图；图4相邻电网防雷隔离装置的防雷隔离墙原理图；图5静电感应带电导体接地前后的电荷分布；图6本发明电抗器实现的电网防雷隔离装置原理图；图7本发明带接地变压器的电网防雷隔离装置原理图；图8本发明用于电网中性点的电网防雷隔离装置原理图。具体实施方式图5所示为静电感应带电导体接地前后的电荷分布示意，由静电感应可知，中性的导体B放在绝缘支架上处于带正电的导体球A附近，导体B的左、右两边分别感应负电荷和正电荷，导体B达到静电平衡时，其电势当把导体B左端接地时，则负电荷将从大地流向导体B，与导体上的正电荷中和，最后导体B左端带一定量的负电荷；当把导体B右端接地时与导体B左端接地一样，大地中的负电荷与导体上的正电荷中和，最后导体B带一定量的负电荷，即对处于正电荷周围的导体任何地方接地，其最后结果都要满足导体会带一定量的负电荷。本实施例中电网防雷隔离装置是在电网中设置至少一个电网防雷隔离装置，电网防雷隔离装置在电网导体与地之间进行连接，使电网导体与地之间的电荷能够自由流动，利用电网防雷隔离装置在电网与电网防雷隔离装置的连接点形成雷云感应隔离墙。具体实施中，利用一道电网防雷隔离装置对应形成一道雷云感应隔离墙，将电网隔离为左侧电网和右侧电网；当雷云处在左侧电网的上空，则左侧电网为隔离区，右侧电网为保护区；当雷云处在右侧电网的上空，则右侧电网为隔离区，左侧电网为保护区；隔离区电网感应的电荷与雷云电荷极性相反，利用一道雷云感应隔离墙对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区电网不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由一道雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在隔离区内，隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过一道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响。图3所示为电网一侧雷云感应原理，当雷云靠近电网的一条输电线路左侧时，会在输电导线上感应电荷，靠近雷云的左侧输电导线是感应的电荷Q与雷云所带电荷的极性相反，而输电导线的右侧远端感应的电荷与雷云电荷的极性相同，电网的电势大于地电势；当雷云突然消失，输电导线两端感应的电荷失去束缚，两端感应的正负电荷中和产生雷电流IQ，雷电流IQ具有恒流源特性在输电导线传播形成雷电波，幅值可达几千安、几十千安，甚至几百千安，产生极高的过电压，危害电网安全。图4所示为相邻电网防雷隔离装置的防雷隔离墙原理，在电网的K点接入电网防雷隔离装置，利用电网防雷隔离装置Z在电网的K点形成雷云感应隔离墙，以K点将电网隔离为左侧电网和右侧电网，当雷云处在左侧电网的上空，则左侧电网为隔离区，右侧电网为保护区；左侧隔离区电网感应的电荷与雷云电荷极性相反，利用一道雷云感应隔离墙对电网感应电荷的区域实施隔离，使右侧保护区电网不产生感应电荷；当左侧上空的雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由一道雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在左侧隔离区内，左侧隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过一道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使右侧保护区电网不受泄放影响。具体实施中，利用多道电网防雷隔离装置一一对应形成多道雷云感应隔离墙，当雷云处在相邻两道电网防雷隔离装置之间的电网上空，则相邻两道电网防雷隔离装置之间为隔离区，隔离区之外为保护区；隔离区中的电网感应的电荷与雷云电荷相反，利用相邻两道电网防雷隔离装置对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，相邻两道电网防雷隔离装置将雷电波的传播限制在隔离区，隔离区中电网的感应电荷或雷击电荷通过相邻两道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响。图2所示为单个电网防雷隔离装置的防雷隔离墙原理，当雷云处在电网中间区域时，靠近雷云的电网导体感应的电荷Q与雷云所带电荷的极性相反，电网两端的导体感应的电荷与雷云的电荷极性相同；当雷云突然消失，电网上感应的电荷失去束缚，电网中间区域感应的电荷与电网两端感应的电荷中和产生雷电流I1Q、I2Q、I3Q、I4Q，雷电流I1Q、I2Q、I3Q、I4Q具有恒流源特性在输电导线传播形成雷电波，幅值可达几千安、几十千安，甚至几百千安，产生极高的过电压，危害电网安全。图1所示为电网输电线路中间部位雷云感应原理，在电网的K1、K2处接入电网防雷隔离装置Z1、Z2，电网防雷隔离装置Z1、Z2实现电网导体与地的电荷可自由流动的连接，对于雷云感应来说相当于在K1、K2点处将电网导体接地，因此K1、K2之间的电网导体感应与雷云相反的电荷，K1、K2以外的电网导体则没有感应电荷，故电网防雷隔离装置阻挡了K1、K2之间以外的电网导体感应电荷，起到隔离墙的作用；当雷云突然消失，电网K1、K2之间的电网导体感应的电荷Q通过电网防雷隔离装置Z1、Z2泄放，产生泄放电流I1、I2。电网防雷隔离装置不改变电网中性点接地方式；对于大电流接地方式来说，电网防雷隔离装置的设置，不会改变电网的中性点接地方式；但是对于小电流接地系统，电网防雷隔离装置的设置，向单相接地故障的故障点注入电流，有可能改变中性点的接地方式，所以设置时要防止电网防雷隔离装置的设置改变电网中性点接地方式。对于具体设置的位置来说，电网防雷隔离装置设置在电网的输电线路上、变电所母线上和或设置在电网中的变压器中性点上。当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，电网防雷隔离装置将雷电波的传播限制在局部区域内，电网的感应电荷或雷击电荷通过电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，针对在电网防雷隔离装置与地之间形成的泄放渠道，雷云泄放电流I由式1所表征：其中：U为雷云在电网的感应电荷或雷击电网与地之间形成的电压；ZL为电网线路阻抗，ZT为电网防雷隔离装置阻抗；通过增大电网防雷隔离装置阻抗ZT的阻值降低雷击泄放电流的幅值。雷云泄放电流I与ZT负相关，电网防雷隔离装置的阻值越大则电网防雷隔离装置后的电网过电压幅值越小，设置：ZT＞＞ZL，能够将式1简化为：即，雷云突然消失或雷击电网时形成的泄放电流I与ZT成反比，通过设置电网防雷隔离装置的阻值大幅降低雷击泄放电流的幅值。电网防雷隔离装置实现电网导体与地之间的连接，该连接使得电荷能够自由流动，最好的材料是金属导体，使用导体必须不能使电网对地短路，因此，电网防雷隔离装置为设置在电网中的三相对地电抗器；三相对地电抗器为固定阻值的电抗器，或为可控电抗器；三相对地电抗器为三相电抗器直接接地，或三相电抗器呈星型连接，并在星型连接的中性点经第四支电抗器接地。图6所示为四种形式的电抗器实现的电网防雷隔离装置原理，图6中a图是固定阻值的电抗器直接接在三相与地之间，如220KV以上电压等级电网中的并联电抗器。220KV以上电压等级电网线路很长，并联电抗器安装在线路末端的变电站，只对变电所实现了保护取，无法保护线路，同时变电所的防雷措施非常严密，是不是并联电抗器起到防雷效果难以定论；并联电抗器只有一个点，隔离的效果差，另外一方面并联电抗器的功率较大阻抗值低，虽然有防雷效果但防雷效果不显著，同时理念上没有想到，更没有雷击的统计，人们忽略了并联电抗器的防雷效果；图6中b图为可调电抗器实现的电网防雷隔离装置原理图，图6中c图为星形接线的四只电抗器实现的电网防雷隔离装置原理图，图6中d图为星形接线的四只可调电抗器实现的电网防雷隔离装置原理图。电抗器实现的的电网防雷隔离装置与并联电抗器结合，可以大幅度降低造价。针对电网防雷隔离装置所在位置处没有电网中性点，所述电网防雷隔离装置由接地变压器和中性点接地阻抗组成，利用所述接地变压器形成中性点，再经中性点接地阻抗接地；通过控制接地变压器的功率和或控制中性点接地阻抗的阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。图7所示为带接地变压器的电网防雷隔离装置原理，带接地变压器的电网防雷隔离装置原理图，由于电网防雷隔离装置安装处没有中性点，必须人为设置中性点，使用变压器人为设置中性点的形式有两种，一种是变压器的三相绕组尾端连接在一起形成中性点，或变压器的二次侧绕组开口三角接线方式形成中性点，我们可以使阻抗的阻值可调，也可以通过使变压器的功率可调，实现电网防雷隔离装置的阻值可调；其中，图7中a图为电网防雷隔离装置的接地变压器J的三相绕组尾端连接形成中性点，再经电网防雷隔离装置的可控阻抗R接地，实现电网防雷隔离装置的原理图；图7中b图为电网防雷隔离装置的接地变压器J功率可调，阻抗M的阻值为固定值，实现电网防雷隔离装置的原理图；图7中c图为电网防雷隔离装置的接地变压器J功率可调，可控阻抗R的阻值可调，实现电网防雷隔离装置的原理图；图7中d图为二次侧开口三角接线的电网防雷隔离装置的接地变压器J，与可调阻抗R构成的电网防雷隔离装置的原理图。针对电网防雷隔离装置所在位置处为电网中性点，所述电网防雷隔离装置为设置在电网中的中性点与地之间的电抗器或可控变压器；所述可控变压器是通过控制变压器的功率和或控制变压器二次侧阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。图8所示为用于电网中性点的电网防雷隔离装置原理，用于电网中性点的电网防雷隔离装置原理图，由于设置点有电网中性点，那么就可省略接地变压器，只要阻抗可调就能实现电网防雷隔离装置。其中，图8中a图是由单相变压器DB与可控阻抗R实现的电网防雷隔离装置原理图，图8中b图是由功率可调的单相变压器DB与固定阻值的阻抗M实现的电网防雷隔离装置原理图，图8中c图是由功率可调单相变压器DB与可控阻抗R实现的电网防雷隔离装置原理图。图7和图8中各种形式的电网防雷隔离装置，阻抗可调的目的是在电网正常运行状态时呈低阻值特性，有利于吸收和泄放雷云放电在电网产生的雷电流，并能防止变压器铁芯饱和；在电网发生单相接地故障时，呈高阻值特性，使得电网单相接地故障时流经故障点的电流满足电网接地电流要求，防止向故障点注入过大的电流，且有利用电网防雷隔离装置自我保护，单相接地时发热少，降低造价；本发明用于高层建筑的低压电网的高层端，可大幅降低低压网的浪涌过电压保护低压用电设备。半导体如果实现电网导体与地之间的电荷能够自由流动，且不对电网造成危害，也可以用来实施电网防雷隔离装置，但现有的氧化锌、碳化硅半导体是不能用于电网防雷隔离装置的。

权利要求：1.一种电网防雷隔离装置，其特征是：在电网中设置至少一个电网防雷隔离装置，所述电网防雷隔离装置在电网导体与地之间进行连接，使电网导体与地之间的电荷能够自由流动，利用所述电网防雷隔离装置在电网与电网防雷隔离装置的连接点形成雷云感应隔离墙；利用一道电网防雷隔离装置对应形成一道雷云感应隔离墙，将电网隔离为左侧电网和右侧电网；当雷云处在左侧电网的上空，则左侧电网为隔离区，右侧电网为保护区；当雷云处在右侧电网的上空，则右侧电网为隔离区，左侧电网为保护区；隔离区电网感应的电荷与雷云电荷极性相反，利用所述一道雷云感应隔离墙对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区电网不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，由所述一道雷云感应隔离墙将雷电波的传播限制在隔离区内，隔离区电网的感应电荷或雷击电荷通过所述一道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；利用多道电网防雷隔离装置一一对应形成多道雷云感应隔离墙，当雷云处在相邻两道电网防雷隔离装置之间的电网上空，则所述相邻两道电网防雷隔离装置之间为隔离区，隔离区之外为保护区；隔离区中的电网感应的电荷与雷云电荷相反，利用所述相邻两道电网防雷隔离装置对电网感应电荷的区域实施隔离，使保护区不产生感应电荷；当雷云瞬间放电消失或雷击电网时，所述相邻两道电网防雷隔离装置将雷电波的传播限制在隔离区，隔离区中电网的感应电荷或雷击电荷通过所述相邻两道电网防雷隔离装置对地形成的泄放渠道实现泄放，使保护区电网不受泄放影响；所述电网防雷隔离装置不改变电网中性点接地方式。2.根据权利要求1所述的电网防雷隔离装置，其特征是：所述电网防雷隔离装置设置在所述电网的输电线路上、变电所母线上和或设置在所述电网中的变压器中性点上。3.根据权利要求1所述的电网防雷隔离装置，其特征是：针对在所述电网防雷隔离装置与地之间形成的泄放渠道，雷云泄放电流I由式1所表征：其中：U为雷云在电网的感应电荷或雷击电网与地之间形成的电压；ZL为电网线路阻抗，ZT为所述电网防雷隔离装置阻抗；通过增大电网防雷隔离装置阻抗ZT的阻值降低雷击泄放电流的幅值。4.根据权利要求1所述的电网防雷隔离装置，其特征是：所述电网防雷隔离装置为设置在电网中的三相对地电抗器；所述三相对地电抗器为固定阻值的电抗器，或为可控电抗器；所述三相对地电抗器为三相电抗器直接接地，或三相电抗器呈星型连接，并在星型连接的中性点经第四支电抗器接地。5.根据权利要求1所述的电网防雷隔离装置，其特征是：针对电网防雷隔离装置所在位置处没有电网中性点，所述电网防雷隔离装置由接地变压器和中性点接地阻抗组成，利用所述接地变压器形成中性点，再经中性点接地阻抗接地；通过控制接地变压器的功率和或控制中性点接地阻抗的阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。6.根据权利要求1所述的电网防雷隔离装置，其特征是：针对电网防雷隔离装置所在位置处为电网中性点，所述电网防雷隔离装置为设置在电网中的中性点与地之间的电抗器或可控变压器；所述可控变压器是通过控制变压器的功率和或控制变压器二次侧阻值，实现所述电网防雷隔离装置的阻抗的调整。

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