一种可见断口高强度避雷器隔离装置的设计与应用

0 引言

输电线路的电缆入地解决了架空配电线路所解决不了的走廊和安全问题。但随着入地电缆使用范围和数量不断扩大，遭受雷击和操作过电压破坏发生入地电缆故障的次数逐年增加。目前为了防止过电压对入地电缆造成的破坏，主要采用在入地电缆与架空线路连接两端加装避雷器的措施。一般配套使用的是带验电装置横装式支柱避雷器，如图1所示。随着横装式支柱避雷器的大量使用，颠覆了传统支柱式绝缘子和普通避雷器的安装方式，取消了支柱式绝缘子的使用而直接由横装式支柱避雷器来完成传统支柱式绝缘子和普通避雷器的双重功能，从而大幅度的降低成本、节约资源，降低作业人员的劳动强度，提高劳动效率，杆塔结构简洁、美观。同时横装式支柱避雷器还附带相应的绝缘罩和验电装置，解决了系统的绝缘化要求，提高了系统运行的安全可靠性，取得了相当好的效果[1-2]。

图1 电缆和架空线直接连接方式
Fig.1 direct connection of cable and overhead lines

然而在实际运行过程中，地下电缆或避雷器经过长时间的持续运行，逐年老化加上许多外界的破坏影响，有时会发生地下电缆或避雷器单相接地故障。如图2所示。一旦出现这种情况，就会造成杆塔带电。一方面电力资源大量浪费，同时由于停电也给广大用户带来生产、生活麻烦；另一方面也会给在带电杆塔附近的人、畜带来极大的安全隐患，极易发生安全事故。

图2 应用中损坏故障避雷器
Fig.2 Failure arrester in application

1 运行现状分析

当发生地下电缆或避雷器单相接地故障时，目前尚未有一些好的方法和经验能迅速地寻找到故障点，特别是如果一条输电线路中带有多段跨越电缆或多个分支电缆时，寻找故障点的困难很大。这主要是因为变电站对外架空线路一般输电距离很长，牵涉到许多用户，其中很多节点是通过从架空线上引下来连接到地下电缆，中间并联避雷器，如果地下电缆或避雷器发生故障，一般不能轻易从外观表面上找出故障痕迹[3]。目前，常规处理的方法是采用逐一排除法。即作业人员到达某一可疑节点，首先通知变电站拉闸，登上杆塔，拆除架空线路上的安普线夹，然后拆除地下电缆或避雷器两端的接线搭头，使该地下电缆或避雷器退出系统运行，撤离杆塔后通知变电站合闸，检查系统运行是否正常。如果系统运行正常，则证明被退出系统运行的地下电缆或避雷器为故障点；如果系统运行仍不正常，则证明该处的地下电缆或避雷器不是故障点，通知变电站拉闸，接着重新登上杆塔，将已经拆除的地下电缆或避雷器两端的接线搭头重新连接好，并重新将入地电缆与架空线路用安普线夹再次连接好，撤离杆塔寻找下一个节点。重复上面的过程，直到找出故障的地下电缆或避雷器为止。整个过程比较繁琐，作业强度高，要协调好变电站和现场操作的指挥，停电时间长、面积广。

针对上述现状，笔者将围绕地下电缆或避雷器单相接地故障造成抢修困难而开展，集中研究一种高效安全的带可见断口高强度避雷器隔离装置，解决地下电缆或避雷器单相接地故障排查、抢修困难现状问题。

2 整体设计

2.1 主要结构特征确定

笔者所提出的带可见断口高强度避雷器隔离装置根据所需解决现状问题，主要结构特征确定在原有的横装式支柱式避雷器位置基础上再添加一个带可分合操作的可见断口。这样，结构简单，外形空间体积小巧，成本便宜，可方便绝缘操作杆操作。当发生地下电缆或避雷器单相接地故障时，作业人员到达某一可疑节点，首先通知变电站拉闸停电，然后登杆验电利用绝缘操作杆分闸，形成可见端口，通知变电站合闸送电，检查系统运行是否正常。如果系统运行正常，则证明该地下电缆为故障点。如果系统运行仍不正常，则通知变电站拉闸停电，接着重新登上杆塔，进行验电，利用绝缘操作杆合闸，寻找下一个地下电缆节点。重复上面的过程，直到找出故障点为止。

随着互联网的快速发展，信息的获得途径更加多样化，面对各种思潮的影响，一些大学生极易受到各种负面信息影响，“以文化人”“以文育人”的优秀校园文化环境是高校在当前形势下抵御风险能力的重要手段，建设和谐的高校校园文化，必须明确正确的政治方向，积极探索有效的方式和方法。

这与目前正在使用的故障点的寻找、诊断工作最大区别在于作业人员不需要放电、挂接地线、拆避雷器两端的接线搭头，可直接登杆操作，工作量缩小，工作步骤减少，提高寻找、诊断接地故障的速度，停电时间也可缩短，提高工作安全系数。

另外，在结构上同时考虑：

1)可见断口闭锁装置结构设计

设计时参考柱上隔离开关，可见断口使用绝缘操作杆手动拉、推钩环进行分、合闸操作，合闸后导电板具有自锁功能，分闸时拉动钩环自动解锁[4]。并确保产品在自重、震动及系统短路电动力等情况下不能自动分闸。

2)自带故障脱离指示

设计时配置故障指示装置，并合理设置起始动作电流[5]，可在避雷器故障寿命终结之时，及时脱离线路，并提供明显指示提醒更换，而避雷器的机械支撑功能不受影响，仍能保证刀闸可靠运行。

将0.2 g/L的Fe3O4-C磁性空心微球加入到50 mL，pH=7，含有1 mmol/L苯酚的0.1 M磷酸盐缓冲液中，然后加入总量为1.2 mol/L 的H2O2激活催化降解反应，反应在35 ℃，150 r/min 转速的摇床上进行。每隔一定时间间隔将溶液取出，磁分离后吸取0.1 mL上清液，用去离子水稀释至1 mL，然后以去离子水为参比，于490 nm下利用 4-氨基安替比林显色法对溶液中残存的苯酚浓度进行定量分析[9]。反应3 h后，将催化剂利用磁分离进行回收，用去离子水清洗2次并干燥后以便下次使用[6]。

3)可在下触头上加装接地验电装置，方便验电、放电、挂接地线。

4)对整个装置进行绝缘化处理，所有高压外露金属部分进行了绝缘防护，使之与系统的绝缘化要求相适应。这样，不仅对带电分合闸操作、分闸后检修和故障查找提供了可靠的绝缘保护；而且，也是作为该隔离装置长期有效的防外破保护手段。

2.2 主要技术性能参数确定

带可见断口高强度避雷器隔离装置主要结构特征确定后，有必要对其主要技术参数和实际应用的可行性、可靠性进行设计验证和确定。

三余爷爷过世后，小先生接过了他的衣钵。小先生是三余爷爷的长孙，奔七之年，正是做风水这一行的盛年。他初中毕业，就跟在爷爷后面学着给人家看风水。先是在爷爷的监管下每天练毛笔字，之后就跟在爷爷后面拿罗盘，勘察现场。那时就有人喊他小先生了，后来不知怎么小先生又改行做了缝纫师傅。多年不见，日前偶然在老家的一个酒席上相遇，才知道他早已从做缝纫转回看风水了。

2.2.1 主关键件参数设计验证

设计时应考虑在保证避雷器应有的电气技术性能情况下，使避雷器的机械技术性能与可见断口配用的支柱绝缘子机械性能相匹配。同时考虑，可见断口隔离装置在规定的短路持续电流条件下能够承载的因电流流过而产生的热效应。

目前，上海架空绝缘线路的主要规格有3种，分别为：120 mm2、185 mm2、240 mm2铝芯线，与之配套的变压器容量为400 kVA～1 000 kVA等，送电距离一般为5～10 km。经过计算，系统发生短路时短路电流一般2～12 kA(短路点到变压器距离不同而产生变化)，即线路上的额定电流可控制在500 A以内[6-7]。可见断口设置参考12 kV柱上隔离开关，额定短时耐受电流选取20 kA，额定峰值耐受电流50 kA[8-12]。

2.2.1.1 可见断口配用的支柱绝缘子强度计算

当地政府要转变职能，提升农村经济管理和服务水平。对于农村地区企业和农民创业要简化办证手续，减免管理费用，降低农村地区企业和农民创业的成本。要联合有关税务和银行金融部门，在税收方面和贷款方面为农村地区企业和农民创业开通绿色渠道，降低贷款门槛或者减免贷款利息。对于发展特色绿色产业的企业和农民，税务部门要按照国家有关扶持政策给予一定的税收减免。随着这些措施的大力推进，农村经济发展势必将得到外来资金的支持，并形成农村产业圈，在提升当地经济发展水平的同时，提高农民的收入和就业率。

经济社会的发展，人们生产与生活的需要，对我国房屋建筑有了更加强烈的需求，因此，这些年我国房屋建筑工程建设的数量逐渐增多。伴随着我国建筑工程建设的开展，与此同时，建筑工程注浆施工方法技术也有了快速提高。在房屋建设的过程中需要运用注浆施工技术，注浆施工技术的运用可以大大提高房屋建筑的质量，因此，我国在房屋建筑施工的过程中有必要加强对这一技术的运用。

计算额定峰值耐受电流对支柱绝缘子的电动力，以确定支柱绝缘子的强度。

1)电动力计算(F)[13-15]：

F=17.25Kcλi2×10-8

式中：i为短时耐受峰值电流，A；λ为截面修正系数，(一般取1[13])；kc为回路系数；a为两支柱绝缘子中心距，mm(一般取700 mm[16-18])；L为电动力作用线段，L的长度两支柱绝缘子中心距加3a之和的一半，mm(一般取1 200 mm[16-18])。

经计算可得F=998.34 N。

山脚便是村口，村里竟传出一首空灵悠扬的曲子。他好奇地进了村，在月光辉映下，发现那里竟有一排空酒瓶儿堆的墙，那曲子就是墙唱的。他踢了踢墙，笑着向墙末走去。墙末是一座破败的小石屋，灯火通明。那小子来了兴致，“我要看看谁在这儿堆了这样一堵墙”。他的手刚要推门，门却“吱呀”一声开了。

2)支柱绝缘子实际端部受力计算(Fj)

式中：h1为支柱绝缘子高度(一般取200 mm[16-18])；h2为支柱绝缘子加上带可见断口刀闸与触头接触中心距(取250 mm左右)。

结构示意图如图3所示。

图3 支柱绝缘子端部受力图
Fig.3 Stress diagram of post insulator end

经计算可得Fj=1 247.93 N。

3)支柱绝缘子抗弯强度的安全系数

(1)聚光器自身光学性质及接收器内工质吸热升温的熵增造成 损失，导致集热子系统 效率远低于本身热效率。

参考标准，支柱绝缘子的抗弯强度的安全系数应≥2.75额定端子静态机械负荷(500 N)，≥1.7额定端子动态机械负荷(Fj+500=1 747.93 N[9-10,19]。

灰衣人是死神的化身，也是黑旗会的精英和扬威江湖的利器。灰衣人所过之地，人畜绝无全尸。他们的武功并不好看，清一色的薄片长刀，出刀时常劈向不可能的角度，有时甚至让人看了难过，但他们的招法绝对实用。有你无我，悍不畏死，灰衣人就像是专为杀而生、为杀而活的杀生刀！

两者取高值，经计算可得支柱绝缘子的抗弯强度应≥2 972 N。设计时可适当放一点余量，支柱绝缘子抗弯强度最终选定为4 000 N。

2.2.1.2 避雷器本体机械强度选定

由于避雷器本体部件在实际运行过程中要承受短路电动力和安装使用时的绝缘操作杆操作力(它们都是一种非常强的冲击力)，可能对避雷器的本体产生较大的破坏。为此，设计避雷器本体机械强度时进行了试验对比验证。试验时分别选常规避雷器(额定机械弯曲负荷1 000 N)和参照支柱绝缘子的抗弯强度设计的高强度避雷器(额定机械负荷4 000 N)，各进行3 000次的绝缘操作杆机械操作，再对避雷器本体参考GB/T 11032-2010试验方法进行数据对比。试验结果如表1所示。

另外，本文控制了其他影响创新的主要因素［3］，包括制度 （INS）、人力资本研究与开发（HKRD）、基础设施 （INFR）、市场成熟度 （MS）和商业成熟度 （BS）5个因素。此外，考虑到时间和空间的影响，本文还控制了年份和地域的影响。

表1 机械操作试验后数据对比
Table 1 comparison of data after mechanical operation test

试验前后数据比较直流参考电压/kV直流参考电压变化率/%泄漏电流/μA泄漏电流变化量/μA局放/pC局放变化量/pC常规避雷器(试验前)26.3常规避雷器(试验后)异常3.2异常3.6247243.4高强度避雷器(试验前)26.5高强度避雷器(试验后)26.40.44.24.313.43.70.3规定值≥25.0≤5≤50≤20≤10≤10

试验结果：经3 000次的绝缘操作杆机械操作后，常规避雷器电气性能数据出现异常状态，且不可逆转；而高强度避雷器电气性能数据基本无变化。最终，避雷器本体机械强度选定为4 000 N是可靠的。

2.2.2 根据短时持续电流的热效应计算刀闸截面积

设计时考虑用绝缘操作杆手力操作分合闸的稳定可靠性，可见断口刀闸选择双排结构。根据GB/T 3906-2006《3.6 kV～40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》[附录D]中公式：

来确定刀闸的最小截面[12]。

式中：S为母线最小截面，mm2；I为额定短时耐受电流，A；a为材质系数，铜为13；t为额定短路持续时间，s；Δθ为温升(K)，对于4 s持续时间取215 K。

对于20 kA/4 S系统，选用刀闸最小截面积为

由于打桩机在施工过程中产生较大的噪音，如若施工地点靠近居民区则会对人们产生较大影响，通常采用消声技术进行压制砖的基础施工。这种施工方法是利用静压将桩基打入土壤中，施工质量与桩身高度、土桩长度密切相关，通常在7 m左右。在对土桩进行衔接时，可以采用锚接法、焊接法等。这种施工方法可以有效降低工程的投入成本，节约大量钢筋混凝土材料，经济实惠。

S=(20 000/13)×(4/215)1/2=210 mm2；双排考虑1.56系数，则为135 mm2。

最终确定，可见断口刀闸最小截面积140 mm2(35 mm×4 mm，双排)。

“新故相推，日生不滞”。今天的宁波舟山港已成为长江经济带重要的中转运输通道，水水中转、江海联运优势正在进一步扩大。

2.2.3 带可见断口高强度避雷器隔离装置基本参数选定

一般10 kV配网线路和设备保护用的避雷器要求：额定电压17 kV，标称放电电流5 kA，雷电冲击电流残压≤50 kV[20-23]。另外，根据10 kV配网普遍使用的避雷器75 A～150 A方波通流容量和65 kA大电流冲击耐受的主要技术性能指标，小电流直击雷，避雷器可有效防范。当雷电流较大时，因避雷器吸收能量限制，可能造成避雷器击穿短路甚至爆裂(根据避雷器的失效特征，绝大部分失效均为侧面闪络[24-28]，但即使避雷器损坏，由于残压大幅降低，也有能力避免绝缘子过电压闪络。结合前述设计验证，带可见断口高强度全绝缘避雷器隔离装置主要技术性能参数确定如表2所示。

表2 主要技术性能参数
Table 2 main technical performance parameters

序号可见断口部分高强度避雷器部分1额定电压/kV12避雷器额定电压/kV172额定电流/A630雷电冲击电流残压/kV≤503额定短时耐受电流(4s)/(kA·s-1)20/4弯曲破坏力/kN≥44回路电阻/μΩ≤802ms方波通流/A150

3 应用效果

通过设计和试验验证，组装形成产品后进行了试装应用。带可见断口高强度全绝缘避雷器隔离装置在不改变现有配电网10 kV架空线路工程典型设计基础上，与杆上其他设备仍有安全空间裕度，无需调整杆上各装置空间结构，不会影响原有线路电气安全距离。能够完全替代现入地电缆与架空线路连接两端加装的避雷器，且实际安装方便，用绝缘操作杆进行分合闸操作十分简易。安装图如图4所示。

（1）医学生价值观塑造。社会经济快速发展，各种矛盾相互交织，多元文化相互碰撞，多种价值观念并存，这对医学生正确价值观的形成产生一定冲击。医学生能否在错综复杂的思潮中做出正确的判断与选择，对自身与社会都关系重大。对医学生进行价值观培养，最重要的是了解其现实需要、精神需求、个体特征，从而有针对性地进行思想交流、学习指引、生活帮助。根据医学教育形势、社会需求与愿望、医学生实际特点及存在困难，有针对性地进行思想教育，抵御社会不良思潮的侵袭，呼唤道德良知的内心积淀，不断深化、充盈、激荡自身的道德、伦理、文化、哲学思维，促使正义的道德认同内化到个人价值观体系中。

图4 带可见断口高强度避雷器安装图
Fig.4 installation diagram with visible fracture
high strength arresters

带可见断口高强度全绝缘避雷器隔离装置实际的应用实效主要体现有：

1)杆塔简洁、美观，无过多连接导线和线夹，安全可靠。

2)通过分段分合送电，能快速寻找到电缆或避雷器的故障点，判断故障范围，缩短抢修时间，减少对用户的影响。

3)有明显的可见断口，不影响架空线路的运行。

4)当需要对入地电缆进行安全运行(绝缘电阻)测量时，无需攀登杆塔拆接电缆头，只需在地面即可试验，安全性高，劳动强度低。

5)当某条电缆在一段时间内无负载时，即可分断隔离断口，使空载电缆退出运行，而无需登杆塔拆电缆接线头，减少工作量，同时也减少线损，提高电能利用率，提高安全性，一旦该条入地电缆需重新投入运行，也很方便。

论语说道“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”由此可知，想要获得良好的学习效率，学习求知欲是非常重要的。一个学生只有自身具有较强的求知欲，才可以积极主动投入到学习中，所以激发学生的学习求知欲成为高中信息技术课程教学的重点。要想彻底冲破课堂教学沉闷的情况，应该在实际教学过程中，结合学生的认知能力及教学内容进行合理的教学设计，创设可以调动学生主动性的教学情境，刺激学生的各个感官，自觉参加教师所开展的学习探究活动。

6)在电缆退出运行时，也减少了避雷器的实际运行时间，减少避雷器老化进程。

7)即使当避雷器因故障而退出运行时，不影响线路正常运行，可等待一段时间再进行更换。

4 结语

本研究带可见断口高强度全绝缘避雷器隔离装置实际应用性强，能够解决目前10 kV地下电缆或避雷器单相接地故障造成故障排查、抢修困难的现状问题。