電力系統(tǒng)的絕緣配合

1、 電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性主要由停電次數(shù)及停電時(shí)間來(lái)衡量。絕緣的擊穿是造成停電的主要原因之一。電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性在很大程度上決定于設(shè)備的絕緣水平及工作狀況。 為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、合理地確定設(shè)備絕緣水平，具有十分重大的意義。電力系統(tǒng)中的絕緣包括發(fā)、變電站的電氣設(shè)備的絕緣和線路的絕緣。電力系統(tǒng)的絕緣在運(yùn)行中將承受：正常運(yùn)行時(shí)的工作電壓、短時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓及大氣過(guò)電壓8.1 絕緣配合的根本概念與方法絕緣配合的原那么就是綜合考慮電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中可能承受的各種電壓(工作電壓及過(guò)電壓)、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備絕緣對(duì)各種作用電壓的耐受特性，合理地確定設(shè)備必要的絕

2、緣水平，以使設(shè)備的造價(jià)、維修費(fèi)用和設(shè)備絕緣故障引起的事故損失，到達(dá)在經(jīng)濟(jì)上和平安運(yùn)行上總體效益最高的目的。絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平，所謂電氣設(shè)備的絕緣水平是指該電氣設(shè)備能承受的試驗(yàn)電壓值。對(duì)應(yīng)于設(shè)備絕緣可能承受的各種作用電壓，在進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，有以下幾種試驗(yàn)類型： 短時(shí)(一分鐘)工頻試驗(yàn)； 長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)：操作沖擊試驗(yàn)；雷電沖擊試驗(yàn)。 要做到符合絕緣配合總的原那么，必須計(jì)及不同電壓等級(jí)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等諸因素的影響，具體情況，靈活處理。 在不同電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，正常運(yùn)行條件下的工頻電壓不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)的最高工作電壓，這是絕緣配合的根本參數(shù)。然而，其他幾種作用電壓在絕緣配合中的作用那么

3、因系統(tǒng)電壓等級(jí)的不同而不同，因此在高壓及越高壓系統(tǒng)中絕緣配合的具體原那么不同，絕緣試驗(yàn)類型的選擇亦有差異。 首先，對(duì)不同電壓等級(jí)系統(tǒng)，配合原那么是不同的。 對(duì)220kV以下的電網(wǎng)，電氣設(shè)備的絕緣水平主要由大氣過(guò)電壓決定。 對(duì)330kV及以上的超高壓絕緣配合中，操作過(guò)電壓將起主導(dǎo)作用。 處在污穢地區(qū)的電網(wǎng)的外絕緣水平應(yīng)主要由系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓決定。 在特高壓電網(wǎng)中，電網(wǎng)的絕緣水平可能由工頻過(guò)電壓及長(zhǎng)時(shí)間工作電壓決定。 第二，在技術(shù)上要力求做到作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合。為此要求具有一定伏秒特性和伏安特性的避雷器能將過(guò)電壓限制在設(shè)備絕緣耐受強(qiáng)度以下，這個(gè)要求是通過(guò)避雷器與設(shè)備絕緣強(qiáng)度的全伏秒

4、特件配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在絕緣配合中不考慮諧振過(guò)電壓。 第三，為了兼顧設(shè)備造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用和停電損失等的綜合經(jīng)濟(jì)效益絕緣配合的原那么需因不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不同的地區(qū)以及不同的開展階段而有所不同。 第四，對(duì)于輸電線路的絕緣水平，一般不需要考慮與變電所的絕緣配合。通常是以保證一定的耐雷水平為前提，根本上由工作電壓和操作過(guò)電壓決定。但是，在污穢地區(qū)或操作過(guò)電壓被限制到較低數(shù)值的情況下，線路絕緣水平那么主要由最大工作電壓決定。 第五，應(yīng)從運(yùn)行可靠性的角度出發(fā)，選擇合理的絕緣水平，以使各種作用電壓下設(shè)備絕緣的等效平安系數(shù)都大致相同。通常，除型式試驗(yàn)外，一般電氣設(shè)備出廠試驗(yàn)只做1min工頻耐壓試驗(yàn)。 1)試驗(yàn)的方便

5、；2) 在某種程度上雷電沖擊對(duì)絕緣的作用可用工頻電壓來(lái)等價(jià)。電氣設(shè)備的工頻試驗(yàn)電壓是按如下程序來(lái)確定的：工頻耐壓值，代表了絕緣對(duì)雷電、操作過(guò)電壓的總的耐受水平。 對(duì)于超高壓電氣設(shè)備(330-500kV)，考慮到操作波對(duì)絕緣作用的特殊性，還需規(guī)定操作、雷電沖擊試驗(yàn)電壓。8.2.2 絕緣配合的方法1.慣用法按作用在絕緣上的最大過(guò)電壓和最小的絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣配合的。即首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過(guò)電壓，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一個(gè)考慮各種因素的影響和一定裕度的系數(shù)，從而決定絕緣應(yīng)耐受的電壓水平。2.統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)過(guò)電壓幅值和絕緣的耐受強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的實(shí)際情況，在過(guò)電壓幅值和絕緣放電電壓的

6、概率分布后，用計(jì)算的方法求出絕緣放電的概率和線路故障率，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的根底上，正確地確定絕緣水平。這種方法不僅定量地給出設(shè)計(jì)的平安裕度，并能按照使用設(shè)備費(fèi)、每年的運(yùn)行費(fèi)以及每年的事故損失費(fèi)的總和為最小的原那么，確定一個(gè)輸電系統(tǒng)絕緣配合的最正確方案。過(guò)電壓概率密度函數(shù)； 絕緣放電概率分布函數(shù)；: )(: )(UPUfg設(shè)：設(shè)：二者互不相關(guān)(獨(dú)立)的f(U)dU：過(guò)電壓在U0附近dU范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率；P(U0) ：過(guò)電壓U0作用下絕緣放電的概率；由概率積分的計(jì)算公式得到出現(xiàn)這樣高的過(guò)電壓并使絕緣放電的概率是：圖 絕緣故障率的估算duUfUPdRg)()(00dR稱為微分故障率。通常只按過(guò)電壓的絕

7、對(duì)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(正、負(fù)極性約各占一半)，且高于最大運(yùn)行相電壓幅值UUpn時(shí)才作為過(guò)電壓，所以將上式在Upn到(或到某一值為止)積分可得故障率R，即一般，絕緣在負(fù)極性操作沖擊下的耐壓強(qiáng)度較高，假設(shè)忽略負(fù)極性下的故障率，那么絕緣在操作過(guò)電壓下故障率的估計(jì)值為dUUfUPRpnU)()(000dUUfUPRpnU)()(21000絕緣強(qiáng)度 ，P(U)，R，投資本錢。8-28-18-33. 簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法在簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法中，對(duì)過(guò)電壓和絕緣特性兩條概率曲線的形狀作出一些通常認(rèn)為合理的假定，即假定它們均服從正態(tài)分布，而且己知它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0及i；那么過(guò)電壓的概率密度函數(shù)f(u)及絕緣放電的概率函數(shù)P(u)：8

8、-48-5由于在式(8-2)中u在-0范圍內(nèi)用f(u)=0，以及u在0Uphm范圍內(nèi)f(u)0, 可得絕緣故障率為8-6通過(guò)變量置換進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到：8-7Uao及Uai分別為過(guò)電壓的均值及絕緣的50放電電壓。同理，假設(shè)略去負(fù)極性下的故障率，得絕緣在操作過(guò)電壓下故障率的估算值：8-8因此只要Uao及Uai即可根據(jù)式(8-8)很快算得故障率R。國(guó)際電工委員會(huì)絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)推薦采用出現(xiàn)概率為2的過(guò)電壓值為“統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓US，推薦閃絡(luò)概率為10、即耐受概率為90的電壓為絕緣的“統(tǒng)計(jì)耐受電壓Uw，在這個(gè)根底上可以得到不同的統(tǒng)計(jì)平安系數(shù)下絕緣的閃絡(luò)概率。SWUU因?yàn)樵谡龖B(tài)分布下;),(;),(),(0

9、RUURUUUUWSaiaoiWS8.2 中性點(diǎn)接地方式的影響1.有效接地(包括直接接地及經(jīng)小阻抗接地) 2.非有效接地(包括經(jīng)消弧線圈接地)。 接地方式的選擇是個(gè)重要的綜合性問(wèn)題，直接影響到設(shè)備絕緣水平確實(shí)定、系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、保護(hù)設(shè)備的工作條件以及對(duì)通信線路的干擾等。 中性點(diǎn)接地方式的不同，使系統(tǒng)過(guò)電壓水平及其所決定的設(shè)備絕緣水平有很大的差異。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：最大長(zhǎng)期工作電壓(指相對(duì)地絕緣所承受的電壓)為相電壓。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相故障時(shí)并不立即跳閘，可以繼續(xù)帶故障運(yùn)行一定時(shí)間，因而它的最大長(zhǎng)期工作電壓可達(dá)線電壓，即Un?？紤]到調(diào)壓的

10、需要，實(shí)際運(yùn)行電壓可能較Un高出10-15，因此最大長(zhǎng)期運(yùn)行電壓為(1.1-1.15) Un 。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)相電壓為220kV及以下取1.15; 330kV及以上取。這樣，對(duì)避雷器 的滅弧條件比較有利，避雷器的閥片數(shù)目及間隙均可減少，避雷器的結(jié)構(gòu)尺寸可以減小。nphUU3)15. 105. 1 (大氣過(guò)電壓低。由于設(shè)備絕緣上所承受大氣過(guò)電壓的數(shù)值取決于避雷器的特性，而在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，根據(jù)較低的最大長(zhǎng)期運(yùn)行電壓確定的閥片及間隙的數(shù)目也少，因此其殘壓和沖擊放電電爪也較中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)為低，一般約低20。內(nèi)部過(guò)電壓低。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓是在線電壓的根底上發(fā)生和開展

11、的，而中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中內(nèi)部過(guò)電壓是在相電壓的根底上發(fā)生和開展的，因而數(shù)值較低，一般較中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)低20-30?；谝陨先齻€(gè)方面的考慮，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的設(shè)備絕緣水平可比在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中降低20左右。這正是超高壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地的方式的理由：減少絕緣費(fèi)用，降低造價(jià)。對(duì)低電壓等級(jí)，直接接地優(yōu)勢(shì)不突出且直接接地的缺點(diǎn)可成為主要問(wèn)題。中性點(diǎn)直接接地的缺點(diǎn)是：在電力系統(tǒng)中，單相接地故障所占比例很大，假設(shè)中性點(diǎn)直接接地，一旦出現(xiàn)很大的單相短路電流，線路立即跳閘，不但給斷路器造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，也造成突然停電，影響供電的可靠性。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流很小

12、，不會(huì)對(duì)鄰近通信線路產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾；而中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中很大的故障電流的電磁感應(yīng)作用很強(qiáng)，將在鄰近通信線路上產(chǎn)生很危驗(yàn)的感應(yīng)電壓，造成對(duì)設(shè)備或人身的危害。 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，甚大的故障電流產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，可能造成電氣設(shè)備絕緣的損壞。綜合以上所述優(yōu)、缺點(diǎn)，不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)采取不同的中性點(diǎn)接地方式，以便兼顧電網(wǎng)運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性兩方面的要求。對(duì)于60 kV及以下電壓等級(jí)的系統(tǒng)，我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)系統(tǒng)的具體條件，允許采用低電阻接地方式、高電阻接地方式，或消弧線因接地等非有效接地方式，后者雖然要求絕緣水平較高，但因電壓等級(jí)低，增加投資不多卻可使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有所提高

13、。對(duì)于110kv及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要取其要求絕緣水平低的優(yōu)點(diǎn)，以降低絕緣投資，至于可靠性問(wèn)題可以采取相應(yīng)措施解決之。例如，為解決頻繁跳閘問(wèn)題，。一般全線架設(shè)避雷線，增加投資不多(對(duì)超高壓輸電線路)，卻可大大減少雷擊跳閘次數(shù)；還可以加裝自動(dòng)重合閘裝置、提高運(yùn)行的可靠性，為減小故障電流，一般110kV系統(tǒng)中局部變壓器中性點(diǎn)絕緣。為防止對(duì)鄰近通信線的干擾，通常在設(shè)計(jì)線路時(shí)使其遠(yuǎn)離通信線路，或在通信線路上加裝保護(hù)裝置。通常以確定電力變壓器的絕緣水平為中心環(huán)節(jié)，再確定其它設(shè)備的絕緣水平。確定電氣設(shè)備絕緣水平的根底是避雷器保護(hù)水平，即設(shè)備的絕緣水平與避雷器的保護(hù)水平進(jìn)行配合。

14、避雷器的保護(hù)水平包括雷電沖擊保護(hù)水平BIL和操作沖擊水平(BSL)。確定雷電沖擊保護(hù)水平：變壓器的雷電沖擊耐受電壓和避雷器雷電沖擊保護(hù)水平之間應(yīng)取一定的平安裕度系數(shù)。當(dāng)電氣設(shè)備與避雷器緊靠時(shí)，平安系數(shù)取，有一定距離時(shí)取。8.2 輸變電設(shè)備絕緣水平確實(shí)定雷電沖擊耐受電壓平安系數(shù)=雷電沖擊保護(hù)水平確定避雷器操作沖擊保護(hù)水平：變壓器的操作根本沖擊絕繞水平與避雷器被保護(hù)水平相配合，平安系數(shù)不低于。對(duì)于用不同的避常器保護(hù)或非將效保護(hù)的設(shè)備，應(yīng)選用較高雷電沖擊耐受電壓及與之對(duì)應(yīng)的操作沖擊耐受電壓。有繞組絕緣的設(shè)備，應(yīng)作雷電沖擊截波試驗(yàn)。雷電沖擊截波耐受電壓幅值一般比全波幅值高出10左右。對(duì)330kV及以上

15、電壓等級(jí)，在發(fā)電廠、變電站中決定空氣間隙的過(guò)電壓是操作過(guò)電壓。8.3 輸電線路絕緣水平確實(shí)定包含確定絕緣子串的絕緣子片數(shù)及線路絕緣的空氣間隙。確定絕緣子的片數(shù)要求：在工作電壓下不發(fā)生污閃；下雨天在操作過(guò)電壓下不發(fā)生閃絡(luò)；具有一定的雷電沖擊耐受強(qiáng)度，保證線路有一定的耐雷水平。絕緣子片數(shù)確實(shí)定具體的作法:：1按工作電壓下所要求的泄漏距離(爬電比距)sp決定所需絕緣子片數(shù)n：2按內(nèi)部過(guò)電壓進(jìn)行驗(yàn)算增加一些絕緣子，以便出現(xiàn)零值絕緣子后，其余的絕緣子仍能耐受出現(xiàn)的操作過(guò)電壓。一般是用絕緣子串的工頻濕放電電壓來(lái)代替絕緣子串在內(nèi)部過(guò)電壓作用時(shí)的放電電壓。3. 按大氣過(guò)電壓進(jìn)行驗(yàn)算一般情況下，大氣過(guò)電壓對(duì)確定絕緣子串的片數(shù)影響是不大的，因?yàn)槟屠姿街饕Q于各項(xiàng)防雷措施的綜合效果，因此它僅作驗(yàn)算條件。在特殊高桿塔或高海拔地區(qū)，雷電過(guò)電壓那么成為確定絕緣子片數(shù)的決定因素。phshUkU01 . 18.3.2 輸電線路空氣間隙確實(shí)定輸電線路的空氣間隙主要有：導(dǎo)線對(duì)大地、導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線、導(dǎo)線對(duì)架空地線、導(dǎo)線對(duì)桿塔及橫擔(dān)。確定導(dǎo)線對(duì)桿塔的距離：垂直距離l、水平距離：在確定導(dǎo)線對(duì)桿塔間隙的大小時(shí)，必須考慮風(fēng)吹導(dǎo)線使絕緣子串傾偏搖擺偏向桿塔的偏角。工作電壓：按最大風(fēng)速(約2535m/s)計(jì)算，風(fēng)偏角p 最大；內(nèi)部過(guò)電壓，按最大風(fēng)速的50計(jì)算，