電力系統(tǒng)的絕緣配合

1、 慎始慎始 慎獨(dú)慎獨(dú) 慎微慎微高電壓技術(shù)（第二版）高電壓技術(shù)（第二版）張一塵主編張一塵主編第十一章第十一章電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)的絕緣配合主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 絕緣配合的概念和原則絕緣配合的概念和原則 絕緣配合的方法絕緣配合的方法 線路和電氣設(shè)備絕緣水平的確定線路和電氣設(shè)備絕緣水平的確定重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)： 概念和原則概念和原則 絕緣水平確定的依據(jù)絕緣水平確定的依據(jù)基本要求：基本要求：熟悉！熟悉！一、絕緣配合、絕緣水平和試驗(yàn)電壓 問題的提出問題的提出 絕緣與過電壓是高電壓技術(shù)中的兩大主要內(nèi)容。隨絕緣與過電壓是高電壓技術(shù)中的兩大主要內(nèi)容。隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的進(jìn)一步提高，一方面輸變電設(shè)著

2、電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的進(jìn)一步提高，一方面輸變電設(shè)備絕緣部分的投資占總設(shè)備投資的比重越來越大；另備絕緣部分的投資占總設(shè)備投資的比重越來越大；另一方面，由于系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高，輸送容量的增大，一方面，由于系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高，輸送容量的增大，一旦出現(xiàn)故障，損失巨大。因此，在超高壓系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)故障，損失巨大。因此，在超高壓系統(tǒng)中，絕緣配合的問題尤為重要！絕緣配合的問題尤為重要！何為絕緣配合何為絕緣配合？ 根據(jù)設(shè)備在電力系統(tǒng)中可能承受的各種電壓，并考慮過電壓的限制措施和設(shè)備的絕緣耐受強(qiáng)度，把作用于電氣設(shè)備上的各種電壓所引起的絕緣損壞降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上所能接受的水平。1、絕緣配合、絕緣配合技術(shù)層面要處理

3、好過電壓過電壓絕緣水平絕緣水平限壓措施限壓措施三者的配合關(guān)系三者的配合關(guān)系經(jīng)濟(jì)層面要協(xié)調(diào)好投資費(fèi)用（設(shè)備造價(jià)）投資費(fèi)用（設(shè)備造價(jià)）維護(hù)費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用事故損失費(fèi)用事故損失費(fèi)用三者的關(guān)系三者的關(guān)系絕緣配合是一個(gè)復(fù)雜的、綜合性很強(qiáng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題！2、絕緣水平與試驗(yàn)電壓、絕緣水平與試驗(yàn)電壓絕緣配合的最終目的：確定電氣設(shè)備的絕緣水平。電氣設(shè)備的絕緣水平：指電氣設(shè)備所能承受的試驗(yàn) 電壓值（耐受電壓）。（1 1）絕緣水平是由作用與絕緣上的最大工作電壓、大氣過電壓及內(nèi)）絕緣水平是由作用與絕緣上的最大工作電壓、大氣過電壓及內(nèi)部過電壓三者中最嚴(yán)重的一種來決定！部過電壓三者中最嚴(yán)重的一種來決定！不同電壓等級(jí)中對(duì)這些作

4、用電壓的處置是不同的。不同電壓等級(jí)中對(duì)這些作用電壓的處置是不同的。指該設(shè)備可以承受（不發(fā)生閃絡(luò)、擊穿或其他損壞）的試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)。 220KV及以下系統(tǒng)中，電氣設(shè)備的絕緣水平有雷電過電壓決定。一般不采用專門限制內(nèi)部過電壓措施。限制雷電過電壓的措施主要是采用避雷器，其雷電沖擊保護(hù)水平是確定設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。一般用1min工頻耐壓試驗(yàn)代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)。 對(duì)輸電線路，要求達(dá)到一定的耐雷水平！330KV及以上的超高壓系統(tǒng)中，雖然內(nèi)過電壓成為主要矛盾，但通過內(nèi)過電壓保護(hù)措施已限制到一定水平，所以仍由大氣過電壓來決定，須采用專門限制內(nèi)部過電壓措施，將操作過電壓限制到允許值。對(duì)超高壓電氣設(shè)備規(guī)

5、定了操作波試驗(yàn)電壓。由于限制過電壓措施和要求不同，絕緣配合的做法不同。通常有以下兩種做法：主要采用復(fù)合型磁吹型避雷器和過電壓限制器限制操作過電壓，按避雷器的操作過電壓保護(hù)性能確定設(shè)備的絕緣水平。（俄羅斯俄羅斯）主要通過改進(jìn)斷路器的性能將操作過電壓限制到預(yù)定水平，避雷器是作為操作過電壓的后備保護(hù)。按避雷器的雷電沖擊過電壓保護(hù)性能確定設(shè)備的絕緣水平。（美國(guó)、日本、法國(guó)等美國(guó)、日本、法國(guó)等）無論哪種做法，均以避雷器保護(hù)特性為基礎(chǔ)。對(duì)輸電線路而言，仍無論哪種做法，均以避雷器保護(hù)特性為基礎(chǔ)。對(duì)輸電線路而言，仍以保證一定的耐雷水平為目標(biāo)。以保證一定的耐雷水平為目標(biāo)。由于設(shè)備絕緣對(duì)不同作用電壓的耐受力不同，

6、所以同一絕緣對(duì)不同的作用電壓有其相應(yīng)的耐受電壓值。短時(shí)（1min)工頻耐受電壓值考核設(shè)備絕緣承受運(yùn)行電壓、工頻過電壓及等價(jià)操作過電壓和雷電過電壓的能力！長(zhǎng)時(shí)（12h）工頻耐受電壓值考核絕緣承受運(yùn)行電壓和工頻過電壓作用下內(nèi)絕緣老化和外絕緣耐污穢性能！雷電沖擊耐受電壓值考核絕緣承受雷電過電壓作用的能力！操作沖擊耐受電壓值考核超高壓設(shè)備絕緣承受操作過電壓作用的能力！電力系統(tǒng)的絕緣包括： 發(fā)電廠、變電站中電氣設(shè)備絕緣； 輸電線路的絕緣。從絕緣結(jié)構(gòu)和特性區(qū)分為：外絕緣和內(nèi)絕緣。外絕緣：指與大氣直接接觸的絕緣部件。特點(diǎn)-耐受電壓值與大氣條件密切相關(guān)。沿面閃絡(luò)和氣隙擊穿是其喪失絕緣性能的常見形式，但事后能恢

7、復(fù)其絕緣性能，屬自恢復(fù)型絕緣。內(nèi)絕緣：指不與大氣直接接觸的絕緣部件。特點(diǎn)-一旦被擊穿損壞，不能恢復(fù)原有絕緣性能，屬非自恢復(fù)型絕緣。 絕緣配合的本質(zhì)：合理處置作用電壓與絕緣強(qiáng)度的關(guān)系。而電力系統(tǒng)中各類作用電壓與電力系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式有關(guān)，中性點(diǎn)運(yùn)行方式將直接影響系統(tǒng)絕緣水平的確定！對(duì)同一電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)，若中性點(diǎn)非有效接地，則其絕緣水平要高于有效接地！ 絕緣配合不考慮諧振過電壓。輸電線路絕緣與變電站電氣設(shè)備絕緣之間不存在配合問題！ 允許絕緣水平的差異化！二、絕緣配合的方法二、絕緣配合的方法1 1、慣用法、慣用法按作用在絕緣上的最大過電壓和最小的絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣按作用在絕緣上的最大過電壓和

8、最小的絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣配合。配合。首先首先：確定最危險(xiǎn)電壓然后然后：根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一個(gè)影響因子（系數(shù)），從而確定絕緣 應(yīng)耐受的電壓水平。我國(guó)相對(duì)地計(jì)算用最大操作過電壓的倍數(shù)（以電網(wǎng)最高運(yùn)行相電壓幅值為基準(zhǔn)）為：660kv及以下（低阻接地系統(tǒng)除外） 4.0110kv及220kv 3.0330kv及500kv 分別為2.2和2.0 慣用法確定的絕緣水平是偏嚴(yán)格的！適用：自恢復(fù)能力絕緣220kv及以下 非自恢復(fù)能力絕緣各電壓等級(jí)2、統(tǒng)計(jì)法 始于20世紀(jì)70年代問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：對(duì)于超高壓、特高壓遠(yuǎn)距離輸電，降低絕緣水平的經(jīng)濟(jì)效益越來越重要。換個(gè)想法，容許絕緣有一定的故障率，用技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜

9、合指標(biāo)確定系統(tǒng)絕緣的最佳方案。根據(jù)已知過電壓幅值和絕緣放電電壓的統(tǒng)計(jì)特性（概率密度、分布函數(shù)等），用計(jì)算的方法求出絕緣耐電的概率和線路故障率，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，正確確定絕緣水平。既定量給出設(shè)計(jì)的安全裕度，又按照使用設(shè)備費(fèi)、每年運(yùn)行費(fèi)、每年事故損失費(fèi)等綜合最小的原則，確定輸電系統(tǒng)絕緣配合的最佳方案。主要用于輸變電設(shè)備的外絕緣配合（自恢復(fù)絕緣）！主要用于輸變電設(shè)備的外絕緣配合（自恢復(fù)絕緣）！3、簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法設(shè)實(shí)際過電壓和絕緣放電概率為正態(tài)分布，且已知標(biāo)準(zhǔn)偏差。在此基礎(chǔ)上，兩條概率曲線可分別用某一參考概率相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表示出來，此兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值分別稱為統(tǒng)計(jì)過電壓和統(tǒng)計(jì)耐受電壓。絕故障率與這兩個(gè)值有關(guān)，

10、只決定于兩者間的裕度。通過計(jì)算求得故障率，選擇能接受此故障率的相應(yīng)的絕緣水平。線路上發(fā)生事故主要是線路上發(fā)生事故主要是 絕緣子串的沿面放電絕緣子串的沿面放電 導(dǎo)線導(dǎo)線-桿塔、導(dǎo)線桿塔、導(dǎo)線-導(dǎo)線間空氣隙擊穿導(dǎo)線間空氣隙擊穿三、線路絕緣水平的確定三、線路絕緣水平的確定因此絕緣水平的確定項(xiàng)目包括： 絕緣子串的長(zhǎng)度 導(dǎo)線間、導(dǎo)線與桿塔間的氣隙1 1、每串個(gè)數(shù)的選擇、每串個(gè)數(shù)的選擇選型號(hào)根據(jù)機(jī)械載荷和環(huán)境條件選型式定片數(shù)按工作電壓要求的泄露距離確定片數(shù)。 在工作電壓下不發(fā)生污閃 在操作過電壓下不發(fā)生濕閃 具有一定的雷電沖擊耐受強(qiáng)度，保證線路耐雷水 平滿足規(guī)定要求 。具體做法如下：（1 1）按工作電壓作

11、用下所需的單位爬電距離）按工作電壓作用下所需的單位爬電距離S S初定片（個(gè)）數(shù)初定片（個(gè)）數(shù)0SS NUSn（cm/kv）S0最小泄漏比距。取決于地區(qū)污穢等級(jí)。其值見表11-1。污穢等級(jí)愈重，其值愈大。NUn0S（2 2）按內(nèi)部過電壓驗(yàn)算。）按內(nèi)部過電壓驗(yàn)算。即濕閃電壓要大于可能出現(xiàn)的操作過電壓，且留有10%裕度。phshUkU01.1操作過電壓計(jì)算倍數(shù)0k系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓phU（3 3）按大氣過電壓校核。）按大氣過電壓校核。 一般按（1）、（2）確定的可滿足要求。在特殊高桿塔和高海拔地區(qū)，大氣過電壓則成為確定絕緣子片數(shù)的決定因素，其值會(huì)大于前兩者。2 2、空氣間隙的確定、空氣間隙的確定線路

12、上的空氣隙包括：導(dǎo)線對(duì)地導(dǎo)線-導(dǎo)線導(dǎo)線-避雷線導(dǎo)線-桿塔和橫擔(dān)絕緣配合原則：絕緣配合原則： 應(yīng)使空氣間隙的擊穿電壓（放電電壓）與絕緣子串的閃絡(luò)電應(yīng)使空氣間隙的擊穿電壓（放電電壓）與絕緣子串的閃絡(luò)電壓大致相等。壓大致相等。 確定空氣間隙距離應(yīng)依據(jù)：工作電壓、操作過電壓、雷電過電壓分別計(jì)算。還須考慮還須考慮：導(dǎo)線受風(fēng)力作用使絕緣子串偏斜的不利因素！空氣間隙所承受的電壓由高到低依次為： 雷電過電壓操作過電壓工作電壓但作用時(shí)間則恰恰相反！三種電壓作用下空氣間隙的計(jì)算方法如下：三種電壓作用下空氣間隙的計(jì)算方法如下：（1 1）按工作電壓確定風(fēng)偏后的間隙）按工作電壓確定風(fēng)偏后的間隙S SP P, ,其對(duì)應(yīng)的

13、工頻放電電壓為其對(duì)應(yīng)的工頻放電電壓為phPUU1k安全系數(shù)1k220kv220kv中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)：中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)：1.61.6330kv330kv500kv500kv線路：線路：1.71.7非有效接地電網(wǎng)：非有效接地電網(wǎng)：2.52.5（2 2）按操作過電壓確定風(fēng)偏后的間隙）按操作過電壓確定風(fēng)偏后的間隙S SS S, ,等效工頻放電電壓為等效工頻放電電壓為phsUkU02 .1式中1.2是計(jì)及波形、空氣濕度和密度及其他不利因素的裕度系數(shù)。（3 3）按雷電過電壓確定風(fēng)偏后的間隙）按雷電過電壓確定風(fēng)偏后的間隙S Sl l 雷電沖擊波作用下的放電電壓U50%，通常取絕緣子串的U50%的放電電壓

14、值的85%。這是為了減小絕緣子串的閃絡(luò)概率，以免損壞沿面絕緣。 根據(jù)確定的SP、SS、Sl（見下表），即可確定絕緣子串垂直位置時(shí)對(duì)桿塔的水平距離。即sinsinsinpSSSssp絕緣子串的長(zhǎng)度選三者中最大的作為最小空氣距離額定電壓（kv）3560110220330500X-4.5357131928SP10202565100125SS255070145220270Sl4565100190260370各級(jí)電壓線路最小空氣間隙（各級(jí)電壓線路最小空氣間隙（cmcm）注：對(duì)發(fā)電廠、變電所，計(jì)算S值時(shí)應(yīng)增加10%的裕度。海拔超過1000m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行校正。p1phUkUps sp + lsinp ss +

15、 lsins S0ph1.2Uk Uss絕緣子串50%放電電壓的85%sl + lsinl ls選擇最大者 導(dǎo)線對(duì)桿塔的距離 四、電氣設(shè)備試驗(yàn)電壓的確定 確定電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)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。避雷器對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)有兩種方式：避雷器對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)有兩種方式：方式一方式一 只用來保護(hù)大氣過電壓，而不用來保護(hù)內(nèi)部過電壓。只用來保護(hù)大氣過電壓，而不用來保護(hù)內(nèi)部過電壓。方式二方式二 主要用來保護(hù)大氣過電壓，兼作內(nèi)部過電壓的后備保主要用來保護(hù)大氣過電壓，兼作內(nèi)部過電壓的后備保 護(hù)。護(hù)。l電氣設(shè)備絕緣耐受操作過電壓電氣設(shè)備絕緣耐受操作過電壓( (即操作沖擊電壓即操作沖擊電壓) )的能力稱為電氣設(shè)備的的能力稱為電氣設(shè)備的操作沖擊絕緣水平操作沖擊絕緣水平(SIL)(SIL)。操作沖擊電壓值