第十章：電力系統(tǒng)的絕緣配合ppt課件

1、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室電力系統(tǒng)過電壓Power System Overvoltage2019年2月26日丁衛(wèi)東 107第五部分：電力系統(tǒng)的絕緣配合Xian Jiaotong University-3-概述電力設(shè)備的絕緣程度究竟選多高？隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高，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。由于系統(tǒng)電壓等級的提高，保送容量的增大，一旦出現(xiàn)缺點，損失宏大。電力設(shè)備接受的電壓絕緣配合的本質(zhì)是選定合理的絕緣程度絕緣配合的本質(zhì)是選定合理的絕緣程度任務(wù)電壓暫時過電壓操作過電壓大氣過電壓電力設(shè)備絕緣程度絕緣配合

2、短時工頻實驗長時間工頻實驗操作沖擊實驗雷電沖擊實驗Xian Jiaotong University-4-絕緣配合的根本概念與方法設(shè)備上實踐接受的電壓任務(wù)電壓暫時過電壓操作過電壓大氣過電壓絕緣配合：絕緣配合：所謂絕緣配合，就是綜合思索電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中能夠接受的各種電壓所謂絕緣配合，就是綜合思索電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中能夠接受的各種電壓任務(wù)電壓及過電壓、維護安裝的特性和設(shè)備絕緣對各種作用電壓的耐受任務(wù)電壓及過電壓、維護安裝的特性和設(shè)備絕緣對各種作用電壓的耐受特性，合理地確定設(shè)備必要的絕緣程度，以使設(shè)備的造價、維修費用和設(shè)備特性，合理地確定設(shè)備必要的絕緣程度，以使設(shè)備的造價、維修費用和設(shè)備絕緣缺點引

3、起的事故損失，到達在經(jīng)濟上和平安運轉(zhuǎn)上總體效益最高的目的。絕緣缺點引起的事故損失，到達在經(jīng)濟上和平安運轉(zhuǎn)上總體效益最高的目的。 系 統(tǒng) 中 能夠出現(xiàn) 的 各種電壓 維 護 安 裝的維護程度設(shè)備的絕緣程度經(jīng)濟費用制造、安裝運轉(zhuǎn)、維護事故損失設(shè)備絕緣對各種電壓的耐受才干 技術(shù)面 經(jīng)濟面Xian Jiaotong University-5-設(shè)備的絕緣程度：設(shè)備的絕緣程度：絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣程度，所謂電氣設(shè)備的絕緣程絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣程度，所謂電氣設(shè)備的絕緣程度是指該電氣設(shè)備能接受的實驗電壓值。度是指該電氣設(shè)備能接受的實驗電壓值。 短時工頻實驗短時工頻實驗檢

4、驗設(shè)備在工頻運轉(zhuǎn)電壓和暫時過電壓下的絕緣性能。檢驗設(shè)備在工頻運轉(zhuǎn)電壓和暫時過電壓下的絕緣性能。 長時間工頻實驗長時間工頻實驗絕緣的老化和外絕緣的污穢對工頻運轉(zhuǎn)電壓及過電壓下的性能有影響時，需絕緣的老化和外絕緣的污穢對工頻運轉(zhuǎn)電壓及過電壓下的性能有影響時，需作長時間工頻實驗。作長時間工頻實驗。 操作沖擊實驗操作沖擊實驗操作過電壓的作用。操作過電壓的作用。雷電沖擊實驗雷電沖擊實驗雷電過電壓的作用。雷電過電壓的作用。在某種程度上，操作或雷電沖擊電壓對絕緣的作用可用工頻電壓來等價 Xian Jiaotong University-6-絕緣配合原那么絕緣配合原那么總原那么：綜合思索系統(tǒng)中能夠出現(xiàn)的各種作

5、用電壓、維護安裝特性及設(shè)備總原那么：綜合思索系統(tǒng)中能夠出現(xiàn)的各種作用電壓、維護安裝特性及設(shè)備的絕緣特性確定設(shè)備的絕緣程度，從而使設(shè)備絕緣缺點率或停電事故率降低的絕緣特性確定設(shè)備的絕緣程度，從而使設(shè)備絕緣缺點率或停電事故率降低到在經(jīng)濟上和運轉(zhuǎn)上可以接受的程度。到在經(jīng)濟上和運轉(zhuǎn)上可以接受的程度。 (1)電壓不同，絕緣配合原那么不同對于220kV及以下的系統(tǒng)，普通以大氣過電壓決議設(shè)備的絕緣程度。其主要維護安裝是避雷器，以避雷器的維護程度為根底確定設(shè)備的絕緣程度，并保證輸電線路具有一定的耐雷程度。對于這些設(shè)備，在正常情況下應(yīng)能耐受內(nèi)過電壓的作用，因此普通不專門采用針對內(nèi)過電壓的限制措施。隨著電壓等級的

6、提高，操作過電壓的幅值將隨之增高，所以，在超高壓電力系統(tǒng)330 kV的絕緣配合中，操作過電壓將逐漸起控制造用。因此，超高壓系統(tǒng)中普通都采用了專門限制內(nèi)過電壓的措施。例如并聯(lián)電抗器、帶有并聯(lián)電阻的斷路器及金屬氧化物避雷器(MOA)等。由于對限制過電壓措施的要求不同，絕緣配合的作法也不同。實踐上，無論那工種作法，都是以避雷器的維護特性為根底的。俄，美日法Xian Jiaotong University-7-(2)技術(shù)上要力求做到作用電壓與絕緣強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電壓限制在設(shè)備絕緣耐受強度以下。Xian Jiaotong University-8-

7、(3)為了兼顧設(shè)備造價、運轉(zhuǎn)費用和停電損失等的綜合經(jīng)濟效益，絕緣配合的原那么需因不同的系統(tǒng)構(gòu)造、不同的地域以及不同的開展階段而有所不同。不同的系統(tǒng)，因構(gòu)造不同，過電壓程度不同，且同一系統(tǒng)中不同地點的過電壓程度亦有差別，呵斥事故的后果也是不同的。在系統(tǒng)開展初期，采用單回長間隔線路送電，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)薄弱，一旦發(fā)生缺點，經(jīng)擠損失較大。到了開展的中期或后期，系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)加強，而設(shè)備制造程度提高，維護設(shè)備性能改善，設(shè)備損壞幾率減少；即使個別設(shè)備損壞，呵斥的經(jīng)濟損失也會降低。因此，從經(jīng)濟方面思索，對同一電壓等級，不同地點、不同類型的設(shè)備，允許選擇不同的絕緣程度。(4)在絕緣配合中不思索諧振過電壓，因此在電網(wǎng)設(shè)計和

8、運轉(zhuǎn)中都該當(dāng)避開諧振過電壓的產(chǎn)生。(5)在污穢地域的電網(wǎng)，外絕緣的強度受污穢影響將大大降低。污閃事故發(fā)生在惡劣氣候條件正常任務(wù)電壓下，因此，嚴(yán)重污穢地域電網(wǎng)外絕緣程度應(yīng)主要由系統(tǒng)最大運轉(zhuǎn)電壓決議。(6)不需求思索線路絕緣和發(fā)、變電站絕緣的配合問題。如降低線路絕緣使之與變電站配合，那么會使線路事故大增。(7)在特高壓電網(wǎng)中，由于限壓措施的不斷完善，過電壓可降低到 1.61.8 p.u. 或更低，電網(wǎng)的絕緣程度能夠由工頻過電壓及長時間任務(wù)電壓決議。Xian Jiaotong University-9-絕緣配合的方法絕緣配合的方法慣用法慣用法統(tǒng)計法統(tǒng)計法簡化統(tǒng)計法簡化統(tǒng)計法 適用范圍：由于對非自恢復(fù)

9、絕緣進展絕緣放電概率的測定，費用很高，目前難于運用統(tǒng)計法，主要仍用慣用法。但是，如今國內(nèi)外都正在努力于研討采用統(tǒng)計模擬的方法處理非自恢復(fù)絕緣的配合問題。對于降低絕緣程度經(jīng)濟效益不是非常顯著的220kV及以下電壓等級設(shè)備的絕緣，通常仍采用慣用法。在采用慣用法進展絕緣配合時，無法定量預(yù)估絕緣的缺點率，只是在確定絕緣程度時留有一定的平安裕度，即所謂配合系數(shù)(或平安裕度系數(shù))。對于330kV及以上設(shè)備的自恢復(fù)絕緣，可以采用統(tǒng)計法進展絕緣配合，因此也可以用統(tǒng)計法對各項可靠性目的進展預(yù)估。Xian Jiaotong University-10-慣用法慣用法是按作用在絕緣上的最大過電壓和最小的絕緣強度的概念

10、進展絕緣配合的。即首先確定設(shè)備上能夠出現(xiàn)的最危險的過電壓，然后根據(jù)運轉(zhuǎn)閱歷乘上一個思索各種要素的影響 和一定裕度的系數(shù)，以補償在估計最大過電壓和最低耐壓強度時的誤差，從而決議絕緣應(yīng)耐受的電壓程度。有較大的裕度由于過電壓幅值及絕緣強度都是隨機變量，很難找到一個嚴(yán)厲的規(guī)那么去估計它們的上限和下限。因此，用這一原那么確定絕緣程度常有較大的裕度。適用于具有自恢復(fù)才干的絕緣和無自恢復(fù)才干的絕緣慣用法對有自恢復(fù)才干的絕緣如氣體絕緣和無自恢復(fù)才干的絕緣如固體絕緣都是適用的。Xian Jiaotong University-11-統(tǒng)計法統(tǒng)計法是根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐受強度都是隨機變量的實踐情況，在知過電壓幅

11、值和絕緣放電電壓的概率分布后，用計算的方法求出絕緣放電的概率和線路缺點率，在技術(shù)經(jīng)濟比較的根底上，正確地確定絕緣程度。不僅定量地給出設(shè)計的平安裕度，并能按照運用設(shè)備費、每年的運轉(zhuǎn)費以及每年的事故損失費的總和為最小的原那么，確定一個輸電系統(tǒng)絕緣配合的最正確方案。設(shè)知過電壓概率密度函數(shù)fg(U )和絕緣的放電概率函數(shù)p(U)，且fg(U )與p(U)互不相關(guān)，如左圖所示。 00()()gp Uf U dU( )( )agUpnRp U f U dU缺點率CostXian Jiaotong University-12-簡化統(tǒng)計法在簡化統(tǒng)計法中，對過電壓和絕緣特性兩條概率曲線的外形，作出一些通常以為合

12、理的假定，如正態(tài)分布，并知其規(guī)范偏向。根據(jù)這些假定，上述兩條概率分布曲線就可以分別用與某一參考概率相對應(yīng)的點表示出來，稱為“統(tǒng)計過電壓和“統(tǒng)計耐受電壓。在此根底上可以計算絕緣的缺點率。現(xiàn)實上，這時絕緣的缺點率只決議于這兩個電壓之間的裕度，這一點很像慣用法。 缺點率22100021aUue)u( fuUVidVe)u(Pai22121du)u(f )u(PRSWUU平安系數(shù)缺點率RXian Jiaotong University-13-輸變電設(shè)備絕緣程度確實定電力變壓器：電力變壓器：在變電所的諸多電氣設(shè)備中，以電力變壓器最為重要，因此，通常以確定電在變電所的諸多電氣設(shè)備中，以電力變壓器最為重要，

13、因此，通常以確定電力變壓器的絕緣程度為中心環(huán)節(jié)，再確定其它設(shè)備的絕緣程度。力變壓器的絕緣程度為中心環(huán)節(jié)，再確定其它設(shè)備的絕緣程度。避雷器維護程度：避雷器維護程度：確定電氣設(shè)備絕緣程度的根底是避雷器維護程度，即設(shè)備的絕緣程度與避雷確定電氣設(shè)備絕緣程度的根底是避雷器維護程度，即設(shè)備的絕緣程度與避雷器的維護程度進展配合。器的維護程度進展配合。雷電沖擊維護程度雷電沖擊維護程度BIL操作沖擊程度操作沖擊程度BSL避雷器的雷電沖擊維護程度：磁吹避雷器取三者中較大者作為雷電沖擊維護程度在標(biāo)稱放電電流波形如820s和幅值下的殘壓值；1.250s規(guī)范雷電沖擊放電電壓上限；規(guī)定陡度下的沖擊波波前放電電壓最大值除以

14、1.15GB7327-87Xian Jiaotong University-14-氧化鋅避雷器取兩者中較大者作為雷電沖擊維護程度在標(biāo)稱放電電流波形如820s和幅值下的殘壓值；陡波沖擊電流給定波前及幅值下的殘壓值除以1.15。視在波前時間為1 s的沖擊電流，波前時間應(yīng)在0.91.1s范圍內(nèi)，視在半峰值時間不作規(guī)定。避雷器的操作沖擊維護程度針對330500 kV設(shè)備：磁吹避雷器2502500 s規(guī)范操作沖擊波下的最大火花放電電壓；規(guī)定操作沖擊電流下的殘壓。氧化鋅避雷器規(guī)定操作沖擊電流下的殘壓值視在波前時間大于30s而小于100s、視在半峰值時間約為視在波前時間兩倍的沖擊電流。Xian Jiaoto

15、ng University-15-變壓器的雷電沖擊耐受電壓：變壓器的雷電沖擊耐受電壓：思索避雷器和變壓器之間的間隔、避雷器內(nèi)部的電感、變壓器絕緣的老化累思索避雷器和變壓器之間的間隔、避雷器內(nèi)部的電感、變壓器絕緣的老化累積效應(yīng)、避雷器運轉(zhuǎn)中參數(shù)的變化、變壓器工頻激磁的影響等要素后，使維積效應(yīng)、避雷器運轉(zhuǎn)中參數(shù)的變化、變壓器工頻激磁的影響等要素后，使維護程度的變化及變壓器上的作用電壓超越避雷器的維護程度。因此雷電沖擊護程度的變化及變壓器上的作用電壓超越避雷器的維護程度。因此雷電沖擊耐受電壓和避雷器維護程度之間應(yīng)取一定的平安裕度系數(shù)。耐受電壓和避雷器維護程度之間應(yīng)取一定的平安裕度系數(shù)。根據(jù)我國過去的

16、傳統(tǒng)做法，以雷電沖擊維護程度為根底，取一個平安系數(shù)，根據(jù)我國過去的傳統(tǒng)做法，以雷電沖擊維護程度為根底，取一個平安系數(shù)，當(dāng)電氣設(shè)備當(dāng)電氣設(shè)備 如變壓器與避雷器緊靠時，平安系數(shù)取如變壓器與避雷器緊靠時，平安系數(shù)取 1.25，有一定間隔時，有一定間隔時取取 1.4。變壓器的操作沖擊耐受電壓：變壓器的操作沖擊耐受電壓：變壓器的操作根本沖擊絕緣程度與避雷器被維護程度相配合，平安系數(shù)不低變壓器的操作根本沖擊絕緣程度與避雷器被維護程度相配合，平安系數(shù)不低于于 1.15。操作平安系數(shù)比較小，這是由于操作波比較平緩，間隔效應(yīng)不劇烈。操作平安系數(shù)比較小，這是由于操作波比較平緩，間隔效應(yīng)不劇烈所致。所致。Xian

17、Jiaotong University-16-電壓等級不同，絕緣配合原那么不同超高壓設(shè)備該當(dāng)進展雷電及操作沖擊耐受電壓實驗，以檢驗設(shè)備在雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能。220kV及以下電壓等級由于操作過電壓對正常絕緣無危險，故不要求避雷器動作，避雷器只用作雷電過電壓的防護措施。因此，按上述原那么根據(jù)避雷器的雷電沖擊維護程度可以確定變壓器的全波根本沖擊絕緣程度(BIL)。而操作沖擊絕緣程度(BSL)是用額定短時工頻耐受電壓，即工頻絕緣程度替代。實踐上這種短時工頻實驗電壓值是由設(shè)備的BSL和BIL共同決議的。Xian Jiaotong University-17-其它設(shè)備其它設(shè)備對于不用避

18、雷器維護或非有效維護的設(shè)備，如斷路器、儀用互感器等，應(yīng)選對于不用避雷器維護或非有效維護的設(shè)備，如斷路器、儀用互感器等，應(yīng)選用較高的雷電沖擊耐受電壓及與之對應(yīng)的操作沖擊耐受電壓。這些數(shù)值的選用較高的雷電沖擊耐受電壓及與之對應(yīng)的操作沖擊耐受電壓。這些數(shù)值的選定應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)造的特點，過電壓維護設(shè)備的性能及預(yù)期的過電壓程度等詳定應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)造的特點，過電壓維護設(shè)備的性能及預(yù)期的過電壓程度等詳細(xì)情況。細(xì)情況。根據(jù)我國電力系統(tǒng)開展情況及電器制造程度，結(jié)合我國電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)閱歷，根據(jù)我國電力系統(tǒng)開展情況及電器制造程度，結(jié)合我國電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)閱歷，并參考國際電工委員會并參考國際電工委員會IEC引薦的絕緣配合規(guī)

19、范，在我國國家規(guī)范引薦的絕緣配合規(guī)范，在我國國家規(guī)范 GB311-83 中對各電壓等級電氣設(shè)備的實驗電壓作出了規(guī)定。中對各電壓等級電氣設(shè)備的實驗電壓作出了規(guī)定。 Xian Jiaotong University-18-Xian Jiaotong University-19-Xian Jiaotong University-20-Xian Jiaotong University-21-Xian Jiaotong University-22-Xian Jiaotong University-23-輸電線路絕緣程度確實定 輸電線路的絕緣程度：絕緣子串的絕緣子片數(shù)線路絕緣的空氣間隙絕緣子串的片數(shù)選擇絕

20、緣子串的片數(shù)選擇根據(jù)桿塔機械負(fù)荷選定絕緣子型式之后，需求確定絕緣子的片數(shù)，其要求如根據(jù)桿塔機械負(fù)荷選定絕緣子型式之后，需求確定絕緣子的片數(shù)，其要求如下：下：在任務(wù)電壓下不發(fā)生污閃在任務(wù)電壓下不發(fā)生污閃下雨天在操作過電壓下不發(fā)生閃絡(luò)下雨天在操作過電壓下不發(fā)生閃絡(luò)具有一定的雷電沖擊耐受強度，保證線路有一定的耐雷程度具有一定的雷電沖擊耐受強度，保證線路有一定的耐雷程度Xian Jiaotong University-24-1按任務(wù)電壓下所要求的走漏間隔爬電比距sp決議所需絕緣子片數(shù)np01nssU式中 n：每串絕緣子片數(shù)；：每片絕緣子的爬電比距，cm；U1：線路的額定電壓有效值，kV。表 15-7

21、最小走漏比距分級數(shù)值外絕緣污穢等級最小爬電比距cm/kV線路電站設(shè)備01.391.42.03.1注：330kV級線路和電站設(shè)備外絕緣在0級時分別為1.45和1.55 cm/kV，按500 kV系統(tǒng)暫行技術(shù)規(guī)定對0級地域取1.6。對于不同污穢地域要求一定的走漏比距s0 ，清潔區(qū)取為1.6。運轉(zhuǎn)閱歷闡明，必需滿足sps0，否那么污閃事故比較嚴(yán)重，呵斥很大損失。Xian Jiaotong University-25-闡明：由于走漏比距s0的取值是總結(jié)運轉(zhuǎn)閱歷得出的，因此最大任務(wù)電壓與額定電壓的差別以及零值絕緣子運轉(zhuǎn)中，由于機械及電的作用下，在眾多的線路絕緣子中，

22、總有個別絕緣子會喪失絕緣性能，起不到絕緣的作用，稱之謂“零值絕緣子的影響等要素都已包括在內(nèi)，所以計算絕緣子片數(shù)時按額定電壓計算，且不需再思索零值絕緣子而添加絕緣子個數(shù)。Xian Jiaotong University-26-2按內(nèi)部過電壓進展驗算要求線路絕緣能耐受一定的內(nèi)部過電壓。在驗算時需思索零值絕緣子的問題，這是由于運轉(zhuǎn)中的絕緣子遭到很大的機械力及電壓的長期作用，容易損壞。然而，現(xiàn)場眾多的絕緣子，難以及時地清查和改換。為了平安，需求添加一些絕緣子，以便出現(xiàn)零值絕緣子后，其他的絕緣子仍能耐受出現(xiàn)的操作過電壓。目前我國規(guī)定，絕緣子串中應(yīng)預(yù)留的零值絕緣子數(shù)為：35 220kV線路，直線桿 l 片

23、，耐張桿 2 片；對于 330kV 及以上線路，直線桿 1 2 片，耐張桿 2 3 片。目前絕緣子串在內(nèi)部過電壓作用下，還沒有適用的放電電壓數(shù)據(jù)，所以普通是用絕緣子串的工頻濕放電電壓來替代絕緣子串在內(nèi)部過電壓作用時的放電電壓。這樣，絕緣子串的工頻濕閃電壓 Ush 那么為 sh0ph1.1Uk U式中1.1:綜合思索各種要素的修正系數(shù)k0:操作過電壓計算倍數(shù)uph:系統(tǒng)最高運轉(zhuǎn)相電壓Xian Jiaotong University-27-3按大氣過電壓進展驗算普通情況下，大氣過電壓對確定絕緣子串的片數(shù)影響是不大的，由于耐雷程度不完全決議于絕緣子片數(shù)，而主要取決于各項防雷措施的綜合效果，因此它僅作

24、驗算條件。即使耐雷程度達不到規(guī)程的下限值，也不一定必需添加絕緣子片數(shù)，由于還可以采用降低桿塔接地電阻等措施來提高線路的耐雷程度。但在特殊高桿塔或高海拔地域，雷電過電壓那么成為確定絕緣子片數(shù)的決議要素。Xian Jiaotong University-28-輸電線路空氣間隙確實定輸電線路空氣間隙確實定輸電線路的空氣間隙主要包括：輸電線路的空氣間隙主要包括：導(dǎo)線對大地導(dǎo)線對大地導(dǎo)線對地面的高度主要是思索穿越導(dǎo)線下的最高物體與導(dǎo)線間的平安間隔，導(dǎo)線對地面的高度主要是思索穿越導(dǎo)線下的最高物體與導(dǎo)線間的平安間隔，在超高壓輸電線下還應(yīng)思索對地面物體的靜電感應(yīng)問題。在超高壓輸電線下還應(yīng)思索對地面物體的靜電感應(yīng)問題。導(dǎo)線對導(dǎo)線導(dǎo)線對導(dǎo)線導(dǎo)線間的間隔主要由導(dǎo)線弧垂最低點在風(fēng)力作用下，發(fā)生異步搖擺時能耐導(dǎo)線間的間隔主要由導(dǎo)線弧垂最低點在風(fēng)力作用下，發(fā)生異步搖擺時能耐受任務(wù)電壓的最小間隙來確定，由于這種情況出現(xiàn)的時機極少，所以在低電受任務(wù)電壓的最小間隙來確定，由于這種情況出現(xiàn)的時機極少，所以在低電壓等級時以不碰線為原那么。壓等級時以不碰線為原那么。導(dǎo)線對架空地線導(dǎo)線對架空地線導(dǎo)線對地線間的間隙，由雷擊避雷線檔距中間不引起對導(dǎo)線的空氣間隙擊導(dǎo)線對地線間的間隙，由雷擊避雷線檔距中間不引起對導(dǎo)線的空氣間隙擊穿的條件來確定。穿的條件來確定。導(dǎo)線對桿塔及