電力系統(tǒng)過(guò)電壓與電器絕緣設(shè)計(jì)

1、過(guò)電壓絕緣特性討論內(nèi)容外內(nèi)主要參考文獻(xiàn)：GB311.1GB311.2GB/T15166.3DL/T620GB/T16927.1電力系統(tǒng)過(guò)電壓一、什么是過(guò)電壓絕緣出現(xiàn)故障不外乎兩方面的原因：超過(guò)正常運(yùn)行的電壓并使電力系統(tǒng)絕緣或保護(hù)設(shè)備損壞的電壓升高。一、絕緣本身的絕緣強(qiáng)度下降二、作用在絕緣上的電壓因某種原因升高 電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度是有限的，因此必須采取 將可能出現(xiàn)的過(guò)電壓限制在一個(gè)合理的范圍。絕緣配合考慮所采用的過(guò)電壓保護(hù)措施后，決定設(shè)備上可能的作用電壓，并根據(jù)設(shè)備的絕緣特性及可能影響絕緣特性的因素，從安全運(yùn)行和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性?xún)煞矫娲_定設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。措施二.過(guò)電壓的分類(lèi)1.雷電過(guò)電壓：雷云中大

2、量雷電荷傾注于電力系統(tǒng)而形成2.內(nèi)部過(guò)電壓:由于電力系統(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化或能量傳遞引起的指磁能轉(zhuǎn)化為電能通過(guò)各部分相互之間的電磁耦合。如：電網(wǎng)內(nèi)的操作（拉閘或合閘）和故障（斷線或接地等）都是激發(fā)能量轉(zhuǎn)化的原因，按不同原因，將內(nèi)過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓；暫時(shí)過(guò)電壓包括工頻電壓升高及諧振過(guò)電壓。二.過(guò)電壓的分類(lèi)運(yùn)行中代表性的作用電壓內(nèi)部過(guò)電壓持續(xù)（工頻）電壓：起源于正常運(yùn)行條件下的系統(tǒng)運(yùn)行；暫時(shí)過(guò)電壓：起源于故障、操作（如甩負(fù)荷）、諧振條件、非線性鐵磁諧振或他們的組合；緩波前過(guò)電壓：起源于故障、操作或雷電直擊架空導(dǎo)線；快波前過(guò)電壓：起源于操作、雷擊或故障；陡波前過(guò)電壓：起源于氣體絕緣變電站（

3、GIS）的故障或操作；聯(lián)合過(guò)電壓：可為上述任意一種起源。它發(fā)生于系統(tǒng)的相間（相對(duì)地），或同一相的不同部分（縱向）之間。切空線諧振過(guò)電壓消弧線圈補(bǔ)償電網(wǎng)中的線性共振現(xiàn)象空長(zhǎng)線的電容效應(yīng)不對(duì)稱(chēng)短路引起的工頻電壓升高突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高傳遞過(guò)電壓參數(shù)諧振斷線互感器飽和非全相拉合閘內(nèi)部過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓操作過(guò)電壓工頻電壓升高線性諧振鐵磁諧振合空線切空變電弧接地系統(tǒng)最高電壓：在正常運(yùn)行條件下，在系統(tǒng)的任何時(shí)間和任何點(diǎn)上出現(xiàn)的電壓最高值一般取設(shè)備最高運(yùn)行電壓與系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓相等例如：Un=10kV、Um=12kVUm=（5%+5%+7%）*10+10=11.7即：Um取12kV 內(nèi)部過(guò)電壓：能量來(lái)

4、源于電網(wǎng)本身，并在電網(wǎng)工頻電壓的基礎(chǔ)上振蕩產(chǎn)生，故其幅值與工頻電壓的大小基本成正比。 不包括瞬變電壓，比不包括瞬變電壓，比如，由于系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)如，由于系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)操作及暫態(tài)的電壓波操作及暫態(tài)的電壓波動(dòng)所出現(xiàn)的電壓值動(dòng)所出現(xiàn)的電壓值過(guò)電壓倍數(shù)Ko= 過(guò)電壓幅值 最高運(yùn)行相電壓幅值Ko值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容量及各元件的參數(shù)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器性能、母線上出線的回?cái)?shù)、電網(wǎng)的運(yùn)行接線和操作方式、故障形式等因素有關(guān)，并具有明顯的統(tǒng)計(jì)性。外絕緣：空氣絕緣及設(shè)備固體絕緣的外露表面，它承受電壓作用并直接受大氣和其他外部條件的影響。 名詞解釋內(nèi)絕緣：不受外部條件如污穢、濕度和蟲(chóng)害等影響的設(shè)備內(nèi)部絕緣的固體、液體或

5、氣體部件。自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓引起破壞性放電后，能完全恢復(fù)其絕緣特性的絕緣。非自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓引起破壞性放電后，喪失或不能完全恢復(fù)其絕緣特性的絕緣。復(fù)合絕緣：自恢復(fù)絕緣加非自恢復(fù)絕緣。50%破壞性放電電壓：在試品上產(chǎn)生破壞性放電的概率為50%的預(yù)期電壓值。破壞性放電概率p與耐受概率q關(guān)系：p=1-q10%破壞性放電概率與90%耐受概率等值縱絕緣：具有兩個(gè)相端子和一個(gè)接地端子，兩個(gè)相端子屬于同一相。三、絕緣耐受電壓之絕緣強(qiáng)度特性： 在所有材料中，導(dǎo)電是由帶電粒子移動(dòng)引起的。導(dǎo)體具有大量的自由電子，他們?cè)谕馐╇妶?chǎng)中漂移；而絕緣體擁有很少量的自由電子，當(dāng)作用在絕緣材料中的電壓增加到足夠高

6、的水平時(shí)，沿絕緣體路徑上的電阻率從高值變化到與導(dǎo)體可以比擬的值，此變化稱(chēng)之為擊穿。 在空氣中擊穿主要取決于間隙的布置和外施作用電壓的極性和波形。 對(duì)于戶(hù)外絕緣，溫度、雨和表面污穢的影響非常重要。 擊穿的統(tǒng)計(jì)特性：自恢復(fù)絕緣一般應(yīng)用于90%耐受率的統(tǒng)計(jì)耐受電壓表示。對(duì)非自恢復(fù)絕緣，絕緣強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特性一般不能用試驗(yàn)得到，因而采用相應(yīng)于100%的耐受率的設(shè)定耐受電壓。三、絕緣耐受電壓之極性和過(guò)電壓波形的影響： 過(guò)電壓極性的影響 在高電壓作用時(shí)所遇到的典型電極的幾何形狀中，對(duì)于大多數(shù)情況，帶電導(dǎo)體所承受的電壓遠(yuǎn)高于接地導(dǎo)體的。對(duì)于空氣絕緣，如果承受較高電壓的電極帶正電，則間隙的擊穿電壓較之帶負(fù)電時(shí)低。

7、 過(guò)電壓波形的影響 在沖擊電壓作用下，擊穿電壓一般還與沖擊波的波形有關(guān)。 對(duì)于緩波前沖擊，沖擊的波前對(duì)于外絕緣的強(qiáng)度的影響比波尾的影響大。只有當(dāng)外絕緣表面與污穢時(shí)波尾的影響才特別重要。 在雷電沖擊作用下外絕緣的擊穿電壓隨波尾持續(xù)時(shí)間的增加而降低。三、絕緣耐受電壓之氣候條件對(duì)外絕緣的影響： 空氣間隙的閃絡(luò)電壓取決于空氣中的水分含量和空氣密度。絕緣強(qiáng)度對(duì)絕對(duì)濕度增加而增加（直至絕緣強(qiáng)度表面形成凝露）；隨空氣密度減小而降低。 對(duì)絕緣子，應(yīng)考慮到由于雪、冰、露或可能會(huì)使耐受電壓降低 用絕緣的慣用法設(shè)定耐受電壓（Pw=100%）表征絕緣時(shí)，由代表性過(guò)電壓（設(shè)定最大值）乘以配合因數(shù)Kc計(jì)算選取耐受電壓三、

8、絕緣耐受電壓之絕緣的破壞性放電概率： 對(duì)單個(gè)非自恢復(fù)絕緣的破壞放電概率，目前無(wú)法確定。所以假定在確定耐受電壓下的耐受率從0變到100%。 對(duì)自恢復(fù)絕緣，可用統(tǒng)計(jì)的方法表示絕緣對(duì)施加給定波形的沖擊電壓的耐受能力。 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)期性能的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)中獲得的詳細(xì)數(shù)據(jù)。在缺少這些數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算推薦采用下列從大量的試驗(yàn)結(jié)果中獲得的慣用偏差值： 對(duì)于雷電沖擊：Z=0.03U50 （kV） 對(duì)于操作沖擊： Z=0.06U50（kV） 以上偏差已經(jīng)包括氣象條件的影響。 U10=U50(1-1.3Z)統(tǒng)計(jì)計(jì)算中10%沖擊破壞放電電壓等于90%耐受電壓U10與要求的額定耐受電壓的關(guān)系？

9、U10、U100均取要求的額定耐受電壓對(duì)雷電沖擊： Kc 1.4；對(duì)操作沖擊：Kc 1.15U100=U50(1-3.08Z)討論自恢復(fù)絕緣與非自恢復(fù)絕緣、復(fù)合絕緣的絕緣試驗(yàn)方法自恢復(fù)絕緣：GB/T16927.1標(biāo)準(zhǔn)化了供選擇的三種（試驗(yàn)程序B/C/D）方法從而可估算90%耐受電壓。耐受電壓試驗(yàn)程序C:對(duì)試品施加3次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，如果沒(méi)有發(fā)生破壞性放電，則認(rèn)為通過(guò)試驗(yàn)；如果僅在自恢復(fù)絕緣上發(fā)生1次破壞性放電，則在追加9次沖擊，如果無(wú)破壞性放電發(fā)生，則通過(guò)試驗(yàn)。本試驗(yàn)適用于復(fù)合絕緣的設(shè)備。 耐受電壓試驗(yàn)程序D：本試驗(yàn)是在高于額定沖擊耐受電壓下進(jìn)行的。對(duì)被試設(shè)備施加一定次數(shù)的沖擊電

10、壓以得到絕緣的50%破壞性放電電壓和變異系數(shù)Z，U50不應(yīng)應(yīng)不低于額定沖擊耐受電壓乘以1/（1-1.3Z）。操作沖擊試驗(yàn)Z=0.06；雷電沖擊試驗(yàn)Z=0.03。本試驗(yàn)只適用于自恢復(fù)絕緣。耐受電壓試驗(yàn)程序B：對(duì)試品施加15次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，如果在自恢復(fù)絕緣上發(fā)生不超過(guò)2次破壞性放電，且按有關(guān)技術(shù)委員會(huì)規(guī)定的檢測(cè)方法確定非自恢復(fù)絕緣上無(wú)損傷，則認(rèn)為通過(guò)試驗(yàn)。本試驗(yàn)適用于復(fù)合絕緣的設(shè)備。討論自恢復(fù)絕緣與非自恢復(fù)絕緣、復(fù)合絕緣的絕緣試驗(yàn)方法非自恢復(fù)絕緣：GB/T16927.1標(biāo)準(zhǔn)化了供選擇的一種（試驗(yàn)程序A）。耐受電壓試驗(yàn)程序A：對(duì)試品施加3次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，不允許發(fā)生破壞

11、性放電。本試驗(yàn)相應(yīng)于絕緣配合的確定性法（慣用法），適用于非自恢復(fù)絕緣為主的設(shè)備。三、絕緣耐受電壓之試驗(yàn)程序的選擇：宜用升降耐受方法試驗(yàn)自恢復(fù)絕緣（GB/T16927.1的耐受試驗(yàn)程序D中所述的方法之一）宜用3次沖擊耐受方法對(duì)非自恢復(fù)絕緣進(jìn)行試驗(yàn)（ GB/T16927.1的耐受試驗(yàn)程序A）通常，包括自恢復(fù)和非自恢復(fù)兩種絕緣的設(shè)備（ 即復(fù)合絕緣）宜用15/2次耐受電壓試驗(yàn)（ （ GB/T16927.1的耐受試驗(yàn)程序B）。不過(guò)，當(dāng)在非自恢復(fù)絕緣中樹(shù)枝狀擴(kuò)展的危險(xiǎn)性具有重要意義且認(rèn)為施加電壓的次數(shù)過(guò)多時(shí)，3+9次耐受電壓試驗(yàn)（ GB/T16927.1的耐受試驗(yàn)程序C ）是可接受的選擇。三、絕緣類(lèi)型的選

12、擇范圍I的設(shè)備：持續(xù)工頻電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下的相對(duì)地和相間絕緣性能，一般用短時(shí)工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。在雷電過(guò)電壓下，設(shè)備的相對(duì)地和相間絕緣性能用雷電沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)絕緣水平兩個(gè)參數(shù)：額定雷電沖擊耐受電壓額定短時(shí)工頻耐受電壓三、絕緣類(lèi)型的選擇范圍II的設(shè)備：持續(xù)工頻電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下的絕緣性能用不同類(lèi)型的試驗(yàn)予以檢驗(yàn)。在持續(xù)工頻電壓及暫時(shí)過(guò)電壓下，設(shè)備對(duì)老化或污穢的適應(yīng)性宜用長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓試驗(yàn)檢驗(yàn)，并測(cè)量局部放電量。在操作過(guò)電壓下設(shè)備的絕緣性能用操作沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)在雷電過(guò)電壓下設(shè)備的絕緣性能用雷電沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備的相間絕緣性能用操作沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)絕緣水平三個(gè)參數(shù)

13、：額定操作沖擊耐受電壓額定雷電沖擊耐受電壓額定短時(shí)工頻耐受電壓四、絕緣配合：持續(xù)工頻電壓和暫時(shí)過(guò)電壓下的絕緣配合對(duì)范圍I的設(shè)備所規(guī)定的短時(shí)工頻耐受電壓，一般均能滿足在正常運(yùn)行電壓和暫時(shí)過(guò)電壓下的要求。 a、范圍I 110kV及220kV系統(tǒng)，工頻電壓一般不超過(guò)1.3p.u；3 10kV和35 66kV系統(tǒng)，一般不超過(guò)1.1 3p.u和3p.u。 b、范圍II 線路斷路器的變電所側(cè) 1.3p.u 線路斷路器線路側(cè) 1.4p.u范圍I:3.6kV Um 252kV范圍II：Um 252kV四、絕緣配合：雷電過(guò)電壓下的絕緣配合相對(duì)地絕緣：對(duì)受避雷器保護(hù)的設(shè)備，其額定雷電沖擊耐受電壓有避雷器的雷電沖擊

14、保護(hù)水平乘以配合因數(shù)Kc計(jì)算選定。相間絕緣：對(duì)所有范圍內(nèi)，相間絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓均取相對(duì)地絕緣的耐受電壓值。縱絕緣：a）對(duì)范圍I的設(shè)備縱絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓一般等于相對(duì)地絕緣的耐壓值，但隔離斷口的耐受電壓可高于相應(yīng)的相對(duì)地的數(shù)值。b）范圍II的設(shè)備縱絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓由兩個(gè)分量組成，一為相對(duì)地的額定雷電沖擊耐受電壓；另一為反極性的工頻電壓，其幅值為（0.7 1.0） （2/ 3） Um四、絕緣配合：操作過(guò)電壓下的絕緣配合相對(duì)地絕緣：范圍I和范圍II的設(shè)備，均根據(jù)設(shè)備上的統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓水平或避雷器的的操作沖擊保護(hù)水平和設(shè)備的絕緣特性，并取配合因數(shù)Kc、選取額定短時(shí)工頻耐受電壓?？v絕緣：a）范圍I的設(shè)備縱絕緣的額定短時(shí)工頻耐受電壓一般等于相對(duì)地絕緣的耐壓值，但隔離斷口的耐受電壓可高于相應(yīng)的相對(duì)地的數(shù)值。b）范圍II的設(shè)備縱絕緣的額定操作沖擊耐受電壓由兩個(gè)分量組成，一為相對(duì)地的額定操作沖擊耐受電壓；另一為反極性的工頻電壓