第十章电力系统绝缘配合

1、第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 电力系统的绝缘在运行中除了要长期承受电力系统的绝缘在运行中除了要长期承受 额定工作电压的作用外，有时还要承受系统中额定工作电压的作用外，有时还要承受系统中 出现的各种过电压的作用。绝缘配合就是要合出现的各种过电压的作用。绝缘配合就是要合 理处理各种绝缘的绝缘水平和作用其上的各种理处理各种绝缘的绝缘水平和作用其上的各种 过电压之间的矛盾问题，以达到在经济上和安过电压之间的矛盾问题，以达到在经济上和安 全运行上总体效益最高的目的。全运行上总体效益最高的目的。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 第十章第十章 电力系统

2、绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 绝缘配合绝缘配合就是综合考虑电气设备在系统就是综合考虑电气设备在系统 中可能承受的各种作用电压（工作电压及过中可能承受的各种作用电压（工作电压及过 电压）、限制过电压的措施和设备绝缘对各电压）、限制过电压的措施和设备绝缘对各 种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必 要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用 和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经 济上和安全运行上总体效益最高的目的。济上和安全运行上总体效益最高的目的。 第一节第一节 绝缘

3、配合的基本概念绝缘配合的基本概念 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的 绝缘水平。绝缘水平。 电气设备的电气设备的绝缘水平绝缘水平，指该设备绝缘可以，指该设备绝缘可以 承受的试验电压标准，在试验电压作用下，设承受的试验电压标准，在试验电压作用下，设 备不应发生闪络或击穿。备不应发生闪络或击穿。 电气设备的绝缘水平由系统最高运行电压、电气设备的绝缘水平由系统最高运行电压、 雷电过电压、操作过电压三因素中最严重的一雷电过电压、操作过电压三因素中最严重的一 个来决定。个来决定。 第十章第十章 电

4、力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 不同电压等级的系统中，各种作用电压的影响不不同电压等级的系统中，各种作用电压的影响不 同，绝缘配合的原则、绝缘试验电压的类型也有相应同，绝缘配合的原则、绝缘试验电压的类型也有相应 的差别。的差别。 （1 1）220kV220kV及以下系统，绝缘水平主要由雷电过电压及以下系统，绝缘水平主要由雷电过电压 决定；决定； （2 2）超高压系统中，绝缘水平主要由操作过电压决定；）超高压系统中，绝缘水平主要由操作过电压决定； （3 3）严重污秽地区，电力系统外绝缘水平主要由系统）严重污秽地区，电力系统外绝缘水平主要由系统 最高运行电压决定；最高运行电压

5、决定； 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 （4 4）电力系统绝缘配合不考虑谐振过电压，在）电力系统绝缘配合不考虑谐振过电压，在 系统设计和运行中要避免谐振过电压的发生。系统设计和运行中要避免谐振过电压的发生。 （5 5）输电线路绝缘与变电所电气设备绝缘之间）输电线路绝缘与变电所电气设备绝缘之间 不存在配合问题；不存在配合问题； （6 6）对同一电压等级，不同类型设备、不同地）对同一电压等级，不同类型设备、不同地 点，允许选择不同的绝缘水平，一般在电网建点，允许选择不同的绝缘水平，一般在电网建 设初期选用较高的绝缘水平，发展到中、后期，设初期选用较高的绝缘水平

6、，发展到中、后期， 可选用较低的绝缘水平。可选用较低的绝缘水平。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 第二节第二节 绝缘配合的基本方法绝缘配合的基本方法 一、惯用法一、惯用法 惯用法是根据作用于绝缘上的最大过电压和惯用法是根据作用于绝缘上的最大过电压和 最小绝缘强度的概念来配合的，即首先确定设备最小绝缘强度的概念来配合的，即首先确定设备 上可能出现的最危险的过电压，然后根据经验乘上可能出现的最危险的过电压，然后根据经验乘 上一个考虑各种影响因素和具有一定裕度的配合上一个考虑各种影响因素和具有一定裕度的配合 系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。系数，从而决定绝缘

7、应耐受的电压水平。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的 保护水平（雷电冲击和操作冲击保护水平），保护水平（雷电冲击和操作冲击保护水平）， 因而需将设备的绝缘水平与避雷器的保护水平因而需将设备的绝缘水平与避雷器的保护水平 进行配合。雷电或操作冲击电压对绝缘的作用，进行配合。雷电或操作冲击电压对绝缘的作用， 在某种程度上可以用工频耐压试验来等价。在某种程度上可以用工频耐压试验来等价。 1 2 、 为雷电冲击和为雷电冲击和 操作冲击电压换算成操作冲击电压换算成 等值工频电压的冲击等值工频电压的

8、冲击 系数。系数。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 二、统计法二、统计法 统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐电强度统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐电强度 都是随机变量的实际情况，在已知过电压幅值和都是随机变量的实际情况，在已知过电压幅值和 绝缘闪络电压的概率分布后，用计算的方法求出绝缘闪络电压的概率分布后，用计算的方法求出 绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在技术经济比绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在技术经济比 较的基础上，正确的选择绝缘水平。较的基础上，正确的选择绝缘水平。 此方法能确定一个输电系统的最佳绝缘设计此方法能确定一个输电系统的最佳绝缘设计 方案。方

9、案。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 为过电压幅值的概率密度函数，为过电压幅值的概率密度函数， 为绝缘为绝缘 击穿（或闪络）概率分布函数。击穿（或闪络）概率分布函数。 )(uf)(up duufupA xg U )()( 绝缘故障率为：绝缘故障率为： 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 利用统计法进行绝缘配合时，绝缘裕度不利用统计法进行绝缘配合时，绝缘裕度不 是选定的某个固定数，而是一个与绝缘故障率是选定的某个固定数，而是一个与绝缘故障率 相联系的变数。相联系的变数。 实际工程中严格采用统计法的主要困难在实际工程中严格采用

10、统计法的主要困难在 于随机因素较多，而且各种统计数据的概率分于随机因素较多，而且各种统计数据的概率分 布有时并非已知，因而实际上采用得更多的是布有时并非已知，因而实际上采用得更多的是 对某些概率进行一些假定后的简化统计法。对某些概率进行一些假定后的简化统计法。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 三、简化统计法三、简化统计法 简化统计法是设定实际过电压和绝缘放电简化统计法是设定实际过电压和绝缘放电 概率为正态分布规律，并已知其标准偏差。在概率为正态分布规律，并已知其标准偏差。在 此设定基础上，上述两条概率分布曲线就可分此设定基础上，上述两条概率分布曲线就可分

11、别用某一参考概率相对应的点来表示，此两点别用某一参考概率相对应的点来表示，此两点 对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压。对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压。 330kV330kV及以上的自恢复绝缘（输电线路）采及以上的自恢复绝缘（输电线路）采 用统计法。用统计法。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 电气设备的绝缘可分为内绝缘和外绝缘两电气设备的绝缘可分为内绝缘和外绝缘两 部分。部分。 确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝 缘的耐受电压试验值，包括额定短时工频耐受缘的耐受电压试验值，包括额定短时工频耐受 电压（电压

12、（1min1min工频试验电压）、额定雷电冲击耐工频试验电压）、额定雷电冲击耐 受电压（全波基本冲击绝缘水平）和额定操作受电压（全波基本冲击绝缘水平）和额定操作 冲击耐受电压（基本操作冲击绝缘水平）。冲击耐受电压（基本操作冲击绝缘水平）。 第三节第三节 电气设备绝缘水平的确定电气设备绝缘水平的确定 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 针对作用于绝缘的典型过电压种类、幅针对作用于绝缘的典型过电压种类、幅 值、防护措施以及绝缘的耐压试验项目、绝值、防护措施以及绝缘的耐压试验项目、绝 缘裕度等方面的差异，在进行电力系统绝缘缘裕度等方面的差异，在进行电力系统绝缘 配合

13、时，按系统最高运行电压值划分为两个配合时，按系统最高运行电压值划分为两个 范围：范围： 范围范围：3.5kV 252kV3.5kV 252kV； 范围范围： 252kV252kV。 m U m U 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 在范围在范围的系统中，避雷器只是限制雷电的系统中，避雷器只是限制雷电 过电压，在操作过电压作用时是不希望避雷器过电压，在操作过电压作用时是不希望避雷器 动作的，即要求正常绝缘能承受操作过电压。动作的，即要求正常绝缘能承受操作过电压。 通常只做短时工频耐受电压。通常只做短时工频耐受电压。 短时短时(1min)(1min)工频耐压试验

14、所采用的试验电工频耐压试验所采用的试验电 压值往往比电气设备额定相电压高出数倍，其压值往往比电气设备额定相电压高出数倍，其 确定过程如图确定过程如图10-110-1所示。所示。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 220kV220kV及以下设备的型式试验：及以下设备的型式试验： 额定雷电冲击耐受电压（额定雷电冲击耐受电压（BILBIL）：）： 其中，其中， 为标称雷电流下的避雷器残压；为标称雷电流下的避雷器残压； 为雷电冲击配合系数，为雷电冲击配合系数，IECIEC规定规定 ，我国规，我国规 定在电气设备与避雷器相距很近时取定在电气设备与避雷器相距很近时取1.

15、251.25，相，相 距较远时取距较远时取1.41.4。 PIIU KBIL PI U I K 2 . 1 I K 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 额定操作冲击耐受电压（额定操作冲击耐受电压（SILSIL）：）： 其中，其中， 为系统最高相电压幅值；为系统最高相电压幅值； 为操作冲为操作冲 击配合系数，击配合系数， ； 为计算用操作过电压为计算用操作过电压 倍数，我国相对地操作过电压的计算倍数为：倍数，我国相对地操作过电压的计算倍数为： 63kV63kV及以下：及以下：4.04.0；110kV110kV、220kV220kV：3.03.0；330kV330

16、kV： 2.752.75；500kV500kV：2.02.0。 xgS UKKSIL 0 xg U S K 25. 115. 1KS 0 K 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 对范围对范围电力系统，避雷器将同时用于限电力系统，避雷器将同时用于限 制雷电与操作过电压，这时计算最大操作过电制雷电与操作过电压，这时计算最大操作过电 压幅值取决于避雷器操作冲击残压压幅值取决于避雷器操作冲击残压 值：值： 由于操作冲击波对绝缘作用的特殊性，以由于操作冲击波对绝缘作用的特殊性，以 及不能肯定操作冲击电压与工频电压之间的等及不能肯定操作冲击电压与工频电压之间的等 价程度，

17、故特规定其操作冲击耐受电压，而不价程度，故特规定其操作冲击耐受电压，而不 能用工频耐受电压替代。能用工频耐受电压替代。 PS U PSSU KSIL 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 输电线路的绝缘是指线路绝缘子串的绝缘子片输电线路的绝缘是指线路绝缘子串的绝缘子片 数及线路导线对杆塔、构架的空气距离。数及线路导线对杆塔、构架的空气距离。 一、绝缘子片数的确定一、绝缘子片数的确定 绝缘子片数的选择应满足：在工作电压下不发绝缘子片数的选择应满足：在工作电压下不发 生雾闪（污闪），在操作过电压下不发生雨闪，并生雾闪（污闪），在操作过电压下不发生雨闪，并 具有一定的

18、雷电冲击耐受强度，确保线路有一定的具有一定的雷电冲击耐受强度，确保线路有一定的 耐雷水平。耐雷水平。 第四节第四节 架空输电线路绝缘水平的确定架空输电线路绝缘水平的确定 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 具体选择程序：按工作电压所要求的单位爬具体选择程序：按工作电压所要求的单位爬 电距离决定绝缘子片数，再按操作过电压的要求电距离决定绝缘子片数，再按操作过电压的要求 计算应有的片数，选择两种要求所得片数中的较计算应有的片数，选择两种要求所得片数中的较 大者；最后校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸率大者；最后校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸率 是否符合规定要求。是否符

19、合规定要求。 1.1.按工作电压要求按工作电压要求 0 1 LK U n e m n-n-每串绝缘子的片数；每串绝缘子的片数； -绝缘子串的爬电比距；绝缘子串的爬电比距； U Um m-系统最高工作线电压有效值；系统最高工作线电压有效值； K Ke e-绝缘子爬电距离有效系数；绝缘子爬电距离有效系数； L L0 0-单片绝缘子的几何爬电距离。单片绝缘子的几何爬电距离。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 2.2.按操作过电压要求按操作过电压要求 由由 片组成的绝缘子串的操作（或工频）片组成的绝缘子串的操作（或工频） 湿闪电压幅值应为：湿闪电压幅值应为： 其中，

20、其中， 为操作过电压计算倍数；为操作过电压计算倍数； 为系统为系统 最高运行相电压幅值；最高运行相电压幅值；1.11.1为综合考虑各种影响为综合考虑各种影响 因素和必要裕度的一个综合修正系数。因素和必要裕度的一个综合修正系数。 2 n xgsh UKU 0 1 . 1 0 K xg U 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 对常用的对常用的XP-70XP-70（或（或X-4.5X-4.5）型）型 片绝缘子串片绝缘子串 的工频湿闪电压幅值的工频湿闪电压幅值 ，可按下列经验公式求，可按下列经验公式求 得：得： 只要知道各种类型绝缘子串的工频湿闪电压只要知道各种类型绝

21、缘子串的工频湿闪电压 与其片数的关系，就可利用上两式求得与其片数的关系，就可利用上两式求得 值，再值，再 考虑需增加的零值绝缘子片数考虑需增加的零值绝缘子片数 后，实际选用的后，实际选用的 绝缘子片数为：绝缘子片数为： 预留的零值绝缘子片数预留的零值绝缘子片数 见表见表10-110-1。 2 n sh U 1460 2 nU sh 2 n 0 n 022 nnn 0 n 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 如果已知绝缘子串在正极性操作冲击波下如果已知绝缘子串在正极性操作冲击波下 的的 与片数的关系，那么可以用以下方法求与片数的关系，那么可以用以下方法求 得得

22、和和 。绝缘子串应能承受的。绝缘子串应能承受的 为：为： 式中，式中， 为绝缘子串操作过电压配合系数，对范围为绝缘子串操作过电压配合系数，对范围 取取1.171.17，对范围，对范围取取1.251.25；对于范围；对于范围为计算用最为计算用最 大操作过电压，即大操作过电压，即 ，对于范围，对于范围为合空载线路、为合空载线路、 单相重合闸和三相重合闸这三种方式中的最大者。单相重合闸和三相重合闸这三种方式中的最大者。 )%(50S U 2 n 2 n SSS UKU )%(50 )%(50S U S K xg UK0 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 按雷电过电

23、压要求按雷电过电压要求 一般情况下，按爬电比距及操作过电压选定一般情况下，按爬电比距及操作过电压选定 的绝缘子片数能满足线路耐雷水平的要求。在特的绝缘子片数能满足线路耐雷水平的要求。在特 殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的绝殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的绝 缘子片数缘子片数 会大于会大于 和和 ，成为确定绝缘子串绝，成为确定绝缘子串绝 缘子片数的决定因素。缘子片数的决定因素。 3 n 2 n 1 n 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 当线路所在地因海拔高度（当线路所在地因海拔高度（1000m1000m）引起）引起 气象条件变化而异于标准状态时

24、，应查相关规气象条件变化而异于标准状态时，应查相关规 定进行校正。定进行校正。 线路耐张杆绝缘子的片数要比直线杆多一线路耐张杆绝缘子的片数要比直线杆多一 片。发电厂、变电所内的绝缘子串，因其重要片。发电厂、变电所内的绝缘子串，因其重要 性较大，每串的绝缘子片数可按线路耐张杆选性较大，每串的绝缘子片数可按线路耐张杆选 取。取。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 二、空气间隙的确定二、空气间隙的确定 架空输电线路的空气间隙主要有导线对大架空输电线路的空气间隙主要有导线对大 地、导线对导线、导线对架空地线以及导线对地、导线对导线、导线对架空地线以及导线对 杆塔及横

25、担。杆塔及横担。 下面重点介绍如何根据工作电压、内部过下面重点介绍如何根据工作电压、内部过 电压、大气过电压来确定导线对杆塔的距离。电压、大气过电压来确定导线对杆塔的距离。 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 1.1.按工作电压确定风偏后的间隙按工作电压确定风偏后的间隙S S1 1 与风偏角与风偏角1 1所对应的间隙距离所对应的间隙距离 应保证在应保证在 工作电压作用下不发生闪络，即工作电压作用下不发生闪络，即 的的5050工频工频 放电电压为放电电压为: : 图图10-310-3绝缘子串风偏角绝缘子串风偏角 及其对杆塔的距离及其对杆塔的距离S S示意图示意图

26、 1 S 1 S xgg UKU 1)%(50 K K1 1安全系数，查表安全系数，查表10-310-3 第十章第十章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 高电压技术高电压技术 按操作过电压确定风偏后的间隙按操作过电压确定风偏后的间隙S S2 2 与风偏角与风偏角2 2对应的间距应保证在操作过电对应的间距应保证在操作过电 压下不发生闪络，其等值工频放电电压压下不发生闪络，其等值工频放电电压 为：为： K K2 2为线路空气间隙操作过电压统计配合系为线路空气间隙操作过电压统计配合系 数（对范围数（对范围取取1.031.03，对范围，对范围取取1.11.1）；US为为 配合计算用最大操作过电压；配合计算用最