第十章：电力系统的绝缘配合ppt课件

1、西安交通大学高电压技术教研室电力系统过电压Power System Overvoltage2019年2月26日丁卫东 107第五部分：电力系统的绝缘配合Xian Jiaotong University-3-概述电力设备的绝缘程度究竟选多高？随着电力系统电压等级的提高，输变电设备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越 大。由于系统电压等级的提高，保送容量的增大，一旦出现缺点，损失宏大。电力设备接受的电压绝缘配合的本质是选定合理的绝缘程度绝缘配合的本质是选定合理的绝缘程度任务电压暂时过电压操作过电压大气过电压电力设备绝缘程度绝缘配合

2、短时工频实验长时间工频实验操作冲击实验雷电冲击实验Xian Jiaotong University-4-绝缘配合的根本概念与方法设备上实践接受的电压任务电压暂时过电压操作过电压大气过电压绝缘配合：绝缘配合：所谓绝缘配合，就是综合思索电气设备在电力系统中能够接受的各种电压所谓绝缘配合，就是综合思索电气设备在电力系统中能够接受的各种电压任务电压及过电压、维护安装的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受任务电压及过电压、维护安装的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘程度，以使设备的造价、维修费用和设备特性，合理地确定设备必要的绝缘程度，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘缺点引

3、起的事故损失，到达在经济上和平安运转上总体效益最高的目的。绝缘缺点引起的事故损失，到达在经济上和平安运转上总体效益最高的目的。 系 统 中 能够出现 的 各种电压 维 护 安 装的维护程度设备的绝缘程度经济费用制造、安装运转、维护事故损失设备绝缘对各种电压的耐受才干 技术面 经济面Xian Jiaotong University-5-设备的绝缘程度：设备的绝缘程度：绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘程度，所谓电气设备的绝缘程绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘程度，所谓电气设备的绝缘程度是指该电气设备能接受的实验电压值。度是指该电气设备能接受的实验电压值。 短时工频实验短时工频实验检

4、验设备在工频运转电压和暂时过电压下的绝缘性能。检验设备在工频运转电压和暂时过电压下的绝缘性能。 长时间工频实验长时间工频实验绝缘的老化和外绝缘的污秽对工频运转电压及过电压下的性能有影响时，需绝缘的老化和外绝缘的污秽对工频运转电压及过电压下的性能有影响时，需作长时间工频实验。作长时间工频实验。 操作冲击实验操作冲击实验操作过电压的作用。操作过电压的作用。雷电冲击实验雷电冲击实验雷电过电压的作用。雷电过电压的作用。在某种程度上，操作或雷电冲击电压对绝缘的作用可用工频电压来等价 Xian Jiaotong University-6-绝缘配合原那么绝缘配合原那么总原那么：综合思索系统中能够出现的各种作

5、用电压、维护安装特性及设备总原那么：综合思索系统中能够出现的各种作用电压、维护安装特性及设备的绝缘特性确定设备的绝缘程度，从而使设备绝缘缺点率或停电事故率降低的绝缘特性确定设备的绝缘程度，从而使设备绝缘缺点率或停电事故率降低到在经济上和运转上可以接受的程度。到在经济上和运转上可以接受的程度。 (1)电压不同，绝缘配合原那么不同对于220kV及以下的系统，普通以大气过电压决议设备的绝缘程度。其主要维护安装是避雷器，以避雷器的维护程度为根底确定设备的绝缘程度，并保证输电线路具有一定的耐雷程度。对于这些设备，在正常情况下应能耐受内过电压的作用，因此普通不专门采用针对内过电压的限制措施。随着电压等级的

6、提高，操作过电压的幅值将随之增高，所以，在超高压电力系统330 kV的绝缘配合中，操作过电压将逐渐起控制造用。因此，超高压系统中普通都采用了专门限制内过电压的措施。例如并联电抗器、带有并联电阻的断路器及金属氧化物避雷器(MOA)等。由于对限制过电压措施的要求不同，绝缘配合的作法也不同。实践上，无论那工种作法，都是以避雷器的维护特性为根底的。俄，美日法Xian Jiaotong University-7-(2)技术上要力求做到作用电压与绝缘强度的全伏秒特性配合，为此，要求具有一定伏秒特性和伏安特性的避雷器能将过电压限制在设备绝缘耐受强度以下。Xian Jiaotong University-8-

7、(3)为了兼顾设备造价、运转费用和停电损失等的综合经济效益，绝缘配合的原那么需因不同的系统构造、不同的地域以及不同的开展阶段而有所不同。不同的系统，因构造不同，过电压程度不同，且同一系统中不同地点的过电压程度亦有差别，呵斥事故的后果也是不同的。在系统开展初期，采用单回长间隔线路送电，系统联络薄弱，一旦发生缺点，经挤损失较大。到了开展的中期或后期，系统联络加强，而设备制造程度提高，维护设备性能改善，设备损坏几率减少；即使个别设备损坏，呵斥的经济损失也会降低。因此，从经济方面思索，对同一电压等级，不同地点、不同类型的设备，允许选择不同的绝缘程度。(4)在绝缘配合中不思索谐振过电压，因此在电网设计和

8、运转中都该当避开谐振过电压的产生。(5)在污秽地域的电网，外绝缘的强度受污秽影响将大大降低。污闪事故发生在恶劣气候条件正常任务电压下，因此，严重污秽地域电网外绝缘程度应主要由系统最大运转电压决议。(6)不需求思索线路绝缘和发、变电站绝缘的配合问题。如降低线路绝缘使之与变电站配合，那么会使线路事故大增。(7)在特高压电网中，由于限压措施的不断完善，过电压可降低到 1.61.8 p.u. 或更低，电网的绝缘程度能够由工频过电压及长时间任务电压决议。Xian Jiaotong University-9-绝缘配合的方法绝缘配合的方法惯用法惯用法统计法统计法简化统计法简化统计法 适用范围：由于对非自恢复

9、绝缘进展绝缘放电概率的测定，费用很高，目前难于运用统计法，主要仍用惯用法。但是，如今国内外都正在努力于研讨采用统计模拟的方法处理非自恢复绝缘的配合问题。对于降低绝缘程度经济效益不是非常显著的220kV及以下电压等级设备的绝缘，通常仍采用惯用法。在采用惯用法进展绝缘配合时，无法定量预估绝缘的缺点率，只是在确定绝缘程度时留有一定的平安裕度，即所谓配合系数(或平安裕度系数)。对于330kV及以上设备的自恢复绝缘，可以采用统计法进展绝缘配合，因此也可以用统计法对各项可靠性目的进展预估。Xian Jiaotong University-10-惯用法惯用法是按作用在绝缘上的最大过电压和最小的绝缘强度的概念

10、进展绝缘配合的。即首先确定设备上能够出现的最危险的过电压，然后根据运转阅历乘上一个思索各种要素的影响 和一定裕度的系数，以补偿在估计最大过电压和最低耐压强度时的误差，从而决议绝缘应耐受的电压程度。有较大的裕度由于过电压幅值及绝缘强度都是随机变量，很难找到一个严厉的规那么去估计它们的上限和下限。因此，用这一原那么确定绝缘程度常有较大的裕度。适用于具有自恢复才干的绝缘和无自恢复才干的绝缘惯用法对有自恢复才干的绝缘如气体绝缘和无自恢复才干的绝缘如固体绝缘都是适用的。Xian Jiaotong University-11-统计法统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐受强度都是随机变量的实践情况，在知过电压幅

11、值和绝缘放电电压的概率分布后，用计算的方法求出绝缘放电的概率和线路缺点率，在技术经济比较的根底上，正确地确定绝缘程度。不仅定量地给出设计的平安裕度，并能按照运用设备费、每年的运转费以及每年的事故损失费的总和为最小的原那么，确定一个输电系统绝缘配合的最正确方案。设知过电压概率密度函数fg(U )和绝缘的放电概率函数p(U)，且fg(U )与p(U)互不相关，如左图所示。 00()()gp Uf U dU( )( )agUpnRp U f U dU缺点率CostXian Jiaotong University-12-简化统计法在简化统计法中，对过电压和绝缘特性两条概率曲线的外形，作出一些通常以为合

12、理的假定，如正态分布，并知其规范偏向。根据这些假定，上述两条概率分布曲线就可以分别用与某一参考概率相对应的点表示出来，称为“统计过电压和“统计耐受电压。在此根底上可以计算绝缘的缺点率。现实上，这时绝缘的缺点率只决议于这两个电压之间的裕度，这一点很像惯用法。 缺点率22100021aUue)u( fuUVidVe)u(Pai22121du)u(f )u(PRSWUU平安系数缺点率RXian Jiaotong University-13-输变电设备绝缘程度确实定电力变压器：电力变压器：在变电所的诸多电气设备中，以电力变压器最为重要，因此，通常以确定电在变电所的诸多电气设备中，以电力变压器最为重要，

13、因此，通常以确定电力变压器的绝缘程度为中心环节，再确定其它设备的绝缘程度。力变压器的绝缘程度为中心环节，再确定其它设备的绝缘程度。避雷器维护程度：避雷器维护程度：确定电气设备绝缘程度的根底是避雷器维护程度，即设备的绝缘程度与避雷确定电气设备绝缘程度的根底是避雷器维护程度，即设备的绝缘程度与避雷器的维护程度进展配合。器的维护程度进展配合。雷电冲击维护程度雷电冲击维护程度BIL操作冲击程度操作冲击程度BSL避雷器的雷电冲击维护程度：磁吹避雷器取三者中较大者作为雷电冲击维护程度在标称放电电流波形如820s和幅值下的残压值；1.250s规范雷电冲击放电电压上限；规定陡度下的冲击波波前放电电压最大值除以

14、1.15GB7327-87Xian Jiaotong University-14-氧化锌避雷器取两者中较大者作为雷电冲击维护程度在标称放电电流波形如820s和幅值下的残压值；陡波冲击电流给定波前及幅值下的残压值除以1.15。视在波前时间为1 s的冲击电流，波前时间应在0.91.1s范围内，视在半峰值时间不作规定。避雷器的操作冲击维护程度针对330500 kV设备：磁吹避雷器2502500 s规范操作冲击波下的最大火花放电电压；规定操作冲击电流下的残压。氧化锌避雷器规定操作冲击电流下的残压值视在波前时间大于30s而小于100s、视在半峰值时间约为视在波前时间两倍的冲击电流。Xian Jiaoto

15、ng University-15-变压器的雷电冲击耐受电压：变压器的雷电冲击耐受电压：思索避雷器和变压器之间的间隔、避雷器内部的电感、变压器绝缘的老化累思索避雷器和变压器之间的间隔、避雷器内部的电感、变压器绝缘的老化累积效应、避雷器运转中参数的变化、变压器工频激磁的影响等要素后，使维积效应、避雷器运转中参数的变化、变压器工频激磁的影响等要素后，使维护程度的变化及变压器上的作用电压超越避雷器的维护程度。因此雷电冲击护程度的变化及变压器上的作用电压超越避雷器的维护程度。因此雷电冲击耐受电压和避雷器维护程度之间应取一定的平安裕度系数。耐受电压和避雷器维护程度之间应取一定的平安裕度系数。根据我国过去的

16、传统做法，以雷电冲击维护程度为根底，取一个平安系数，根据我国过去的传统做法，以雷电冲击维护程度为根底，取一个平安系数，当电气设备当电气设备 如变压器与避雷器紧靠时，平安系数取如变压器与避雷器紧靠时，平安系数取 1.25，有一定间隔时，有一定间隔时取取 1.4。变压器的操作冲击耐受电压：变压器的操作冲击耐受电压：变压器的操作根本冲击绝缘程度与避雷器被维护程度相配合，平安系数不低变压器的操作根本冲击绝缘程度与避雷器被维护程度相配合，平安系数不低于于 1.15。操作平安系数比较小，这是由于操作波比较平缓，间隔效应不剧烈。操作平安系数比较小，这是由于操作波比较平缓，间隔效应不剧烈所致。所致。Xian

17、Jiaotong University-16-电压等级不同，绝缘配合原那么不同超高压设备该当进展雷电及操作冲击耐受电压实验，以检验设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能。220kV及以下电压等级由于操作过电压对正常绝缘无危险，故不要求避雷器动作，避雷器只用作雷电过电压的防护措施。因此，按上述原那么根据避雷器的雷电冲击维护程度可以确定变压器的全波根本冲击绝缘程度(BIL)。而操作冲击绝缘程度(BSL)是用额定短时工频耐受电压，即工频绝缘程度替代。实践上这种短时工频实验电压值是由设备的BSL和BIL共同决议的。Xian Jiaotong University-17-其它设备其它设备对于不用避

18、雷器维护或非有效维护的设备，如断路器、仪用互感器等，应选对于不用避雷器维护或非有效维护的设备，如断路器、仪用互感器等，应选用较高的雷电冲击耐受电压及与之对应的操作冲击耐受电压。这些数值的选用较高的雷电冲击耐受电压及与之对应的操作冲击耐受电压。这些数值的选定应根据系统构造的特点，过电压维护设备的性能及预期的过电压程度等详定应根据系统构造的特点，过电压维护设备的性能及预期的过电压程度等详细情况。细情况。根据我国电力系统开展情况及电器制造程度，结合我国电力系统的运转阅历，根据我国电力系统开展情况及电器制造程度，结合我国电力系统的运转阅历，并参考国际电工委员会并参考国际电工委员会IEC引荐的绝缘配合规

19、范，在我国国家规范引荐的绝缘配合规范，在我国国家规范 GB311-83 中对各电压等级电气设备的实验电压作出了规定。中对各电压等级电气设备的实验电压作出了规定。 Xian Jiaotong University-18-Xian Jiaotong University-19-Xian Jiaotong University-20-Xian Jiaotong University-21-Xian Jiaotong University-22-Xian Jiaotong University-23-输电线路绝缘程度确实定 输电线路的绝缘程度：绝缘子串的绝缘子片数线路绝缘的空气间隙绝缘子串的片数选择绝

20、缘子串的片数选择根据杆塔机械负荷选定绝缘子型式之后，需求确定绝缘子的片数，其要求如根据杆塔机械负荷选定绝缘子型式之后，需求确定绝缘子的片数，其要求如下：下：在任务电压下不发生污闪在任务电压下不发生污闪下雨天在操作过电压下不发生闪络下雨天在操作过电压下不发生闪络具有一定的雷电冲击耐受强度，保证线路有一定的耐雷程度具有一定的雷电冲击耐受强度，保证线路有一定的耐雷程度Xian Jiaotong University-24-1按任务电压下所要求的走漏间隔爬电比距sp决议所需绝缘子片数np01nssU式中 n：每串绝缘子片数；：每片绝缘子的爬电比距，cm；U1：线路的额定电压有效值，kV。表 15-7

21、最小走漏比距分级数值外绝缘污秽等级最小爬电比距cm/kV线路电站设备01.391.42.03.1注：330kV级线路和电站设备外绝缘在0级时分别为1.45和1.55 cm/kV，按500 kV系统暂行技术规定对0级地域取1.6。对于不同污秽地域要求一定的走漏比距s0 ，清洁区取为1.6。运转阅历阐明，必需满足sps0，否那么污闪事故比较严重，呵斥很大损失。Xian Jiaotong University-25-阐明：由于走漏比距s0的取值是总结运转阅历得出的，因此最大任务电压与额定电压的差别以及零值绝缘子运转中，由于机械及电的作用下，在众多的线路绝缘子中，

22、总有个别绝缘子会丧失绝缘性能，起不到绝缘的作用，称之谓“零值绝缘子的影响等要素都已包括在内，所以计算绝缘子片数时按额定电压计算，且不需再思索零值绝缘子而添加绝缘子个数。Xian Jiaotong University-26-2按内部过电压进展验算要求线路绝缘能耐受一定的内部过电压。在验算时需思索零值绝缘子的问题，这是由于运转中的绝缘子遭到很大的机械力及电压的长期作用，容易损坏。然而，现场众多的绝缘子，难以及时地清查和改换。为了平安，需求添加一些绝缘子，以便出现零值绝缘子后，其他的绝缘子仍能耐受出现的操作过电压。目前我国规定，绝缘子串中应预留的零值绝缘子数为：35 220kV线路，直线杆 l 片

23、，耐张杆 2 片；对于 330kV 及以上线路，直线杆 1 2 片，耐张杆 2 3 片。目前绝缘子串在内部过电压作用下，还没有适用的放电电压数据，所以普通是用绝缘子串的工频湿放电电压来替代绝缘子串在内部过电压作用时的放电电压。这样，绝缘子串的工频湿闪电压 Ush 那么为 sh0ph1.1Uk U式中1.1:综合思索各种要素的修正系数k0:操作过电压计算倍数uph:系统最高运转相电压Xian Jiaotong University-27-3按大气过电压进展验算普通情况下，大气过电压对确定绝缘子串的片数影响是不大的，由于耐雷程度不完全决议于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果，因此它仅作

24、验算条件。即使耐雷程度达不到规程的下限值，也不一定必需添加绝缘子片数，由于还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提高线路的耐雷程度。但在特殊高杆塔或高海拔地域，雷电过电压那么成为确定绝缘子片数的决议要素。Xian Jiaotong University-28-输电线路空气间隙确实定输电线路空气间隙确实定输电线路的空气间隙主要包括：输电线路的空气间隙主要包括：导线对大地导线对大地导线对地面的高度主要是思索穿越导线下的最高物体与导线间的平安间隔，导线对地面的高度主要是思索穿越导线下的最高物体与导线间的平安间隔，在超高压输电线下还应思索对地面物体的静电感应问题。在超高压输电线下还应思索对地面物体的静电感应问题。导线对导线导线对导线导线间的间隔主要由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时能耐导线间的间隔主要由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时能耐受任务电压的最小间隙来确定，由于这种情况出现的时机极少，所以在低电受任务电压的最小间隙来确定，由于这种情况出现的时机极少，所以在低电压等级时以不碰线为原那么。压等级时以不碰线为原那么。导线对架空地线导线对架空地线导线对地线间的间隙，由雷击避雷线档距中间不引起对导线的空气间隙击导线对地线间的间隙，由雷击避雷线档距中间不引起对导线的空气间隙击穿的条件来确定。穿的条件来确定。导线对杆塔及