高电压技术：第15章_电力系统的绝缘配合

1、 15 电力系统绝缘配合 15.1 绝缘配合的基本概念与方法 15.2 输变电设备绝缘水平的确定 15.3 输电线路绝缘水平的确定电力系统的运行可靠性主要由停电次数及停电时间来衡量，绝缘击穿是造成停电的主要原因之一。应选择合适的限压措施和保护措施尽可能限制电力系统出现的过电压，提高电力系统运行可靠性，减低系统对输变电设备绝缘水平(绝缘水平指电气设备应能承受的试验电压值)的要求，减少投资。这就是绝缘配合问题。发电厂、变电所电气设备的绝缘线路的绝缘电力系统绝缘设备绝缘水平若选择太高，设备尺寸大、造价高，造成不必要的浪费；若选择太低，虽节省了设备造价，但增加了运行中的事故率，导致停电损失和维修成本大

2、增，最终不仅造成经济上的更大浪费，而且造成供电可靠性的下降。 技术上处理好各种作用电压、限压措施及设备绝缘耐受能力三者之间的相互配合关系；经济上协调投资费用、维护费用及事故损失费用三者的关系。绝缘配合：综合考虑电气设备在系统中可能承受各种电压、保护装置的特性、和设备绝缘对各种电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，使设备造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到经济上和安全运行上效益最高的目的。 15.1 绝缘配合的基本概念与方法 绝缘配合的最终目的是合理的确定电气设备的绝缘水平。220kV 以下电网设备绝缘水平主要由大气过电压决定220kV以下的电网，要求把大气过电压限制到比内过

3、电压还低是很不经济的。对于220kV以下、具有正常绝缘水平的电气设备，应能承受内过电压的作用，一般不需要专门限制内过电压的措施。因此220kV以下电网电气设备的绝缘水平主要由大气过电压决定。330kV 及以上的超高压绝缘水平主要由操作过电压决定 330kV及以上的超高压系统在现代防雷技术条件下，大气过电压一般不如内过电压危险。随着电压等级提高，操作过电压的幅值将随之增大，对设备和线路绝缘要求更高。330kV及以上超高压绝缘配合中，操作过电压将起主导作用。污秽地区的污闪事故可能在工作电压下发生，其外绝缘水平由系统最大运行电压决定。1. 绝缘配合的原则 特高压电网的绝缘水平可能由工频过电压及长时间

4、工作电压决定在特高压电网中，由于限压措施的完善，过电压可降低到1.6-1.8 p.u.或更低，其绝缘水平可能由工频过电压及长时间过电压决定。不考虑谐振过电压在绝缘配合中不考虑谐振过电压，因此在电网设计和运行中都应避开谐振过电压的产生。不考虑线路绝缘与变电站绝缘之间的绝缘配合一般不考虑线路绝缘与变电站绝缘之间的绝缘配合。由于架空线路很长，受雷面积大，若降低线路绝缘使之与变电站绝缘配合，则会大大增加雷击跳闸的概率。2. 绝缘配合的方法 惯用法（广泛采用） 首先确定设备上可能出现的最危险的过电压，然后根据运行经验乘上一个考虑各种因素的影响 和一定裕度的系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。 惯用法以绝

5、缘的电气强度下限与过电压的上限作配合，还要留出足够大的安全裕度。实际上这两个都是随机变量，无法严格地求出他们的上、下限，因此通常有较大的安全裕度，也不可能给出确定的事故率。这些做法从经济性是不合理的，特别是对超、特高压输电系统。 惯用法对有自恢复能力的绝缘（如气体绝缘）和无自恢复能力的绝缘（如固体绝缘）都是适用的。 统计法 要求绝缘在过电压的作用下不发生闪络或击穿是要付出代价的，因而要和绝缘故障所带来的经济损失综合起来考虑，方能得出合理的结论。以综合经济指标来衡量，容许有一定的绝缘故障率反而较为合理。统计法：根据过电压幅值和绝缘的耐受强度都是随机变量的实际情况，在已知过电压幅值的概率分布和绝缘

6、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故障率，在合理技术经济指标基础上，正确确定绝缘水平。采用统计法作绝缘配合的前提是充分掌握作为随机变量的各种过电压和各种绝缘电气强度的统计特性（概率密度、分布函数）。 绝缘配合的统计法至今只能用于自恢复绝缘，主要是输变电设备的外绝缘。 15.2 输变电设备绝缘水平的确定设备的绝缘水平指设备应能承受（不发生闪络、击穿或损坏）的标准试验电压。考虑到设备在运行时要承受运行电压、工频过电压及操作过电压的作用，对电气设备绝缘规定了短时工频试验电压（如1min工频耐压试验) ；考虑到在长期工作电压和工频过电压作用下内绝缘的老化和外绝缘的抗污秽性能，规

7、定了一些设备长时间工频试验电压(如330kV以上设备的5min工频耐压试验)；对外绝缘还规定了干、湿状态下的工频放电电压； 确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器保护水平，即设备的绝缘水平与避雷器的保护水平（基本雷电冲击水平（BIL）和基本操作冲击水平（BSL）进行配合。考虑到330kV以上设备在操作过电压作用下的绝缘性能，规定了超高压设备的操作试验电压；考虑到雷电过电压对绝缘作用，规定了雷电冲击试验电压，在技术上力求做到作用电压与绝缘强度的全伏秒特性配合。对于有绕组的设备，应做雷电冲击截波试验。 除型式试验外，一般电气设备出厂试验只做 l min 工频耐压试验。这不仅是为了试验的方便，也是考虑到

8、在某种程度上雷电冲击对绝缘的作用可用工频电压来等价的缘故。 大气过电压下的避雷器残压雷电冲击耐受电压等值工频耐受电压内部过电压操作冲击耐受电压等值工频耐受电压工频试验电压/1 /2 1. 短时（1min）工频耐受水平标准放电电流的残压1.2/50 s标准雷电冲击放电电压上限 冲击波波前放电电压最大值除以 1.15 有间隙的阀式避雷器雷电冲击保护水平BIL (Basic Impulse Lever)取最大值变压器BIL（1.251.4）避雷器BIL（当电气设备与避雷器紧靠时，取 1.25，有一定距离时取 1.4）2. 雷电过电压耐受水平(以变压器为例)如5kA、8/20us标准雷电流考虑到设备与

9、避雷器的距离及其它因素，设备雷电冲击绝缘水平：金属氧化锌避雷器雷电冲击保护水平250/2500 s标准冲击波间隙放电电压的上限 规定操作冲击电流下的残压 磁吹避雷器操作冲击保护水平BSL（Basic Switching Lever）取最大值变压器的操作基本冲击绝缘水平与避雷器保护水平相配合，安全系数不低于1.15。变压器BSL（1.15）避雷器BSL（操作安全系数比较小，因为操作波比较平缓，距离效应不大）3. 操作过电压耐受水平金属氧化锌避雷器雷电冲击保护水平系统标准电压（有效值）设备最高电压（有效值）额定雷电冲击耐受电压（峰值）额定短时工频耐受电压（有效值）系列系列101260759530/

10、423）；3520249512550；553540.5185/2001）80/953）；85110126450/4801）185；200220252（750）2）（325）2）850360950395（1050）2）（460）2）1）该栏斜线下之数据仅用于变压器类设备的内绝缘。2）220kV设备，括号内的数据不推荐使用。3）为设备外绝缘在于燥状态下之耐受电压。注：系统标称电压315kV所对应设备的系列I的绝缘水平，在我国仅用于中性点低电阻接地系统（单相接地故障跳闸时间10s）。表A1电压范围（1KV252 kV ）的设备的标准绝缘水平 kV系统标称电压设备最高电压额定操作冲击耐受电压（峰值）额

11、定雷电冲击耐受电压（峰值）额定短时工频耐受电压（有效值）（有效值）（有效值）相对地相间相间与相对地之比纵绝缘2）相对地纵绝缘相对地33036385013001.50950850（+295）1）1050（460）95014251.501175（510）500550105016751.6011751050（+450）1）1425（630）117518001.501550（680）1675（740）1）栏7括号中数值是加在同一极对应相端子上的反极性工频电压的峰值。2）纵绝缘的操作冲击耐受电压选取栏6或栏7之数值，决定于设备的工作条件，在有关设备标准中规定。3）栏10括号内之短时工频耐受电压值，仅供参

12、考。4）开关设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压由两个分量组成，一为相对地的额定雷电冲击耐受电压；另一为反极性工频电压，其幅值为 。15.3 输电线路绝缘水平的确定 15.3.1 绝缘子片数的确定 要求： 在工作电压下不发生污闪； 雨天、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 有一定的耐雷水平。 输电线路绝缘水平的确定包括绝缘子片数的确定、导线与避雷线间距的确定.（1）按工作电压要求的泄漏距离（爬电比距）sp决定所需绝缘子片数n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，kV。必须满足：s0 为不同污秽地区要求的泄漏比距外绝缘污秽等级最小

13、爬电比距（cm/kV）线路电站设备01.391.62.02.53.11.481.62.02.53.1绝缘子每千伏额定线电压的平均泄漏距离cm/kV（2）按内部过电压进行验算（应考虑零值绝缘子） 要求线路绝缘能耐受一定的内过电压。一般用绝缘子串的工频湿放电电压Ush 来代替绝缘子串在内部过电压作用时的放电电压。这样，n个绝缘子的工频湿闪电压 Ush 则为 K0操作过电压计算倍数；Uph系统最高相电压 为了安全，需要增加一些绝缘子。目前我国规定，绝缘子串中应预留的零值绝缘子数为： 35220kV线路，直线杆1片，耐张杆2片； 330kV 及以上线路，直线杆12片，耐张杆23片。 （3）按大气过电压

14、进行验算 一般情况下，大气过电压对确定绝缘子串的片数影响是不大的，因为耐雷水平不完全决定于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果。 但在特殊高杆塔或高海拔地区，雷电过电压则成为确定绝缘子片数的决定因素。 电压等级kV35110220330500绝缘子片数 271317/1925/28 线路绝缘子每串片数 15.3.2 输电线路空气间隙的确定 导线对大地的空气间隙 主要考虑穿越导线下的最高物体与导线间的安全距离，以及超高压输电线的静电感应问题。 导线对导线的空气间隙 导线弧垂最低点发生风偏时能耐受工作电压的最小间隙。在低电压等级时以不碰线为原则。 导线对架空地线的空气间隙 由雷击避雷线档距中间不引起对导线的气隙击穿来确定。 导线对杆塔及横担的空气间隙 sp +