高电压技术：13 电力系统绝缘配合1

1、13 电力系统的绝缘配合13.1 绝缘配合的基本概念与方法13.2 输变电设备绝缘水平的确定 13.3 输电线路绝缘水平的确定 13 电力系统的绝缘配合随着电力系统电压等级的提高，电力系统的绝缘配合问题越来越重要。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。造成电力系统故障、停电的原因不外乎电压升高和电压下降两大类，因此除了尽可能限制电力系统出现的过电压外，还要尽量提高电器设备的绝缘水平。13.1 绝缘配合的基本概念与方法13.1.1 绝缘配合的原则 13.1.2 绝缘配合的方法 所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备

2、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水平，以使设备的造价、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总体效益最高的目的。13.1.1 绝缘配合的原则绝缘配合的最终目的就是确定各种电气设备的绝缘水平。它是绝缘设计的首要前提，往往以各种耐压试验所用的试验电压值来表示。所谓电气设备的绝缘水平是指该电气设备能承受的试验电压值。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，对外绝缘还规定了干、湿状态下的工频放电电压；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，还规定了一些设备的长时间工

3、频试验电压，考虑到雷电过电压对绝缘的作用，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。220kV以下的电网，电气设备的绝缘水平主要由大气过电压决定。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。在超高压系统中，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性大。同时，随着电压等级的提高，操作过电压的幅值将随之增大，对设备和线路的绝缘要求更高，绝缘的造价将以更大的比例增加。330kV以上的超高压绝缘配合中，操作过电压将起主导作用。处在污秽地区的电网，外绝缘水平由系统最大运行电压决定。在特高压电网中，

4、电网的绝缘水平可能由工频过电压及长时间过电压决定。在绝缘配合中是不考虑谐振过电压的，因此，在电网设计和运行中都应当避开谐振过电压的产生。一般不考虑线路绝缘与变电站绝缘间的配合问题。电力系统绝缘配合大致可分为以下三个阶段：（1）多级配合（1940以前） 采用多级配合的原则是：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应越高。 采用多级配合是由于当时所用的避雷器保护性能不够稳定和完善，因而不能把它的保护特性作为绝缘配合的基础。 但是采用多级配合必然会把设备内绝缘水平抬得很高，这是特别不利的。13.1.2 绝缘配合的方法（2）两级配合（惯用法） 从二十世纪40年代后期开始，越来越多

5、的国家逐渐摒弃多级配合的概念而转为采用两级配合的原则，即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。在惯用法中，以绝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，过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，无法严格地求出他们的上、下限，而且根据经验选定的安全裕度带有一定的随意性。这些做法从经济的视角去看，特别是对超、特高压输电系统来说，是不能容许的、不合理的。（3） “统计法”： 随着超高压输电技术的发展，降低绝缘水平的经济效益越来越显著。 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

6、，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。从20世纪60年代起，国际上开始探索新的绝缘配合思路，并逐步形成“统计法”，IEC于70年代初期对此作出正式推荐，目前已在一些国家采用于超高压外绝缘的设计中。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、分布函数等）。在统计电

7、力系统中的过电压时，一般只按绝对值的大小，而不分极性。根据定义可知过电压幅值的分布范如果提高绝缘的电气强度，图中的P(U)曲线向右移动，阴影部分的面积缩小，绝缘故障率降低，但设备投资将增大。可见采用统计法，我们就能按需要对某些因素作调整，例如根据优化总经济指标的要求，在绝缘费用与事故损失之间进行协调，在满足预定的绝缘故障率的前提下，选择合理的绝缘水平。利用统计法进行绝缘配合时，安全裕度不再是一个带有随意性的量值，而是一个与绝缘故障率相联系的变数。在实际工程中采用上述统计法来进行绝缘配合，是相当繁复和困难的。为此 IEC推荐了一种“简化统计法”，以利实际应用。在过电压保持不变的情况下，如提高绝缘

8、水平，其统计绝缘耐压和统计安全因数均相应增大、绝缘故障率减小。简化统计法实质上是利用有关参数的概率统计特性，但沿用惯用法计算程序的一种混合型绝缘配合方法。把这种方法应用到概率特性为已知的自恢复绝缘上，就能计算出在不同的统计安全因数Ks下的绝缘故障率R，这对于评估系统运行可靠性是重要的。要得出非自恢复绝缘击穿电压的概率分布是非常困难的，因为一件被试品只能提供一个数据，代价太大。所以，时至今日，在各种电压等级的非自恢复绝缘的绝缘配合中均采用惯用法；对降低绝缘水平的经济效益不很显著的220kV及以下的自恢复绝缘亦均采用惯用法；只有对330kV及以上的超高压自恢复绝缘，才有采用简化统计法进行绝缘配合的工程实例。小 结电力系统绝缘配合的根本任务是：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经济供电的目的。 绝缘配合的核心问题是确定各种电气设备的绝缘水平，它是绝缘设计的首要前提，往往以各种耐压试验所用的试验电压值来表示。 以两级配合为基本原则的惯用法至今仍在广泛应用。 随着输电电压的提高，绝缘配合统计法的经济效益越来越显著，只能用于输变电设备的外绝缘。采用统计法作绝缘配合的前提是充分掌