电力系统绝缘配合课件

第10章电力系统绝缘配合绝缘配合的基本概念绝缘配合惯用法输变电设备以及输电线路的绝缘配合绝缘配合统计法1第10章电力系统绝缘配合绝缘配合的基本概念1第1节绝缘配合的基本概念绝缘配合的任务、原则和问题绝缘配合中存在的问题举例绝缘配合的发展过程2第1节绝缘配合的基本概念2一、绝缘配合的任务、原则和问题根本任务：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；基本原则：综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种电压、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故的损失，达到经济上和安全运行上总体效益最高的目的。权衡技术、经济两方面。技术：作用电压、限压措施、设备绝缘耐受能力经济：投资费用、维护费用、事故损失费用3一、绝缘配合的任务、原则和问题3核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。绝缘水平：电气设备能承受的试验电压值。试验电压：短时（1min）工频试验：检测设备在工频运行电压和暂时过电压下的绝缘性能长时间（1～2h）工频试验：检测内绝缘老化和外绝缘污秽对工频运行电压及过电压下性能的影响雷电冲击试验操作冲击试验4核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。4二、绝缘配合中存在问题举例1、架空线路和变电所之间的绝缘配合现代输电线路的绝缘水平较变电设备绝缘水平高，主要有了避雷器的保护。降低变电设备的绝缘水平技术可行而且效益显著。2、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合双回线路的绝缘水平不平衡，一边的绝缘子数量较多，另一边较少，两回线路绝缘水平的差距大小，为绝缘配合问题。3、电气设备内绝缘和外绝缘之间的绝缘配合在没有获得现代避雷器的可靠保护之前，曾将内绝缘水平取得高于外绝缘水平，因为内绝缘击穿的后果远比外绝缘闪络更为严重。5二、绝缘配合中存在问题举例54、各种绝缘之间的绝缘配合有部分设备的外绝缘不止一种，它们之间也有绝缘配合问题，如杆塔空气间隙和绝缘子串放电电压。5、各种保护装置之间以及与被保护绝缘之间的绝缘配合如变电所防雷接线中的阀式避雷器与断路器外侧的管式避雷器放电特性之间的关系就是不同保护装置之间的绝缘配合。三、绝缘配合的发展过程1、多级配合阶段（1940以前）由于当时所用的避雷器保护性能及电气特性较差，不能把它的特性作为绝缘配合的基础，因此采用多级配合的方法。多级配合的原则：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应选的越高。64、各种绝缘之间的绝缘配合62、两级配合（惯用法）阶段各种绝缘都接受避雷器的保护，仅仅与避雷器进行绝缘配合，而不在各种绝缘之间寻求配合。

避雷器的保护特性成为绝缘配合的基础，只要将它的保护水平乘上一个系数，就能确定该绝缘应有的耐压水平，该原则为现在仍广泛使用的绝缘配合原则。3、绝缘配合统计法阶段电力系统中的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在过电压的作用下不发生任何的闪络或击穿，未免过于保守和不合理，正确做法为规定出某一可以接受的绝缘故障率，容许冒一定的风险。总之，用统计的观点及方法来处理绝缘配合问题，以求获得优化的总经济指标。72、两级配合（惯用法）阶段7第2节绝缘配合惯用法雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合工频绝缘水平的确定长时间工频高压实验

绝缘配合惯用法即由两级配合原则出发，避雷器的保护水平就是确定电气设备绝缘水平的基础，其值就是避雷器上可能出现的最大电压。绝缘配合时，将电压分为两个电压等级：范围Ⅰ：3.5kV≤Um≤252kV范围Ⅱ：Um＞252kV8第2节绝缘配合惯用法8一、雷电过电压下的绝缘配合

基本冲击绝缘水平（BIL）：表示电气设备在雷电过电压下的绝缘水平。BIL=KLUp(L)Up(L)：阀式避雷器在过电压下的保护水平，即URKL：雷电过电压下的配合系数，1.2～1.4，若电气设备与避雷器相距很远，KL为1.4，若较近KL为1.25；BIL=(1.25～1.4)UR9一、雷电过电压下的绝缘配合9二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）1.避雷器不动作（FD，范围Ⅰ）SIL=KsK0UphKs：操作过电压下的配合系数（1.15）K0：操作过电压计算倍数Uph：相电压2.避雷器动作（MOA、FCD，范围Ⅱ）SIL=KsUP(s)=1.15～1.25UP(s）Uph(s）：MOA—等于规定的操作冲击电流下的残压；FCD—等于以下两个电压的较大者，一是250/2500us标准操作冲击电压下的放电电压，二是规定的操作冲击电流下的残压值。10二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）10三、工频绝缘水平的确定为了检验电气设备绝缘是否达到了以上所确定的BIL和SIL，就需要进行雷电冲击和操作冲击耐压试验。它们对试验设备和测试技术提出了很高的要求。对于330kV及以上的超高压电气设备来说，这样的试验是完全必需的，但对于220kV及以下的高压电气设备来说，应该设法用比较简单的高压试验去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压的能力。11三、工频绝缘水平的确定为了检验电气设备绝缘是否短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度。凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行。12短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行（220kV及以下）。为了更加可靠和直观，国际电工委员会（IEC）规定：1、对于300kV以下的电气设备（1）绝缘在工频工作电压、暂时过电压和操作过电压下的性能用短时（1min）工频耐压试验来检验；（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。2、对于300kV及以上的电气设备（1）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。13凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作四、长时间工频高压试验当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，需作长时间工频高压试验。由于试验目的不同，长时间工频高压试验时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频耐压试验不同。我国国家标准对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平作出了规定。14四、长时间工频高压试验当内绝缘的老化和外绝缘的第3节输变电设备以及输电线路的绝缘配合输变电设备的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合绝缘子串中绝缘子片数的确定空气间距的选择15第3节输变电设备以及输电线路15一、输变电设备的绝缘配合实质：变压器的绝缘水平与避雷器的保护水平的配合就代表了输变电设备的绝缘配合。1、雷电过电压下的绝缘配合BIL=(1.25～1.4)UR当电气设备与避雷器紧靠时，取1.25当电气设备与避雷器有一定距离时，取1.42、操作过电压下的绝缘配合采用FCD保护的变压器的SIL应与避雷器的保护水平相配合。SIL=KsUP(s)=1.15～1.25UP(s）16一、输变电设备的绝缘配合163～500kV输变电设备的基准绝缘水平173～500kV输变电设备的基准绝缘水平17二、架空输电线路的绝缘配合1、绝缘子片数的选择线路绝缘子串应满足三方面的要求：在工作电压下不发生污闪；雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平和线路跳闸率。选择顺序按机械负荷和环境选择绝缘子型号；按工作电压所要求的泄漏距离决定绝缘子片数，按操作过电压要求选择片数，取其中较大者；校验该线路耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。18二、架空输电线路的绝缘配合18（1）按工作电压要求为防止绝缘子串在工作电压下不发生污闪，绝缘子应有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）。n：绝缘子片数L0：每片绝缘子的几何爬电距离（cm）Um：系统最高工作电压有效值（kV）Ke：绝缘子爬电距离有效系数。为了避免污闪事故，所需的绝缘子片数应为：19（1）按工作电压要求n：绝缘子片数为了避免污闪事故，所需的绝（2）按操作过电压要求绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压，通常取10％的裕度。则n2’绝缘子的工频或操作湿闪电压为：K0：操作过电压计算倍数可用经验公式计算UW与n2’之间关系因此按操作过电压确定的每串绝缘子片数为：n0：零值绝缘子片数20（2）按操作过电压要求K0：操作过电压计算倍数因此按（3）按雷电过电压要求一般情况下，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取决于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果，因此它仅作验算条件。即使耐雷水平达不到规程的下限值，也不一定必须增加绝缘子的片数，因为还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提高线路的耐雷水平。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。21（3）按雷电过电压要求212、空气间隙的选择输电线路的空气间隙主要有：导线对大地：在选择其空气间距时主要考虑地面车辆和行人等的安全通过、地面电场强度及静电感应等问题。导线对导线：由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时耐受工作电压的最小间隙确定，一般在低电压下不碰线为原则。导线对架空地线：按雷击于档距中央避雷线上时不至于引起导、地线间气隙击穿这一条件来选定。导线对杆塔及横担：这将是下面要探讨的重点内容。222、空气间隙的选择22间隙承受电压：工作电压＜内部过电压＜雷电过电压作用时间：工作电压＞内部过电压＞雷电过电压绝缘子串风偏角及其对杆塔的距离示意图23间隙承受电压：绝缘子串风偏角及其对杆塔的距离示意图23（1）按工作电压确定SpSp的工频击穿电压幅值：K1：安全系数（2）按操作过电压确定Sa为保证间隙在操作过电压下不发生闪络，其等值工频放电电压为：K0：操作过电压计算倍数K2：空气间隙配合操作系数，取1.03（Ⅰ）或1.1（Ⅱ）。24（1）按工作电压确定SpK1：安全系数24（3）按雷电过电压确定SL通常取SL的50％雷电冲击电压等于绝缘子串的50％雷电冲击闪络电压UCFO的85％，即当确定上述三个量后，便可以求得绝缘子串处于垂直状态时对杆塔应有的水平距离：导线与杆塔的水平距离为：25（3）按雷电过电压确定SL当确定上述三个量后，便可以一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。26一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压第四节绝缘配合统计法1、惯用法的特点优点：适用于自恢复能力绝缘和无自恢复能力绝缘缺点：在超高压系统中，绝缘投资较大2、统计法利用已知的过电压概率分布函数和绝缘强度的概率分布函数，得出绝缘放电电压的概率分布曲线，并根据过电压的概率分布和绝缘放电电压的概率分布得出绝缘损坏的故障概率：f(U)：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数27第四节绝缘配合统计法f(U)：过电压概率密度函数27阴影部分面积Ra：绝缘故障率减小故障率的措施：P(U)向右移结果：故障率减小但是成本增加适用范围：330kV及以上的超高压自恢复绝缘f(U)：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数28阴影部分面积Ra：绝缘故障率f(U)：过电压概率密度函数28第10章电力系统绝缘配合绝缘配合的基本概念绝缘配合惯用法输变电设备以及输电线路的绝缘配合绝缘配合统计法29第10章电力系统绝缘配合绝缘配合的基本概念1第1节绝缘配合的基本概念绝缘配合的任务、原则和问题绝缘配合中存在的问题举例绝缘配合的发展过程30第1节绝缘配合的基本概念2一、绝缘配合的任务、原则和问题根本任务：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；基本原则：综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种电压、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故的损失，达到经济上和安全运行上总体效益最高的目的。权衡技术、经济两方面。技术：作用电压、限压措施、设备绝缘耐受能力经济：投资费用、维护费用、事故损失费用31一、绝缘配合的任务、原则和问题3核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。绝缘水平：电气设备能承受的试验电压值。试验电压：短时（1min）工频试验：检测设备在工频运行电压和暂时过电压下的绝缘性能长时间（1～2h）工频试验：检测内绝缘老化和外绝缘污秽对工频运行电压及过电压下性能的影响雷电冲击试验操作冲击试验32核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。4二、绝缘配合中存在问题举例1、架空线路和变电所之间的绝缘配合现代输电线路的绝缘水平较变电设备绝缘水平高，主要有了避雷器的保护。降低变电设备的绝缘水平技术可行而且效益显著。2、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合双回线路的绝缘水平不平衡，一边的绝缘子数量较多，另一边较少，两回线路绝缘水平的差距大小，为绝缘配合问题。3、电气设备内绝缘和外绝缘之间的绝缘配合在没有获得现代避雷器的可靠保护之前，曾将内绝缘水平取得高于外绝缘水平，因为内绝缘击穿的后果远比外绝缘闪络更为严重。33二、绝缘配合中存在问题举例54、各种绝缘之间的绝缘配合有部分设备的外绝缘不止一种，它们之间也有绝缘配合问题，如杆塔空气间隙和绝缘子串放电电压。5、各种保护装置之间以及与被保护绝缘之间的绝缘配合如变电所防雷接线中的阀式避雷器与断路器外侧的管式避雷器放电特性之间的关系就是不同保护装置之间的绝缘配合。三、绝缘配合的发展过程1、多级配合阶段（1940以前）由于当时所用的避雷器保护性能及电气特性较差，不能把它的特性作为绝缘配合的基础，因此采用多级配合的方法。多级配合的原则：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应选的越高。344、各种绝缘之间的绝缘配合62、两级配合（惯用法）阶段各种绝缘都接受避雷器的保护，仅仅与避雷器进行绝缘配合，而不在各种绝缘之间寻求配合。

避雷器的保护特性成为绝缘配合的基础，只要将它的保护水平乘上一个系数，就能确定该绝缘应有的耐压水平，该原则为现在仍广泛使用的绝缘配合原则。3、绝缘配合统计法阶段电力系统中的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在过电压的作用下不发生任何的闪络或击穿，未免过于保守和不合理，正确做法为规定出某一可以接受的绝缘故障率，容许冒一定的风险。总之，用统计的观点及方法来处理绝缘配合问题，以求获得优化的总经济指标。352、两级配合（惯用法）阶段7第2节绝缘配合惯用法雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合工频绝缘水平的确定长时间工频高压实验

绝缘配合惯用法即由两级配合原则出发，避雷器的保护水平就是确定电气设备绝缘水平的基础，其值就是避雷器上可能出现的最大电压。绝缘配合时，将电压分为两个电压等级：范围Ⅰ：3.5kV≤Um≤252kV范围Ⅱ：Um＞252kV36第2节绝缘配合惯用法8一、雷电过电压下的绝缘配合

基本冲击绝缘水平（BIL）：表示电气设备在雷电过电压下的绝缘水平。BIL=KLUp(L)Up(L)：阀式避雷器在过电压下的保护水平，即URKL：雷电过电压下的配合系数，1.2～1.4，若电气设备与避雷器相距很远，KL为1.4，若较近KL为1.25；BIL=(1.25～1.4)UR37一、雷电过电压下的绝缘配合9二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）1.避雷器不动作（FD，范围Ⅰ）SIL=KsK0UphKs：操作过电压下的配合系数（1.15）K0：操作过电压计算倍数Uph：相电压2.避雷器动作（MOA、FCD，范围Ⅱ）SIL=KsUP(s)=1.15～1.25UP(s）Uph(s）：MOA—等于规定的操作冲击电流下的残压；FCD—等于以下两个电压的较大者，一是250/2500us标准操作冲击电压下的放电电压，二是规定的操作冲击电流下的残压值。38二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）10三、工频绝缘水平的确定为了检验电气设备绝缘是否达到了以上所确定的BIL和SIL，就需要进行雷电冲击和操作冲击耐压试验。它们对试验设备和测试技术提出了很高的要求。对于330kV及以上的超高压电气设备来说，这样的试验是完全必需的，但对于220kV及以下的高压电气设备来说，应该设法用比较简单的高压试验去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压的能力。39三、工频绝缘水平的确定为了检验电气设备绝缘是否短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度。凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行。40短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行（220kV及以下）。为了更加可靠和直观，国际电工委员会（IEC）规定：1、对于300kV以下的电气设备（1）绝缘在工频工作电压、暂时过电压和操作过电压下的性能用短时（1min）工频耐压试验来检验；（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。2、对于300kV及以上的电气设备（1）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；（2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。41凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作四、长时间工频高压试验当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，需作长时间工频高压试验。由于试验目的不同，长时间工频高压试验时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频耐压试验不同。我国国家标准对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平作出了规定。42四、长时间工频高压试验当内绝缘的老化和外绝缘的第3节输变电设备以及输电线路的绝缘配合输变电设备的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合绝缘子串中绝缘子片数的确定空气间距的选择43第3节输变电设备以及输电线路15一、输变电设备的绝缘配合实质：变压器的绝缘水平与避雷器的保护水平的配合就代表了输变电设备的绝缘配合。1、雷电过电压下的绝缘配合BIL=(1.25～1.4)UR当电气设备与避雷器紧靠时，取1.25当电气设备与避雷器有一定距离时，取1.42、操作过电压下的绝缘配合采用FCD保护的变压器的SIL应与避雷器的保护水平相配合。SIL=KsUP(s)=1.15～1.25UP(s）44一、输变电设备的绝缘配合163～500kV输变电设备的基准绝缘水平453～500kV输变电设备的基准绝缘水平17二、架空输电线路的绝缘配合1、绝缘子片数的选择线路绝缘子串应满足三方面的要求：在工作电压下不发生污闪；雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平和线路跳闸率。选择顺序按机械负荷和环境选择绝缘子型号；按工作电压所要求的泄漏距离决定绝缘子片数，按操作过电压要求选择片数，取其中较大者；校验该线路耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。46二、架空输电线路的绝缘配合18（1）按工作电压要求为防止绝缘子串在工作电压下不发生污闪，绝缘子应有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）。n：绝缘子片数L0：每片绝缘子的几何爬电距离（cm）Um：系统最高工作电压有效值（kV）Ke：绝缘子爬电距离有效系数。为了避免污闪事故，所需的绝缘子片数应为：47（1）按工作电压要求n：绝缘子片数为了避免污闪事故，所需的绝（2）按操作过电压要求绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压，通常取10％的裕度。则n2’绝缘子的工频或操作湿闪电压为：K0：操作过电压计算倍数可用经验公式计算UW与n2’之间关系因此按操作过电压确定的每串绝缘子片数为：n0：零值绝缘子片数48（2）按操作过电压要求K0：操作过电压计算倍数因此按（3）按雷电过电压要求一般情况下，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取决于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果，因此它仅作验算条件。即使耐雷水平达不到规程的下限值，也不一定必须增加绝缘子的片数，因为还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提高线路的耐雷水平。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。49（3）按雷电过电压要求212、空气间隙的选择输电线路的空气间隙主要有：