对电力系统雷电过电压与绝缘配合的分析

对电力系统雷电过电压与绝缘配合的分析

摘要：随着社会经济水平发展的不断提升，对电力供应质量要求也不断提高，电

力系统的供电可靠性面临极大的挑战。而电力系统故障中，雷害事故占到较大比

例。本文分析雷电过电压对电力系统造成的危害，进而探究电力系统中如何有效

预防雷电过电压与绝缘配合，并提出可行性措施，对于保障电力系统良好运行有

所帮助。

关键词：电力系统；雷电过电压；绝缘配合

对于电力系统来说，雷电灾害是无法避免的，因为雷雨天气中强烈的空气对

流会诱发雷电现象，起产生强大的电流、炙热的高温、强烈的电磁辐射及猛烈的

冲击波等物理效应作用在电力系统上，会造成严重的破坏，供电无法正常进行，

甚至出现严重的生命财产损失［1］。所以，为了避免此种不良现象的发生，一方面

要有效预防雷电过电压，另一方面要设置绝缘配合，以此来真正保证电力系统的

安全性，为使电力系统长期安全、稳定、高效的运行创造条件。

一、电力系统过电压与绝缘配合的概述

（一）过电压的概述

通常情况下，过电压是指超过额定的最高运行的电压，它包括人气过电压和

内部过电压，其中大气过电压还包括直击雷过电压和感应雷过电压；而内部过电

压则包括操作过电压和谐振过电压。本文所研究的电力系统雷电过电压包括静电

感应，也就是雷云之中电荷迅速消失，致使导线上的电荷失去一定的束缚力，形

成一个个自由的电子，以光的速度向导线两端急速涌去；电磁感应，也就是雷电

流动幅度和陡度较大，进而在周围形成特别大的电磁场，相应的存在其中的导体

会产生很大的电动势［2］。

（二）绝缘配合的概述

所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在电力系统中可以承受的各种电压

（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、以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起

的事故达到在经济上和安全运行上的总体效益最高的目的。

绝缘配合的原则：在技术上要处理好各种作用电压、限压措施及设备耐受能

力三者之间的相互配合关系；在经济上要协调投资费用、维护费用及事故损失费

用的三者关系。

二、雷电过电压对电力系统造成的危害

通常将雷电引起的电力系统过电压称为大气过电压。大气过电压分为感应雷

过电压和直击雷过电压，雷电对电力系统的伤害包括直击、反击、侵入等集中类

型。人气过电压对电力系统是有害的，所以必须加以预防。感应雷过电压一般不

会超过500kV,对35kV及以下电压等级的绝缘是芍危险的，而对llOkV以上的设

备，绝缘最小冲击耐压水平通常以高于此值，一般不会产生危害。因此，电力系

统防雷的重点是直接雷防护。

容器以降低侵入波的陡度，使电机的匝间绝缘和中性点绝缘不受损坏。

2、输电线路的防雷保护

输电线路防雷是减少电力系统雷害事故及其引起电量损失的关键，做好输电

线路的防雷工作，不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性，而且还可以使发电

厂、变电站安全运行，这是一举两得的事。

输电线路的防雷任务是采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到

运行部门能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。一般采取下列措施：

（1）防止雷直击导线。沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合。在

某些情况下可以改用电缆线路，使输电线路免受直接雷击。

（2）防止雷击塔顶或避雷线后引起绝缘闪络，输电线路的闪络是指雷击塔

顶或避雷线时，使塔顶点位升高，这样原被认为是接地的杆塔现在却具有高电位,

因而有可能对导线放电，使过电压加到导线上，这种现象也成为反击或逆闪络。

雷击线路不致引起绝缘为络的最大雷电流幅值，称为线路耐类水平。线路的耐雷

水平越高，其绝缘发生为络的机会就越小。为此，降低杆塔的接地电阻，增大耦

合系数，适当加强线路绝缘，是提高线路耐雷水平，减少绝缘闪络的有效措施。

（3）防止雷击闪络后转发为稳定的工频电弧，当绝缘子串发生闪络落后，

应尽量使它不转化为稳定的工频电弧，因为工频电弧建立不了，线路则不会跳闸。

（4）防止线路中断供电。可采用自动重合闸，或双回路、环网供电等措施,

使线路跳闸也不会中止供电。

(二)绝缘配合措施

1、电气设备的绝缘配合

绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平。所谓电气设备的绝缘水

平是指该电气设备能承受的电压值。一般采取以下措施：

(1)考虑设备在运行时要承受运行电压、工频过电压及操作过电压。应对

电气设备绝缘规定短时工频试验电压，一般电气出厂只做1分钟工频耐压试验。

对外绝缘还要规定干状态和湿状态下的工频放电电压；

(2)考虑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

污性能，应规定一些设备的长时间工频试验电压；

(3)考虑到雷电过电压对绝缘的作用，应规定雷电冲击试验电压等，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。

操作冲击电压和雷电冲击试验电压可用工频电压来等价试验，如下图：

确定工频试验电压

其中：B1为操作冲击电压换算为等效工频电压系数

P2为雷电冲击电压换算为等效工频电压系数

可见，工频耐压值，代表了绝缘对操作过电压、雷电的总的耐受水平，只要

设备能通过工频耐压试验，就认为该设备在运行中遇到内部、大气过电压时能保

证安全。但对于超高压电气设备，考虑到操作波对绝缘作用的特殊性，用工频电

压来代替操作过电压、雷电过电压是不恰当的，需规定操作、雷电冲击试验，

（4）设备的绝缘水平与避雷器的保护水平进行配合。避雷器的保护水平包

括雷电冲击保护水平（BIL）和操作冲击（BSL）。应该根据设备可能遭受的雷电

和操作过电压程度、所用限制过电压保护装置的性能、系统的重要性等来决定避

雷器的选择。

（5）在220kV下的电力网络系统之中，在具体设置电气设备的绝缘水平时,

还要详细了解实际情况及需要的绝缘配合程度，进而选择适合的、有效的绝缘配

合方法，如统计法、惯用法、简化统计法等。

（6）在绝缘配合中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。

（7）一般不考虑线路绝缘与发电厂、变电站绝缘间的配合问题。如降低线

路绝缘使之与发电厂、变电站的绝缘相配合，则会使线路事故大大增加。

2、输电线路的绝缘配合

确定输电线路的绝缘水平，包含确定绝缘子串的选择及线路绝缘的空气间隙。

（1）绝缘子串的选择。因为工作电压是否发生污闪、操作过电压是否发生

湿闪、绝缘子串是否具有较强雷电冲击绝缘水平，直接关乎绝缘子串能否长期安

全稳定高效的使用，所以，为了提高绝缘子串的应用效果，应当按照工作电压要

求，对绝缘子串的沿地爬电距离予以有效控制。线路的闪络率与线路的爬电比距

关系密切，可对线路所在区的污秽等级来分析线路可靠运行情况，进而利用的计

算公式，即可准确计算出绝缘子串的沿面爬电距离［8］。

（2）空气间距的选择。为了提高输电线路的绝缘性，在进行输电线路的绝

缘配合时，应当综合分析输电线路运行实际情况及可能遭受的雷击情况，进而慎

重的合理控制导线对面、导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间的空气间

距。

结束语：

通过分析雷电过电压易给电力系统带来严重负面影响的情况，确定防雷保护

方面，应加强对发电厂、变电站和输电线路防雷保护；绝缘配合方面，应加强对

电力系统的绝缘配合、输电线路的绝缘配合，有效保证电力系统安全、稳定的、

高效的运行，为社会经济发展打下坚实的基础。由此看来，电力系统之中预防雷

击过电压与绝缘配合具有较高的现实意义。

参考文献：

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