第三篇第三篇电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合第十章第十章电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 10.1 绝缘配合绝缘配合基本概念基本概念根本任务：根本任务：根据电气设备所在系统中可能根据电气设备所在系统中可能出现的各种电气应力（工作电压合各种过出现的各种电气应力（工作电压合各种过电压），并考虑保护装置的保护性能合绝电压），并考虑保护装置的保护性能合绝缘的电气特性，缘的电气特性，适当选择设备的绝缘水平，适当选择设备的绝缘水平，使之在各种电气应力的作用下，绝缘故障使之在各种电气应力的作用下，绝缘故障率和事故损失均处于经济上和运行上都能率和事故损失均处于经济上和运行上都能够承受的范围之内。够承受的范围之内。绝缘配合绝缘配合的经济性的经济性投资费用投资费用运行维护费用运行维护费用事故损失事故损失绝缘配合的经济性绝缘配合的经济性绝缘配合的核心问题绝缘配合的核心问题确定各种电气设备的确定各种电气设备的绝缘水平绝缘水平确定各种电气设备的绝缘水平是确定各种电气设备的绝缘水平是一件很容易的事情吗一件很容易的事情吗绝缘配合举例绝缘配合举例1.架空线路与变电所之间的绝缘配合架空线路与变电所之间的绝缘配合电网发展的早期两者如何配合电网发展的早期两者如何配合现代电网两者如何配合现代电网两者如何配合2.同杆架设的双回线路之间的绝缘配合同杆架设的双回线路之间的绝缘配合3.电气设备内绝缘和外绝缘之间的配合电气设备内绝缘和外绝缘之间的配合4.各种外绝缘之间的配合各种外绝缘之间的配合5.各种保护装置之间的绝缘配合各种保护装置之间的绝缘配合6.被保护绝缘与保护装置之间的配合被保护绝缘与保护装置之间的配合绝缘配合的发展过程：绝缘配合的发展过程：1.多级配合（多级配合（1940年以前）年以前）原则：原则：价格越昂贵、修复越困难、损坏价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应选的越高选的越高变电所绝缘变电所绝缘大于大于线路绝缘线路绝缘内绝缘内绝缘大于大于外绝缘外绝缘内绝缘内绝缘外绝缘外绝缘FFV以以50伏秒特性表示的变电所绝缘的多级配合伏秒特性表示的变电所绝缘的多级配合2.两级配合（两级配合（1940年以前）年以前）理论基础：理论基础：各设备的绝缘都接受避雷器的各设备的绝缘都接受避雷器的保护，其绝缘仅仅需要和避雷器进行绝缘保护，其绝缘仅仅需要和避雷器进行绝缘配合。只要将避雷器的保护水平乘上一个配合。只要将避雷器的保护水平乘上一个系数系数就可以确定设备的绝缘水平。就可以确定设备的绝缘水平。评价：评价：该绝缘配合方法直至今日仍在广该绝缘配合方法直至今日仍在广泛使用泛使用3.绝缘配合统计法（绝缘配合统计法（60年代开始出现）年代开始出现）目的：目的：获得优化的总经济指标。获得优化的总经济指标。原则：原则：电力系统中的过电压和绝缘的电气强电力系统中的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在任何过电压下度都是随机变量，要求绝缘在任何过电压下都不发生任何闪络或击穿现象过于保守。都不发生任何闪络或击穿现象过于保守。因因此可以规定出某一可以接受的故障率，容许此可以规定出某一可以接受的故障率，容许冒一定的风险，进行绝缘配合冒一定的风险，进行绝缘配合 10.2 中性点接地方式对绝缘配水中性点接地方式对绝缘配水平的影响平的影响中性点中性点接地方式接地方式非有效接地非有效接地有效接地有效接地N NL最大长期工作电压最大长期工作电压非有效接地非有效接地有效接地有效接地雷电过电压雷电过电压雷电过电压的幅值和中性点的运雷电过电压的幅值和中性点的运行方式有关行方式有关不管原有雷电波的幅值有多大，实际作用不管原有雷电波的幅值有多大，实际作用到绝缘上的雷电过电压的幅值均取决于阀到绝缘上的雷电过电压的幅值均取决于阀式避雷器的保护水平。式避雷器的保护水平。而阀式避雷器的灭而阀式避雷器的灭弧电压是按最大长期工作电压选择的弧电压是按最大长期工作电压选择的，因，因而有效接地系统中所选用的避雷器的灭弧而有效接地系统中所选用的避雷器的灭弧电压较低，相应的冲击放电电压和残压也电压较低，相应的冲击放电电压和残压也低。低。内部过电压内部过电压非有效接地非有效接地有效接地有效接地 内部过电压在相电压的基础上产生内部过电压在相电压的基础上产生内部过电压有可能在线电压的内部过电压有可能在线电压的基础上产生线基础上产生线 10.3 绝缘配合惯用法绝缘配合惯用法理论基础：理论基础：确定电气设备绝缘水平的基础确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的是避雷器的保护水平保护水平(避雷器上可能出现的避雷器上可能出现的最大电压最大电压)。在避雷器的保护水平上再乘以。在避雷器的保护水平上再乘以一个配合系数一个配合系数(考虑一些影响因素和必要的考虑一些影响因素和必要的安全裕度安全裕度)就得到了设备应有的绝缘水平。就得到了设备应有的绝缘水平。绝缘配合的两个电压范围：绝缘配合的两个电压范围：范围范围1 1（高压）：（高压）：范围范围2 2（超高压）：（超高压）：系统的系统的最大工作电压最大工作电压雷电过电压下的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用他们的基本冲击绝缘水平（他们的基本冲击绝缘水平（BIL）来表示：）来表示：雷电过电压下雷电过电压下的配合系数的配合系数避雷器的保护避雷器的保护水平水平操作过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合1.变电所装设的阀式避雷器只用于雷电过变电所装设的阀式避雷器只用于雷电过电压的保护电压的保护(电压范围电压范围1)；对这一类变电所来说：其操作冲击绝缘水平对这一类变电所来说：其操作冲击绝缘水平(SIL)可按下式求得：可按下式求得：操作过电压计算倍数操作过电压计算倍数操作过电压下操作过电压下的配合系数的配合系数系统额定电压系统额定电压中性点接地方式中性点接地方式66及以下及以下非有效接地非有效接地4.035及以下及以下有效接地（经小电阻）有效接地（经小电阻） 3.2110220有效接地有效接地3.0操作过电压计算倍数操作过电压计算倍数2.EHV(电压范围电压范围2)电力系统（操作过电压电力系统（操作过电压的幅值得到避雷器的限制）：的幅值得到避雷器的限制）：此时，操作过电压的幅值取决于避雷器在操作过此时，操作过电压的幅值取决于避雷器在操作过电压下的电压下的保护水平保护水平。这一类变电所电气设备的操。这一类变电所电气设备的操作冲击绝缘水平为：作冲击绝缘水平为：操作过电压下操作过电压下的配合系数的配合系数操作过电压下的配合系数操作过电压下的配合系数ks取值范围取值范围在在1.151.25之间，之间，小于雷电过电压下小于雷电过电压下的配合系数的配合系数kl （1.2-1.4）。）。工频绝缘水平的确定工频绝缘水平的确定如何检测电气设备的绝缘是如何检测电气设备的绝缘是否达到了规定的否达到了规定的BIL和和SIL超高压设备：超高压设备：进行雷电冲击和操作进行雷电冲击和操作冲击耐压实验冲击耐压实验高压设备：高压设备：用简单的高压实验（用简单的高压实验（短短时（时（1min）工频耐压实验）工频耐压实验）去等效）去等效检测检测雷电雷电过电压过电压避雷器雷电冲击保护水平避雷器雷电冲击保护水平BIL等值等值工频耐压工频耐压最大操作最大操作过电压过电压BIL等值等值工频耐压工频耐压绝缘的短时绝缘的短时工频耐压工频耐压长时间工频高压试验长时间工频高压试验为了检测为了检测内绝缘的老化和外绝缘的污内绝缘的老化和外绝缘的污染染对绝缘在工频工作电压和过电压下对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能影响的性能影响，需要进行长时间工频高，需要进行长时间工频高压实验压实验 10.4 架空输电线路的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合主要内容：主要内容：1.线路绝缘子串的选择线路绝缘子串的选择2.确定线路上各空气间隙的极间距离确定线路上各空气间隙的极间距离空空气间距气间距常用方法：常用方法：惯用法惯用法一、绝缘子串的选择一、绝缘子串的选择1.在工作电压下不发生在工作电压下不发生污闪污闪2.在操作电压下不发生在操作电压下不发生湿闪湿闪3.具有足够的雷电冲击绝缘水平，能保证线具有足够的雷电冲击绝缘水平，能保证线路的路的耐雷水平耐雷水平与与雷击跳闸率雷击跳闸率满足规定要求。满足规定要求。线路绝缘子串满足的要求：线路绝缘子串满足的要求：选择顺序：选择顺序：1.根据根据机械负荷机械负荷和和环境条件环境条件选定所用悬式选定所用悬式绝缘子的型号；绝缘子的型号；2.按工作电压所要求的按工作电压所要求的泄漏距离泄漏距离选择串中选择串中片数；片数；3.按按操作过电压操作过电压的要求计算应有的片数；的要求计算应有的片数；4.按上面按上面2，3步所得片数的较大者，校验该步所得片数的较大者，校验该线路的线路的耐雷水平耐雷水平和和雷击跳闸率雷击跳闸率是否符合规定是否符合规定要求；要求；（一）、按工作电压要求（一）、按工作电压要求爬电比距爬电比距绝缘子串的片数绝缘子串的片数绝缘子爬电距离有效系数绝缘子爬电距离有效系数单片绝缘子的单片绝缘子的几何爬电距离几何爬电距离系统最高工作系统最高工作（线）电压有（线）电压有效值效值(kV)绝缘子串的绝缘子串的爬电比距爬电比距：由各种绝缘子由各种绝缘子几何泄漏距离几何泄漏距离对提高对提高提高提高污闪电压污闪电压的有效性来确定。的有效性来确定。为避免工作电压下发生污闪则有：为避免工作电压下发生污闪则有：注意：该式中的注意：该式中的爬电比矩爬电比矩是根据实际运行是根据实际运行经验求出来的，因此求出来的片数已经包经验求出来的，因此求出来的片数已经包括括零值绝缘子。零值绝缘子。Case：处于清洁区（处于清洁区（0级，爬电比距为级，爬电比距为1.39）的的110kV线路采用的是线路采用的是XP70型悬式型悬式绝缘子（绝缘子（ ），式按工作电），式按工作电压要求计算应有的片数压要求计算应有的片数n1(二二)、按操作过电压要求：、按操作过电压要求：绝缘子串（绝缘子串（XP70，X4.5）的工频）的工频湿闪电压幅值湿闪电压幅值（用来代替绝缘子串在用来代替绝缘子串在操作波下的湿闪电压操作波下的湿闪电压）：电网中操作过电压的计算幅值：电网中操作过电压的计算幅值：由由n2片绝缘子组成的绝缘子串的片绝缘子组成的绝缘子串的工频工频湿闪电压湿闪电压幅值幅值为：为：考虑到零值绝缘子的片数考虑到零值绝缘子的片数n0 有：有：额定电压额定电压（kV）35220330500绝缘子串类型绝缘子串类型ABABn01223零值绝缘子的片数零值绝缘子的片数A：悬垂串：悬垂串B：耐张串：耐张串Case：试按操作过电压的要求，计算试按操作过电压的要求，计算110kV线线路的路的XP70型绝缘子串应有的片数型绝缘子串应有的片数n2 ：解：该绝缘子串应有的工频湿闪电压幅值为：解：该绝缘子串应有的工频湿闪电压幅值为：将应有的将应有的UW代入可得：代入可得：最后应得出的片数：最后应得出的片数：线路额定电压线路额定电压(kV) 35 66 110 220 330500n1247131928n2357121722n357131928各级电压线路悬垂串应有的绝缘子片数各级电压线路悬垂串应有的绝缘子片数注意：绝缘子均为注意：绝缘子均为XP70或或X4.5型。型。如果以知绝缘子串的如果以知绝缘子串的 （正极性正极性）与片数的关系，则可以用如下方法确与片数的关系，则可以用如下方法确定绝缘子串的片数：定绝缘子串的片数：绝缘子串操作过绝缘子串操作过电压配合系数电压配合系数（与电压有关）（与电压有关）操作过电压（与操作过电压（与电压有关）电压有关）(三三)、按雷电过电压要求：、按雷电过电压要求：根据前两步确定的片数校验线路的根据前两步确定的片数校验线路的耐耐雷水平雷水平和和雷击跳闸率雷击跳闸率是否满足要求。是否满足要求。如果不满足咋办如果不满足咋办二、空气间距的选择二、空气间距的选择输电线路上的空气间隙包括：输电线路上的空气间隙包括：1.导线对地面导线对地面(地面行人和车辆的安全等地面行人和车辆的安全等)2.导线之间导线之间(相间过电压，不同步舞动相间过电压，不同步舞动)3.导地线之间导地线之间(雷击档距中央不导致击雷击档距中央不导致击穿穿)4.导线与杆塔之间导线与杆塔之间为了使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力为了使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力得到充分的发挥，应该使气隙（得到充分的发挥，应该使气隙（导线与导线与杆塔杆塔）的击穿电压与绝缘子串的闪络电）的击穿电压与绝缘子串的闪络电压大致相等。压大致相等。风力使绝缘子串发生偏风力使绝缘子串发生偏移会改变气隙的大小移会改变气隙的大小如何考虑风如何考虑风力的影响力的影响（一）工作电压要求的净间距（一）工作电压要求的净间距S0S0的工频击穿电压幅值：的工频击穿电压幅值：（二）操作过电压要求的净间距（二）操作过电压要求的净间距Ss要求要求Ss的正极性操作冲击波下的的正极性操作冲击波下的50击穿击穿电压：电压：如果缺乏空气间隙如果缺乏空气间隙50操作冲击击穿电压操作冲击击穿电压的实验数据（的实验数据（该电压与空气间隙距离的关该电压与空气间隙距离的关系系）该咋办）该咋办（三）雷击过电压要求的净间距（三）雷击过电压要求的净间距Sl取取Sl的的50雷击冲击击穿电压雷击冲击击穿电压U50（l）等于等于绝缘串的绝缘串的50雷电冲击闪络电压雷电冲击闪络电压UCFO的的85，即：即：绝缘子处于垂直状态时，对杆塔应有的绝缘子处于垂直状态时，对杆塔应有的水平水平距离：距离：绝缘子串绝缘子串的长度的长度 10.5 绝缘配合统计法绝缘配合统计法绝缘配合惯用法的缺陷绝缘配合惯用法的缺陷技术上技术上经济上经济上过电压幅值的概率密度函数过电压幅值的概率密度函数绝缘的击穿（绝缘的击穿（闪络闪络）的概率密度函数）的概率密度函数幅值为幅值为 的过电压使绝缘发生击穿的概的过电压使绝缘发生击穿的概率为（微分故障率）：率为（微分故障率）：绝缘故障率：绝缘故障率：