1、 慎始慎始 慎獨慎獨 慎微慎微高電壓技術（第二版）高電壓技術（第二版）張一塵主編張一塵主編第十一章第十一章電力系統的絕緣配合電力系統的絕緣配合主要內容：主要內容： 絕緣配合的概念和原則絕緣配合的概念和原則 絕緣配合的方法絕緣配合的方法 線路和電氣設備絕緣水平的確定線路和電氣設備絕緣水平的確定重點和難點：重點和難點： 概念和原則概念和原則 絕緣水平確定的依據絕緣水平確定的依據基本要求：基本要求：熟悉！熟悉！一、絕緣配合、絕緣水平和試驗電壓 問題的提出問題的提出 絕緣與過電壓是高電壓技術中的兩大主要內容。隨絕緣與過電壓是高電壓技術中的兩大主要內容。隨著電力系統電壓等級的進一步提高，一方面輸變電設著

2、電力系統電壓等級的進一步提高，一方面輸變電設備絕緣部分的投資占總設備投資的比重越來越大；另備絕緣部分的投資占總設備投資的比重越來越大；另一方面，由于系統電壓等級的提高，輸送容量的增大，一方面，由于系統電壓等級的提高，輸送容量的增大，一旦出現故障，損失巨大。因此，在超高壓系統中，一旦出現故障，損失巨大。因此，在超高壓系統中，絕緣配合的問題尤為重要！絕緣配合的問題尤為重要！何為絕緣配合何為絕緣配合？ 根據設備在電力系統中可能承受的各種電壓，并考慮過電壓的限制措施和設備的絕緣耐受強度，把作用于電氣設備上的各種電壓所引起的絕緣損壞降低到經濟上和運行上所能接受的水平。1、絕緣配合、絕緣配合技術層面要處理

3、好過電壓過電壓絕緣水平絕緣水平限壓措施限壓措施三者的配合關系三者的配合關系經濟層面要協調好投資費用（設備造價）投資費用（設備造價）維護費用維護費用事故損失費用事故損失費用三者的關系三者的關系絕緣配合是一個復雜的、綜合性很強的技術經濟問題！2、絕緣水平與試驗電壓、絕緣水平與試驗電壓絕緣配合的最終目的：確定電氣設備的絕緣水平。電氣設備的絕緣水平：指電氣設備所能承受的試驗 電壓值（耐受電壓）。（1 1）絕緣水平是由作用與絕緣上的最大工作電壓、大氣過電壓及內）絕緣水平是由作用與絕緣上的最大工作電壓、大氣過電壓及內部過電壓三者中最嚴重的一種來決定！部過電壓三者中最嚴重的一種來決定！不同電壓等級中對這些作

4、用電壓的處置是不同的。不同電壓等級中對這些作用電壓的處置是不同的。指該設備可以承受（不發生閃絡、擊穿或其他損壞）的試驗電壓標準。 220KV及以下系統中，電氣設備的絕緣水平有雷電過電壓決定。一般不采用專門限制內部過電壓措施。限制雷電過電壓的措施主要是采用避雷器，其雷電沖擊保護水平是確定設備絕緣水平的基礎。一般用1min工頻耐壓試驗代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗。 對輸電線路，要求達到一定的耐雷水平！330KV及以上的超高壓系統中，雖然內過電壓成為主要矛盾，但通過內過電壓保護措施已限制到一定水平，所以仍由大氣過電壓來決定，須采用專門限制內部過電壓措施，將操作過電壓限制到允許值。對超高壓電氣設備規

5、定了操作波試驗電壓。由于限制過電壓措施和要求不同，絕緣配合的做法不同。通常有以下兩種做法：主要采用復合型磁吹型避雷器和過電壓限制器限制操作過電壓，按避雷器的操作過電壓保護性能確定設備的絕緣水平。（俄羅斯俄羅斯）主要通過改進斷路器的性能將操作過電壓限制到預定水平，避雷器是作為操作過電壓的后備保護。按避雷器的雷電沖擊過電壓保護性能確定設備的絕緣水平。（美國、日本、法國等美國、日本、法國等）無論哪種做法，均以避雷器保護特性為基礎。對輸電線路而言，仍無論哪種做法，均以避雷器保護特性為基礎。對輸電線路而言，仍以保證一定的耐雷水平為目標。以保證一定的耐雷水平為目標。由于設備絕緣對不同作用電壓的耐受力不同，

6、所以同一絕緣對不同的作用電壓有其相應的耐受電壓值。短時（1min)工頻耐受電壓值考核設備絕緣承受運行電壓、工頻過電壓及等價操作過電壓和雷電過電壓的能力！長時（12h）工頻耐受電壓值考核絕緣承受運行電壓和工頻過電壓作用下內絕緣老化和外絕緣耐污穢性能！雷電沖擊耐受電壓值考核絕緣承受雷電過電壓作用的能力！操作沖擊耐受電壓值考核超高壓設備絕緣承受操作過電壓作用的能力！電力系統的絕緣包括： 發電廠、變電站中電氣設備絕緣； 輸電線路的絕緣。從絕緣結構和特性區分為：外絕緣和內絕緣。外絕緣：指與大氣直接接觸的絕緣部件。特點-耐受電壓值與大氣條件密切相關。沿面閃絡和氣隙擊穿是其喪失絕緣性能的常見形式，但事后能恢

7、復其絕緣性能，屬自恢復型絕緣。內絕緣：指不與大氣直接接觸的絕緣部件。特點-一旦被擊穿損壞，不能恢復原有絕緣性能，屬非自恢復型絕緣。 絕緣配合的本質：合理處置作用電壓與絕緣強度的關系。而電力系統中各類作用電壓與電力系統中性點運行方式有關，中性點運行方式將直接影響系統絕緣水平的確定！對同一電壓等級的電力系統，若中性點非有效接地，則其絕緣水平要高于有效接地！ 絕緣配合不考慮諧振過電壓。輸電線路絕緣與變電站電氣設備絕緣之間不存在配合問題！ 允許絕緣水平的差異化！二、絕緣配合的方法二、絕緣配合的方法1 1、慣用法、慣用法按作用在絕緣上的最大過電壓和最小的絕緣強度的概念進行絕緣按作用在絕緣上的最大過電壓和

8、最小的絕緣強度的概念進行絕緣配合。配合。首先首先：確定最危險電壓然后然后：根據運行經驗乘上一個影響因子（系數），從而確定絕緣 應耐受的電壓水平。我國相對地計算用最大操作過電壓的倍數（以電網最高運行相電壓幅值為基準）為：660kv及以下（低阻接地系統除外） 4.0110kv及220kv 3.0330kv及500kv 分別為2.2和2.0 慣用法確定的絕緣水平是偏嚴格的！適用：自恢復能力絕緣220kv及以下 非自恢復能力絕緣各電壓等級2、統計法 始于20世紀70年代問題的提出：問題的提出：對于超高壓、特高壓遠距離輸電，降低絕緣水平的經濟效益越來越重要。換個想法，容許絕緣有一定的故障率，用技術經濟綜

9、合指標確定系統絕緣的最佳方案。根據已知過電壓幅值和絕緣放電電壓的統計特性（概率密度、分布函數等），用計算的方法求出絕緣耐電的概率和線路故障率，在技術經濟比較的基礎上，正確確定絕緣水平。既定量給出設計的安全裕度，又按照使用設備費、每年運行費、每年事故損失費等綜合最小的原則，確定輸電系統絕緣配合的最佳方案。主要用于輸變電設備的外絕緣配合（自恢復絕緣）！主要用于輸變電設備的外絕緣配合（自恢復絕緣）！3、簡化統計法設實際過電壓和絕緣放電概率為正態分布，且已知標準偏差。在此基礎上，兩條概率曲線可分別用某一參考概率相對應的點表示出來，此兩點對應的值分別稱為統計過電壓和統計耐受電壓。絕故障率與這兩個值有關，

10、只決定于兩者間的裕度。通過計算求得故障率，選擇能接受此故障率的相應的絕緣水平。線路上發生事故主要是線路上發生事故主要是 絕緣子串的沿面放電絕緣子串的沿面放電 導線導線-桿塔、導線桿塔、導線-導線間空氣隙擊穿導線間空氣隙擊穿三、線路絕緣水平的確定三、線路絕緣水平的確定因此絕緣水平的確定項目包括： 絕緣子串的長度 導線間、導線與桿塔間的氣隙1 1、每串個數的選擇、每串個數的選擇選型號根據機械載荷和環境條件選型式定片數按工作電壓要求的泄露距離確定片數。 在工作電壓下不發生污閃 在操作過電壓下不發生濕閃 具有一定的雷電沖擊耐受強度，保證線路耐雷水 平滿足規定要求 。具體做法如下：（1 1）按工作電壓作

11、用下所需的單位爬電距離）按工作電壓作用下所需的單位爬電距離S S初定片（個）數初定片（個）數0SS NUSn（cm/kv）S0最小泄漏比距。取決于地區污穢等級。其值見表11-1。污穢等級愈重，其值愈大。NUn0S（2 2）按內部過電壓驗算。）按內部過電壓驗算。即濕閃電壓要大于可能出現的操作過電壓，且留有10%裕度。phshUkU01.1操作過電壓計算倍數0k系統最高運行相電壓phU（3 3）按大氣過電壓校核。）按大氣過電壓校核。 一般按（1）、（2）確定的可滿足要求。在特殊高桿塔和高海拔地區，大氣過電壓則成為確定絕緣子片數的決定因素，其值會大于前兩者。2 2、空氣間隙的確定、空氣間隙的確定線路

12、上的空氣隙包括：導線對地導線-導線導線-避雷線導線-桿塔和橫擔絕緣配合原則：絕緣配合原則： 應使空氣間隙的擊穿電壓（放電電壓）與絕緣子串的閃絡電應使空氣間隙的擊穿電壓（放電電壓）與絕緣子串的閃絡電壓大致相等。壓大致相等。 確定空氣間隙距離應依據：工作電壓、操作過電壓、雷電過電壓分別計算。還須考慮還須考慮：導線受風力作用使絕緣子串偏斜的不利因素！空氣間隙所承受的電壓由高到低依次為： 雷電過電壓操作過電壓工作電壓但作用時間則恰恰相反！三種電壓作用下空氣間隙的計算方法如下：三種電壓作用下空氣間隙的計算方法如下：（1 1）按工作電壓確定風偏后的間隙）按工作電壓確定風偏后的間隙S SP P, ,其對應的

13、工頻放電電壓為其對應的工頻放電電壓為phPUU1k安全系數1k220kv220kv中性點有效接地系統：中性點有效接地系統：1.61.6330kv330kv500kv500kv線路：線路：1.71.7非有效接地電網：非有效接地電網：2.52.5（2 2）按操作過電壓確定風偏后的間隙）按操作過電壓確定風偏后的間隙S SS S, ,等效工頻放電電壓為等效工頻放電電壓為phsUkU02 .1式中1.2是計及波形、空氣濕度和密度及其他不利因素的裕度系數。（3 3）按雷電過電壓確定風偏后的間隙）按雷電過電壓確定風偏后的間隙S Sl l 雷電沖擊波作用下的放電電壓U50%，通常取絕緣子串的U50%的放電電壓

14、值的85%。這是為了減小絕緣子串的閃絡概率，以免損壞沿面絕緣。 根據確定的SP、SS、Sl（見下表），即可確定絕緣子串垂直位置時對桿塔的水平距離。即sinsinsinpSSSssp絕緣子串的長度選三者中最大的作為最小空氣距離額定電壓（kv）3560110220330500X-4.5357131928SP10202565100125SS255070145220270Sl4565100190260370各級電壓線路最小空氣間隙（各級電壓線路最小空氣間隙（cmcm）注：對發電廠、變電所，計算S值時應增加10%的裕度。海拔超過1000m時，應進行校正。p1phUkUps sp + lsinp ss +

15、 lsins S0ph1.2Uk Uss絕緣子串50%放電電壓的85%sl + lsinl ls選擇最大者 導線對桿塔的距離 四、電氣設備試驗電壓的確定 確定電氣設備絕緣水平的基礎是避雷器保護水平，即設備的絕緣水平與避雷器的保護水平進行配合。避雷器對電氣設備的保護有兩種方式：避雷器對電氣設備的保護有兩種方式：方式一方式一 只用來保護大氣過電壓，而不用來保護內部過電壓。只用來保護大氣過電壓，而不用來保護內部過電壓。方式二方式二 主要用來保護大氣過電壓，兼作內部過電壓的后備保主要用來保護大氣過電壓，兼作內部過電壓的后備保 護。護。l電氣設備絕緣耐受操作過電壓電氣設備絕緣耐受操作過電壓( (即操作沖擊電壓即操作沖擊電壓) )的能力稱為電氣設備的的能力稱為電氣設備的操作沖擊絕緣水平操作沖擊絕緣水平(SIL)(SIL)。操作沖擊電壓值