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1、高电压技术第九章本讲稿第一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYu9.1 切断空载线路过电压u9.2 空载线路合闸过电压u9.3 切除空载变压器过电压u9.4 断续电弧接地过电压u9.5 绝缘配合u习题和参考答案本章内容返回本讲稿第二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.1 切断空载线路过电压 切除空载线路是电网中常见操作之一，在切空载线路的过程中，虽然断路器切断的是几十安到几百安的电容电流，比短路电流小的多，但如果使用的断路器灭弧能力不强，在切断这种电容电流时就可能出现电弧的重燃，从而引起电磁振荡，造成过电压
2、。本讲稿第三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.1.1 产生原理9.1.2 影响因素和降压措施返回本讲稿第四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 用单相集中参数的简化等效电路来分析，如图9-1，S断开之前线路电压UC(t)=e(t),设第一次熄弧（设时间为t1）发生断路器的工频电容电流ic(t)过零时，如图9-2，线路上电荷无处泄放，uc(t)保留为Em，触头间电压ur(t)为:Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)(9-1)9.1.1 产生原理本讲稿第五页，共九十二页NANCHANG
3、INSTITUTE OF TECHNOLOGY图9-1 切除空载线路时的等值计算电路图图9-2 切除空载线路过电压的发展过程 半周期后，e(t)=-Em，两触头间电压即恢复电压2Em。此时若触头间的介质绝缘强度没有很好恢复，或绝缘恢复强度的上升速度不够快，可能在t2时电弧重燃，相当于一次反极性重合闸。本讲稿第六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY UCmax达到-3Em，设在tt3时高频(重合闸过程，回路振荡的角频率 ,大于工频下的M)电容电流第一次过零时熄弧，uc(t)保持-3Em，又过T2，e(t)又达最大值，触头间电压ur(t)为4Em。依此类推
4、，直至触头间绝缘足够高，不再重燃为止。线路上的过电压将不断增大，一直达到很高的数值。返回图9-2 切除空载线路过电压的发展过程本讲稿第七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.1.2 影响因素和降压措施影响过电压的最大值的因素：1)断路器的性能；2)中性点接地方式；3)母线上的出线数4)在断路器外侧装有电磁式电压互感器等设备本讲稿第八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY消除或降低操作过电压采取的措施如下：（1）改善断路器的结构，避免发生重燃现象（2）断路器加装并联电阻（3）利用避雷器保护（4）泄流设备的装设图9
5、-3 带并联电阻断路器1主触头 2辅助触头 R并联电阻本讲稿第九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY产生原理原理优点缺点影响因素和降压措施影响过电压的最大值的因素（4点）消除或降低操作过电压采取的措施小 结返回（本节完）本讲稿第十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.2 空载线路合闸过电压 电力系统中，空载线路合闸过电压也是一种常见的操作过电压。通常分为两种情况，即正常操作和自动重合闸。由于初始条件的差别，重合闸过电压的情况更为严重。近年来由 于采用了种种措施（如采用不重燃断路器、改进变压器铁芯材料等）限制或
6、降低了其他幅值更高的操作过电压，空载线路合闸过电压的问题就显得更加突出。本讲稿第十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.2.1 发展过程9.2.2 影响因素和降压措施返回本讲稿第十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 这种操作通常出现在线路检修后的试送电。此时线路上不存在任何异常（如接地）。线路电压的初始值为零。正常合闸时，若三相接线完全对称，且三相断路器完全同步动作，则可按照单相电路进行分析研究。在这里我们用集中参数等值电路的方法分析这种过电压的发展机理。1.正常合闸的情况图9-4 合闸示意图（
7、a）集中参数等值电路 （b）简化等值电路9.2.1 9.2.1 发展过程发展过程本讲稿第十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 在图9-4(a)所示的等值电路中，其中空载线路用一T型等值电路来代替,RT、LT、CT分别为其等值电阻、电感和电容，u为电源的电阻和电感。在作定性分析时，还可忽略电源和线路电阻的作用，这样就可进一步简化成图9-4(b)所示的简单振荡回路，其中电感 。若取合闸瞬间为时间起算点(t0)，则电源电压的表达式为（9-2）（9-3）求得U为稳态分量；U 为自由振荡分量。本讲稿第十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE O
8、F TECHNOLOGY仅关心过电压幅值时：过电压幅值稳态值振荡幅值稳态值（稳态值起始量）2稳态值起始量对于空载线路，不存在残余电压，起始值为零，可得：UCmax=2U回路存在衰减的振荡，以衰减系数来表示：（9-4）再者，电源是工频交流电压u(t),这时uc(t)表达式将为（9-5）本讲稿第十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY波形如图9-5(b）图9-5 合闸过电压波形(a)电源电压为直流电压 (b)电源电压为工频交流电压 由于回路中存在的损耗，我国实测的过电压的最大倍数为1.91.96倍。本讲稿第十六页，共九十二页NANCHANG INSTITU
9、TE OF TECHNOLOGY 以上是正常合闸的情况，空载线路L没有残余电荷，初始电压UC(0)0。如果是自动重合闸的情况，那么条件将更为不利，主要原因在于这时线路上有一定残余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。自动重合闸是线路发生跳闸故障后，由自动装置控制而进行的合闸操作。2.自动重合闸的情况本讲稿第十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 图96为系统中常见的单相短路故障的示意图。在中性点直接接地系统中，A相发生对地短路，短路信号先后到达断路器Q2,Q1。断路器S2先跳闸，在断路器Q2跳开后，流过断路器Q1中键全相的电流是线路电容电流，故当电
10、压电流相位相差900时，断路器Q1跳闸。于是在健全相线路上将留有残余电压。图9-6 重合闸示意图 本讲稿第十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 设Q1重合闸之前，线路残余电压已下降30，即(10.3）(1.31.4 U)=(0.910.98)U。考虑最严重的情况，重合闸时电源电压为U，重合闸时暂态过程中过电压为U-U-(0.91.98)U=(-2.912.98)U。在实际过程中，过电压还要低些。在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重。返回本讲稿第十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.2.2 影响因
11、素和降压措施 以上对合闸过电压的分析也是考虑最严重的条件、最不利的情况。实际出现的过电压幅值会受到一系列因素的影响，最主要的有：合闸相位线路损耗线路残余电压的变化本讲稿第二十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.合闸相位 合闸时电源电压的瞬时值取决于它的相位，相位的不同直接影响着过电压幅值，若需要在较有利的情况下合闸，一方面需改进高压断路器的机械特性，提高触头运动速度，防止触头间预击穿的发生；另一方面通过专门的控制装置选择合闸相位，使断路器在触头间电位极性相同或电位差接近于零时完成合闸。2.线路损耗 线路上的电阻和过电压较高时线路上产生的电晕都构成能
12、量的损耗，消耗了过渡过程的能量，而使得过电压幅值降低。本讲稿第二十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY3.线路上残压的变化 在自动重合闸过程中，由于绝缘子存在一定的泄漏电阻，大约有0.5s的间歇期，线路残压会下降1030。从而有助于降低重合闸过电压的幅值。另外如果在线路侧接有电磁式电压互感器，那么它的等值电感和等值电阻与线路电容构成一阻尼振荡回路，使残余电荷在几个工频周期内泄放一空。本讲稿第二十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY合闸过电压的限制、降低措施主要有:(一)装设并联合闸电阻最有效的措施图9-3
13、带并联电阻断路器如图9-3所示，这时应先合辅助触头2、后合主触头1。本讲稿第二十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 整个合闸过程的两个阶段对阻值的要求是不同的：在合辅助触头2的第一阶段，R对振荡起阻尼作用，使过渡过程中的过电压最大值有所降低，R越大、阻尼作用越大、过电压就越小，所以希望选用较大的阻值；大约经过815ms，开始合闸的第二阶段，主触头1闭合，将R短接，使线路直接与电源相连，完成合闸操作。本讲稿第二十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 在第二阶段，R值越大，过电压也越大，所以希望选用较小的阻值
14、。因此，合闸过电压的高低与电阻值有关，某一适当的电阻值下可将合闸过电压限制到最低。图9-7为500kV开关并联电阻与合闸过电压的关系曲线，当采用450的并联电阻时，过电压可限制在2倍以下。图9-7 合闸电阻R与过电压倍数K0的关系本讲稿第二十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（2）控制合闸相位 通过一些电子装置来控制断路器的动作时间，在各相合闸时，将电源电压的相位角控制在一定范围内，以达到降低过电压的目的。具有这种功能的同电位合闸断路器在国外已研制成功它既有精确、稳定的机械特性、又有检测触头间电压(捕捉向电位瞬间)的二次选择回路。（3）利用避雷器来
15、保护 安装在线路首端和末端(线路断路器的线路侧)的ZnO或磁吹避雷器，均能对这种过电压进行限制，如果采用的是现代ZnO避雷器，就有可能将这种过电压的倍数限制到1.51.6。本讲稿第二十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY发展过程正常合闸的情况自动重合闸的情况影响因素和降压措施合闸相位线路损耗线路残余电压的变化小小 结结返回（本节完）本讲稿第二十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.3 切除空载变压器过电压 正常运行时,空载变压器表现为一励磁电感。切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷，会在变压器和断路器
16、上出现很高的过电压。开断并联电抗器、电动机等，也属于切断感性小电流的情况。本讲稿第二十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.3.1 发展过程9.3.2 影响因素与限制措施返回本讲稿第二十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 变压器和断路器上出现过电压的原因是变压器的空载电流过零前就被断路器强制熄弧而切断，导致全部电磁能量转化为电场能量而使电压升高。9.3.1 发展过程本讲稿第三十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 研究表明：切断100A以上的交流电流时，
17、开关触头间的电弧通常是在工频电流自然过零时熄灭的；当所切除的电流很小时（变压器的空载电流非常小，只有几安到几十安），电弧往往提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切断，即所谓的截流现象。本讲稿第三十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 可用图9-8所示的简化等值电路来说明这种过电压的发展过程。图中 为变压器的激磁电感，为变压器绕组及连接线的对地电容。图 9-8 切除空载变压器的理想等值电路本讲稿第三十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 假如空载电流 时发生截断（即由 突然降到零），此时电源电压为 ，则切断
18、瞬间在电感 和电容 中所储存的能量分别为:本讲稿第三十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY此后即在 、构成的振荡回路中发生电磁振荡，在某一瞬间，全部电磁能量均变为电场能量，这时电容 上出现最大电压若略去截流瞬间电容上所储存的能量 ，则式中 变压器的特性阻抗本讲稿第三十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY截流现象通常发生在电流曲线的下降部分，设 为正值，则相应的 必为负值。当开关中突然灭弧时，中的电流 不能突变，将继续向 充电，使电容上的电压从“”向更大的负值方向增大，如图9-9所示。此后，在 回路中出现衰减
19、性振荡，其频率为本讲稿第三十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY图9-9 截流前后变压器上的电压和电流波形本讲稿第三十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 以上介绍的是理想化了的切除空载变压器过电压的发展过程，实际过程往往要复杂得多，断路器触头间会发生多次电弧重燃。与切除空载线路的情况相反，重燃对降低过电压是有利因素。变压器参数也会影响切空变过电压的幅值。实际的过电压将大大低于理想情况下的过电压。返回本讲稿第三十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.3.2 影响
20、因素和限制措施影响因素及对应的限制措施主要有：1、断路器性能 切断小电流的电弧时性能越好的断路器，其切空变过电压的幅值越高。2、变压器特性 优质导磁材料应用日益广泛，变压器的激磁电流减小很多；变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等措施，使过电压有所降低。本讲稿第三十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY3、采用避雷器保护 这种过电压的特点：幅值比较大，持续时间短、能量小，易受限制。4、装设并联电阻 在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻，其限值应接近于被切电感的工作激磁阻抗（数万欧）。本讲稿第三十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUT
21、E OF TECHNOLOGY发展过程影响因素和限制措施断路器性能变压器特性采用避雷器保护装设并联电阻小 结返回（本节完）本讲稿第四十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.4 断续电弧接地过电压 中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流)较大，接地点的电弧将不能自熄，而以断续电弧的形式存在，就会产生另一种严重的操作过电压断续电弧接地过电压。本讲稿第四十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 断续电弧接地过电压出现在下列三种情况下后果比较严重：系统中有一些弱绝缘的电气设备设备绝缘在运行中可能急剧下降设备绝缘中
22、有某些潜伏性故障本讲稿第四十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.4.1 发展过程9.4.2 防护措施返回本讲稿第四十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 这种过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧时间有关。存在两种熄弧时间：电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻9.4.1 发展过程本讲稿第四十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 下面假定电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻，来说明这种过电压的物理发展过程：作如下简化：
23、1）略去线间电容的影响；2）设各相导线的对地电容均相等，即C1=C2=C3=C。就可得如图9-10(a)所示的等值电路。本讲稿第四十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 设接地故障发生于A相，而且是正当 经过幅值 时发生，这样A相导线的电位立即变为零，中性点电位 由零升至相电压，即 ，B、C两相的对地电压都升高到线电压 、。图9-10 单相接地故障电路图和向量图本讲稿第四十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 如以uA，uB，uC代表三相电源电压；以u1，u2，u3代表三相导线的对地电压，即C1、C2、C3
24、上的电压，则通过分析可得如图所示的过电压发展过程。本讲稿第四十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY按工频电流过零时熄弧的理论分析得出的结论是：1）非故障相上的最大过电压为3.5倍；2）故障相上的最大过电压为2.0倍。长期以来大量试验研究表明：故障点电弧在工频电流过零时和高频电流过零时熄灭都是可能的。本讲稿第四十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 发生在大气中的开放性电弧往往要到工频电流过零时才能熄灭；在强烈去电离的条件下，电弧往往在高频电流过零时就能熄灭。电弧的燃烧和熄灭会受到发弧部位的周围媒质和大气条件
25、等的影响，具有很强的随机性质，因而它所引起的过电压值具有统计性质。返回本讲稿第四十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.4.2 防护措施为了消除电弧接地过电压，最根本的途径就是消除间歇性电弧，可以通过改变中性点接地方式来实现。1、采用中性点直接接地方式若中性点接地，单相接地故障将在接地点产生很大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底消除电弧接地过电压。目前，110kV及以上电网大多采用中性点直接接地的运行方式。本讲稿第五十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY2、采用中性点经消弧线圈接地方式 采用中性点直接接地方
26、式虽然能够解决断续电弧问题，但每次发生单相接地故障都会引起断路器频繁跳闸，严重影响供电的连续性。所以，我国35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。本讲稿第五十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 消弧线圈是一个具有分段铁芯、电感可调的电抗器，其伏安特性不易饱和，如图9-12所示。图9-12 中性点经消弧线圈接地后的电路图及向量图 (a)电路图 (b)向量图本讲稿第五十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY根据补偿度的不同，消弧线圈可以处于三种不同的运行状态：1、欠补偿 消弧线圈的电感
27、电流不足以完全补偿电容电流，此时故障点流过的残流为容性电流。2、全补偿 消弧线圈的电感电流恰好完全补偿电容电流，此时流过故障点的残流为泄露电流。3、过补偿 消弧线圈的电感电流不仅完全补偿电容电流且还有数量超出，此时流过故障点的残流为感性电流。本讲稿第五十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY发展过程防护措施采用中性点直接接地方式采用中性点经消弧线圈接地方式小 结返回（本节完）本讲稿第五十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.5.1 绝缘配合的原则与方法9.5.2 变电站电气设备绝缘水平的确定9.5.3 架空
28、输电线路绝缘水平的确定9.5 绝缘配合返回本讲稿第五十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 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。造成停电的主要原因之一是绝缘的击穿，因此电力系统运行的可靠性，在很大程度上取决于设备的绝缘水平和工作状况。在不过多增加设备投资的前提下，如何选择采用合适的限压措施及保护措施，就是绝缘配合问题。9.5.1 绝缘配合的原则与方法 绝缘配合问题的提出：本讲稿第五十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 1、绝缘配合的原则原则：根据设备在系统中可能承受的工作电压及过电压，考虑
29、限压装置的特性和设备的绝缘特性来确定必要的耐受强度，以便把作用于设备上的各种电压所引起的绝缘损坏和影响连续运行的概率，降低到在经济上和运行上能接受的水平。本讲稿第五十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY要求：在技术上处理好各种电压、限压措施和设备绝缘耐受能力三者之间的配合关系；在经济上协调设备投资费、运行维护费和事故损失费（可靠性）三者之间的关系。本讲稿第五十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY电气设备绝缘水平的确定在330kV及以上的超高压绝缘配合中，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
30、压，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状态和湿状态下的工频放电电压；本讲稿第五十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY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，规定了设备的长时间工频试验电压；对于220kV及以下的设备和线路，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等。本讲稿第六十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY从电力系统绝缘配合的发展阶段来看，大体经历了三个过程：（1）多级配合（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
31、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。2、绝缘配合的方法本讲稿第六十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 多级配合的缺点：由于冲击闪络和击穿电压的分散性，为了使上一级伏秒特性的下限高于下一级伏秒,采用多级配合的方法会把处于图9-13中最高位置的内绝缘水平提得很高。图9-13 变电站绝缘水平的四等级示意图 本讲稿第六十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（2）惯用法 按作用于绝缘上的最大过电压和最小绝缘强度这
32、两个随机变量进行配合。采用这一原则时，常要求有较大的安全裕度，且不能定量地估计可能的事故率。确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平。雷电或操作冲击电压对绝缘的作用可按图9-14用工频耐压试验等价。图9-14 确定工频试验电压本讲稿第六十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY“统计法”：根据过电压幅值和绝缘的耐电强度都是随机变量的实际情况，在已知过电压幅值和绝缘闪络电压的概率分布后，用计算的方法求出绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在进行了技术经济比较的基础上，正确地确定绝缘水平。（3）统计法（20世纪70年代以来）本讲稿第六十四页，共九十二页NANC
33、HANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 绝缘故障率为绝缘在过电压下遭到损坏的可能性，等于图9-15中阴影部分的总面积，计算公式如下：图9-15 绝缘故障概率的估算本讲稿第六十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（4）简化统计法 假定图9-15中的过电压概率曲线 和绝缘特性概率曲线 呈正态分布，并已知其标准偏差，根据这些假定，上述两条概率分布曲线就可以用与某一参考概率相对应的点表示出来，称为“统计过电压”和“统计耐受电压”。在此基础上可以计算绝缘的故障率。绝缘配合的统计法只能用于自恢复绝缘，主要是输变电的外绝缘。返回本讲稿第六十六页，
34、共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.5.2 变电站电气设备绝缘水平的确定1、雷电过电压下的绝缘配合2、操作过电压下的绝缘配合3、工频绝缘水平的确定4、长时间工频高压试验本讲稿第六十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY1、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它们的基本冲击绝缘水平（BIL）来表示：为阀式避雷器在雷电过电压下的保护水平，为雷电过电压下的配合系数。我国使用的经验公式：在电气设备与避雷器相距很近时取1.25，相距较远时取1.4。本讲稿第六十八页，共九十二页NANCHANG I
35、NSTITUTE OF TECHNOLOGY 在按内部过电压作绝缘配合时，通常不考虑谐振过电压，因为在系统设计和选择运行方式时均应设法避免谐振过电压的出现；此外，也不单独考虑工频电压升高，而把它的影响包括在最大长期工作电压内，这样一来，就归结为操作过电压下的绝缘配合了。2、操作过电压下的绝缘配合本讲稿第六十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY分两种情况来讨论：对于范围这一类变电所中的电气设备来说，其操作冲击绝缘水平（SIL）可按下式求得 式中 为操作过电压下的配合系数。对于范围（EHV）这一类变电所的电气设备来说，其操作冲击绝缘水平按下式计算：式中操
36、作过电压下的配合系数 本讲稿第七十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 3、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。本讲稿第七十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 短时工频耐压试验所采用的试验电压值往往要
37、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。图9-16 短时工频试验电压确定流程图本讲稿第七十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 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。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
38、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。本讲稿第七十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY4、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，尚需作长时间工频高压试验。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，见表9-3。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。本讲稿第七十四页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY返回本讲稿第七十五页，共九
39、十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.5.3 架空输电线路绝缘水平的确定本节以惯用法作架空输电线路的绝缘配合，主要内容为：绝缘子串中绝缘子片数的确定、导线对杆塔的空气间距的确定。本讲稿第七十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY1、绝缘子串中绝缘子片数的确定a.在工作电压下不发生污闪；b.雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；c.具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平。线路绝缘子串应满足三方面的要求：本讲稿第七十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYa.按工作电
40、压要求 线路的闪络率与该线路的爬电比距 密切相关，根据线路所在地区的污秽等级来选定 值，就能保证必要的运行可靠性。设每片绝缘子的几何爬电距离为 （cm），即可按爬电比距的定义得n为绝缘子片数，为系统最高工作电压有效值，为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本讲稿第七十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYb.按内部过电压进行验算 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的裕度则绝缘于的工频或操作湿闪电压 为 1.1为综合
41、考虑各种影响因素和必要裕度的一个综合修正系数。本讲稿第七十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 我国规定预留的零值绝缘子片数为：35220kV线路，直线杆1片，耐张杆2片；对于330kV及以上线路，直线杆12片，耐张杆23片。本讲稿第八十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYc.按大气过电压进行验算 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
42、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。但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。本讲稿第八十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY2、导线对杆塔的空气间距的确定 输电线路的绝缘水平不仅取决于绝缘子的片数，同时也取决于线路上各种空气间隙的极间距离空气间距，而且后者对线路建设费用的影响远远超过前者。本讲稿第八十二页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY输电线路的空气间隙主要有：（1）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
43、。（2）导线对导线：应考虑相间过电压的作用、相邻导线在大风中因不同步摆动或舞动而相互靠近等问题。导线与塔身之间的距离也决定着导线之间的空气间距。（3）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。本讲稿第八十三页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（4）导线对杆塔及横担：这将是下面要探讨的重点内容。为了使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力都得到充分的发挥，显然应使气隙的击穿电压与绝缘子串的闪络电压大致相等。但在具体实施时，会遇到风力使绝缘子串发生偏斜等不利因素。本讲稿第八十四页，共九十二页NANCHANG INSTITU
44、TE OF TECHNOLOGY 就塔头空气间隙上可能出现的电压幅值来看，一般是雷电过电压最高、操作过电压次之、工频工作电压最低；但从电压作用时间来看，情况正好相反。由于工作电压长期作用在导线上，所以在计算它的风偏角 时，应取该线路所在地区的最大设计风速 。操作过电压持续时间较短，通常在计算其风偏角时，取计算风速等于 。雷电过电压持续时间最短，而且强风与雷击点同在一处出现的概率极小，因此通常取其计算风速等于1015 m/s。本讲稿第八十五页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY三种情况下空气间距的计算方法如下：（1）按工作电压确定风偏后的间隙 的工频击穿电
45、压幅值 为综合考虑工频电压升高、气象条件、必要的安全裕度等因素的空气间隙工频配合系数。本讲稿第八十六页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（2）按操作过电压确定风偏后的间隙 要求 的正极性操作冲击波下的50击穿电压 计算用最大操作过电压 空气间隙操作配合系数，对范围取1.03，对范围取1.1。本讲稿第八十七页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY在缺乏空气间隙50操作冲击击穿电压的实验数据时，亦可采取先估算出等值的工频击穿电压 ，然后求取应有的空气间距 的办法。由于长气隙在不利的操作冲击波形下的击穿电压显著低于其工频
46、击穿电压，其折算系数 ，如再计入分散性较大等不利因素，可取 ，即本讲稿第八十八页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY（3）按雷电过电压确定绝缘子串风偏后的空气间隙通常取 的50雷电冲击电压 等于绝缘子串的50雷电冲击闪络电压 的85，即 其目的是减少绝缘子串的沿面闪络，减少釉面受损的可能性。本讲稿第八十九页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔高度超过1000m时，应按有关规定对净间距值进行校正；对于发电厂变电所，各个s值应再增加10的裕度，以策安全。本讲稿第九十页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY绝缘配合的原则与方法绝缘配合的原则绝缘配合的方法（1）多级配合（1940以前）（2）惯用法 （3）统计法（20世纪70年代以来）（4）简化统计法小 结本讲稿第九十一页，共九十二页NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY变电站电气设备绝缘水平的确定1.雷电过电压下的绝缘配合2.操作过电压下的绝缘配合3.工频绝缘水平的确定4.长时间工频高压试验架空输电线路绝缘水平的确定1.绝缘子串中绝缘子片数的确定2.导线对杆塔的空气间距的确定返回（本节完）本讲稿第九十二页，共九十二页