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1、第第1515章章 电力系统的绝缘配合电力系统的绝缘配合15.1 绝缘配合的基本概念与方法绝缘配合的基本概念与方法 15.2 输变电设备绝缘水平的确定输变电设备绝缘水平的确定 15.3 输电线路绝缘水平的确定输电线路绝缘水平的确定2021/9/211电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合 v过电压（过电压（over voltage）电气设备上出现的高于工作电压的电压电气设备上出现的高于工作电压的电压v按来源形式分类按来源形式分类外部过电压（雷电过电压）：雷云放电外部过电压（雷电过电压）：雷云放电内内部部过过电电压压：在在电电力力系系统统内内部部，由由于于断断路路器器的的操操作作或或系系
2、统统发发生生故故障障，使使系系统统参参数数发发生生变变化化，引引起起电电网网电磁能量的转化或传递电磁能量的转化或传递v过电压的幅值要比工作电压高出许多（几倍）过电压的幅值要比工作电压高出许多（几倍）v过电压对电力系统过电压对电力系统绝缘水平绝缘水平起着决定性作用起着决定性作用v必须采取必要的限制过电压的措施必须采取必要的限制过电压的措施 2021/9/212绝缘水平与绝缘水平与绝缘配合绝缘配合v绝缘水平（绝缘强度）绝缘水平（绝缘强度）电气设备能承受的试验电压值电气设备能承受的试验电压值通过耐压试验予以确认（交流、直流、冲击）通过耐压试验予以确认（交流、直流、冲击）v绝缘配合绝缘配合最终目的：确
3、定电气设备的绝缘水平最终目的：确定电气设备的绝缘水平综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（压（工作电压和过电压工作电压和过电压）、限压保护装置的特性以）、限压保护装置的特性以及设备绝缘对各种作用电压的及设备绝缘对各种作用电压的耐受特性耐受特性，合理地确，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费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损失，达到在用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经济上经济上和安全运行上和安全运行上总体效益最高的目的总体效益最高的目的 2021/9/213技术技术过电压过电压限压装
4、置特性限压装置特性绝缘耐受特性绝缘耐受特性绝缘水平绝缘水平投资费用投资费用维护费用维护费用事故损失费用事故损失费用经济经济2021/9/214发电厂、变电所电气设备的绝缘线路的绝缘电力系统绝缘输变电设备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大 系统电压等级高，输送容量大，一旦出现故障，损失巨大 绝缘配合重要性2021/9/215电气设备的绝缘水平：电气设备的绝缘水平：指该电气设备能承受的试验电压值。包括：短时工频试验电压、工频放电电压、长时间工频试验电压、雷电冲击试验电压等。技术上技术上要处理好各种作用电压、限压措施及设备绝缘耐受能力三者之间的相互配合关系；经济上经济上要协调投资费用、维护费用
5、及事故损失费用三者的关系。15.1 绝缘配合的基本概念与方法绝缘配合的基本概念与方法2021/9/21615.1.1 绝缘配合的原则绝缘配合的原则 220kV 以下的电网，电气设备的绝缘水平主要由大气过电压决定330kV 及以上的超高压绝缘配合中，操作过电压将起主导作用 特高压电网的绝缘水平可能由工频过电压及长时间工作电压决定不考虑谐振过电压；不考虑线路绝缘与变电站绝缘间的配合 2021/9/217 除型式试验外，一般电气设备出厂试验只做 l min 工频耐压试验。这不仅是为了试验的方便，也是考虑到在某种程度上雷电冲击对绝缘的作用可用工频电压来等价的缘故。大气过电压下的避雷器残压雷电冲击耐受电
6、压等值工频耐受电压内部过电压操作冲击耐受电压等值工频耐受电压工频试验电压/1/2 2021/9/21815.1.2 绝缘配合的方法绝缘配合的方法 惯用法 首先确定设备上可能出现的最危险的过电压，然后根据运行经验乘上一个考虑各种因素的影响 和一定裕度的系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。惯用法对有自恢复能力的绝缘（如气体绝缘）和无自恢复能力的绝缘（如固体绝缘）都是适用的。2021/9/219 统计法 统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐受强度的概率分布，用计算的方法求出绝缘放电的概率和线路故障率，在技术经济比较的基础上，正确地确定绝缘水平。简化统计法 在简化统计法中，对过电压和绝缘特性两条概率曲线的
7、形状，作出一些通常认为合理的假定，并已知其标准偏差。在此基础上可以计算绝缘的故障率。绝缘配合的统计法至今只能用于自恢复绝缘，主要是输变电设备的外绝缘。2021/9/211015.2 输变电设备绝缘水平的确定输变电设备绝缘水平的确定标准放电电流的波形和其幅值下的残压1.2/50 s标准雷电冲击放电电压上限 冲击波波前放电电压最大值除以 1.15 避雷器雷电冲击保护水平BIL取最大值250/2500 s标准冲击波间隙放电电压的上限 规定操作冲击电流下的残压 避雷器操作冲击保护水平BSL取最大值2021/9/2111变压器BIL（1.251.4）避雷器避雷器BIL（当电气设备与避雷器紧靠时，取 1.
8、25，有一定距离时取 1.4。）变压器BSL（1.15）避雷器避雷器BSL（操作安全系数比较小，因为操作波比较平缓，距离效应不强烈）2021/9/2112绝缘配合的方法绝缘配合的方法 v考虑不同电压等级电网中过电压的不同特点考虑不同电压等级电网中过电压的不同特点220kV以下电网，绝缘水平主要由大气过电压决定以下电网，绝缘水平主要由大气过电压决定330kV及以上的超高压绝缘配合中，操作过电压将起主及以上的超高压绝缘配合中，操作过电压将起主导作用导作用特特高高压压电电网网中中，绝绝缘缘水水平平甚甚至至可可能能由由工工频频过过电电压压和和长长时工作电压决定时工作电压决定v绝缘配合的具体方法绝缘配合
9、的具体方法惯用法惯用法统计法统计法简化统计法简化统计法 2021/9/21131）惯用法）惯用法 原则（思想）原则（思想）按按作作用用在在绝绝缘缘上上的的最最大大过过电电压压和和最最小小的的绝绝缘缘强强度度的的概念进行绝缘配合概念进行绝缘配合办法办法首首先先确确定定设设备备上上可可能能出出现现的的最最危危险险的的过过电电压压，然然后后根根据据运运行行经经验验乘乘上上一一个个考考虑虑各各种种因因素素影影响响和和一一定定裕裕度的系数度的系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平，从而决定绝缘应耐受的电压水平缺点缺点惯用法确定的绝缘水平裕度较大（过大）惯用法确定的绝缘水平裕度较大（过大）2021/9/211
10、42）统计法）统计法 v思路思路视过电压和绝缘强度均为随机变量视过电压和绝缘强度均为随机变量v方法方法已知过电压和绝缘放电电压的概率分布已知过电压和绝缘放电电压的概率分布计算出绝缘放电的概率和线路故障率计算出绝缘放电的概率和线路故障率在技术经济比较的基础上，确定绝缘水平在技术经济比较的基础上，确定绝缘水平v特点特点能能够够给给出出定定量量的的安安全全裕裕度度，确确定定的的绝绝缘缘水水平平更更趋趋合合理和科学理和科学过电压和绝缘放电电压的概率分布很难获得过电压和绝缘放电电压的概率分布很难获得2021/9/2115绝缘故障率的估算示意图绝缘故障率的估算示意图 过电压概率密度函数过电压概率密度函数绝
11、缘放电概率函数绝缘放电概率函数2021/9/21163）简化统计法）简化统计法 v思路思路假设已知过电压和绝缘放电电压的概率分布假设已知过电压和绝缘放电电压的概率分布v方法方法在假设的基础上，计算故障率，进而确定绝在假设的基础上，计算故障率，进而确定绝缘水平缘水平v特点特点简化简化比较科学合理比较科学合理2021/9/2117 输变电设备和线路的绝缘水平输变电设备和线路的绝缘水平 v在变电所中，确定电力变压器的绝缘水平是中在变电所中，确定电力变压器的绝缘水平是中心环节心环节v确定绝缘水平的基础是避雷器的保护水平确定绝缘水平的基础是避雷器的保护水平v避雷器的保护水平避雷器的保护水平雷电冲击保护水
12、平（雷电冲击保护水平（BIL）操作冲击保护水平（操作冲击保护水平（BSL）分别为对应的标准冲击放电电流作用下，避雷器上呈现的分别为对应的标准冲击放电电流作用下，避雷器上呈现的最高电压（残压）最高电压（残压）v绝缘水平绝缘水平=K.U=K.U残残vK K的影响因素（的影响因素（1.251.4）避雷器和被保护设备之间的距离避雷器和被保护设备之间的距离避雷器参数和性能的变化避雷器参数和性能的变化设备绝缘的老化设备绝缘的老化安全裕度安全裕度2021/9/21183500kV输变电设备的基准绝缘水平 额定额定电压电压最高工最高工作电压作电压额定操作冲击额定操作冲击耐受电压耐受电压额定雷电冲击额定雷电冲击
13、耐受电压耐受电压额定短时工频额定短时工频耐受电压耐受电压有效值（有效值（kV）峰值峰值（kV）相对地过相对地过电压电压（p.u.）峰值（峰值（kV）有效值（有效值（kV）33.52040101866.9406020231011.5607528301517.57510538402023.0125503540.5185/200*806369.0325140110126450/480*1852202528503609503953303638502.851050(460)9503.191175(510)50055010502.341425(630)11752.621550(680)2021/9/211
14、9输电线路绝缘水平的确定输电线路绝缘水平的确定v确定的内容确定的内容绝缘子串的绝缘子片数绝缘子串的绝缘子片数线路绝缘的空气间隙线路绝缘的空气间隙v绝缘子片数的确定绝缘子片数的确定步骤步骤根据杆塔机械负荷选定绝缘子型式根据杆塔机械负荷选定绝缘子型式根据下列条件确定片数根据下列条件确定片数在工作电压下不发生污闪在工作电压下不发生污闪下雨天在操作过电压下不发生闪络下雨天在操作过电压下不发生闪络具有一定的雷电冲击强度，保证线路具有一定的耐雷水平具有一定的雷电冲击强度，保证线路具有一定的耐雷水平按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比距）按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比距）s sp p决决定绝缘子片数定
15、绝缘子片数n n按内部过电压进行验算按内部过电压进行验算按大气过电压进行验算按大气过电压进行验算2021/9/2120不同污秽地区最小泄漏比距 外绝缘污秽等级最小爬电比距（cm kV1）线路电站设备01.391.62.02.53.11.481.62.02.53.1必须满足：s0 为不同污秽地区要求的泄漏比距。2021/9/2121（2 2）按内部过电压进行验算）按内部过电压进行验算 目前一般是用绝缘子串的工频湿放电电压来代替绝缘子串在内部过电压作用时的放电电压。这样，n个绝缘子的工频湿闪电压 Ush 则为 为了安全，需要增加一些绝缘子。目前我国规定，绝缘子串中应预留的零值绝缘子数为：35 22
16、0kV线路，直线杆 l 片，耐张杆 2 片；对于 330kV 及以上线路，直线杆 1 2 片，耐张杆 2 3 片。2021/9/2122v输电线路空气间隙距离的确定输电线路空气间隙距离的确定导线大地导线大地导线下的最高物体与导线之间的安全距离导线下的最高物体与导线之间的安全距离超高压线路下的静电感应超高压线路下的静电感应 导线导线导线导线导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时能耐受工作电压能耐受工作电压导线避雷线导线避雷线雷击避雷线档距中间不会引起对导线的空气击穿雷击避雷线档距中间不会引起对导线的空气击穿 导线杆塔和横担导线杆塔和横担根据工作电压、
17、内部过电压、雷电过电压来确定根据工作电压、内部过电压、雷电过电压来确定2021/9/2123 sp+lsinp ss+lsins 绝缘子串50%放电电压的85%sl+lsinl 选择最大者 导线对杆塔的距离 2021/9/2124额定电压(kV)3560110154220330500直接接地非直接接地直接接地非直接接地XP型绝缘子片数357710101317（19）25（28）工作电压要求的间隙值1020254035555590130操作过电压要求的间隙值 25507080100110145195270雷电过电压要求的间隙值 4565100100140140190230（260）330（370）2021/9/21252021/9/21262021/9/2127输电线路绝缘子片数及最小空气间隙距离（输电线路绝缘子片数及最小空气间隙距离（cm）额定电压（kV）3560110154220330500直接接地非直接接地直接接地非直接接地绝缘子片数（X-4.5）35771010131928工作电压要求的间隙值sp10202540355555100125操作过电压要求的间隙ss25507080100110145220270雷电过电压要求的间隙sl45651001001401401902603702021/9/2128