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1、第十章第十章 电力系统绝电力系统绝缘配合缘配合第一页，本课件共有31页 绝缘配合绝缘配合就是综合考虑电气设备在系统就是综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压（工作电压及过中可能承受的各种作用电压（工作电压及过电压）、限制过电压的措施和设备绝缘对各电压）、限制过电压的措施和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。济上和安全运行上总体效益最高的目的。第一节第
2、一节 绝缘配合的基本概念绝缘配合的基本概念第二页，本课件共有31页 绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平。绝缘水平。电气设备的电气设备的绝缘水平绝缘水平，指该设备绝缘可以，指该设备绝缘可以承受的试验电压标准，在试验电压作用下，设承受的试验电压标准，在试验电压作用下，设备不应发生闪络或击穿。备不应发生闪络或击穿。电气设备的绝缘水平由系统最高运行电压、电气设备的绝缘水平由系统最高运行电压、雷电过电压、操作过电压三因素中最严重的一雷电过电压、操作过电压三因素中最严重的一个来决定。个来决定。第三页，本课件共有31页 不同电压等级的系统中，各种作用电压的影响不
3、同，不同电压等级的系统中，各种作用电压的影响不同，绝缘配合的原则、绝缘试验电压的类型也有相应的差别。绝缘配合的原则、绝缘试验电压的类型也有相应的差别。（1 1）220kV220kV及以下系统，绝缘水平主要由雷电过电压决及以下系统，绝缘水平主要由雷电过电压决定；定；（2 2）超高压系统中，绝缘水平主要由操作过电压决定；）超高压系统中，绝缘水平主要由操作过电压决定；（3 3）严重污秽地区，电力系统外绝缘水平主要由系统）严重污秽地区，电力系统外绝缘水平主要由系统最高运行电压决定；最高运行电压决定；第四页，本课件共有31页（4 4）电力系统绝缘配合不考虑谐振过电压，在）电力系统绝缘配合不考虑谐振过电压
4、，在系统设计和运行中要避免谐振过电压的发生。系统设计和运行中要避免谐振过电压的发生。（5 5）输电线路绝缘与变电所电气设备绝缘之间）输电线路绝缘与变电所电气设备绝缘之间不存在配合问题；不存在配合问题；（6 6）对同一电压等级，不同类型设备、不同地）对同一电压等级，不同类型设备、不同地点，允许选择不同的绝缘水平，一般在电网建点，允许选择不同的绝缘水平，一般在电网建设初期选用较高的绝缘水平，发展到中、后期，设初期选用较高的绝缘水平，发展到中、后期，可选用较低的绝缘水平。可选用较低的绝缘水平。第五页，本课件共有31页第二节第二节 绝缘配合的基本方法绝缘配合的基本方法 一、惯用法一、惯用法 惯用法是根
5、据作用于绝缘上的最大过电压和惯用法是根据作用于绝缘上的最大过电压和最小绝缘强度的概念来配合的，即首先确定设备最小绝缘强度的概念来配合的，即首先确定设备上可能出现的最危险的过电压，然后根据经验乘上可能出现的最危险的过电压，然后根据经验乘上一个考虑各种影响因素和具有一定裕度的配合上一个考虑各种影响因素和具有一定裕度的配合系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。第六页，本课件共有31页 确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平（雷电冲击和操作冲击保护水平），保护水平（雷电冲击和操作冲击保护水平），因而需将设备的绝缘水平与避雷器的
6、保护水平因而需将设备的绝缘水平与避雷器的保护水平进行配合。雷电或操作冲击电压对绝缘的作用，进行配合。雷电或操作冲击电压对绝缘的作用，在某种程度上可以用工频耐压试验来等价。在某种程度上可以用工频耐压试验来等价。、为为雷雷电电冲冲击击和操和操作冲作冲击电压换击电压换算成等算成等值值工工频电压频电压的冲的冲击击系数。系数。第七页，本课件共有31页二、统计法二、统计法 统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐电强度统计法是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电压的概率分布后，用计算的
7、方法求出绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在技术经济比绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在技术经济比较的基础上，正确的选择绝缘水平。较的基础上，正确的选择绝缘水平。此方法能确定一个输电系统的最佳绝缘设计此方法能确定一个输电系统的最佳绝缘设计方案。方案。第八页，本课件共有31页 为过电压幅值的概率密度函数，为过电压幅值的概率密度函数，为绝缘为绝缘击穿（或闪络）概率分布函数。击穿（或闪络）概率分布函数。绝缘故障率为：绝缘故障率为：第九页，本课件共有31页 利用统计法进行绝缘配合时，绝缘裕度不利用统计法进行绝缘配合时，绝缘裕度不是选定的某个固定数，而是一个与绝缘故障率是选定的某个固定数，而是一个与绝缘故障率
8、相联系的变数。相联系的变数。实际工程中严格采用统计法的主要困难在实际工程中严格采用统计法的主要困难在于随机因素较多，而且各种统计数据的概率分于随机因素较多，而且各种统计数据的概率分布有时并非已知，因而实际上采用得更多的是布有时并非已知，因而实际上采用得更多的是对某些概率进行一些假定后的简化统计法。对某些概率进行一些假定后的简化统计法。第十页，本课件共有31页三、简化统计法三、简化统计法 简化统计法是设定实际过电压和绝缘放电简化统计法是设定实际过电压和绝缘放电概率为正态分布规律，并已知其标准偏差。在概率为正态分布规律，并已知其标准偏差。在此设定基础上，上述两条概率分布曲线就可分此设定基础上，上述
9、两条概率分布曲线就可分别用某一参考概率相对应的点来表示，此两点别用某一参考概率相对应的点来表示，此两点对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压。对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压。330kV 330kV及以上的自恢复绝缘（输电线路）采及以上的自恢复绝缘（输电线路）采用统计法。用统计法。第十一页，本课件共有31页 电气设备的绝缘可分为内绝缘和外绝缘两电气设备的绝缘可分为内绝缘和外绝缘两部分。部分。确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝缘的耐受电压试验值，包括额定短时工频耐受缘的耐受电压试验值，包括额定短时工频耐受电压（电压（1min1min工频试验电压）、
10、额定雷电冲击耐工频试验电压）、额定雷电冲击耐受电压（全波基本冲击绝缘水平）和额定操作受电压（全波基本冲击绝缘水平）和额定操作冲击耐受电压（基本操作冲击绝缘水平）。冲击耐受电压（基本操作冲击绝缘水平）。第三节第三节 电气设备绝缘水平的确定电气设备绝缘水平的确定 第十二页，本课件共有31页 针对作用于绝缘的典型过电压种类、幅针对作用于绝缘的典型过电压种类、幅值、防护措施以及绝缘的耐压试验项目、绝值、防护措施以及绝缘的耐压试验项目、绝缘裕度等方面的差异，在进行电力系统绝缘缘裕度等方面的差异，在进行电力系统绝缘配合时，按系统最高运行电压值划分为两个配合时，按系统最高运行电压值划分为两个范围：范围：范围
11、范围：3.5kV 252kV3.5kV 252kV；范围范围：252kV252kV。第十三页，本课件共有31页 在范围在范围的系统中，避雷器只是限制雷电的系统中，避雷器只是限制雷电过电压，在操作过电压作用时是不希望避雷器过电压，在操作过电压作用时是不希望避雷器动作的，即要求正常绝缘能承受操作过电压。动作的，即要求正常绝缘能承受操作过电压。通常只做短时工频耐受电压。通常只做短时工频耐受电压。短时短时(1min)(1min)工频耐压试验所采用的试验电工频耐压试验所采用的试验电压值往往比电气设备额定相电压高出数倍，其压值往往比电气设备额定相电压高出数倍，其确定过程如图确定过程如图10-110-1所示
12、。所示。第十四页，本课件共有31页220kV220kV及以下设备的型式试验：及以下设备的型式试验：额定雷电冲击耐受电压（额定雷电冲击耐受电压（BILBIL）：）：其中，其中，为标称雷电流下的避雷器残压；为标称雷电流下的避雷器残压；为雷电冲击配合系数，为雷电冲击配合系数，IECIEC规定规定 ，我国规，我国规定在电气设备与避雷器相距很近时取定在电气设备与避雷器相距很近时取1.251.25，相，相距较远时取距较远时取1.41.4。第十五页，本课件共有31页 额定操作冲击耐受电压（额定操作冲击耐受电压（SILSIL）：）：其中，其中，为系统最高相电压幅值；为系统最高相电压幅值；为操作冲为操作冲击配合
13、系数，击配合系数，；为计算用操作过电压为计算用操作过电压倍数，我国相对地操作过电压的计算倍数为：倍数，我国相对地操作过电压的计算倍数为：63kV63kV及以下：及以下：4.04.0；110kV110kV、220kV220kV：3.03.0；330kV330kV：2.752.75；500kV500kV：2.02.0。第十六页，本课件共有31页 对范围对范围电力系统，避雷器将同时用于限电力系统，避雷器将同时用于限制雷电与操作过电压，这时计算最大操作过电制雷电与操作过电压，这时计算最大操作过电压幅值取决于避雷器操作冲击残压压幅值取决于避雷器操作冲击残压 值：值：由于操作冲击波对绝缘作用的特殊性，以由
14、于操作冲击波对绝缘作用的特殊性，以及不能肯定操作冲击电压与工频电压之间的等及不能肯定操作冲击电压与工频电压之间的等价程度，故特规定其操作冲击耐受电压，而不价程度，故特规定其操作冲击耐受电压，而不能用工频耐受电压替代。能用工频耐受电压替代。第十七页，本课件共有31页 输电线路的绝缘是指线路绝缘子串的绝缘子片输电线路的绝缘是指线路绝缘子串的绝缘子片数及线路导线对杆塔、构架的空气距离。数及线路导线对杆塔、构架的空气距离。一、绝缘子片数的确定一、绝缘子片数的确定 绝缘子片数的选择应满足：在工作电压下不发绝缘子片数的选择应满足：在工作电压下不发生雾闪（污闪），在操作过电压下不发生雨闪，并生雾闪（污闪），
15、在操作过电压下不发生雨闪，并具有一定的雷电冲击耐受强度，确保线路有一定的具有一定的雷电冲击耐受强度，确保线路有一定的耐雷水平。耐雷水平。第四节第四节 架空输电线路绝缘水平的确定架空输电线路绝缘水平的确定 第十八页，本课件共有31页 具体选择程序：按工作电压所要求的单位爬具体选择程序：按工作电压所要求的单位爬电距离决定绝缘子片数，再按操作过电压的要求电距离决定绝缘子片数，再按操作过电压的要求计算应有的片数，选择两种要求所得片数中的较计算应有的片数，选择两种要求所得片数中的较大者；最后校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸率大者；最后校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。是否符合规定要求。1.
16、1.按工作电压要求按工作电压要求 n-n-每串绝缘子的片数；每串绝缘子的片数；-绝缘子串的爬电比距；绝缘子串的爬电比距；U Um m-系统最高工作线电压有效值；系统最高工作线电压有效值；K Ke e-绝缘子爬电距离有效系数；绝缘子爬电距离有效系数；L L0 0-单片绝缘子的几何爬电距离。单片绝缘子的几何爬电距离。第十九页，本课件共有31页2.2.按操作过电压要求按操作过电压要求 由由 片组成的绝缘子串的操作（或工频）片组成的绝缘子串的操作（或工频）湿闪电压幅值应为：湿闪电压幅值应为：其中，其中，为操作过电压计算倍数；为操作过电压计算倍数；为系统为系统最高运行相电压幅值；最高运行相电压幅值；1.
17、11.1为综合考虑各种影响为综合考虑各种影响因素和必要裕度的一个综合修正系数。因素和必要裕度的一个综合修正系数。第二十页，本课件共有31页 对常用的对常用的XP-70XP-70（或（或X-4.5X-4.5）型）型 片绝缘子串片绝缘子串的工频湿闪电压幅值的工频湿闪电压幅值 ，可按下列经验公式求，可按下列经验公式求得：得：只要知道各种类型绝缘子串的工频湿闪电压只要知道各种类型绝缘子串的工频湿闪电压与其片数的关系，就可利用上两式求得与其片数的关系，就可利用上两式求得 值，再值，再考虑需增加的零值绝缘子片数考虑需增加的零值绝缘子片数 后，实际选用的后，实际选用的绝缘子片数为：绝缘子片数为：预留的零值绝
18、缘子片数预留的零值绝缘子片数 见表见表10-110-1。第二十一页，本课件共有31页 如果已知绝缘子串在正极性操作冲击波下如果已知绝缘子串在正极性操作冲击波下的的 与片数的关系，那么可以用以下方法求与片数的关系，那么可以用以下方法求得得 和和 。绝缘子串应能承受的。绝缘子串应能承受的 为：为：式中，式中，为绝缘子串操作过电压配合系数，对范围为绝缘子串操作过电压配合系数，对范围取取1.171.17，对范围，对范围取取1.251.25；对于范围；对于范围为计算用最大操作过电为计算用最大操作过电压，即压，即 ，对于范围，对于范围为合空载线路、单相重合闸和三相为合空载线路、单相重合闸和三相重合闸这三种
19、方式中的最大者。重合闸这三种方式中的最大者。第二十二页，本课件共有31页 按雷电过电压要求按雷电过电压要求 一般情况下，按爬电比距及操作过电压选定一般情况下，按爬电比距及操作过电压选定的绝缘子片数能满足线路耐雷水平的要求。在特的绝缘子片数能满足线路耐雷水平的要求。在特殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的绝殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的绝缘子片数缘子片数 会大于会大于 和和 ，成为确定绝缘子串绝，成为确定绝缘子串绝缘子片数的决定因素。缘子片数的决定因素。第二十三页，本课件共有31页 当线路所在地因海拔高度（当线路所在地因海拔高度（1000m1000m）引起）引起气象条件变化而异于标
20、准状态时，应查相关规气象条件变化而异于标准状态时，应查相关规定进行校正。定进行校正。线路耐张杆绝缘子的片数要比直线杆多一线路耐张杆绝缘子的片数要比直线杆多一片。发电厂、变电所内的绝缘子串，因其重要片。发电厂、变电所内的绝缘子串，因其重要性较大，每串的绝缘子片数可按线路耐张杆选性较大，每串的绝缘子片数可按线路耐张杆选取。取。第二十四页，本课件共有31页二、空气间隙的确定二、空气间隙的确定 架空输电线路的空气间隙主要有导线对大架空输电线路的空气间隙主要有导线对大地、导线对导线、导线对架空地线以及导线对地、导线对导线、导线对架空地线以及导线对杆塔及横担。杆塔及横担。下面重点介绍如何根据工作电压、内部
21、过下面重点介绍如何根据工作电压、内部过电压、大气过电压来确定导线对杆塔的距离。电压、大气过电压来确定导线对杆塔的距离。第二十五页，本课件共有31页1.1.按工作电压确定风偏后的间隙按工作电压确定风偏后的间隙S S1 1 与风偏角与风偏角1 1所对应的间隙距离所对应的间隙距离 应保证在应保证在工作电压作用下不发生闪络，即工作电压作用下不发生闪络，即 的的5050工频工频放电电压为放电电压为:图图10-310-3绝缘子串风偏角绝缘子串风偏角及及其对杆塔的距离其对杆塔的距离S S示意图示意图K K1 1安全系数，查表安全系数，查表10-310-3第二十六页，本课件共有31页 按操作过电压确定风偏后的
22、间隙按操作过电压确定风偏后的间隙S S2 2 与风偏角与风偏角2 2对应的间距应保证在操作过电对应的间距应保证在操作过电压下不发生闪络，其等值工频放电电压压下不发生闪络，其等值工频放电电压 为：为：K K2 2为线路空气间隙操作过电压统计配合系为线路空气间隙操作过电压统计配合系数（对范围数（对范围取取1.031.03，对范围，对范围取取1.11.1）；US为为配合计算用最大操作过电压；配合计算用最大操作过电压；K K0 0为操作过电压为操作过电压计算倍数。计算倍数。第二十七页，本课件共有31页3.3.按雷电过电压确定风偏后的间隙按雷电过电压确定风偏后的间隙S S3 3 通常取通常取S S3 3
23、的的50%50%雷电冲击放电电压值为绝缘子雷电冲击放电电压值为绝缘子串的雷电冲击串的雷电冲击50%50%放电电压值的放电电压值的85%85%。当确定了当确定了S S1 1、S S2 2和和S S3 3后，即可求得绝缘子串处后，即可求得绝缘子串处于垂直位置时对杆塔的水平距离于垂直位置时对杆塔的水平距离-绝缘子串长度绝缘子串长度第二十八页，本课件共有31页 导线对杆塔的最小空气间隙距离选上述三导线对杆塔的最小空气间隙距离选上述三式中最大的。式中最大的。在实际中，需考虑杆塔尺寸误差、横担变在实际中，需考虑杆塔尺寸误差、横担变形和拉线施工误差等不利因素，杆塔与导线间形和拉线施工误差等不利因素，杆塔与导
24、线间的空气间隙在最小间距的基础上应增加一定的的空气间隙在最小间距的基础上应增加一定的裕度。裕度。各级电压线路的各级电压线路的S S1 1、S S2 2 、S S3 3 值见表值见表10-410-4。第二十九页，本课件共有31页 由表由表10-410-4和运行经验表明，一般情况下，和运行经验表明，一般情况下，空气间距是由雷电过电压决定的。当线路所在空气间距是由雷电过电压决定的。当线路所在地区海拔高度超过地区海拔高度超过1000m1000m时，应按有关规定进时，应按有关规定进行校正，适当增大间距。对于发电厂、变电所，行校正，适当增大间距。对于发电厂、变电所，在计算最小空气间隙距离时应增加在计算最小
25、空气间隙距离时应增加1010的裕度。的裕度。第三十页，本课件共有31页绝缘配合就是要协调配合好过电压、限压措施与电气设绝缘配合就是要协调配合好过电压、限压措施与电气设备绝缘水平三者之间的关系，在技术、经济和运行上都备绝缘水平三者之间的关系，在技术、经济和运行上都能接受；能接受；电力设备的绝缘水平是由系统最高运行电压、雷电过电压、电力设备的绝缘水平是由系统最高运行电压、雷电过电压、操作过电压三因素中最严重的一个来决定的；操作过电压三因素中最严重的一个来决定的；电力系统绝缘配合的方法有惯用法、统计法与简化统电力系统绝缘配合的方法有惯用法、统计法与简化统计法，惯用法是应用最广泛的绝缘配合方法。计法，惯用法是应用最广泛的绝缘配合方法。确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝缘的耐受电压试确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝缘的耐受电压试验值。验值。小小 结结第三十一页，本课件共有31页