高电压技术-电力系统的绝缘配合PPT课件

高电压技术（第二版）
张一尘主编
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第十一章
电力系统的绝缘配合
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一、绝缘配合、绝缘水平和试验电压
• 问题的提出
绝缘与过电压是高电压技术中的两大主要内容。随 着电力系统电压等级的进一步提高，一方面输变电设 备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大；另 一方面，由于系统电压等级的提高，输送容量的增大， 一旦出现故障，损失巨大。因此，在超高压系统中， 绝缘配合的问题尤为重要！
空气间隙所承受的电压由高到低依次为： 雷电过电压——操作过电压——工作电压
但作用时间则恰恰相反！
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三种电压作用下空气间隙的计算方法如下：
（1）按工作电压确定风偏后的间隙SP,其对应的工频放电电压为
UP k1Uph
k1 安全系数
220kv中性点有效接地系统：1.6
330kv～500kv线路：1.7 非有效接地电网：2.5
对输电线路，要求达到一定的耐雷水平！
②330KV及以上的超高压系统中，虽然内过电压成为主要矛盾，但通过 内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定，须采 用专门限制内部过电压措施，将操作过电压限制到允许值。对超高 压电气设备规定了操作波试验电压。
由于限制过电压措施和要求不同，绝缘配合的做法不同。通常有 以下两种做法： ▲主要采用复合型磁吹型避雷器和过电压限制器限制操作过电压， ∴按避雷器的操作过电压保护精性选P能PT确课件定设备的绝缘水平。（俄罗斯）7
——操作冲击电压值 操作冲击耐压试验电压值
电气设备的各种耐压试验电压都是以避雷器在雷电冲击电压和 操作冲击电压下的残压为基础来决定的。
GB311.1-1997对各电压等级电气设备的试验电压作出了规定。
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经济效益越来越重要。换个想法，容许绝缘有一定的故障率，用 技术经济综合指标确定系统绝缘的最佳方案。
——根据已知过电压幅值和绝缘放电电压的统计特性（概率密度、 分布函数等），用计算的方法求出绝缘耐电的概率和线路故障率，
在技术经济比较的基础上，正确确定绝缘水平。
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既定量给出设计的安全裕度，又按照使用设备费、每年运行费、 每年事故损失费等综合最小的原则，确定输电系统绝缘配合的 最佳方案。
⑤ 绝缘配合的本质：合理处置作用电压与绝缘强度的关系。而电力 系统中各类作用电压与电力系统中性点运行方式有关，中性点运行方 式将直接影响系统绝缘水平的确定！ 对同一电压等级的电力系统，若中性点非有效接地，则其绝缘水平要 高于有效接地！
⑥ 绝缘配合不考虑谐振过电压。输电线路绝缘与变电站电气设备绝缘 之间不存在配合问题！
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1、绝缘配合
何为绝缘配合？
根据设备在电力系统中可能承受的各种电压， 并考虑过电压的限制措施和设备的绝缘耐受强度， 把作用于电气设备上的各种电压所引起的绝缘损 坏降低到经济上和运行上所能接受的水平。
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技术层面要处理好
过电压 绝缘水平 限压措施
三者的配合关系
经济层面要协调好
▲主要通过改进断路器的性能将操作过电压限制到预定水平，避雷器 是作为操作过电压的后备保护。按避雷器的雷电冲击过电压保护性能 确定设备的绝缘水平。（美国、日本、法国等）
无论哪种做法，均以避雷器保护特性为基础。对输电线路而言，仍 以保证一定的耐雷水平为目标。
③由于设备绝缘对不同作用电压的耐受力不同，所以同一绝缘对不同 的作用电压有其相应的耐受电压值。
（1）绝缘水平是由作用与绝缘上的最大工作电压、大气过电压及内 部过电压三者中最严重的一种来决定！
不同电压等级中对这些作用电压的处置是不同的。
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① 220KV及以下系统中，电气设备的绝缘水平有雷电过电压决定。 一般不采用专门限制内部过电压措施。限制雷电过电压的措施主 要是采用避雷器，其雷电冲击保护水平是确定设备绝缘水平的基 础。一般用1min工频耐压试验代替雷电冲击和操作冲击耐压试验。
在工作电压下不发生污闪 在操作过电压下不发生湿闪 具有一定的雷电冲击耐受强度，保证线路耐雷水 平满足规定要求 。
具体做法如下：
（1）按工作电压作用下所需的单位爬电距离S初定片（个）数
S S0
S n （cm/kv）
U 精选PPT课件
N
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S0—最小泄漏比距。取决于地区污秽等级。其值见表11-1。 污秽等级愈重，其值愈大。
●短时（1min)工频耐受电压值——考核设备绝缘承受运行电压、 工频过电压及等价操作过电压和雷电过电压的能力！
●长时（1~2h）工频耐受电压值——考核绝缘承受运行电压和工
频过电压作用下内绝缘老化精和选P外PT课绝件缘耐污秽性能！
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●雷电冲击耐受电压值——考核绝缘承受雷电过电压作用的能力！
●操作冲击耐受电压值——考核超高压设备绝缘承受操作过电压作 用的能力！
方式二 主要用来保护大气过电压，兼作内部过电压的后备保 护。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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电气设备绝缘耐受大气过电压(即雷电冲击电压)的 能力称为电气设备的基本冲击绝缘水平(BIL)。 ——雷电冲击电压值
雷电冲击耐压试验电压值
电气设备绝缘耐受操作过电压(即操作冲击电压) 的能力称为电气设备的操作冲击绝缘水平(SIL)。
（2）按操作过电压确定风偏后的间隙SS,等效工频放电电压为
Us 1.2k0Uph
式中1.2是计及波形、空气湿度和密度及其他不利因素的裕度系数。
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（3）按雷电过电压确定风偏后的间隙Sl
雷电冲击波作用下的放电电压U50%，通常取绝缘子串的U50%的放 电电压值的85%。这是为了减小绝缘子串的闪络概率，以免损坏沿 面绝缘。
660kv及以下（低阻接地系统除外）
4.0
110kv及220kv
3.0
330kv及500kv
精选PPT课分件别为2.2和2.0
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惯用法确定的绝缘水平是偏严格的！
适用：自恢复能力绝缘——220kv及以下
非自恢复能力绝缘——各电压等级
2、统计法 —— 始于20世纪70年代
问题的提出：对于超高压、特高压远距离输电，降低绝缘水平的
④电力系统的绝缘包括： 发电厂、变电站中电气设备绝缘； 输电线路的绝缘。
从绝缘结构和特性区分为：外绝缘和内绝缘。
外绝缘：指与大气直接接触的绝缘部件。
特点-耐受电压值与大气条件密切相关。沿面闪络和气隙击穿是
其丧失绝缘性能的常见形式，但事后能恢复其绝缘性能，属自恢
复型绝缘。
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内绝缘：指不与大气直接接触的绝缘部件。 特点-一旦被击穿损坏，不能恢复原有绝缘性能，属非自恢复型绝缘。
ss + lsinθs
绝缘子串50% 放电电压的85%
sl
sl + lsinθl
选择最大者
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导线对杆塔的距离
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四、电气设备试验电压的确定
确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器保护水平，即设备的绝缘 水平与避雷器的保护水平进行配合。
避雷器对电气设备的保护有两种方式： 方式一 只用来保护大气过电压，而不用来保护内部过电压。
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三、线路绝缘水平的确定
• 线路上发生事故主要是 绝缘子串的沿面放电 导线-杆塔、导线-导线间空气隙击穿
因此绝缘水平的确定项目包括： 绝缘子串的长度
导线间、导线与杆塔间的气隙
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1、每串个数的选择
选型号——根据机械载荷和环境条件选型式 定片数——按工作电压要求的泄露距离确定片数。
⑦ 允许绝缘水平的差异化！
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二、绝缘配合的方法
1、惯用法
按作用在绝缘上的最大过电压和最小的绝缘强度的概念进行绝缘 配合。
首先：确定最危险电压 然后：根据运行经验乘上一个影响因子（系数），从而确定绝缘
应耐受的电压水平。
我国相对地计算用最大操作过电压的倍数（以电网最高运行相电压 幅值为基准）为：
根据确定的SP、SS、Sl（见下表），即可确定绝缘子串垂直位 置时对杆塔的水平距离。即
S p sin p S s sin s S sin
选三者中最大的作为最小空气距离
绝缘子串的长度精选PPT课件
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各级电压线路最小空气间隙（cm）
额定电压（kv） 35
60
110
220
330
2、空气间隙的确定
线路上的空气隙包括： 导线对地
导线-导线
导线-避雷线
导线-杆塔和横担
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绝缘配合原则：
应使空气间隙的击穿电压（放电电压）与绝缘子串的闪络电压 大致相等。
确定空气间隙距离应依据：工作电压、操作过电压、雷电过电压 分别计算。
还须考虑：导线受风力作用使绝缘子串偏斜的不利因素！
主要用于输变电设备的外绝缘配合（自恢复绝缘）！
3、简化统计法
——设实际过电压和绝缘放电概率为正态分布，且已知标准偏差。
在此基础上，两条概率曲线可分别用某一参考概率相对应的点表示
出来，此两点对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压。绝故
障率与这两个值有关，只决定于两者间的裕度。通过计算求得故障
率，选择能接受此故障率的相应的绝缘水平。
投资费用（设备造价） 维护费用 事故损失费用
三者的关系
绝缘配合是一个复杂的、综合性很强的技术经济问题！
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2、绝缘水平与试验电压
绝缘配合的最终目的：确定电气设备的绝缘水平。 电气设备的绝缘水平：指电气设备所能承受的试验
电压值（耐受电压）。
指该设备可以承受（不发生闪络、击穿或其他损坏）的试验电压标准。
n S0U N
（2）按内部过电压验算。 即湿闪电压要大于可能出现的操作过电压，且留有10%裕度。
Ush1.1k0Uph
k0 操作过电压计算倍数
U
ph
系统最高运行相电压
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（3）按大气过电压校核。
一般按（1）、（2）确定的可满足要求。在特殊高杆塔和高海拔 地区，大气过电压则成为确定绝缘子片数的决定因素，其值会大于 前两者。
500
X-4.5
3
5
7
SP
10
20
25
SS
25
50
70
Sl
45
65
100
13
19
28
65
100
125
145
220
270
190
260
370
注：对发电厂、变电所，计算S值时应增加10%的裕度。海拔超过1000m时，应进行校正。
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Up k1Uph
sp
sp + lsinθp
US 1.2k0Uph s s