第15章 电力系统的绝缘配合

统计法
绝缘配合的发展过程－三个阶段

多级配合
惯用法
善——两级保护。

20世纪40年代后期开始，避雷器保护特性和质量稳定性不断改
原则：各种绝缘都接受避雷器保护，仅与避雷器进行绝缘配合， 经不断完善，成为目前广泛使用的绝缘配合惯用法。 缺点：绝缘裕度较大，因此随着电压等级的提高，绝缘费用因
绝缘水平的提高急剧增大。
《高电压工程基础》
华南理工大学电力学院
高电压工程基础
.
第15章 电力系统的绝缘配合
15.1 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 15.3 输电线路绝缘水平的确定
高电压工程基础
.
电力系统 绝缘
发电厂、变电所电气设备的绝缘 线路的绝缘
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
10
20
25
40
35
55
Baidu Nhomakorabea55
90
25
50
70
80
100
110
145
195
270
雷电过电压 要求的间隙 值
45
65
100
100
140
140
190
330 2 3 0 （3 （ 260 ） 70）
绝缘配合 重要性
系统电压等级高，输送容量大， 一旦出现故障，损失巨大
高电压工程基础
.
15.1 绝缘配合的基本概念与方法
绝缘配合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（工作电压和过电压）、保护装置的特性和设备绝缘
对各种电压的耐受特性，合理选择设备的绝缘水平，以使设
备的造价、维护费用和设备绝缘故障所引起的事故损失，达 到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的——原则。 绝缘配合的目的——确定电气设备绝缘水平。 绝缘配合包括保护装置和被保护装置之间、线路和变电站
② 导线对导线的空气间隙
在低电压等级时以不碰线为原则。
③ 导线对架空地线的空气间隙
由雷击避雷线档距中间不引起对导线的气隙击穿来确定 。
④ 导线对杆塔及横担的空气间隙
高电压工程基础
.
U p k1U ph
US 1.2k0Uph
绝缘子串50% 放电电压的85%
sp
ss
sp + lsinθp
ss + lsinθs
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。
绝缘配合的发展过程－三个阶段

多级配合
绝缘配合的基础。
1940年以前，避雷器的保护性能及电气特性差，不能作为 原则：变电站绝缘水平>线路绝缘水平，内绝缘>外绝缘>并 联间隙>避雷器。 缺点：将内绝缘水平提得很高。

惯用法
sl
sl + lsinθl
选择最大者
导线对杆塔的距离
高电压工程基础
110
额定电压 (kV) 35 60 直接 接地 非直 接接 地 7 直接接 地
.
500 25 （2 8） 130
154
220 非直接 接地 17 （19） 330
XP型绝缘子 片数
3
5
7
10
10
13
工作电压要 求的间隙值 操作过电压 要求的间隙 值

统计法
绝缘配合的发展过程－三个阶段

多级配合
惯用法 统计法


20世纪60年代开始出现 原则：规定某一可以接受的绝缘故障率，冒一定风险，减小 绝缘裕度，优化经济指标。 难点：不确定性因素多、且统计规律有待积累，该方法有待
完善。
高电压工程基础
.
15.1.1 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
高电压工程基础
.
必须满足：
sp s0
s0 为不同污秽地区要求的泄漏比距。
不同污秽地区最小泄漏比距 外绝缘污秽等级 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 最小爬电比距（cm kV－1） 线路 1.39 1.6 2.0 2.5 3.1 电站设备 1.48 1.6 2.0 2.5 3.1
高电压工程基础
.
（2）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
高电压工程基础
.
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 耐受电压 /β1 等值工频 耐受电压 工 频 试 验 电 压
内部 过电压
操作冲击 耐受电压
15.1.2 绝缘配合的方法
绝缘配合的惯用法(确定性方法)
惯用法是按作用在绝缘上的“最大过电压”和“最小绝缘强度
BIL/BSL”的概念进行配合。首先确定绝缘上过电压设计计算值， 然后沿用长期累积运行经验乘上一个考虑了各种因素影响的系
数，即间隔系数KC来确定绝缘水平。
电力系统绝缘配合常用的惯用法： UW＝KC×Uex 其中： UW——绝缘水平，可耐受电压 Uex——过电压值（MOA残压） KC——间隔系数（配合系数） 不同国家， KC选值不同，一般在1.2－1.6之间。
取最大值
避雷器 操作冲击保护水平 BSL
高电压工程基础
.
变压器BIL＝（1.25～1.4）避雷器BIL
（当电气设备与避雷器紧靠时，取 1.25，有一定距离时取 1.4。）
变压器BSL＝（1.15）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 ）
高电压工程基础
.
15.3 输电线路绝缘水平的确定
高电压工程基础
.
15.2 输变电设备绝缘水平的确定
标准放电电流的波形8/20us 和其幅值下的残压
1.2/50 μs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 1.15 250/2500 μs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
以变压器为例
取最大值
避雷器 雷电冲击保护水平 BIL
高电压工程基础
.
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。 这种方法不仅定量给出设计的安全裕度，并能按照 使用设备费、每年的运行费以及每年的事故损失费的总 和为最小的原则，确定输电系统绝缘配合的最佳方案。 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。
/β2
等值工频 耐受电压
高电压工程基础
.
15.1.2 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。
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决定于绝缘 子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果。 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。
高电压工程基础
.
输电线路空气间隙的确定
① 导线对大地的空气间隙
主要考虑穿越导线下的最高物体与导线间的安全距离，以 及超高压输电线的静电感应问题。
Ush 1.1k0Uph
Uph为系统最高运行相电压 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 ~ 220kV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。
高电压工程基础
.
（3）按大气过电压进行验算
绝缘子片数的确定
要求：
① 在工作电压下不发生污闪； ② 下雨天在操作过电压下不发生闪络；
③ 具有一定的雷电冲击耐受强度，保证线路
有一定的耐雷水平。
高电压工程基础
.
方法：
（ 1 ）按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比 距）sp决定所需绝缘子片数
n sp U1
式中 n —— 每串绝缘子片数； λ —— 每片绝缘子的爬电距离，cm； U1 —— 线路的额定电压，kV。
（换流站）之间、设备内绝缘和外绝缘之间、同杆架设双回
线路之间、各种外绝缘之间的绝缘配合等。
高电压工程基础
.
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； 经济上要协调投资费用、维护费用及事故损失费 用三者的关系。
电气设备的绝缘水平：指该电气设备能承受的试 验电压值。