绝缘配合

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 s0
s0 的工频击穿电压幅值
U50~ K1U
K1 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。
（2）按操作过电压确定风偏后的间隙 s s
要求 s s 的正极性操作冲击波下的50％击穿电压
4、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。
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。 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。
a. 按工作电压要求
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 L0 （cm），即可按爬电比距的 定义得 nKe L0 Um
U K n为绝缘子片数， m为系统最高工作电压有效值， e为绝缘子爬电 距离有效系数。
U e ( 50~)
U 50%( s )
s
（3）按雷电过电压确定绝缘子串风偏后的空气间隙 s1
通常取 s1 的50％雷电冲击电压 U50%(1) 等于绝缘子串的50％ 雷电冲击闪络电压 UCFO 的85％，即
U50%(1) 0.85 CFO U
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。
图9-15 绝缘故障概率的估算
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：
（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 f (u ) 差，根据这些假定，上述两条概率分布曲线就可 p (u ) 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。
9.5 绝缘配合
9.5.1
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 架空输电线路绝缘水平的确定
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9.5.1 绝缘配合的原则与方法
绝缘配合问题的提出： 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。
为了避免污闪事故，所需的绝缘 子片数应为
n1
U m
K e L0
b. 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 U w 为
UW 1.1K0U
1.1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。
我国规定预留的零值绝缘子片数为：
35～220kV线路，直线杆1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。
c. 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 n1 n2 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。
分两种情况来讨论： 对于范围Ⅰ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 SIL KS K0U
式中 K s为操作过电压下的配合系数。
对于范围Ⅱ（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： SIL KsU p(s ) 式中操作过电压下的配合系数
（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。
（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。
雷电过电压下的配合系数。 我国使用的经验公式：
BIL (1.25 ~ 1.4)U R
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。
2、操作过电压下的绝缘配合 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。
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9.5.2 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
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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
1、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：
BIL K1U p(1)
U p(1) 为阀式避雷器在雷电过电压下的保护水平，K1 为
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
（3）统计法（20世纪70年代以来）
“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。
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
（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 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。
2、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。
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。 （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。
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9.5.3 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。
1、绝缘子串中绝缘子片数的确定
线路绝缘子串应满足三方面的要求：
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。

2、绝缘配合的方法
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。
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 0 时，应取该线路所在地区的最大设计风速 vmax 。 操作过电压持续时间较短，通常在计算其风偏角 s 时，取计算风速等于 0.5vmax 。 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10～ 15 m/s。
Ks 1.15 ~ 1.25
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。
•
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；

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 。
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。
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。
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。
小 结

绝缘配合的原则与方法
o o
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
（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。
短时工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比 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
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. 2. 3. 4.
变电站电气设备绝缘水平的确定
雷电过电压下的绝缘配合 操作过电压下的绝缘配合
工频绝缘水平的确定
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
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（本节完）
U50%( s) K2Us K2 K0U
U s —计算用最大操作过电压
K 2 —空气间隙操作配合系数，对范围Ⅰ取1.03，对范
围Ⅱ取1.1。
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Ue(50~) ，然后求取 应有的空气间距 s s 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 于其工频击穿电压，其折算系数 s 1 ，如再计入分散 性较大等不利因素，可取 s 0.82 ，即