特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研究综述教学内容
特高压直流接地极线路过电压
特高压直流接地极线路过电压摘要：特高压直流输电系统中的过电压问题，对于我国高压电网运行安全造成较大的影响。
基于此，本文对特高压直流接地极线路过电压进行研究，以期为电网建设及维护降低成本及电网运行安全提供基础。
关键词：直流输电；过电压；接地极线路直流输电技术自从应用以来，因为经济性好，运行稳定且快速可控等，在远距离、大容量输电、电力系统联网中广泛被应用[1]。
不过与其他电气系统类似，特高压直流输电因为操作及故障或者被雷击等条件的影响，容易出现各种波形过电压，因此需要装设避雷器等保护装置，对过电压情况进行限制，这于直流输电系统有着极为重大的意义[2]。
特高压直流输电线路的绝缘水平受到过电压及工作电压幅值的直接影响，在线路双极运行时，因为两根极限会有电磁耦合的情况，因此在接地极发生故障时，另一极也会发生电压突变的情况，并与该机工作电压叠加形成过电压的情况，根据相关研究表明，直流线路接地极故障中产生的过电压情况最为严重，会造成线路绝缘配合问题，因此对特高压直流输电接地极过电压研究的意义重大。
本文对国内某段±800kV输电工程进行研究，根据其实况对特高压直流线路过电压展开研究。
一、特高压直流线路过电压沿线分布状况特高压直流输电系统在双极运行方式的情况下，因为直流输电线路存在极间电容，双极线路之间也有电磁关系，在接地极发生故障便会造成另一极电压突变的影响，会在该极工作电压之上叠加，形成过电压情况。
在直流线路发生接地故障的过程中，整流侧也会再启动逻辑使整流侧的触发角移项到约164°，再进过游离时间之后，会再启动直流输电也会恢复到正常功率。
故障发生和移项指令执行两者受到故障点与整流站相距距离、时差和控制保护延时的影响，参照直流输电保护动作实际执行情况，这一段时间约计20ms，去游离时间则在150ms至200ms区间内。
图1为直流线路输送额定功率，接地故障地点发生变化时非故障极线沿线各点的过电压包络线，故障地点和整流站相距距离可以有2071n/40计算得到，n值在0到40的区间内。
电力系统过电压与绝缘配合
（1）中性点接地方式：中性点非 有效接地电网的中性点电位有可能 发生位移，所以某一相的过电压可 能特别高一些。 （2）断路器的性能：重燃次数对 这种过电压的最大值有决定性的影 响； （3）母线上的出线数：当母线上 同时接有几条出线，而只切除其中 一条时，这种过电压将较小；
第四节 空载线路合闸过电压
E U L UC j I ( X L X C )
.
.
.
.
由于电感与电容上的压降
反相，且UC＞UL，可见电 容上的压降大于电源电势. 为了限制这种工频电压升 高现象，大多采用并联电 抗器来补偿线路的电容电 流以削弱电容效应，效果 十分显著。
第二节 谐振过电压
一、谐振过电压的类型
通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往 是一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以 逐级推进的方式向下发展，每级长度约 25~50m，每级的伸展速度约104 km/s，平均 发展速度只有100~800km/s这种预放电称为先 导放电。 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物 体因周围电场强度达到了能使空气电离程度， 会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇 时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大 的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷 鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100 μs， 它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发 展的，亦称“回击” 。
五、 变电所的进线段保护
• • •
•
从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有 效地发挥保护作用，就必须采取措施： 限制进波陡度 限制流过避雷器的冲击电流幅值 进线段能起两方面的作用： 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以 外的线路，它们在流过进线段时将因冲击 电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度 和幅值； 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流 幅值。
10kv直流配电系统过电压与绝缘配合
10kv直流配电系统过电压与绝缘配合摘要：现阶段在我国配电网络建设过程中，直流配电网具有电能质量高、无需无功补偿等优良特质，同时由于直流配电网分布式能源接入的能力也促使其在发展过程中得到了社会各界的关注，而现阶段我国10KV直流配电系统运行过程中，出现了一些问题，影响了整体配电系统的正常运行，因此本文通过对过电压与绝缘配合技术的阐述，结合10KV直流配电系统实际运行情况，对系统中各设备绝缘水平及系统的安全性、技术性进行了简单的分析。
关键词：10KV直流配电系统；过电压；绝缘配合前言：某10KV直流配电网示范工程主要为两端电压供电结构，且整体系统为单机对称主接线方式，在系统两端，环流设备结构为MMC结构，而交流侧主要由10KV交流电网、联接变压器共同组成。
DC/AC换流器与交直流负荷、DC/DC换流器与交直流微网相互连接的形式形成了整体直流线路。
一、系统结构为了保证此10KV直流配电系统可以在单极接地故障出现后，可以维持一段时间的稳定状态，可利用交流侧连接变压器中性点经高阻接地方的措施，结合接地大电阻并联真空开关控制小电阻的应用，保证单极接地故障下整体直流配电系统具有一定的运行稳定。
在整体10KV直流配电网正常运行的过程中，可以采用2500Ω大电阻，促使直流配电网直流入地电流小于10A；而在整体10KV直流配电网出现单极故障时的情况下，可通过400Ω小电流的运行达到直流电压不平衡保护的目的，同时在故障电流达到50A后也可促使直流电网系统得到更加详细的故障位置信息，在达到差动保护故障定位需求后可进行小电阻的切除措施，从而维持整体系统平稳运行[1]。
二、10KV直流配电系统过电压技术及绝缘配合1、换流站交流侧工频过电压依据某直流工程规范的相关规定，换流站交流母线侧工频过电压应在5个周期以内，在此工程交流并联正常运行的情况下一般直流工程工频过电压控制措施可发挥良好的效用，但是当此工程换流站交流侧带直流系统孤岛运行时会在直流双极先后闭锁时出现暂时过电压，暂时过电压可高达1.57P.U.。
特高压直流输电系统过电压保护与换流站绝缘配合教程文件
➢
2）投入和重新投入交流滤波器或并联电容器
➢
3）逆变站交流母线的出线全部或大部被误切除
➢
4）对地故障
➢ 换流站直流侧操作过电压
➢
1）交流侧传来的操作过电压
➢2）Leabharlann 流器短路故障➢3）直流电流断续
➢ 直流输电线路的操作过电压
➢
1）极对地短路故障
➢
2）开路的直流线路不受控充电
6
雷电过电压
➢ 雷电过电压通常是指波头为1-3s，波尾为10-100s的过 电压波。
DC Voltage (kV)
500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 600 800 800
LIW L (k V ) 1550 1550 1425
1550 1675 1675 1675
1550 1800 1950 1990
SIW L (k V ) 1290 1290 1300
➢ 外绝缘：向上工程 ESDD＝0.067mg/cm2
➢
户外直流场
➢
硅橡胶、磁或玻璃绝缘子涂以PRTV
28
向上换流站过电压保护
29
同里户内直流场最小空气间隙 (mm)
间隙特征
导体对平面 导体对支架 导体对导体
极母线对地
7096
5762
5093
中性母线对地
219
178
158
极母线对极母线 17659
➢
快速无功功率控制
➢ 3 保护间隙 现已不用
➢ 4 避雷器
➢
雷器是输电系统绝缘配合的基础，其保护水平决定了设备的绝缘水平。直
流避雷器的运行条件要比交流避雷器严酷得多。
高压直流输电过电压与绝缘配合——避雷器选取
目前国内外对换流站过电压的研究主要考虑以下内容：来自换流站交流侧过电压、来自换流站直流侧过电压、来自直流线路过电压。
其中，每种过电压又可以分为暂时过电压、操作过电压、雷电过电压。
±800kV 特高压直流避雷器与±500kV 直流工程直流避雷器相比，前者对避雷器的通流容量要求更大，需要采用多柱式避雷器或分立避雷器并联连接方式（多用于操作冲击过电压所致的放电电流的限制），以提高避雷器对较高能量的吸收能力，这样才能满足避雷器的能量和保护水平的要求，因此对避雷器放电电流分配的均匀性要求很高，但同时也加大了避雷器的制造难度。
绝缘水平的确定基于确定的保护水平以及选择足够的安全裕度。
此外，作为其他的保护措施，±800kV 特高压换流站中的平波电抗器采用分别布置在直流极线和中性母线上的安装方式，这样不仅降低了中性母线对地绝缘的成本，而且降低了高电位12 脉动换流阀各点的纹波电压峰值，相比于 500kV 直流输电工程中平波电抗器全部装在直流极线的方案，使得选择安装于换流变压器阀侧避雷器（保护高电压换流变压器阀侧绕组）的参考电压降低，从而降低了该点避雷器保护水平，也降低了高电位 12 脉动换流器各点的绝缘水平。
金属氧化物避雷器（MOA）在运行使用过程中要承受长期工作电压和各种瞬时过电压应力，因此在确定MOA性能参数时，首先应保证MOA在长期工作电压下的老化性能不会引起其电气性能的裂化或自身的损坏，所以MOA 的持续运行电压峰值 (CCOV) 和尖峰持续运行电压峰值 (PCOV) 必须高于所安装处的系统最高运行电压峰值(考虑叠加的谐波和高频暂态)。
从绝缘配合来说当然是MOA保护水平越低越好，但是MOA保护水平取的过低会使其吸收的能量过大，即需要的MOA数量或体积非常大，这势必给MOA制造带来困难，也增加MOA制造成本。
因此，选择MOA 额定电压(交流侧)或参考电压 U。
(直流侧)时，亦需要综合考虑其冲击保护水平和能耗等因素。
第篇电力系统过电压与绝缘配合-精选精品教育文档
u(x,t)uq(xt)uf(xt)uu i(x,t)iq(xt)if(xt)ii
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1.波动方程通解的物理意义 (1).电压和电流均有两个部分组成：前行波和反行波
du2q dl
max
2U1q
Z1C
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折射波电压、电流随时间变化
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四. 行波通过串联电感和并联电容
1. 通过串联电感
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回路方程：
2U 1qi2q(Z1Z2)Ldd2iqt
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2u x 2
L0C o
2u t 2
2i x 2
L0C 0
2i t 2
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2.波是怎样沿着导线传布的
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交流1000 kV输电系统过电压和绝缘配合研究
该线路母线侧 TOV 最大为 l. 3 p. u. ，线路侧为 l. 4 p. u. 。线路两侧断路器联动时分闸时间差应 < 0. 2 S，以减小 TOV 持续时间。校核 MOA 的吸收能 量时取 TOV 持续时间 0. 5 S。 l. 2. 2 潜供电流和恢复电压
晋南荆线利用并联电抗器中性点小电抗可以把 最大潜供电流限制在 < l2 A，最大恢复电压梯度限 制为 < 7. 6 kV / m。单相重合闸无电流间歇时间限 制在 l S 左右。不需要装设高速接地开关。 l. 2. 3 MOA 的参数选择
按照 MOA 的耐受短时工频过电压的能力，变 电所母线侧和线路侧 MOA 的额定电压均可选 828 kV。计算表明，该额定电压下 MOA 在最大工频暂 时过电压下吸收的最大能量仅为 8. 6 MJ，远低于其 吸收能量的允许值。
合空线时 若 有 一 相 合 闸 电 阻 失 灵，该 相 MOA 将吸收较大能量。当南阳合晋南线，南阳侧线路断 路器有一 相 合 闸 电 阻 失 灵 时，计 算 得 到 晋 东 南 侧 MOA 最大吸收能量为 3. 26 MJ。即使考虑 2 次合 闸，也仅为 6. 52 MJ。
Abstract：Two parts of research achievements are considered in this paper：l）Overvoltage of l000 kV AC transmission system；2）Insulation coordination of l000 kV AC transmission line，substation（ or switch station）and its devices. Overvoltage part mainly focuses on overvoltage of jindongnan-nanyang-jingmen transmission line. First of all，high voltage shunt reactor configuration is purposed when avoidance of non-complete phases' power freguency resonant overvoltage，limitation of overvoltage level and reduction of number of spare high voltage shunt reactor are considered. Temporary power freguency overvoltag（e TOV），secondary arc current and recovery voltage，parameter choice of MOA，switching overvoltag（e including energizing and single-phase energizing unloaded line overvoltage，ground fault overvoltage and clearing short-circuit faults switching overvoltage），GIS isolator switching overvoltage，circuit breaker transient recovery voltage（ TRV），DC component decayed time constant of short-circuit current cleared by circuit breaker are studied based on this configuration. Furthermore，overvoltage characteristics of Shanxi-jindongnan-nanyang-jingmen-Wuhan transmission line，which is prolonged by jindongnan-nanyang-jingmen transmission line，and overvoltage research result of east China l000 kV transmission project are introduced in this part too. Overvoltage level and insulation flashover characteristics are considered in the insulation coordination part as well as safety，reliability，construction and operation cost. Research achievements are introduced in this part，including air clearances choice of ultra high voltag（e UHV）transmition line tower under working voltage、lightning impulse and switching impulse，air clearances distance choice of substation and switch station as well as choice of UHV apparatuses insulation level. Key words：UHV；transmission；overvoltage；insulation coordination；configuration
电力系统的绝缘配合 高电压技术 教学PPT课件
Uω1.5/40=
1.1Uc.5 15 0.84
= 1.1 670+15 895.3kV
0.84
5．外绝缘的截波冲击试验电压
Uω1.5/2=
1.25(1.1Uc.5 0.84
15)
=
1.25 (1.1 670+15) 1119kV 0.84
例题：已知系统额定电压UN =220kV，FZ-220避雷 器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算 倍数K0 =3，试计算各种试验电压。 6．内绝缘的工频试验电压
空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。
第三节 电气设备试验电压的确定
确定电气设备的绝缘水平即是确定其耐受电压 试验值，包括额定短时工频耐受电压、额定雷电冲击 耐受电压和额定操作冲击耐受电压等。
➢额定短时工频耐受电压，即1min工频试验电压； ➢额定雷电冲击耐受电压，用全波雷电冲击电压进行试 验，称为基本冲击绝缘水平（BIL）； ➢额定操作冲击耐受电压，用规定波形操作冲击电压进 行，称为操作冲击绝缘水平（SIL）。
在实际运行中，还要考虑零值绝缘子存在 的可能性，因此每串绝缘子片数应为：
n2 n2' n0 （8-4）
式中n0为预留的零值绝缘子片数，见表8-2
（三）按雷电过电压确定每串绝缘子的片数
要求具有一定的雷电冲击绝缘水平，保证 线路的耐雷水平和雷击跳闸率满足规定要求。 一般情况下，按雷电过电压要求的片数通常不 一定就大于和，雷电过电压不一定成为确定值 的决定性因素。但在特殊高杆塔或高海拨地区， 则会大于和。表8-3 为各级电压线路直线杆每 串绝缘子片数。
二、 内、外绝缘的工频试验电压
(1) 内绝缘1min工频试验电压。内绝缘工频试验电 压为
_800kV级联多端特高压直流输电工程的绝缘配合_张刘春
0 引言
我国能源与负荷需求分布不平衡，直流输电技 术是大容量、远距离输电的重要方式之一[1-3]。传统 两端直流输电系统仅能实现点对点的直流功率传 送， 经济的发展和电网的建设对交流电网电能汇集、 消纳和支撑能力提出了很高的技术要求，因此需要 提升直流输电技术， 实现多电源供电及多落点馈入。 多端直流(multi-terminal HVDC， MTDC)输电技术是 解决上述问题的有效方法之一，多端直流输电系统
特高压直流输电技术的分析与探究
特高压直流输电技术的分析与探究摘要：特高压直流输电不仅可以改善电网结构，以此有效缓解电能压力，还可以解决我国远距离输电的问题，提高输电的稳定性、安全性和经济性，满足企业生产以及人们生活上的用电需求。
通过对特高压线路不停电检修所减少的碳排放量进行进一步计算，验证了特高压带电作业对减少碳排放具有促进作用。
但就目前情况来看，特高压直流输电技术应用中还仍然存在着一些问题有待解决，因此需要电力企业相关从业人员对其进行全方位的分析，并提出合理的对策进行解决，进而保障电力的可持续运输，提高群众的用电质量和用电安全。
关键词：特高压；直流；输电技术引言电力技术发展及应用关系着群众的用电安全，而特高压直流输电作为我国发展建设中的重要组成部分，创造了世界电力工业史上的奇迹。
带电式作业方法可以保证特高压输电线路的安全、稳定供电，提高输电系统可靠性。
我国新能源资源大多分布在西北、东北地区而用电则集中在华北、华中以及沿海地区，保障特高压线路稳定供电不仅可以远距离输送清洁能源，还可以实现大功率、低损耗传输电能，为我国减少碳排放发挥积极作用。
1特高压直流输电技术概述我国特高压直流输电是指±800kV及以上的电压，随着近几年我国各地区对输送电容量要求的不断提高，为了使我国电力资源得到合理开发和利用，对特高压直流输电技术的研究正不断深化，现已可以实现超远距离输电这一目标，解决了自然资源和能源分布不均的问题。
直流输电的工作原理是通过换流器将交流电先整流再逆变，输电过程中注重稳定性以及安全性，该技术的应用能够节约设备占地面积、减少输电损耗，满足我国各地区用电逐年递增的使用需求。
为推动能源革命，将其转变为绿色经济，我国电力专家开始广泛关注并对技术进行改进，要求在建项目不可破坏周边的生态环境，以此为基础分析未来发展趋势，总结特高压输电相关设备运行维护经验，确保我国的特高压直流输电技术不断创新完善。
在如今全世界电力系统大规模采用直流输电的情况下，特高压直流输电技术的应用优势较为明显，综合比较现有的高强度输电手段，该技术的经济效益更高、适用范围更广，能够在使用中灵活改变输电方式，电能输送会最终注入交流电网，不仅可以保证地理优势不明显地区资源的合理利用，且能够减少输电过程中的线路损耗，提高一次能源利用率。
高电压技术-第十章--电力系统绝缘配合
合闸过电压的限制、降低措施主要有
(一)装设并联合闸电阻 (二)同电位合闸
(三)利用避雷器来保护
小 结
正常合闸时，最不利的情况，电源电压正好经过幅 值 U 时合闸，沿线传播到末端的电压波 U 将在开路 末端发生全反射，使电压增大为 2U 。 如果是自动重合闸的情况，由于线路上有一定残余 电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重， 其过电压理论幅值可达 3U 。
第一节
切断空载线路过电压
发展过程 影响因素和降压措施
切除空载线路时引起的操作过电压幅值大、持续时 间长，是按操作过电压选择绝缘水平的重要因素之 一。
一、发展过程
采用分布参数等值电路和行波理论来分析 设被切除的空载线路的长度为 l ，波阻抗为Z，电 源容量足够大，工作相电压u的幅值为 U 。
以上介绍的是理想化了的切除空载变压器过电压的发 展过程，实际过程往往要复杂得多，断路器触头间会 发生多次电弧重燃，不过与切空线时相反，这时电弧 重燃将使电感中的储能越来越小，从而使过电压幅值 变小。
二、影响因素和限制措施
主要影响因素： (一)断路器性能 灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电压最 大值越大。 (二)变压器特性 优质导磁材料应用日益广泛，变压器的激磁电流 减小很多 变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等 措施，使过电压有所降低。
可用图9-10所示的简化等值电路来说明这种过电压的发 CT 为变压器绕组 展过程。图中 LT 为变压器的激磁电感， 及连接线的对地电容。
假如电流 i L 是在其自然过零时被切断的，电容 CT 和电 感 LT 上的电压正好等于电源电压u的幅值 U 。i L 被切断 后的情况是电容 CT 上的电荷通过电感 LT 作振荡性放电， 并逐渐衰减至零（因为存在铁心损耗和电阻损耗）， 可见这样的拉闸不会引起大于 的过电压。 U
电力系统过电压与绝缘配合
i1 i2 i3 i 3 , u1 u2 u3 u
z11 z22 z33 ,
z12 z23 z13
i u (z11 2z12 ) 3
三相等值波阻抗
zeq
u i
1 3
(
z11
2z12 )
z11 3
7.5 波在有损线路上的传播
引起能量损耗的因素有： 1)电阻（包括：导线电阻和大地电阻）； 2)电导（包括：线路绝缘泄漏电导与介质损耗） 3)冲击电晕。
u kb z ik1 1b zk2 i2b zkk ik b zkn in b
多导线系统波过程分析：⑴ 列出电位方程， ⑵ 加入边界条件求解
例1 如图示雷击杆塔顶，求线路绝缘所受的过电压 解：两导线系统，电位方程：
u1 z11i1 z12i 2
u1b u1 f
u1 u1 f u1b 0
7.3 行波的多次折、反射
多种不同波阻抗线路连接，在连接点（节点）之间出现波的多 次折、反射
分析方法：网格图法
u0 Z1
L
A
Z0 B
Z2
结点A、B折、反射系数：
1
2z0 z1 z0
2
2 z2 z0 z2
1
z1 z1
Z1
A
Z2
(b) 电流波形图
i1b
· i1f
i2
v2
A
图7-8 z2<z1时电压和电流折、反射波形图
(四) Z2>Z1
U1f Z1
v1 v1
·
A Z2 (a) 电压波形图
高电压技术第十章电力系统绝缘配合
的剩余电荷，如忽略泄漏，
导线对地电压将保持等于电 源电压的幅值。
切空线时电压沿线分布如图9-2所示。
二、影响因素和降压措施
影响过电压的最大值的因素：
1)中性点接地方式； 2)断路器的性能； 3)母线上的出线数 4)在断路器外侧是否接有电磁式电压互感器
切空线过电压在220kV及以下高电压线路绝缘水平的 选择中有重要的影响，消除或降低这种操作过电压采 取的措施如下：
(一)采用不重燃断路器
(二)加装并联分匝电阻
降低触头间的恢复电压、避免重燃。 (三)利用避雷器来保护
ZnO或磁吹避雷器安装在线路首端和末端，能有效 地限制这种过电压的幅值。
小结
采用分布参数等值电路和行波理论来分析切断空载线 路过电压的发展机理。 切空线过电压在220kV及以下高压线路绝缘水平的选 择中有重要的影响，采取措施消除或降低这种操作过电 压有重大的技术、经济意义。主要措施如下：1）采用 不重燃断路器 2）加装并联分闸电阻 3）利用避雷器来 保护。
设被切除的空载线路的长度为 l ，波阻抗为Z，电
源容量足够大，工作相电压u的幅值为 U 。
如图9-1（a）所示，当断路 器QF闭合时，流过的电流将 是空载线的充电（电容）电 流 ic ，它比电压u超前90°， 如图9-1（b）所示。当断路 器在任何瞬间拉闸时，其触
头间的电弧总是要到电流过
零点附近才能熄灭，这时电 源电压正好处于幅值 的附
可得 uc U (1 et cos0t)
其波形见下图，最大值UC 将略小于 2U
电源电压并非直流电压U ，而是工频交流电压 u(t)，这时 的 uc (t)表达式将为
其波形如下图所示
过电压保护和绝缘配合PPT课件
•
r=1.5hP
• 式中 r——保护半径，m；
(9-2-5)
•
h——避雷针的高度，m；
•
P—— 高 度 影 响 系 数 ， h≤30m ， P=1;
30mh≤120m ， P=5.5/(h)0.5; 当 h120m 时 ， 取
其等于120m。
•
第11页/共50页
• （2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径 rx应按下列方法确定：
• 当雷击发电厂避雷针、线或其他建、构筑物，将引起 接地网冲击电位增高，会造成对电气设备的反击，产生 反击过电压。反击过电压的幅值取决于雷电流幅值、地 网冲击电阻、引流点位置和设备充电回路的时间常数。
• (2)雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变 化，在线路的导线上或其他金属导体上产生感应过电压。 一般感应过电压仅对35kV及以下线路和电气设备绝缘有 危害。
• 9.1.2 电力系统过电压水平
• 9.1.2.1 工频过电压的允许水平。
• 系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值:
• 330-500kV 线路断路器的变电所侧 1.3p.u.
• 1.4p.u.
线路断路器的线路侧
第2页/共50页
• 9.1.2.2 操作过电压的允许水平。
• (1)相对地：500kV(直接接地系统) 2.0p.u.
应按式(9—2—11)计算，即
•
h0=h-(D/4P)
(9-2-11)
• 式中 h0——两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高 度,m;
•
D——两避雷线间的距离，m；
•
h — — 避 雷 线第的15高页度/共5，0页m 。
• 3)两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避 雷线保护范围计算。两线间保护最小宽度(参
高电压技术-过电压防护与绝缘配合特性
(a)
t−τ)
2 22
图7-10 计算多次折、反射的 网格图
节点折、 反射系数：
α = 2Z 0
1
Z 0 + Z1
α 2 = 2Z 2
Z0 + Z2
β1 = Z1 − Z 0
Z1 + Z 0
β2 = Z2 − Z0
Z2 + Z0
如图7-10 (b) 所示，当t=0时波u（t）到达1点后，
进入Z0的折射波为α1u(t)，于t =τ时达到2点后，产生 进入Z2的折射波为α1α2u(t −τ)和反射波α1β2u(t −τ)， 其中反射波于 t = 2τ 时回到1点后又被重新反射回去，
α1α2(β2β1)n−1u(t −(2n −1)τ)
（7-20）
u2（t）的数值和波形与外加电压u（t）的波形有关。
若u（t）是幅值为E的无穷长直角波。则经过n次
折射后， 线路Z2的电压波为
U2 =Eα1α2[1+β1β2+(β1β2)2+K+(β1β2)n−1]
7.1.1 波传播的物理概念 7.1.2 波动方程解 7.1.3 波速和波阻抗
7.1.4 前行波和反行波
7.1.1 波传播的物理概念
假设有一无限长的均匀无损的单导线，见图7-1(a)， t=0时刻合闸直流电源，形成无限长直角波，单位长度 线路的电容、电感分别为C0、L0，线路参数看成是由 无数很小的长度单元∆x 构成，如图7-1(b)所示
流为。
u1 = u2 f
i1 = i2 f
（7-14）
节点A只能有一个电压电流，即 u1 = u2 i1 = i2
，
因此
，
u2 f = u1 f u1b
正负kV直流输电系统过电压与绝缘配合
正负kV直流输电系统过电压与绝缘配合正负kV直流输电系统过电压与绝缘配合随着电力工业的迅猛发展，高压直流输电系统逐渐成为一种非常重要的电力传输方式，尤其在节能环保、实现长距离电力输送等方面优势显著。
然而，在正负kV直流输电系统中，由于各种原因，产生过电压是难以避免的，而如何有效地控制和保护输电系统的绝缘系统，已成为实现系统优化和可靠性的重要问题。
一、正负kV直流输电系统的过电压源波动正负kV直流输电系统产生的过电压主要源自两个部分：一是直流电压源的波动（例如风电和光伏发电的电压条件常常不稳定），二是交流系统对直流系统施加的过电压（例如闸刀开关的脉冲放电）。
在正负kV直流输电系统中，当直流侧电源发生波动时，系统的电压就会急剧变化，容易产生由于电压暂时过高而导致的过电压现象。
造成此问题的主要原因是直流输电系统的整个工作过程中，其电压波动更加频繁而且波动幅度也比较大。
二、正负kV直流输电系统绝缘系统正负kV直流输电系统的绝缘系统是指由多种类别的绝缘材料所构成的，用于接续直流输电系统各种元件的装置。
绝缘系统通常由硬质材料（如陶瓷或玻璃）和软质材料（如橡胶或塑料）构成，以保障整个系统的安全和可靠运行。
有一些主要因素需要考虑，以确保正负kV直流输电系统的绝缘系统的优化设计与性能健全。
这些因素包括：1.绝缘材质的特性：绝缘材料具有一定的电阻性能，可以有效地抵抗电流的流过，因此可以防止电导通道的出现。
但随着时间的推移，绝缘材料的性质会逐渐衰退，终将失去其有效的防止电流流过的能力。
2.绝缘材质的耐用性：塑料、橡胶等软质绝缘材料，由于其本质的材料构造，易受外界多种因素（如潮湿、热、寒等）的影响而发生aging 或劣化。
因此需要考虑材料的长期使用性能。
3.绝缘材质的尺寸：绝缘体尺寸的大小要考虑到接头的结构形式以及系统中的电流强度等因素。
在保证系统正常运行的情况下，绝缘体的尺寸要尽可能小，以便于节约设备空间和材料费用。
电力系统过电压与绝缘配合的研究
电力系统过电压与绝缘配合的研究发表时间：2020-11-16T07:48:37.088Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第16期作者：王先强[导读] 伴随着社会经济的高速增长与城市化进程的加快，人们对电能的需求日益增加给电力行业带来更多挑战。
基于过电压和绝缘配合技术是高压、超高压输电工程的关键问题，阐述空载线路合闸操作和雷电过电压现象，分析过电压和绝缘配合的发展。
王先强国网青海省电力公司青海省西宁市 810000摘要：伴随着社会经济的高速增长与城市化进程的加快，人们对电能的需求日益增加给电力行业带来更多挑战。
基于过电压和绝缘配合技术是高压、超高压输电工程的关键问题，阐述空载线路合闸操作和雷电过电压现象，分析过电压和绝缘配合的发展。
关键词：电力系统，过电压，绝缘配合引言在电力系统中过电压与绝缘既相辅相成又是一对矛盾。
各种高压电气设备处在长期工作电压之下(含瞬间接入高压电路的设备)会受到各种短时过电压的作用,如雷电过电压和操作过电压等,所以,绝缘不仅要能够耐受工作电压的长期作用,而且还必须耐受可能出现的各种冲击性较强的过电压。
要做到这一点,应从两个方面入手,一是要保证和提高绝缘的耐受电压;二是设法降低和限制过电压。
因此,对电力系统的过电压和绝缘配合,长期以来成为高电压与绝缘试验的重要问题。
所谓绝缘配合,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(工作电压及过电压)、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐压特性,合理地确定设备必要的绝缘水平,以使设备造价、维护费用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。
1雷电过电压现象及其危害雷云指的是能够产生雷电的积雨云，雷云带电的原因是水滴在冷热空气的对流作用下，连续不断地进行“上升、凝结、下降、融化”这一过程，因为互相摩擦而产生点和分离，使得一部分水滴带电，进而导致整片云朵带电，形成雷云。
其中，距离地面较近的雷云为负电荷云，距离地面较远的称为正电荷云。
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特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研究综述特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研究综述摘要：特高压直流输电具有大容量、远距离和低损耗等优点,特高压直流输电作为一个全新的输电电压等级,非常适合特大型能源基地向远方负荷中心输送电能。
直流换流站的绝缘配合研究是直流输电工程实施中的关鍵技术之一,缘水平的高低直接关系到整个直流工程造价。
本文从特高压换流站的避雷器布置方案的设计，确定换流站设备的过电压水平、绝缘裕度、关键设备的绝缘水平等方面概括总结了国内外工作者在特高压直流输电的过电压和绝缘配合方面所做的工作，并提出在以后的相关研究中可以进一步考虑的问题。
关键词：特高压直流换流站避雷器绝缘配合过电压0引言我国能源资源和经济发展具有分布不均的地域性特点,能源资源主要集中在西部地区,而负荷主要集中在中东部地区[1,2]。
为了保证中东部地区的电力供应,必须采取相关技术措旅将能源送往负荷中心。
特高压直流输电具有超大容量、超远距离、低损耗的特点,且具有灵活的调节性能,因此非常适合大型能源基地向远方负荷中心送电。
我国已成为世界上直流输电容量最大、电压等级最高、发展最快的国家[3]。
为了满足未来更大容量、更远距离的输电需求,有必要进一步研究更高电压等级的直流输电技术,±1100kV特高压直流输电是我国目前正在研究的一个全新输电电压等级。
特高压直流输电由于具有大容量、远距离和低损耗等优点,将在我国“西电东送”战略中发挥重要作用。
±1100kV特高压直流输电作为一个全新的输电电压等级,电压等级更高、输送容量更大、输电距离更远,非常适合特大型能源基地向远方负荷中心输送电能。
1特高压直流输电背景自20世纪70年代初期开始,美国、苏联、巴西等国家就开启了对特高压直流输电相关工作的研究,其中CIGRE、IEEE、美国EPRI、瑞典ABB等科研机构和制造厂商在特高压直流输电关键技术研究、系统分析、环境影响、绝缘特性和工程可行性等方面开展了大量研究,并取得了丰硕的成果。
相关研究认为,±800kV特高压直流输电系统的设计、建设和运行在技术上是完全可行的,需要结合工程进一步优化系统性能和经济指标；发展±1000kV特高压直流输电系统在理论上是可行的,但需要进行大量研究、开发工作；发展±1200kV特高压直流输电系统是不切合实际的,需要有重大技术突破,才有可能进行较为经济的设计[1,4]。
1977年,苏联曾计划建设一条从埃基巴斯图兹到唐波夫的±750kV特高压直流输电工程,该工程输送功率为6000MW、输电距离达2400km,采用每极2个12脉动换流器并联的设计方案。
该工程是世界上特高压直流输电技术的第一次工程实践,于1980年开始建设,并已建成1090km线路,但最终因政治、经济等原因停建[1,4]。
我国自2003年开始,中国南方电网公司结合云南一广东±800kV直流输电工程,对±800kV特高压直流输电技术进行了相关研究[5]。
2009年12月,云南一广东±800kV特高压直流输电线路建成并实现单极运行,2010年实现双极投运。
该工程是世界上第一条投入实际运行的特高压直流输电工程,工程额定输送功率5000MW,输送距离1438km,采用双12脉动换流阀串联接线方式。
工程送端换流站为云南楚雄换流站,受端换流站为广东穗东换流站。
国家电网公司从2004年开始,组织相关科研、设计单位和高等院校对特高压直流的关键技术问题进行了研究,取得了一系列重要成果。
2007年,国家电网公司在北京建成了特高压直流试验基地；2008年,在西藏建成了高海拔直流试验基地[6,7]。
通过这些试验基地的建设,使我国具备了±1000kV及以下电压等级下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力。
2010年,向家坝一上海±800kV特高压直流输电工程双极投运,工程额定输送功率6400MW,输送距离1907km,工程送端起于四川复龙换流站,受端换流站为上海奉贤换流站。
2012年,锦屏一苏南±800kV特高压直流输电工程双极投运,工程额定输送功率7200MW,全长2059km。
工程起于四川裕隆换流站,止于江苏同里换流站。
此外,还有“溪洛渡一浙西”、“哈密一郑州”等多条±800kV特高压直流工程正在建设中。
2特高压换流站的绝缘配合方案设计(1)±1100kV特高压直流换流站避雷器布置方案的确定。
(2)特高压直流换流站避雷器的主要技术参数的确定,如避雷器持续运行电压、额定电压、保护水平、能量吸收能力等。
(3)仿真计算±1100kV特高压直流换流站关键设备的过电压水平。
(4)确定±1100kV特高压直流换流站关键设备的绝缘裕度的选取,并计算确定换流站关键设备的绝缘水平。
2.1选择避雷器保护方案的基本原则(1)在交流侧产生的过电压,应尽可能用交流侧的避雷器加以限制；(2)在直流侧产生的过电压,应由直流线路避雷器!直流母线避雷器和中性母线避雷器等加以限制；(3)关键的设备应由与该设备紧密相连的避雷器保护，如阀、交流和直流滤波器设备等,应分别由各自紧靠连接的避雷器保护；2.2换流站电气设备的绝缘配合绝缘配合是根据系统设备上可能出现的过电压水平,同时考虑相应避雷器的保护水平来选择确定电气设备的绝缘水平，直流换流站绝缘配合的一般方法与交流系统绝缘配合的方法相同,采用惯用法进行绝缘配合,即在电气设备上可能出现的最大过电压与惯用的基本雷电冲击绝缘水平(BIL)和基本操作冲击绝缘水平(BSL)之间留有一定的裕度。
3特高压直流换电站绝缘配合技术研究现状多年来,国内外工业界和学术界对特高压直流输电技术的研究不断深入,取得了重要的理论成果和实践经验。
目前世界上投运的特高压直流输电工程也均为±800kV,并且全部建造在中国,通过这些实际工程的建设,中国积累了丰富的实践经验,占领了特高压直流输电技术的制高点。
对于特高压直流换流站的绝缘配合研究主要是基于±800kV特高压直流输电系统,分别对换流站的避雷器布置、避雷器参数选取、换流站过电压水平、设备绝缘水平确定等问题进行了详细研究。
具体如下:(1)特高压换流站的避雷器布置。
目前主要存在两种方案:以ABB公司方案为代表的向家坝一上海特高压直流工程换流站避雷器布置和以SIEMENS公司方案为代表的云南一广东特高压直流工程换流站避雷器布置[8]。
两种方案的主要区别在于对高端换流变压器阀侧绕组的保护,ABB公司方案推荐采用MH与V避雷器串联的保护方式,而SIEMENS公司方案推荐采用A2避雷器直接保护高端换流变压器闹侧绕组[9-12]。
(2)避雷器参数的选取。
避雷器的参数主要包括避雷器持续运行电压、额定电压、荷电率、保护水平及能量吸收能力等参数的确定。
文献[12]结合云南一广东±800kV特高压直流输电工程,介绍了特高压直流避雷器参数选择的基本原则,并对直流避雷器的持续运行电压、额定电压、能量等进行了讨论。
文献[13]介绍了特高压直流避雷器的主要技术特点,与常规超高压直流避雷器进行了对比,并讨论了避雷器持续运行电压、配合电流等参数的选取。
文献[14]比较了±800kV直流换流站相关位置分别使用ABB、西门子和中国西电集团西安西电避雷器有限责任公司三家不同避雷器的操作过电压保护水平和避雷器耐受能量。
现有研究均认为,在选择避雷器参数时,应综合考虑系统最大持续运行电压、荷电率、雷电和操作冲击保护水平和能量要求等因素,使得设备上的过电压水平尽可能低,又不使避雷器的数量过多、造价过高。
(3)换流站过电压水平。
与常规超高压直流输电系统相比,特高压直流换流站的过电压水平更高,过电压机理更加复杂。
文献[15-19]结合±800kV向上和云广特高压工程对特高压直流换流站在典型故障下的操作过电压进行了仿真计算及研究,文献[20-23]对特高压直流系统孤岛运行方式下的过电压水平进行了分析,文献[24,25]对特高压直流工程直流线路的过电压水平进行了研究,文献研究了直流控制保护策略对换流站过电压水平的影响,并从控制保护角度提出了相关改进措施。
(4)设备绝缘水平确定。
特高压换流站设备的绝缘水平直接关系到整个工程的造价,目前国内外对±800kV特高压换流站设备的绝缘水平进行了广泛研究[26-29],在换流站设备绝缘裕度选取和关键设备绝缘水平确定等方面取得了丰富的成果,相关成果已运用于向家坝一上海、云南一广东、锦屏一苏南和溪洛渡一浙西等±800kV特高压直流工程中。
对于±1000kV电压等级及以上的特高压直流系统的研究,目前研究主要集中在可行性研究、晶闸管换流阀、直流互感器、换流变压器阀侧套管设计等设备制造方面[30,31]。
关于±1000kV电压等级及以上的特高压直流系统的绝缘配合方面的研究极少,仅有少数文献对其进行了探讨[32],但是相关研究并不深入,并且尚无实际工程投运。
文献[33]利用EMTP方法和EGM方法分别仿真计算了100OkV特高压交流输电线路反击跳闸率和绕击跳闸率,并在反击计算中利用击距理论修正了线路的等效受雷宽度。
计算结果表明,1OO0kV同杆双回交流输电线路雷击跳闸事故主要是由绕击造成的,符合前苏联特高压交流输电线路雷击闪络的统计规律。
同样,本文利用EGM方法仿真计算了士800kV特高压直流输电线路绕击闪络率。
计算结果表明,由于特高压直流线路存在极性问题,正极导线比负极导线更易遭负雷的绕击。
4 小结换流站绝缘配合设计是整个直流输电工程设计、实施过程中的一项关鍵性技术,换流站设备绝缘水平的高低对整个直流工程的造价有重要影响。
对于特高压直流输电系统,国内外围绕±800kV特高压直流换流站的绝缘配合进行了较为详细的研究,但是±1100kV作为一个全新的输电电压等级,目前对该电压等级下换流站的绝缘配合相关研究极少。
在以后的研究中应注意以下几个问题：（1）在特高压直流输电方式中,要重视多馈入直流输电系统，可能引起系统的安全稳定问题；（2）当特高压输电线路经过地面倾角较大的山区或雷电活动较频繁的地区时,应加强线路的防雷措施,如适当增加绝缘子片数以及减小避雷线保护角等,以达到降低线路绕击率的目的；（3）在特高压电网发展的不同阶段,会出现电磁环网和交直流并联等运行问题,它们有各自不同的结构和特点,需随特高压电网发展进行更深入的研究。
参考文献：[1]袁清云,我国特高压直流输电发展规划与研究成果[J].电力设备,2007, 8(3): 1-4.[2]苏宏田,齐旭,吴云.我国特高压直流输电市场需求研究[J].电网技术,2005(24):[3]刘振亚,特高压直流输电理论[M].北京:中国电力出版社,2009.[4]刘振亚,特高压直流输电技术研究成果专辑(2005年)[M].北京:中国电力出版社,2006.[5]中国南方电网公司,±800kV直流输电技术研究[M].北京:中国电力出版社,2006.[6]张文亮,于永清,李光范,等.特高压直流技术研究[J].中国电机工程学报,2007,27(22):1-7.[7]舒印彪,张文亮,特高压输电若干关鍵技术研究[J].中国电机工程学报,2007,27(31): 1-6.[8]周浩,陈锡磊,陈润辉,等,±800kV特高压直流换流站绝缘配合方案分析[J].电网技术,2011(11): 18-24.[9]聂定珍,马为民,郑劲,±800kV特高压直流换流站绝缘配合[J].高电压技术,2006(09)：75-79.[10]聂定珍,袁智勇,±800kV向家坝一上海直流工程换流站绝缘配合[J].电网技术,2007(14):1-5.[11]吕金壮,赵杰,云广±800kV直流输电系统过电压与绝缘配合研究[J].南方电网技术,2009(02):18-22.[12]周沛洪,赵杰,吕金壮,等,.±800kV云广DC换流站避雷器布置和参数选择[J].高电压技术,2009(11): 2603-2611.[13]王玉平,张一鸣,特高压直流避雷器的技术特点与分析[J].电力设备,2007(03):15-19.[14]廖志超,苟锐锋,程晓绚,等.±800kV直流换流站三种不同类型避雷器性能比较[J].南方电网技术,2010(02): 63-66.[15]司马文霞,庞锴,杨庆.±800kV特高压换流站直流侧操作过电压的仿真与研究[J].高压电器,2008, 44(2): 126-128.[16]安萍,荀锐锋,程晓绚,等.±800kV特高压直流换流站过电压保护特点及直流暂态过电压计算[J]-高压电器,2007, 43(5): 351-353.[17]周晓琴,荀锐锋,吕金壮,等.±800kV特高压直流换流站最高端换流变阀侧避雷器保护研究[J].高压电器,2009,45(2): 1-3.[18]王东举,邓旭,周浩,等.±800kV溪洛渡一浙西直流输电工程换流站直流暂态过电压[J].南方电网技术,2012,6(2): 6-13.[19]陈锡磊,周浩,王东举,等.±800kV浙西特高压直流换流站暂态过电压研究[J].电网技术,2012, 36(3): 22-27.[20]贾磊,蔡汉生,陈喜氣.±800kV糯扎渡直流输电工程孤岛运行过电压水平[J].南方电网技术,2012, 6(3): 12-16.[21]贾磊,蔡汉生,吴小辰,等.云广±800kV直流工程孤岛运行过电压水平研究[J].南方电网技术,2011,5(4): 24-28.[22]蔡汉生,金小明,张东辉.云广特高压直流线路孤岛运行方式过电压保护方案[J].高电压技术,2009(12): 2886-2890.[23]胡铭,蔡汉生,田杰,等.云广直流孤岛运行过电压控制措施研究[J].高电压技术,2008,34(9): 1905-1909.[24]朱艺颖,呙虎,李新年,等.锦屏-苏南特高压直流输电工程直流线路电磁暂态仿真[J].电网技术,2009(6): 1-4.[25]吴娅妮,蒋卫平,朱艺颖,等.特高压直流输电线路故障过电压的研究[J].电网技术,2009(4):6-10.[26]刘泽洪,高理迎,余军,等.±1000kV特高压直流输电技术研发思路(英文)[J].中国电机工程学报,2009, 29(22): 76-82.[27]张文亮,周孝信,郭剑波,等.±1000kV特高压直流在我国电网应用的可行性研究[J].中国电机工程学报,2007,27(28): 1-5.[28]许机,周会高,刘朴,等.±1100kV特高压直流输电晶闸管阀运行试验系统设计[J].高电压技术,2012, 38(2): 400-406.[29] Boon- Teck O, Wang X. Boost-type PWM HVDC transmission system[J]. Power Delivery, IEEE Transactions on, 1991, 6(4): 1557-1563.[30]费烨,王晓琪,汪本进,等.±1000kV特高压直流互感器的选型与研制[J].高电压技术,2010(10): 2380-2387.[31]张学成,檀金华,牛万宇,等.±1100kV直流输电工程換流变压器阀侧套管的设计[J].高电压技术,2012,38(2): 393-399.[32]张翠霞,陈秀娟,葛栋,等.±1000kV级直流输电工程系统过电压抑制和绝缘配合[J].高电压技术,2013, 39(3): 520-525.[33]邓旭,特高压直流及柔性直流输电系统换流站绝缘配合研究[D],浙江大学,2014.高电压试验技术综述学院：电气与信息工程学院学习—————好资料精品资料班级：学号：姓名：。