电力系统的绝缘配合

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1 R0 P (U 0 ) f (U 0 )dU 2 U pn
8-3
绝缘强度↑ ,P(U)→,R↓,投资成本↑。
3. 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,即假定它们均服从正态分布,而 且己知它们的标准偏差分别为σ0及σi;则过电压的概率密度函 数f(u)及绝缘放电的概率函数P(u): 8-4 8-5 由于在式(8-2)中u在-∞~0范围内用f(u)=0,以及u在0~Uphm范围 内f(u)≈0, 可得绝缘故障率为 8-6
f g (U ) : 过电压概率密度函数; 设: P(U ) : 绝缘放电概率分布函数;
二者互不相关(独立)的
f(U)dU:过电压在U0附近dU范围内出现的概率; P(U0) :过电压U0作用下绝缘放电的概率; 由概率积分的计算公式得到出现这样高的过电压并使绝缘 放电的概率是:
dR P(U0 ) f g (U0 )du
பைடு நூலகம்
综合以上所述优、缺点,不同电压等级的电网采取不同的中性点 接地方式,以便兼顾电网运行可靠性及经济性两方面的要求。 对于60 kV及以下电压等级的系统,我国电力行业标准规定,根据 系统的具体条件,允许采用低电阻接地方式、高电阻接地方式, 或消弧线因接地等非有效接地方式,后者虽然要求绝缘水平较 高,但因电压等级低,增加投资不多.却可使系统运行可靠性 有所提高。 对于110kv及以上电压等级的系统,采用中性点直接接地方式,主 要取其要求绝缘水平低的优点,以降低绝缘投资,至于可靠性 问题可以采取相应措施解决之。例如,为解决频繁跳闸问题,。 一般全线架设避雷线,增加投资不多(对超高压输电线路),却可 大大减少雷击跳闸次数;还可以加装自动重合闸装置、提高运 行的可靠性,为减小故障电流,一般110kV系统中部分变压器中 性点绝缘。为防止对邻近通信线的干扰,通常在设计线路时使 其远离通信线路,或在通信线路上加装保护装置。
U ph (1.05 ~ 1.15) Un 3
220kV及以下取1.15; 330kV及以上取1.1。这样,对避雷器 的 灭弧条件比较有利,避雷器的阀片数目及间隙均可减少, 避雷器的结构尺寸可以减小。
②大气过电压低。由于设备绝缘上所承受大气过电压的数值 取决于避雷器的特性,而在中性点直接接地系统中,根据 较低的最大长期运行电压确定的阀片及间隙的数目也少, 因此其残压和冲击放电电爪也较中性点非直接接地系统为 低,一般约低20%。 ③内部过电压低。在中性点非直接接地系统中,内部过电压 是在线电压的基础上发生和发展的,而中性点直接接地系 统中内部过电压是在相电压的基础上发生和发展的,因而 数值较低,一般较中性点非直接接地系统低20%-30%。 基于以上三个方面的考虑,在中性点直接接地系统中的设备 绝缘水平可比在中性点非直接接地系统中降低20%左右。 这正是超高压系统采用中性点直接接地的方式的理由:减 少绝缘费用,降低造价。对低电压等级,直接接地优势不 突出且直接接地的缺点可成为主要问题。
对应于设备绝缘可能承受的各种作用电压,在进行绝 缘试验时,有以下几种试验类型: ①短时(一分钟)工频试验; ②长时间工频试验: ③操作冲击试验; ④雷电冲击试验。
要做到符合绝缘配合总的原则,必须计及不同电压等级、系统 结构等诸因素的影响,具体情况,灵活处理。 在不同电压等级的系统中,正常运行条件下的工频电压不会 超过系统的最高工作电压,这是绝缘配合的基本参数。然而, 其他几种作用电压在绝缘配合中的作用则因系统电压等级的不 同而不同,因此在高压及越高压系统中绝缘配合的具体原则不 同,绝缘试验类型的选择亦有差别。 首先,对不同电压等级系统,配合原则是不同的。 对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。 对330kV及以上的超高压绝缘配合中,操作过电压将起主导 作用。 处在污秽地区的电网的外绝缘水平应主要由系统最大运行电 压决定。 在特高压电网中,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。
8.1 绝缘配合的基本概念与方法 绝缘配合的原则 就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种 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、维修费用和设备绝缘故 障引起的事故损失,达到在经济上和安全运行上总体 效益最高的目的。 绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平, 所谓电气设备的绝缘水平是指该电气设备能承受的试 验电压值。
UW US
因为在正态分布下
(U S ,UW , 0 , i ) (U ao ,U ai ) R; (U S ,UW ) ; R~
8.2 中性点接地方式的影响
1.有效接地(包括直接接地及经小阻抗接地) 2.非有效接地(包括经消弧线圈接地)。 接地方式的选择是个重要的综合性问题,直接影响到设备绝 缘水平的确定、系统的运行可靠性、保护设备的工作条件以 及对通信线路的干扰等。 中性点接地方式的不同,使系统过电压水平及其所决 定的设备绝缘水平有很大的差异。中性点直接接地系 统有很大的优越性:
对330kV及以上电压等级,在发电厂、变电站中决 定空气间隙的过电压是操作过电压。
8.3 输电线路绝缘水平的确定 包含确定绝缘子串的绝缘子片数及线路绝缘的 空气间隙。
8.3.1绝缘子片数的确定
确定绝缘子的片数要求: 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。 具体的作法:: 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:
8.3.2 输电线路空气间隙的确定 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、导线对杆塔及横担。 确定导线对杆塔的距离:垂直距离l、 水平距离: 在确定导线对杆塔间隙的大小时,必须考虑风吹导线使 绝缘子串倾偏摇摆偏向杆塔的偏角。 工作电压:按最大风速(约25—35m/s)计算,风偏角θp 最大; 内部过电压,按最大风速的50%计算,风偏角θs较小; 雷电过电压:计算风速一般采用10m/s,风偏角θl最小。
电力系统的绝缘配合 电力系统运行的可靠性主要由停电次数及停电时间来 衡量。 绝缘的击穿是造成停电的主要原因之一。 电力系统运行的可靠性.在很大程度上决定于设备的 绝缘水平及工作状况。 为了提高系统的运行可靠性、合理地确定设备绝缘 水平,具有十分重大的意义。 电力系统中的绝缘包括发、变电站的电气设备的绝缘 和线路的绝缘。 电力系统的绝缘在运行中将承受: 正常运行时的工作电压、短时过电压、操作过电压及大 气过电压
8.2 输变电设备绝缘水平的确定 通常以确定电力变压器的绝缘水平为中心环节,再确 定其它设备的绝缘水平。 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。 避雷器的保护水平包括雷电冲击保护水平(BIL)和操 作冲击水平(BSL)。 确定雷电冲击保护水平: 变压器的雷电冲击耐受电压和避雷器雷电冲击保护水 平之间应取一定的安全裕度系数。当电气设备与避雷 器紧靠时,安全系数取1.25,有一定距离时取1.4。
2.按内部过电压进行验算 增加一些绝缘子,以便出现零值绝缘子后,其余的绝 缘子仍能耐受出现的操作过电压。 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。 U sh 1.1k0U ph 3. 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数影 响是不大的,因为耐雷水平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。 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。
通过变量置换进行积分运算,可以得到: 8-7 Uao及Uai分别为过电压的均值及绝缘的50%放电电压。
同理,若略去负极性下的故障率,得绝缘在操作过电压下故障率 的估算值: 8-8
因此只要已知Uao及Uai即可根据式(8-8)很快算得故障率R。 国际电工委员会绝缘配合标准推荐采用出现概率为2%的过电 压值为“统计过电压”US,推荐闪络概率为10%、即耐受 概率为90%的电压为绝缘的“统计耐受电压”Uw,在这个 基础上可以得到不同的统计安全系数γ下绝缘的闪络概率。
雷电冲击耐受电压 =雷电冲击保护水平 安全系数
确定避雷器操作冲击保护水平: 变压器的操作基本冲击绝绕水平与避雷器被保护水 平相配合,安全系数不低于1.15。
对于用不同的避常器保护或非将效保护的设备,应 选用较高雷电冲击耐受电压及与之对应的操作冲击 耐受电压。
有绕组绝缘的设备,应作雷电冲击截波试验。雷 电冲击截波耐受电压幅值一般比全波幅值高出10 %左右。
中性点直接接地系统有很大的优越性: ①最大长期工作电压(指相对地绝缘所承受的电压)为相电压。 中性点非直接接地系统单相故障时并不立即跳闸,可以继 续带故障运行一定时间,因而它的最大长期工作电压可达 线电压,即Un。考虑到调压的需要,实际运行电压可能较 Un高出10-15%,因此最大长期运行电压为(1.1-1.15) Un 。 中性点直接接地系统相电压为
通常,除型式试验外,一般电气设备出厂试验只做 1min工频耐压试验。 1)试验的方便;2) 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。 电气设备的工频试验电压是按如下程序来确定的:
工频耐压值,代表了绝缘对雷电、操作过电压的总的耐受 水平。 对于超高压电气设备(330-500kV),考虑到操作波对绝缘 作用的特殊性,还需规定操作、雷电冲击试验电压。
第二,在技术上要力求做到作用电压与绝缘强度的全伏秒特 性配合。为此要求具有一定伏秒特性和伏安特性的避雷器能 将过电压限制在设备绝缘耐受强度以下,这个要求是通过避 雷器与设备绝缘强度的全伏秒特件配合来实现的。在绝缘配 合中不考虑谐振过电压。 第三,为了兼顾设备造价、运行费用和停电损失等的综合经 济效益.绝缘配合的原则需因不同的系统结构、不同的地区 以及不同的发展阶段而有所不同。 第四,对于输电线路的绝缘水平,一般不需要考虑与变电所 的绝缘配合。通常是以保证一定的耐雷水平为前提,基本上 由工作电压和操作过电压决定。但是,在污秽地区或操作过 电压被限制到较低数值的情况下,线路绝缘水平则主要由最 大工作电压决定。 第五,应从运行可靠性的角度出发,选择合理的绝缘水平, 以使各种作用电压下设备绝缘的等效安全系数都大致相同。
中性点直接接地的缺点是: ①在电力系统中,单相接地故障所占比例很大,若中性点直接接 地,一旦出现很大的单相短路电流,线路立即跳闸,不但给断 路器造成严重的负担,也造成突然停电,影响供电的可靠性。 ②中性点非直接接地系统发生单相接地故障时,故障电流很小, 不会对邻近通信线路产生很强的干扰;而中性点直接接地系统 中很大的故障电流的电磁感应作用很强,将在邻近通信线路上 产生很危验的感应电压,造成对设备或人身的危害。 ③中性点直接接地系统中发生单相接地故障时,甚大的故障电流 产生很大的电动力,可能造成电气设备绝缘的损坏。
8-1
dR称为微分故障率。
图 绝缘故障率的估算
通常只按过电压的绝对值进行统 计(正、负极性约各占一半), 且高于最大运行相电压幅值 U≥Upn时才作为过电压, 所以将上式在Upn到∞(或到某一 值为止)积分可得故障率R,即
R0 P(U 0 ) f (U 0 )dU
U pn
8-2
一般,绝缘在负极性操作冲击下的耐压强度较高,若忽略负极 性下的故障率,则绝缘在操作过电压下故障率的估计值为
8.2.2 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。
2.统计法 统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐受强度都是随机 变量的实际情况,在已知过电压幅值和绝缘放电电压 的概率分布后,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。这种方法不仅定量地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,确定一个输电系统绝缘 配合的最佳方案。
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