第14讲 绝缘配合

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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定

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
操作冲击保护水平
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避雷器的雷电冲击保护水平由以下三个数据表征
在标称放电电流波形(如8/20s)和幅值下的
残压值
磁吹避雷器1.2/50s标准雷电冲击放电电压
上限
磁吹避雷器规定陡度下的冲击波波前放电电
考虑内绝缘的老化和外绝缘的污秽对工频运行电压及 过电压下的性能有影响
雷电、操作冲击试验
分别检验设备绝缘耐受冲击过电压的性能
6
一、绝缘配合及其原则

随着系统规模的扩大，输电电压等级不断提高，确 定绝缘水平方法则发生变化

使设备绝缘足以耐受可能出现的最大过电压来满足 系统运行安全方面的要求 在一定的条件下，满足一个可以接受的绝缘故障率 的前提时，降低绝缘水平可能具有显著的经济效益
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以220kV为例，计算电气设备的各种试验电压
内绝缘工频试验电压有效值
0.54 3 220 356.4(kV )
还须按雷电过电压来效验：全波冲击试验电压827.2 除以冲击系数11.48，得：
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各类试验电压的确定
1、全波试验电压值：
（1）有工频励磁的全波冲击试验电压：
U 1.5 / 40BY ,Y 1.11.1U 515 kV
1.1（括号内）：考虑避雷器与电器之间有点振
荡，且波头小于10s时，U5有点升高
15：考虑避雷器联线及接地电阻上的压降 1.1（括号外）：累积系数，考虑运行中冲击全
BIL 1.2U p
影响因素主要有： 避雷器与被保护设备之间的距离；避雷器内部电感；变压 器绝缘的老化，即累积效应；避雷器运行中参数的变化；
变压器工频激磁的影响，等等
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操作基本冲击绝缘水平(BSL)
变压器的操作基本冲击绝缘水平(BSL)与避雷器的操作冲击
保护水平(Up )相配合，配合系数不低于1.15，即
规定操作冲击电流下的残压
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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定
在绝缘配合时，必须考虑以下因素的作用

设备安装点的预期过电压值


系统与设备的电气特性
类似系统的运行经验 所有保护装置的限压效果
对受避雷器保护的设备，在考虑以上因素的基础上，按预期 的暂时过电压选择避雷器的额定(灭弧)电压及保护水平，然
全波时更高而采用的截波系数
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各类试验电压的确定
外绝缘的冲击试验电压
外绝缘的累积效应很小。须考虑大气条件的影响。一般电
气设备及变压器使用在海拔1000m及以下，取空气密度系
数为0.925、湿度修正系数为0.91，两者乘积为0.84 1、全波试验电压值： U 1.5 / 40W
1.1U 5 15 0.84
各类试验电压的确定

外绝缘的工频试验电压
晴天或下雨对室外外绝缘的工频放电电压影响十分显著。 外绝缘的工频试验电压主要指淋雨状态，干燥状态的工 频试验电压值对室内电气设备适用
1、干燥状态的外绝缘工频试验电压值：
U 50~W g 1.15K 0U e 3 0.84 0.79 K 0U e kV
第14讲
电力系统绝缘配合
屠幼萍
80795842
typ@ncepu.edu.cn
1
电力系统绝缘配合
绝缘配合及其原则
绝缘配合的方法

惯用法与电气设备绝缘水平的确定

绝缘配合的统计法
2
一、绝缘配合及其原则
绝缘的击穿是造成停电的主要原因之一
合理确定设备绝缘水平意义十分重大
用设备绝缘可以耐受（不发生闪络、放电或其他 损坏）的试验电压值表示
2、截波试验电压值：
当雷击于进线段首端外附近导线时，侵入变电站的雷电 波陡度比较大，电器上电压的波形振荡明显，相当于截 波，对绕组型电器（变压器）的绝缘考验比较严峻
U 1.5 / 2 ne 1.25 1.151.1U 5 15 kV
1.15：累积系数，截波幅值高，值较全波取得大些 1.25：考虑电气设备上的电压比避雷器上的电压较
BSL 1.15U p
这里操作冲击的配合系数较雷电冲击为小，主要考虑避雷 器与被保护设备之间的距离对避雷器操作冲击保护效果的 影响较雷电冲击保护效果小的缘故
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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定
变电站电气设备绝缘水平的确定
在220kV及以下的系统中，由于操作过电压对正常
绝缘无危险，避雷器不动作，避雷器只用作雷电 过电压的防护措施。按上述原则根据避雷器的雷 电冲击保护水平可以确定变压器的全波基本冲击 绝缘水平(BIL) ，而操作冲击绝缘水平(BSL)是用
变电所型避雷器进行配合，其他设备则与灭弧电压 （额定电压）较高的线路型避雷器相配合
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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定
超高压设备应当进行雷电及操作冲击耐受电压试
验，以检验设备在雷电过电压和操作过电压下的 绝缘性能，电气设备的绝缘水平由两个参数表示 全波基本冲击绝缘水平(BIL)
即额定雷电冲击耐受电压
内绝缘截波试验电压
1.25 1.151.1 670 15 1081(kV )
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以220kV为例，计算电气设备的各种试验电压
外绝缘全波冲击试验电压
1.1 670 15 895.3(kV ) 0.84
外绝缘截波冲击试验电压：
1.251.1 670 15 1119(kV ) 0.84
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二、绝缘配合的方法

惯用法 统计法 简化统计法
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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定

惯用法的基本概念 按作用在绝缘上的“最大过电压”和“最小绝缘 强度”的概念进行配合
确定设备上可能出现的最危险的过电压 根据运行经验乘上一个考虑各种固素的影响和一定裕 度的系数，即配合系数(或称安全裕度系数)，以补 偿在估计最大过电压和最低耐压强度时的误差，来 决定绝缘应耐受的电压水平
1.251.1U 5 15 2、截波试验电压值： U 1.5 / 2W 0.84
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各类试验电压的确定

内绝缘的工频试验电压
按内部过电压水平计算，一般计算值为K0Uxg。实验表明， 2为1.31.35，60kV以下设备的2 值较小，取1.3，110kV 及以上的设备可取1.35。累计系数取1.1，一分钟工频试 验电压有效值：
操作基本冲击绝缘水平(BSL)
即额定操作冲击耐受电压
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全波基本冲击绝缘水平(BIL)
变压器的全波基本冲击绝缘水平(BIL)与避雷器雷电冲击保护 水平(Up)之间取一定的配合系数，系数根据各国的运行经验 及传统的取值略有不同，一般在1.21.4之间。国际电工委员 会(1EC)规定此系数大于等于1.2，即
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1. 惯用法与电气设备绝缘水平的确定
对于不用避雷器保护或非有效保护的设备，如
断路器、仪用互感器等，应选用较高的雷电冲 击耐受电压及与之对应的操作冲击耐受电压
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1.
惯用法与电气设备绝缘水平的确定 ------各类试验电压的确定
内绝缘的冲击试验电压
1、全波试验电压值：
当线路远处落雷时，冲击波沿输电线路向变电站传播。 冲击电晕的作用，波到达变电站时，陡度已经很小， 被保护的电气设备上电压和避雷器残压之差小，变压 器上电压波形的振荡也不明显，它相当于全波的作用
后取一定安全裕度系数确定设备冲击绝缘水平
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变电站电气设备绝缘水平的确定
500kV变电站主接线示意图
在变电站电气设备中，电力变压器最为重要，通常
以确定电力变压器的绝缘水平为中心环节，再确定 其他设备的绝缘水平
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500kV变电站主接线示意图
变压器的绝缘水平应与灭弧电压（额定电压）较低的


综合考虑技术、经济、安全运行诸方面的要求，合 理地确定绝缘水平，这就是所谓的绝缘配合问题
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一、绝缘配合及其原则

绝缘配合总原则
综合考虑系统中可能出现的各种作用电压、保
护装置特性及设备的绝缘特性确定设备的绝缘
水平，从而使设备绝缘故障率或停电事故率降
低到在经济上和运行上可以接受的水平
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一、绝缘配合及其原则

电气设备的绝缘水平 对应于设备绝缘可能耐受的各种作用电压，在进 行绝缘试验时，有以下几种试验类型电力系统中 的绝缘

短时(一分钟)工频试验 长时间工频试验


操作冲击试验
雷电冲击试验
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绝缘试验类型
短时(一分钟)工频试验
用来检验设备在工频运行电压和暂时过电压下的绝缘 性能
长时间工频试验
对不同电压等级系统，配合原则是不同的
对于220kV及以下的系统，一般以大气过电压决定设
备的绝缘水平 主要保护装置是避雷器，以避雷器的保护水平为基 础确定设备的绝缘水平，并保证输电线路具有一定 的耐雷水平。对于设备，在正常情况下应能耐受内 过电压的作用，因此一般不专门采用针对内过电压 的限制措施
额定短时工频耐受电压，即工频绝缘水平代替
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实际上，短时工频试验电压值是由设备的BSL和 BIL共同 决定的。原因是雷电或操作冲击对绝缘的作用在某种程 度上可以用工频来等价。工频耐受电压与雷电、操作过 电压的等价关系如下图
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1、2为雷电和操作冲击电压换算
为等值工频电压用的冲击系数
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工频耐压值在某种程度上代表了绝缘对操作、雷电 过电压总的耐受水平，凡是能通过工频耐压试验的， 可以认为设备在运行中能保证一定的可靠性 由于工频试验简单方便，220kV及以下设备的出厂 试验应作工频耐压试验；而(330~500)kV超高压设 备的出厂试验只在试验条件不具备时，允许用工频 耐压试验代替
电力系统中的绝缘
发、变电站的电气设备的绝缘、线路的绝缘
3
一、绝缘配合及其原则

绝缘在运行中可能承受的电压类型
正常运行条件下的工频电压
暂时过电压（包括工频电压升高）
操作过电压
雷电过电压 过电压的参数（波形、幅值、持续时间）影响绝 缘的耐受能力，它们在确定绝缘水平中起着决定 性的作用
4
一、绝缘配合及其原则
U 50~ ne K 0 1.15U e 1.1 1.1 K 0U xg 1.3 ~ 1.35 1.3 ~ 1.35 3 0.56 ~ 0.54K 0U e kV
变压器的内绝缘还应按雷电过电压来效验。如冲击试验电 压除以内绝缘的冲击系数1后，高于上式计算值，则按较 31 高的值选定工频试验电压
9
一、绝缘配合及其原则
对不同电压等级系统，配合原则是不同的
在超高压电力系统的绝缘配合中，操作过电压逐渐起
控制作用。采用专门限制内过电压的措施（并联电抗 器、带有并联电阻的断路器及MOA避雷器等）
前苏联：采用避雷器 ，设备绝缘水平是以操作过
电压下避雷器的保护特性为基础确定的
美国等：改进断路器的性能，绝缘水平是以雷电过 电压下避雷器的保护特性为基础确定的 我国采取
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以220kV为例，计算电气设备的各种试验电压
已知FZ-220J的5kA残压U5=664~670kV。内部过 电压计算倍数K0=3
电气内绝缘全波试验电压值
1.11.1 670 15 827.2(kV )
变压器内绝缘无激磁时的全波试验电压值
1.11.1 670 15 220 / 2 937.2(kV )
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各类试验电压的确定
2、淋雨状态的外绝缘工频试验电压值
U 50~W S 1.15K 0U e 3 1.03 0.645K 0U e kV
1.03：综合考虑海拔1000米的空气密度系数0.925， 脏污系数0.95，雨量系数1.05（试验时所用每 分钟雨量较实际的大），雨阻系数1.1（试验 时所用水的电阻率为100m，较实际的小） 后得到的系数
压最大值除以1.15，对氧化锌避雷器为陡波 冲击电流(给定波前及幅值)下的残压值除以 1.15 取以上三者中较大者作为雷电冲击保护水平
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避雷器的操作冲击保护水平
对于磁吹阀型避雷器由以下两个数据表征
250／2500s标准操作冲击波下的最大火
花放电电压
规定操作冲击电流下的残压
取其中较大者作为操作冲击保护水平 对于氧化锌避雷器
波多次作用后，绝缘强度可能降低的缘故
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各类试验电压的确定
1、全波试验电压值：
（2）无工频励磁的全波冲击试验电压：
运行中雷电波叠加在工频电压之上，工频 电势为负的最大值（xg ） 2U
U 1.5 / 40BY 1.11.1U 5 15 0.5 2U xg kV
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各类试验电压的确定