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1、第第4章章电力设备承受的电压工作电压暂时过电压操作过电压大气过电压电力设备绝缘水平短时工频试验长时间工频试验操作冲击试验雷电冲击试验电力设备的绝缘水平到底选多高？随着电力系统电压等级的提高，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。由于系统电压等级的提高，输送容量的增大，一旦出现故障，损失巨大。绝缘配合的实质是选定合理的绝缘水平绝缘配合设备上实际承受的电压工作电压暂时过电压操作过电压大气过电压绝缘配合：绝缘配合：所谓绝缘配合，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
2、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。 系 统 中可 能 出 现的 各 种 电压 保 护 装置 的 保 护水平经济费用制造、安装运行、维护事故损失设备绝缘对各种电压的耐受能力设备的绝缘水平通常过电压可以作如下分类：过电压工频电压升高谐振过电压直击雷内部过电压雷电过电压操作过电压感应雷暂时过电压直击雷过电压：直击雷过电压：雷闪直接击中电气设备导电部分时引起的过电压称为直击(雷)过电压。直击：直击：雷直接击中带电导体反击反击：雷击中输电线路杆塔、避雷线以及避雷针等通常接地的物体，从而在上面引起电位升高，造成这些物体对其它物体产生放电雷电感应过电压
3、：雷电感应过电压：雷闪击中电气设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电气设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压称为雷电感应过电压。雷电雷电过电压过电压电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压称为内过电压。电力系统内过电压的能量来源于系统本身，它的幅值以工作电压为基础而增长，通常用系统最大工作相电压Uph.m幅值的倍数k0来表示。k0的值约为1.3-4.0，其大小与系统参数、断路器性能、中性点接地方式等一系列因素有关。内过电压又可分为操作过电压和暂时过电压。操作过电压电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压称为操作过电压。内部内部过电压过电
4、压空载线路合闸与重合闸过电压空载线路合闸与重合闸过电压合闸空载线路产生过电压的根本原因是电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在稳态电压上所致。 在线路上存在残余电荷时(例如在空载长线自动重合闸中某些情况下)，空载线路合闸的过电压最大幅值为3Em。切除空载线路过电压切除空载线路过电压切除空载线路引起过电压的原因：电弧重燃。反向燃弧熄弧1，-3，5，-7，切除空载变压器过电压切除空载变压器过电压切除空载变压器引起过电压的原因：电流尚未过零时电弧熄弧，电感能量转化为电容能量。弧光接地过电压弧光接地过电压中性点不接地系统电弧接地过电压出现的条件：中性点不接地系统，单相接地时，若电弧不能熄灭，也不能稳定燃烧
5、，则由于电弧的重燃，可能引起过电压。A相接地B、C相对地电容充电A相熄弧B、C相电荷平均导致系统电位升高A相接地振荡2.5p.u.振荡3.5p.u.暂时过电压暂时过电压持续时间长的过电压则称为暂时过电压。暂时过电压中，频率为工频或接近工频的过电压，称为工频电压升高。因系统的电感，电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波形周期性重复的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。工频电压升高空载长线的电容效应不对称短路引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高谐振过电压线性谐振参数谐振铁磁谐振过电压防护过电压防护1.安装避雷针、避雷线.设置消弧线.安装电抗器设备的绝缘水平：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。 短时工频试验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时，需作长时间工频试验。 操作冲击试验操作过电压的作用。雷电冲击试验雷电过电压的作用。绝缘配合的原则：综合考虑电力系统中可能出现的各种作用电压、保护装置特性和设备的绝缘特性以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。(1)电压不同，绝缘配合原则不同对于220kV及以下
7、的系统，一般以大气过电压决定设备的绝缘水平。随着电压等级的提高，操作过电压的幅值将随之增高，所以，在超高压电力系统（330 kV）的绝缘配合中，操作过电压将逐渐起控制作用。(2)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。(3)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。不同的系统，因结构不同，过电压水平不同，且同一系统中不同地点的过电压水平亦有差异，造成事故的后果也是不同的。在系统发展初期，采用单回长距离线、系薄弱，一旦发生故障，经挤损失较大。到了发展的中期或后期，系统联系增强，而设备制造水平提高，保护设备性能改善，设备损坏几率减少；即使个别设备损坏，造成的经济损失也会降低。因此，从经济方面考虑，对同一电压等级，不同地点、不同类型的设备，允许选择不同的绝缘水平。(4)在绝缘配合中不考虑谐振过电压，因此在电网设计和运行中都应当避开谐振过电压的产生。(5)在污秽地区的电网，外绝缘的强度受污秽影响将大大降低。污闪事故发生在恶劣气象条件正常工作电压下，因此，严重污秽地区电网外绝缘水平应主要由系统最大运行电压决定。(6)不需要考虑线路绝缘和发、变电站绝缘的配合问题。如降低线路绝缘使之与变电站配合，则会使线)在特高压电网中，由于限压措施的不断完善，过电压可降低到 1.61.8 p.u. 或更低，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。确定性法（惯用法）统计法简化统计法 适用范围：由于对非自恢复绝缘进行绝缘放电概率的测定，费用很高，目前难于使用统计法，主要仍用惯用法。但是，现在国内外都正在致力于研究采用统计模拟的方法解决非自恢复绝缘的配合问题。对于降低绝缘水平经济效益不是非常显著的220kV及以下电压等级设备的绝缘，通常仍采用惯用法。在采用惯用法进行绝缘配合时，无法定量预估绝缘的故障率，只是在确定绝缘水平时留有一定的安全裕度，即所谓配合系数(或安全裕度系数)。对于330k
10、V及以上设备的自恢复绝缘，可以采用统计法进行绝缘配合，因此也可以用统计法对各项可靠性指标进行预估。惯用法惯用法惯用法是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，以补偿在估计最大过电压和最低耐压强度时的误差，从而决定绝缘应耐受的电压水平。有较大的裕度由于过电压幅值及绝缘强度都是随机变量，很难找到一个严格的规则去估计它们的上限和下限。因此，用这一原则确定绝缘水平常有较大的裕度。适用于具有自恢复能力的绝缘和无自恢复能力的绝缘惯用法对有自恢复能力的绝缘（如气体绝缘）和无自恢复能
11、力的绝缘（如固体绝缘）都是适用的。确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平，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和操作冲击保护水平，由避雷器在相应冲击电流下的残压等因素确定。220kV：BIL(全波基本冲击绝缘水平)+短时(1min)工频耐受电压330-500kV：BIL(全波基本冲击绝缘水平)+BSL(操作基本冲击绝缘水平)统计法统计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。设已知过电压概率密度函数fg(U )和绝缘的放电概率函数p(U)，且fg(
12、U )与p(U)互不相关( )( )agUpnRp U f U dU故障率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。简化统计法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，如正态分布，并已知其标准偏差。根据这些假定，上述两条概率分布曲线就可以分别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。事实上，这时绝缘的故障率只决定于这两个电压之间的裕
13、度，这一点很像惯用法。 22100021aUue)u( fuUVidVe)u(Pai22121故障率du)u(f )u(PRSWUU安全系数故障率R输电线路的绝缘水平：绝缘子串的片数线kV以上，统计法或简化统计法220kV以下，惯用法 绝缘子串中绝缘子片数的确定要求：工作电压下不发生污闪操作过电压下不发生湿闪具有一定的雷电冲击耐受强度工作电压下不发生污闪根据线路绝缘子串在工作电压下发生闪络的运行经验，规定了不同污秽地区的直线杆单位爬电距离（爬电比距）。lUnnpUn-线路的额定线电压，kVl-每片绝缘子的爬电距离，cm由于公式中的取值是总结运行经验得来的，因此最大工作电压与额
14、定电压的差别及零值绝缘子的影响等因素都已包括在内，所以按额定线电压计算，所得结果一般不需考虑零值绝缘子而再增加绝缘子片数。操作过电压下不发生湿闪绝缘子串除应在长期工作电压下不发生闪络外，还应耐受操作过电压的作用，即绝缘子串的湿闪电压在考虑各种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。于是绝缘子串的工频湿闪电压（最大值）或正极性操作冲击放电电压可由下式确定：0150.UkUsU0-对220kV及以下系统为计算用最大操作过电压,U0=k0Uph.m，对330kV及以上系统为线路相对地统计操作过电压，采用空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸（如运行中使用时）中的较高值。k1-线、绝缘子串操作过电压统计配合系数：对220kV及以下系统取1.17,对330kV及以上系统取1.25。计算中应取正极性放电电压；必须另外考虑零值绝缘子的问题：35 220kV线kV 及以上线 片。必须进行大气状态校正雷电冲击耐受强度绝缘子片数还要按线路雷电过电压进行复核。一般情况下，按爬电比距及操作过电压的要求选定的绝缘子片数都能满足耐雷水平的要求。在特殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的片数往往大于工作电压及操作过电压要求的片数，此时雷电过电压才成为确定值的决定性因素。线路的空气间隙导线对大地导线、高度主要是考虑穿越导线下的最高物体与导线间的安全距离，在超高压输电线下还应考虑对地面物体的静电感应问题。导线对导线导线间的距离主要由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时能耐受工作电压的最小间隙来确定，由于这种情况出现的机会极少，所以在低电压等级时以不碰线为原则。导线对架空地线导线对地线间的间隙，由雷击避雷线档距中间不引起对导线的空气间隙击穿的条件来确定。导线sl确定导线对杆塔距离的方法承受电压类型：雷电过电压操作过电压工作电压幅值：雷电过程电压操作过电压工作电压持续时间：雷电过程电压操作过电压工作电压持续时间越长，必须考虑的风偏角(风速)越大。雷电过电压：10 m
17、/s操作过电压：最大风速的50 %工作电压：25-35 m/s工作电压mph,250. pUkUk2- 线路空气间隙工频电压统计配合系数（综合考虑绝缘裕度、空气密度变化、空气湿度变化以及其他如工频电压升高等因素的影响而设定），对330kV及以上系统取1.4；对110kV及220kV系统取1.35；对66kV及以下系统取1.2。操作冲击电压0350. sUkUk3-线路空气间隙操作过电压统计配合系数，对330kV及以上系统取1.1，对220kV及以下系统取1.03。U0-对220kV及以下系统为计算用最大操作过电压，U0=k0Uph.m,对330kV及以上系统为线路相对地统计操作过电压，采用空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸（如运行中使用时）中的较高值。雷电冲击电压按雷电过电压确定风偏后的空气间隙时，应使其正极性雷电冲击击穿电压与绝缘子串相应闪络电压相适应：间隙的击穿电压可选为绝缘子串相应闪络电压的85%（污秽区该间隙可仍按0级污秽区配合），其目的是尽量减少绝缘子串的闪络概率，以免损坏绝缘子。50. pU50. sU50. lUpSsSlSplSsinpslSsinsllSsinl最大值
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