交流电气装置的过电压保护及绝缘配合

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1、输变电标准讲解资料交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T620-1997）2008年 8月 目 录一， 引言 二， 电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响三， 暂时过电压及其限制四， 操作过电压及其保护五， 雷电过电压及其防护六， 金属氧化物避雷器MOA七, 绝缘配合 一， 前言 ：1，本标准规定了标称电压为3500 kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求；提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均(50%)放电电压的选择程序，并给出电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的电力设备过电压保护设计技术规

2、程SDJ 7-79和1984年3月颁发的500 kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准SD 119-84，经合并、修订之后提出的。2，标准的适用范围：本标准与修订前标准的主要差别：1)， 增补了电力系统中性点电阻接地方式；修订了不接地系统接地故障电流的阈值；2)， 对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快瞬态过电压保护等内容；对330kV系统提出新的操作过电压水平要求、修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等；3)，增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求；4)，增加了变电所内金属氧化物避

3、雷器最大保护距离和SF6 GIS变电所的防雷保护方式的内容；5)，充实并完善了3500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法。给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。注：本文中工频过电压倍数，为工频过电压有效值与系统最高相电压有效值之比；本文中谐振、操作过电压倍数，为谐振、操作过电压幅值与系统最高相电压峰值之比。二， 电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响：电力系统中性点接地方式是涉及系统接地故障电流、过电压水平、运行可靠性等一项技术、经济的综合性问题。- 影响一次设备的制造水平，造价，进而影响电力系统的建设投资：如,影响断路器的开断能力，影响变压器等的动,热稳定性;

4、- 影响继电保护方式的选择性，影响故障的复杂程度,影响电力系统的电磁暂态、机电暂态的发展和系统稳定，影响电力系统的运行费用；- 影响二次系统，包括对继电保护,通讯, 铁路信号,自动化等的电磁干扰；- 影响电力系统非对称接地故障引起的工频过电压, 进而影响电力系统的操作过电压水平和绝缘水平.目前,我国电力系统中性点接地方式有:1. 有效接地方式(3.1.1)：（此处括号内数字为DL/T620相应条款，以下雷同。）有效接地方式，即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比= X0/X1 为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比R0/X1为正值并且不大于1。接地故障系数 ( K = 故障时健全相

5、工频电压/故障前工频相电压)不超过1.4，接地故障系数K乘以最大运行相电压为工频过电压。 由于这种接地方式的过电压水平和绝缘水平相对比较低，我国 110 - 500kV系统中性点均采用有效接地方式.110和220kV变压器中性点在系统规模不大时，一般采用直接接地方式。但当系统发展、电源容量较大时，过小的零序电抗将会导致单相短路电流大于三相短路电流，给运行带来诸多问题.。为了提高零序阻抗，减少短路电流，我国东北220kV系统采用了将部分变压器中性点不接地的措施。110kV、220 kV变压器中性点采用分级绝缘,绝缘水平仅为线端绝缘水平的一半,这就出现了中性点过电压保护的问题。当操作变压器的断路器

6、出现非全相时，可能出现系统中性点局部失地,甚至会引起谐振过电压,导致中性点避雷器爆炸。后来，专门又在该避雷器旁并联接入一个保护用棒间隙。这就使得保护和运行维护很复杂.本标准对超高压系统专门规定其变压器中性点不得不接地运行。然而，超高压变压器，当系统规模发展扩大后，也会出现类似问题。是仿照220 kV模式？还是寻求新的解决办法？葛洲坝水电站500 kV升压站主变共7台，每台中性点均接地时，短路电流巨大。经过研究分析论证，最后采用了每台变压器中性点经电抗值为变压器零序电抗1/3的接地电抗器接地的措施。这样，两台变压器运行时，总零序电抗与原来中性点仅一台接地和另一台不接地是相同的。这样作的优点是降低

7、变压器中性点的绝缘水平(由不接地时的220 kV电压级水平，降至60 kV电压级水平)、避免了中性点不接地时的诸多缺点。最重要的是，较之部分接地方式在发生接地故障时，流过变压器的短路电流减少一半。这对减轻短路电流电动力对变压器绕组的损害，有重大作用。2 不接地方式：我国3-66kV配电系统当接地故障电容电流不大时，可采用中性点不接地方式。 虽然这种接地方式时的过电压水平和绝缘水平相对比较高，但对电压等级比较低的3-66kV配电系统，其技术经济影响并不大；而优点是属小电流接地系统，发生单相接地时，系统仍可向用户供电。它的敝病是当接地故障电容电流较大时，因电弧的延伸可能波及到结构紧凑的户内开关柜的

8、邻相，从而造成相间短路跳闸。其次电流较小时有可能引起间歇性弧光接地过电压，导致异地异相设备绝缘损坏。最后还易出现电磁型电压互感器饱和导致的谐振以及电压互感器熔丝熔断等。正是基于此种运行经验，本标准，对原规程中不接地系统接地故障电容电流的阈值对10kV系统由30A降低至10A。其原因是：国内现场试验表明10kV变电站支柱绝缘子在12A电流时已不能灭弧、国外标淮也作了相应修订。3 消弧线圈接地方式：为了克服不接地系统的缺陷，对3-66kV等级当接地故障电流大于下列阈值时，应采用消弧线圈接地方式 ： 10kV钢筋混凝土电杆或金属杆塔的架空线路 10A 35-66kV 10A。使用消弧线圈接地方式，应

9、注意的问题：- 保证变压器中性点长期电压位移 15% 相电压;- 采用过补偿，脱谐度 10%;- 保证单相接地时的残流 10A,满足自熄条件。4 电阻接地方式：低电阻(3.1.4)和高电阻(3.1.5)接地方式的区分原则，在于前者发生接地后立即跳闸。而后者发生接地后不立即跳闸。低电阻接地系统，主要应用于3-35kV电缆为主、电容电流较大而又不宜采用电感补偿的系统。电阻值选择应使单相接地电流控制在100-1000A。此系统的优点是可实现简单可靠的继电保护、瞬态过电压不超过2.5倍以及不再有谐振过电压发生。电缆绝缘水平可比不接地系统低一级，从而可以降低造价。高电阻接地系统，主要应用于电容电流较小、

10、易出现电磁型电压互感器饱和导致的谐振以及电压互感器熔丝熔断等的 6-10kV配电系统或厂用电系统，单相接地后不立即跳闸。此系统的优点是瞬态过电压不超过2.5倍以及不再有谐振过电压以及电压互感器熔丝熔断发生。5 具有发电机的系统接地方式： - 不接地方式：注意不接地时接地故障电容电流的阈值及修订的原因； - 消弧线圈接地方式：注意接地故障残余电流的阈值； - 电阻接地方式：随着大容量、高电压机组和制造技术的引进，该种发电机不允许机内带接地运行。通常在发电机中性点上安装变压器，在其低压绕组加装电阻器，机内出现故障时，立即切机。三，暂时过电压及其限制：正常或故障时，系统中出现较长时间大于最高运行电压

11、，其频率为工频或接近工频的工频电压升高。暂时过电压的特性由其幅值，电压波形和持续时间确定。过电压可能是无阻尼的或弱阻尼的。在某些情况下，其频率可能比工频低数倍或高数倍。在过电压持续时间内，其幅值和波形可能会产生变化。就绝缘配合的目的而言，代表性暂时过电压波形可视为标准的短时一分钟（1min）工频电压。暂时过电压起源于故障、操作（甩负荷）、长线电容效应，谐振条件，非线性铁磁谐振或它们的组合。一般而言，工频过电压幅值不大，对绝缘影响也不大。然而，- 操作过电压是在此基础上发展起来的；- 它会引起变压器等的磁饱和，造成铁芯过热；- 它会影响MOA的运行条件，影响避雷器额定电压的选择，影响避雷器工频过

12、电压耐受能力，影响到避雷器的保护水平，进而影响到设备绝缘水平的选择。1 工频过电压及其限制(1）， 非对称接地故障引起的工频过电压:这种过电压发生于系统的大部分，因电力系统接地方式和故障点的位置有关。其持续时间与故障持续时间（由继电保护的整定时间决定，直到故障清除）相对应：对于中性点有效接地系统，通常小于1秒；对于中性点经消弧线圈接地，且具有故障清除系统中，通常小于10秒；在无故障清除系统中，持续时间会几个小时。单相接地故障系数 K： ，（） ；对于中性点有效接地系统，若=X0/X1（零序电抗和正序电抗之比）在0和+3之间，R0/X1（零序电阻和正序电抗之比）在0和+1之间则避雷器安装点的接地

13、故障系数K不超过1.4，接地故障系数K乘以最大运行相电压为工频过电压。对于110-500kV中性点有效接地系统，避雷器额定电压一般取等于或大于80%系统最大运行线电压。对于中性点不接地系统，若X0/X1在 -26和 之间，则避雷器安装点的接地故障系数K大于1.73。我国66kV及以下为中性点不接地系统，避雷器额定电压一般取等于或大于110%系统最大运行线电压.（对MOA，由于这种中性点不接地系统可能发生弧光接地或谐振过电压，避雷器的工频过电压耐受能力要求高，所以避雷器的额定电压要比此值高）。对于中性点经消弧线圈接地系统，若X0/X1，则避雷器安装点的接地故障系数K=1.73。我国66kV及以下

14、有中性点经消弧线圈接地系统，避雷器额定电压一般取等于110%系统最大运行线电压.图1 单相故障接地时非故障相的工频过电压(2），甩负荷引起的工频过电压:负荷脱离之后，在被操作断路器的电源侧电压要升高。过电压幅值取决于系统短路容量和脱离的负荷。在发电机-变压器甩全负荷之后，暂时过电压有很高的幅值。甩负荷过电压幅值在持续过程中不是恒定值。甩负荷后，发电机处于暂态过程： ： 暂态时，发电机的磁链不能突变，因此，甩负荷后应维持暂态电压 不变。 甩负荷前，输送功率越大（感性无功大）， 越大，甩负荷后，母线电压越高。 ： 发电机励磁自动电压调整系统发生作用（稳态）；原动机的调速和制动系统惰性大，空载后，发电机飞速，暂态电势 和频率增大； 线路断路器断开，有长线电容效应；* 在中型规模系统中，甩负荷过电压幅值通常小于1.2 p.u.，过电压持续时间取决于电压调控系统的操作，可能会达几分钟；* 对于发电机-变压器甩负荷，汽轮发电机时暂时过电压通常小于1.4 p.u.，水轮发电机可达1.5 p.u.， 持续时间约3秒。(3），空载长线末端电压升高 - 长线电容（Ferranti）效应:* 空载长线 其中： - 末端电压； -