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1、第第1010章章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合绝缘配合的基本概念绝缘配合的基本概念绝缘配合惯用法绝缘配合惯用法输变电设备以及输电线路的绝缘配合输变电设备以及输电线路的绝缘配合绝缘配合统计法绝缘配合统计法1第第1 1节节 绝缘配合的基本概念绝缘配合的基本概念绝缘配合的任务、原则和问题绝缘配合的任务、原则和问题绝缘配合中存在的问题举例绝缘配合中存在的问题举例绝缘配合的发展过程绝缘配合的发展过程2绝缘水平与绝缘水平与绝缘配合绝缘配合v绝缘配合绝缘配合最终目的：最终目的：正确处理过电压和绝缘这一对矛正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经济供电的目的；盾，以达到优质、安全、经济供电的目
2、的；综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种各种电应力电应力（工作电压和过电压）工作电压和过电压）并考虑保并考虑保护装置的保护性能和绝缘的电气特性，适当护装置的保护性能和绝缘的电气特性，适当的选择设备的绝缘水平，使之在各种电气应的选择设备的绝缘水平，使之在各种电气应力的作用下，绝缘故障率和事故损失均处于力的作用下，绝缘故障率和事故损失均处于经济上和运行上经济上和运行上都能接受的合理范围内都能接受的合理范围内3核心问题核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。提）。绝缘水平绝缘水平：电气设备能承受的试验电压值。：
3、电气设备能承受的试验电压值。试验电压试验电压：短时（短时（1min）工频试验）工频试验：检测设备在工频运行电压：检测设备在工频运行电压和暂时过电压下的绝缘性能和暂时过电压下的绝缘性能长时间（长时间（12h）工频试验）工频试验：检测内绝缘老化和外绝：检测内绝缘老化和外绝缘污秽对工频运行电压及过电压下性能的影响缘污秽对工频运行电压及过电压下性能的影响雷电冲击试验雷电冲击试验操作冲击试验操作冲击试验4二、绝缘配合中存在问题举例二、绝缘配合中存在问题举例1 1、架空线路和变电所之间的绝缘配合、架空线路和变电所之间的绝缘配合 现代输电线路的绝缘水平较变电设备绝缘水平高，主要现代输电线路的绝缘水平较变电设
4、备绝缘水平高，主要有了避雷器的保护。降低变电设备的绝缘水平技术可行而且有了避雷器的保护。降低变电设备的绝缘水平技术可行而且效益显著。效益显著。2 2、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合 双回线路的绝缘水平不平衡，一边的绝缘子数量较多，双回线路的绝缘水平不平衡，一边的绝缘子数量较多，另一边较少，两回线路绝缘水平的差距大小，为绝缘配合问另一边较少，两回线路绝缘水平的差距大小，为绝缘配合问题。题。3 3、电气设备内绝缘和外绝缘之间的绝缘配合、电气设备内绝缘和外绝缘之间的绝缘配合 在没有获得现代避雷器的可靠保护之前，曾将内绝缘水在没有获得现代避雷器的可靠保护之前，曾将内
5、绝缘水平取得高于外绝缘水平，因为内绝缘击穿的后果远比外绝缘平取得高于外绝缘水平，因为内绝缘击穿的后果远比外绝缘闪络更为严重。闪络更为严重。54 4、各种绝缘之间的绝缘配合、各种绝缘之间的绝缘配合 有部分设备的外绝缘不止一种，它们之间也有绝缘有部分设备的外绝缘不止一种，它们之间也有绝缘配合问题，如杆塔空气间隙和绝缘子串放电电压。配合问题，如杆塔空气间隙和绝缘子串放电电压。5 5、各种保护装置之间以及与被保护绝缘之间的绝缘配、各种保护装置之间以及与被保护绝缘之间的绝缘配合合 如变电所防雷接线中的阀式避雷器与断路器外侧的如变电所防雷接线中的阀式避雷器与断路器外侧的管式避雷器放电特性之间的关系就是不同
6、保护装置之间管式避雷器放电特性之间的关系就是不同保护装置之间的绝缘配合。的绝缘配合。61、多级配合（、多级配合（1940以前）以前） 采用多级配合的原则是：价格越昂贵、采用多级配合的原则是：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应越高。其绝缘水平应越高。 采用多级配合是由于当时所用的避雷器采用多级配合是由于当时所用的避雷器保护性能不够稳定和完善，因而不能把它保护性能不够稳定和完善，因而不能把它的保护特性作为绝缘配合的基础。的保护特性作为绝缘配合的基础。 但是采用多级配合必然会把设备内绝缘但是采用多级配合必然会把设备内绝缘水平抬得很高，
7、这是特别不利的。水平抬得很高，这是特别不利的。绝缘配合方法绝缘配合方法72 2、两级配合（惯用法）阶段、两级配合（惯用法）阶段 各种绝缘都接受避雷器的保护，仅仅与避各种绝缘都接受避雷器的保护，仅仅与避雷器进行绝缘配合，而不在各种绝缘之间寻求雷器进行绝缘配合，而不在各种绝缘之间寻求配合。配合。 避雷器的保护特性成为绝缘配合的基础避雷器的保护特性成为绝缘配合的基础，只要将它的保护水平乘上一个系数，就能确定只要将它的保护水平乘上一个系数，就能确定该绝缘应有的耐压水平，该原则为现在仍广泛该绝缘应有的耐压水平，该原则为现在仍广泛使用的绝缘配合原则。使用的绝缘配合原则。83、统计法统计法 v思路思路视过电
8、压和绝缘强度均为随机变量视过电压和绝缘强度均为随机变量适用范围适用范围：330kV及以上的超高压自恢复绝缘及以上的超高压自恢复绝缘v方法方法已知过电压和绝缘放电电压的概率分布已知过电压和绝缘放电电压的概率分布计算出绝缘放电的概率和线路故障率计算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，确定绝缘水平在技术经济比较的基础上，确定绝缘水平v特点特点能能够够给给出出定定量量的的安安全全裕裕度度，确确定定的的绝绝缘缘水水平平更更趋趋合合理和科学理和科学过电压和绝缘放电电压的概率分布很难获得过电压和绝缘放电电压的概率分布很难获得9绝缘故障率的估算示意图绝缘故障率的估算示意图 过过电压概率密度函数
9、电压概率密度函数绝缘放电概率函数绝缘放电概率函数减小故障减小故障率的措施率的措施：P P( (U U) )向右向右移移结果结果：故：故障率减小障率减小但是成本但是成本增加增加10第二节第二节 中性地点接方式对绝缘水平的影响中性地点接方式对绝缘水平的影响电力系统中性点接地方式可分为：电力系统中性点接地方式可分为：l非有效接地（包括不接地、经消弧线圈接地等）非有效接地（包括不接地、经消弧线圈接地等）l有效接地（包括直接接地）有效接地（包括直接接地） 中性点接地方式不同，系统的过电压水平中性点接地方式不同，系统的过电压水平和绝缘水平会有很大的差别。和绝缘水平会有很大的差别。111、最大长期工作电压、
10、最大长期工作电压 在非有效接地系统中，由于单相接地故障时不必立在非有效接地系统中，由于单相接地故障时不必立即跳闸，可以继续带故障运行一段时间（一般不大于即跳闸，可以继续带故障运行一段时间（一般不大于2 2小时）小时），这时健全相上的工作电压升高到线电压，再考虑最大工，这时健全相上的工作电压升高到线电压，再考虑最大工作电压可比额定电压高作电压可比额定电压高10101515，可见其最大长期工作，可见其最大长期工作电压为：电压为： 在有效接地系统中，最大长期工作电压仅为：在有效接地系统中，最大长期工作电压仅为：122、雷电过电压、雷电过电压绝缘上的雷电过电压幅值均取决于阀型避雷器的绝缘上的雷电过电压
11、幅值均取决于阀型避雷器的保护水平（残压、标准雷电冲击放电电压、陡波保护水平（残压、标准雷电冲击放电电压、陡波放电电压放电电压/1.15/1.15，中的最大值），中的最大值） 由于阀型避雷器的灭弧电压是按最大长期工由于阀型避雷器的灭弧电压是按最大长期工作电压选定的，因而作电压选定的，因而有效接地系统中所用避雷器有效接地系统中所用避雷器的灭弧电压较低的灭弧电压较低，相应的火花间隙数和阀片数较，相应的火花间隙数和阀片数较少，冲击放电电压和残压也较低，因而可减小避少，冲击放电电压和残压也较低，因而可减小避雷器结构的尺寸，一般约比同一电压等级，中性雷器结构的尺寸，一般约比同一电压等级，中性点为非有效接地
12、系统中的避雷器小点为非有效接地系统中的避雷器小2020。133、内部过电压、内部过电压在有效接地系统中，内部过电压是在相电在有效接地系统中，内部过电压是在相电压的基础上发生和发展的，而在非有效接压的基础上发生和发展的，而在非有效接地系统中，则有可能在线电压的基础上发地系统中，则有可能在线电压的基础上发生和发展，因而前者比后者低生和发展，因而前者比后者低2030。14第三节第三节 绝缘配合惯用法绝缘配合惯用法雷电过电压下的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合工频绝缘水平的确定工频绝缘水平的确定长时间工频高压实验长时间工频高压实验 绝缘配合惯用法绝缘配合惯用法
13、即由两级配合原则出发，避雷器的保护即由两级配合原则出发，避雷器的保护水平就是确定电气设备绝缘水平的基础，水平就是确定电气设备绝缘水平的基础，其值就是避雷器上其值就是避雷器上可能出现的最大电压。可能出现的最大电压。 绝缘配合时，将电压分为两个电压等级：绝缘配合时，将电压分为两个电压等级：范围范围：3.5kVUm252kV范围范围：Um252kV15一、雷电过电压下的绝缘配合一、雷电过电压下的绝缘配合 基本冲击绝缘水平（基本冲击绝缘水平（BIL）：表示电气设备在雷：表示电气设备在雷电过电压下的绝缘水平。电过电压下的绝缘水平。BIL=KLUp(L)Up(L)：阀式避雷器在过电压下的保护水平，即：阀式
14、避雷器在过电压下的保护水平，即URKL：雷电过电压下的配合系数，：雷电过电压下的配合系数，1.21.4，若电气，若电气设备与避雷器相距很远，设备与避雷器相距很远，KL为为1.4，若较近，若较近KL为为1.25；BIL=(1.251.4)UR16二、操作过电压下的绝缘配合（二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）1.避雷器不动作（避雷器不动作（FD，范围，范围）SIL=KsK0UphKs：操作过电压下的配合系数（：操作过电压下的配合系数（1.15）K0：操作过电压计算倍数：操作过电压计算倍数Uph：相电压：相电压2.避雷器动作（避雷器动作（MOA、FCD，范围，范围）SIL=KsUP(s)=1.15
15、1.25UP(s）Uph(s）：MOA等于规定的操作冲击电流下的残压；等于规定的操作冲击电流下的残压；FCD等于以下两个电压的较大者，一是等于以下两个电压的较大者，一是250/2500us标标准操作冲击电压下的放电电压，二是规定的操作冲击电流准操作冲击电压下的放电电压，二是规定的操作冲击电流下的残压值。下的残压值。17三、工频绝缘水平的确定三、工频绝缘水平的确定 检验电气设备的检验电气设备的BIL和和SIL，要进行雷电冲击和操，要进行雷电冲击和操作冲击耐压试验。作冲击耐压试验。330kV及以上的超高压电气试验必需及以上的超高压电气试验必需进行雷电冲击和操进行雷电冲击和操作冲击耐压试验作冲击耐压
16、试验220kV及以下的高压电气设备用比较简单的高压试验及以下的高压电气设备用比较简单的高压试验去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压的能力。的能力。18 短时（短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值）工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代替替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度这两类过电压下的电气强度。 凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电凡是合格通过工频耐压试验的设备绝
17、缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行。和操作过电压作用下均能可靠地运行。19 凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行（操作过电压作用下均能可靠地运行（220kV及以下）。及以下）。为了更加可靠和直观，国际电工委员会（为了更加可靠和直观，国际电工委员会（IEC）规定：规定：1、对于、对于300kV以下以下的电气设备的电气设备 （1）绝缘在工频工作电压、暂时过电压和操作过电压下）绝缘在工频工作电压、暂时过电压和操作过电压下的性能用短时（的性能用短时（1min）工频耐压试验来检验；工频耐压试验来检验； （2）绝缘在雷电过
18、电压下的性能用雷电冲击耐压试验来）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。检验。2、对于、对于300kV及以上及以上的电气设备的电气设备 （1）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；检验； （2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。检验。20四、长时间工频高压试验四、长时间工频高压试验 当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，需作频工作电压和过电压下的性能有影响时，需作长时间工频高压试验。长时间工
19、频高压试验。 由于试验目的不同，长时间工频高压试验由于试验目的不同，长时间工频高压试验时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频耐压试验不同。耐压试验不同。 我国国家标准对各种电压等级电气设备以我国国家标准对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平作出了规定。耐压值表示的绝缘水平作出了规定。21第第3 3节节 输变电设备以及输电线路输变电设备以及输电线路的绝缘配合的绝缘配合输变电设备的绝缘配合输变电设备的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合绝缘子串中绝
20、缘子片数的确定绝缘子串中绝缘子片数的确定空气间距的选择空气间距的选择22一、输变电设备的绝缘配合一、输变电设备的绝缘配合实质实质：变压器的绝缘水平与避雷器的保护水平的配合：变压器的绝缘水平与避雷器的保护水平的配合就代表了输变电设备的绝缘配合。就代表了输变电设备的绝缘配合。1、雷电过电压下的绝缘配合、雷电过电压下的绝缘配合BIL=(1.251.4)UR当电气设备与避雷器紧靠时，取当电气设备与避雷器紧靠时，取1.25当电气设备与避雷器有一定距离时，取当电气设备与避雷器有一定距离时，取1.42、操作过电压下的绝缘配合、操作过电压下的绝缘配合 采用采用FCD保护的变压器的保护的变压器的SIL应与避雷器
21、的保护水应与避雷器的保护水平相配合。平相配合。SIL=KsUP(s)=1.151.25UP(s）233500kV输变电设备的基准绝缘水平输变电设备的基准绝缘水平24二、架空输电线路的绝缘配合二、架空输电线路的绝缘配合1 1、绝缘子片数的选择、绝缘子片数的选择线路绝缘子串应满足三方面的要求线路绝缘子串应满足三方面的要求：在工作电压下不发生污闪；在工作电压下不发生污闪；雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平和线路跳闸率。平和线路跳闸率。选择顺序选择顺序按机械负
22、荷和环境选择绝缘子型号；按机械负荷和环境选择绝缘子型号；按工作电压所要求的泄漏距离决定绝缘子片数，按操作按工作电压所要求的泄漏距离决定绝缘子片数，按操作过电压要求选择片数，取其中较大者；过电压要求选择片数，取其中较大者；校验该线路耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。校验该线路耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。25（1 1）按工作电压要求）按工作电压要求 为防止绝缘子串在工作电压下不发生污闪，绝缘子应为防止绝缘子串在工作电压下不发生污闪，绝缘子应有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）。有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）。n：绝缘子片数：绝缘子片数L0：每片绝缘子的几何爬电距离（：每片绝缘子的几
23、何爬电距离（cm）Um：系统最高工作电压有效值（：系统最高工作电压有效值（kV）Ke：绝缘子爬电距离有效系数。：绝缘子爬电距离有效系数。为了避免污闪事故，所需的绝缘子片数应为：为了避免污闪事故，所需的绝缘子片数应为：26（2）按操作过电压要求）按操作过电压要求 绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等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，通常取一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压，通常取10的裕度。则的裕度。则n2绝缘子的工频或操作湿闪
24、电压为绝缘子的工频或操作湿闪电压为 ：K0：操作过电压计算倍数：操作过电压计算倍数 可用经验公式计算可用经验公式计算UW与与n2之间关系之间关系 因此按操作过电压确定的每串绝缘子片数为：因此按操作过电压确定的每串绝缘子片数为：n0：零值绝缘子片数：零值绝缘子片数27（3 3）按雷电过电压要求）按雷电过电压要求 一般情况下，大气过电压对确定绝缘子串的片数影响是一般情况下，大气过电压对确定绝缘子串的片数影响是不大的，因为耐雷水平不完全取决于绝缘子片数，而主要取不大的，因为耐雷水平不完全取决于绝缘子片数，而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。决于各项防雷措施的综合效果，因此它仅作验
25、算条件。即使耐雷水平达不到规程的下限值，也不一定必须增加绝即使耐雷水平达不到规程的下限值，也不一定必须增加绝缘子的片数，因为还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提缘子的片数，因为还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提高线路的耐雷水平。高线路的耐雷水平。在特殊高杆塔或高海拔地区，雷电过电压则成为确定绝缘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。子片数的决定因素。282 2、空气间隙的选择、空气间隙的选择 输电线路的空气间隙主要有：输电线路的空气间隙主要有：导线对大地：导线对大地：在选择其空气间距时主要考虑地面车辆和行在选择其空气间距时主要考虑地面车辆和行人等的安全通过、地面
26、电场强度及静电感应等问题。人等的安全通过、地面电场强度及静电感应等问题。导线对导线：导线对导线：由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时耐受工作电压的最小间隙确定，一般在低电压下不碰摇摆时耐受工作电压的最小间隙确定，一般在低电压下不碰线为原则。线为原则。导线对架空地线：导线对架空地线：按雷击于档距中央避雷线上时不至于引按雷击于档距中央避雷线上时不至于引起导、地线间气隙击穿这一条件来选定。起导、地线间气隙击穿这一条件来选定。导线对杆塔及横担：导线对杆塔及横担：这将是下面要探讨的重点内容。这将是下面要探讨的重点内容。29间隙承受电压：间隙承受电压：工作电压
27、工作电压内部过电压雷电过电压内部过电压雷电过电压作用时间：作用时间：工作电压内部过电压雷电过电压工作电压内部过电压雷电过电压绝缘子串风偏角及绝缘子串风偏角及其对杆塔的距离示其对杆塔的距离示意图意图30（1）按工作电压确定）按工作电压确定Sp Sp的的工频击穿电压幅值：工频击穿电压幅值：K1：安全系数：安全系数（2）按操作过电压确定）按操作过电压确定Sa 为保证间隙在操作过电压下不发生闪络，其等值工频为保证间隙在操作过电压下不发生闪络，其等值工频放电电压为：放电电压为：K0：操作过电压计算倍数：操作过电压计算倍数K2：空气间隙配合操作系数，取：空气间隙配合操作系数，取1.03（）或）或1.1（）
28、。）。31（3）按雷电过电压确定）按雷电过电压确定SL 通常取通常取SL的的50雷电冲击电压等于绝缘子串的雷电冲击电压等于绝缘子串的50雷雷电冲击闪络电压电冲击闪络电压UCFO的的85，即，即 当确定上述三个量后，便可以求得绝缘子串处于垂直当确定上述三个量后，便可以求得绝缘子串处于垂直状态时对杆塔应有的水平距离：状态时对杆塔应有的水平距离：导线与杆塔的水平距离为：导线与杆塔的水平距离为：32 一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。过电压。33第四节第四节 绝缘配合统计法绝缘配合统计法1 1、惯用法的特点、惯用法的特点优点优点：适用于
29、自恢复能力绝缘和无自恢复能力绝缘：适用于自恢复能力绝缘和无自恢复能力绝缘缺点缺点：在超高压系统中，绝缘投资较大：在超高压系统中，绝缘投资较大2 2、统计法、统计法 利用已知的过电压概率分布函数和绝缘强度的概率分利用已知的过电压概率分布函数和绝缘强度的概率分布函数，得出绝缘放电电压的概率分布曲线，并根据过电布函数，得出绝缘放电电压的概率分布曲线，并根据过电压的概率分布和绝缘放电电压的概率分布得出绝缘损坏的压的概率分布和绝缘放电电压的概率分布得出绝缘损坏的故障概率故障概率：f(U)：过电压概率密度函数：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数：绝缘的放电概率函数34阴影部分面积阴影部分面积Ra：绝缘故障率：绝缘故障率减小故障率的措施减小故障率的措施：P(U)向右移向右移结果结果：故障率减小但是成本增加：故障率减小但是成本增加适用范围适用范围：330kV及以上的超高压自恢复绝缘及以上的超高压自恢复绝缘f(U)：过电压概率密度函数：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数：绝缘的放电概率函数35
