华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第14章-电力系统绝缘配合.ppt

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HUST_CEEEu第十四章第十四章电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合第一节第一节概述概述第二节第二节绝缘配合方法绝缘配合方法第三节第三节输变电设备绝缘水平的确定输变电设备绝缘水平的确定第四节第四节架空输电线路的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合HUST_CEEE第一节概述u一、绝缘配合的基本概念u所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压（工作电压和过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种工作电压的耐受特性，合理选择设备的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障所引起的事故损失，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。

u绝缘配合的目的就是确定各种电气设备的绝缘水平，它是绝缘设计的首要前提，而设备的绝缘水平是用设备绝缘可以耐受的试验电压值表征。

（2006单）电力系统中存在着许多绝缘配合的问题，主要有下述方面：

架空线路与变电站之间的绝缘配合；同杆架设的双回路线路之间的绝缘配合；电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘配合；各种外绝缘之间的绝缘配合；各种保护装置之间的绝缘配合；被保护绝缘与保护装置之间的绝缘配合。

HUST_CEEEu二、绝缘配合的发展阶段二、绝缘配合的发展阶段u1多级配合多级配合u1940年年以以前前，采采用用的的多多级级配配合合的的原原则则是是：

价价格格越越昂昂贵贵、修修复复越越困困难难、损损坏坏后后果果越越严严重重的的绝绝缘缘结结构构，其其绝绝缘缘水水平平应应选选得越高。

得越高。

u2两级配合两级配合u从从20世世纪纪40年年代代后后期期开开始始，阀阀式式避避雷雷器器的的保保护护特特性性变变成成了了绝绝缘缘配配合合的的基基础础，只只要要将将它它的的保保护护水水平平乘乘上上一一个个综综合合考考虑虑各各种种影影响响因因素素和和必必要要裕裕度度的的系系数数，就就能能确确定定绝绝缘缘应应有有的的耐耐压压水平（惯用法）。

水平（惯用法）。

u3绝缘配合统计法绝缘配合统计法u从从20世世纪纪60年年代代以以来来，国国际际上上出出现现了了一一种种新新的的绝绝缘缘配配合合方方法法，称称为为“统统计计法法”。

它它的的主主要要原原则则如如下下：

规规定定出出某某一一可可以接受的绝缘故障以接受的绝缘故障，容许冒一定的风险。

，容许冒一定的风险。

u第一节概述HUST_CEEEu一、绝缘配合惯用法一、绝缘配合惯用法u惯惯用用法法是是按按作作用用在在设设备备绝绝缘缘上上的的最最大大过过电电压压和和设设备备最最小小绝绝缘缘强强度度相相配配合合的的方方法法，即即首首先先确确定定设设备备上上可可能能出出现现的的最最大大过过电电压压，然然后后根根据据运运行行经经验验，考考虑虑适适当当的的安安全全裕裕度度来来确定绝缘应耐受的电压水平。

确定绝缘应耐受的电压水平。

u由由于于220kV（其其最最大大工工作作电电压压为为252kV）及及以以下下电电压压等等级级（指指高高压压）和和220kV以以上上电电压压等等级级（指指超超高高压压）电电力力系系统统在在过过电电压压保保护护措措施施、绝绝缘缘耐耐压压试试验验项项目目、最最大大工工作作电电压压倍倍数数、绝绝缘缘裕裕度度取取值值等等方方面面都都存存在在差差异异，所所以以在在作作绝绝缘缘配配合合时时，将电压等级分成下述两个范围：

将电压等级分成下述两个范围：

u范围范围I：

3.5kVUmax252kVu范围范围II：

Umax252kVu第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu1雷电过电压下的绝缘配合u电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用它们的基本冲击绝缘水平（BIL）来表示，有时亦称为额定雷电冲击耐压水平，可由下式求得：

uBIL=KLUP（L）u式式中中，UP（L）为为阀阀式式避避雷雷器器在在雷雷电电过过电电压压下下的的保保护护水水平平（kV），通通常常简简化化为为以以配配合合电电流流下下的的残残压压UR作作为为保保护护水水平平，KL为雷电过电压下的配合系数，其值在为雷电过电压下的配合系数，其值在1.21.4的范围内。

的范围内。

u国国际际电电工工委委员员会会（IEC）规规定定KL1.2；我我国国规规定定：

电电气气设设备备与与避避雷雷器器相相距距很很近近时时取取1.25，相相距距较较远远时时取取1.4，即：

，即：

uBIL（1.251.4）URu第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu2操作过电压下的绝缘配合u在按内部过电压绝缘配合时，通常不考虑谐振过电压，也不单独考虑工频电压升高。

这样，按内部过电压绝缘配合就归结为操作过电压下的绝缘配合。

这时可分为两种不同的情况来讨论：

u

（1）变电站内所装的阀式避雷器只用作雷电过电压的保护；对于内部过电压，避雷器不动作以免损坏，但依靠别的降压或限压措施加以抑制，而绝缘本身应能耐受可能出现的内部过电压。

u我我国国标标准准对对范范围围I的的各各级级系系统统所所推推荐荐的的操操作作过过电电压压计计算算倍倍数数如如表表14-1所示。

所示。

u3.0u有效接地u110220u3.2u经小电阻接地u35及以下u4.0u有效接地u66及以下u相对地操作过电压计算倍数u中性点接地方式u系统额定电压/kVu表表14-1操操作作过过电电压压计计算算倍倍数数K0u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu对对于于这这一一类类变变电电站站中中的的电电气气设设备备来来说说，其其操操作作冲冲击击绝绝缘缘水水平平（SIL），有有时时亦亦称称额额定定操操作作冲冲击击耐耐压压水水平平，可可按按下下式式求求得：

得：

SILKSK0Uu式式中中，Ks为为操操作作过过电电压压下下的的配配合合系系数数，K0为为操操作作过过电电压压计计算算倍倍数数，U为相电压。

为相电压。

u

（2）对对于于范范围围II（EHV）的的电电力力系系统统，过过去去采采用用的的操操作作过过电压计算倍数：

电压计算倍数：

330kV时时为为2.75倍，倍，500kV时时为为2.02.2倍。

倍。

u目目前前普普遍遍采采用用氧氧化化锌锌或或磁磁吹吹避避雷雷器器来来同同时时限限制制雷雷电电与与操操作作过过电电压压，故故不不采采用用上上述述计计算算倍倍数数，因因为为这这时时的的最最大大操操作作过过电电压压幅幅值值将将取取决决于于避避雷雷器器在在操操作作过过电电压压下下保保护护水水平平UP（S）。

对对于于这这一一类类变变电电站站的的电电气气设设备备来来说说，其其操操作作冲冲击击绝绝缘缘水水平平应应按按下式计算下式计算：

SILKSUP（S）u式中，式中，KS为操作过电压下的配合系数，为操作过电压下的配合系数，KS1.151.25。

u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu3工频绝缘水平的确定u如如果果在在进进行行工工频频耐耐压压试试验验时时所所采采用用的的试试验验电电压压比比被被试试设设备备的的额额定定电电压压略略高高，那那么么试试验验的的目目的的只只限限于于检检验验绝绝缘缘在在工工频频工工作作电电压压和和工工频频电电压压升升高高下下的的的的电电气气性性能能。

但但是是实实际际上上，短短时时（1min）工工频频耐耐压压试试验验所所采采用用的的试试验验电电压压值值比比额额定定相相电电压压要要高高出出数数倍倍，其其目目的的和和作作用用是是代代替替雷雷电电冲冲击击和和操操作作冲冲击击耐耐压压试试验验，等等效效地地检检验验绝绝缘缘在在这这两两类类过过电电压压下下的的电电气气强强度度。

所所以以，凡凡经经短短时时（1min）工工频频耐耐压压试试验验合合格格的的设设备备绝绝缘缘在在雷雷电电和和操操作作过电压下均能可靠地运行。

过电压下均能可靠地运行。

u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）作如下）作如下补充规定：

补充规定：

u

（1）对于对于300kV以下的电气设备以下的电气设备u绝绝缘缘在在工工频频工工作作电电压压、暂暂时时过过电电压压和和操操作作过过电电压压下下的的性性能能用用短时（短时（1min）工频耐压试验来检验；）工频耐压试验来检验；u绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。

绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。

u

（2）对于对于300kV及以上的电气设备及以上的电气设备u绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；u绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。

绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。

u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu4长时间工频高压试验u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，尚需作长时间工频高压试验。

u显然，由于试验的目的不同，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耐压试验不同。

u按照上述绝缘惯用法的计算，结合我国的实际情况，并参考IEC推荐的绝缘配合标准，我国国家标准GB311.1-83对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平都有相应规定。

u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu二、绝缘配合统计法二、绝缘配合统计法u采采用用绝绝缘缘配配合合统统计计法法作作绝绝缘缘配配合合的的前前提提是是充充分分掌掌握握作作为为随随机机变变量量的的各各种种过过电电压压和和各各种种绝绝缘缘电电气气强强度度的的统统计计特性（概率密度、分布函数等）。

特性（概率密度、分布函数等）。

u假假定定电电压压幅幅值值的的概概率率密密度度函函数数为为f（U），绝绝缘缘的的击击穿穿（或或闪闪络络）概概率率分分布布函函数数为为P（U），且且f（U）与与P（U）互互不不相相关，则绝缘在过电压作用下遭到损坏的故障概率为关，则绝缘在过电压作用下遭到损坏的故障概率为：

u图图14-1给出了绝缘故障率的给出了绝缘故障率的u估算区域。

估算区域。

u图图14-1绝缘故障率的估算绝缘故障率的估算u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu三、简化统计法三、简化统计法u在在实实际际工工程程中中采采用用上上述述绝绝缘缘配配合合统统计计法法来来进进行行绝绝缘缘配配合合，是是相相当当繁繁复复和和困困难难的的。

为为此此IEC又又推推荐荐了了一一种种简简化化统计法，以利实际应用。

统计法，以利实际应用。

u在在简简化化统统计计法法中中，对对过过电电压压和和绝绝缘缘电电气气强强度度的的统统计计规规律律作作了了某某些些假假设设，例例如如假假定定它它们们均均为为正正态态分分布布，并并已已知知它它们们的的标标准准偏偏差差。

这这样样一一来来，它它们们的的概概率率分分布布曲曲线线就就可可以以用用与与某某一一参参考考概概率率相相对对应应的的点点来来表表示示，分分别别称称为为统统计计过过电电压压US和和统统计计绝绝缘缘耐耐压压UW。

它它们们之之间间由由一一个个统统计计安安全全因因数数KS联系联系：

KSUW/USu在在过过电电压压保保持持不不变变的的情情况况下下提提高高绝绝缘缘水水平平，其其统统计计绝缘耐压和统计安全因数均相应增大、绝缘故障率减小。

绝缘耐压和统计安全因数均相应增大、绝缘故障率减小。

u第二节绝缘配合方法HUST_CEEEu在变电站的诸多电气设备中，电力变压器是最重要的电力设备，因此通常以确定变压器的绝缘水平为中心环节。

u1.雷电过电压下的绝缘配合u由绝缘配合惯用法可知：

变压器的雷电冲击耐受电压和避雷器保护水平之间应取一定的安全裕度系数。

当电气设备（如变压器）与避雷器紧靠时，安全系数取1.25，有一定距离时取1.4。

u2.操作过电压下的绝缘配合u采用磁吹避雷器保护变压器的操作基本冲击绝缘水平与避雷器的保护水平相配和，安全系数在1.151.25范围内。

u第三节输变电设备绝缘水平的确定HUST_CEEE额定电额定电额定电额定电压压压压最高工最高工最高工最高工作电压作电压作电压作电压额定操作冲额定操作冲额定操作冲额定操作冲击耐受电压击耐受电压击耐受电压击耐受电压额定雷电冲额定雷电冲额定雷电冲额定雷电冲击耐受电压击耐受电压击耐受电压击耐受电压额定短时工额定短时工额定短时工额定短时工频耐受电压频耐受电压频耐受电压频耐受电压有效值有效值有效值有效