11电力系统绝缘配合.pptx

高电压技术高电压技术 高电压工程系高电压工程系 林福昌林福昌 李李 化化 l l 11.1 11.1 概述概述 l l 11.2 11.2 中性点接地方式对绝缘水平影响中性点接地方式对绝缘水平影响 l l 11.3 11.3 绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定 l l 11.4 11.4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 l l 11.5 11.5 架空线路的绝缘水平架空线路的绝缘水平 11 11 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 电气设备绝缘击穿是造成停电的主要原因之一。 电力系统运行的可靠性，在很大程度上取决于设备 的绝缘水平和工作状况。 为提高系统可靠性，需合理确定绝缘水平。 u绝缘配合，就是在技术上综合考虑电气设备在系统中 可能承受到的各种作用电压（工作电压和过电压）、 保护装置的特性和设备绝缘耐受能力三者之间的互相 配合关系，在经济上综合考虑设备的造价、维护费用 和绝缘故障引起的事故损失，合理地确定设备的绝缘 水平，从而使电气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，达到安全运行 和经济上总体效益最高的目的。 u核心是确定各种电气设备的绝缘水平 。 11.1.1 绝缘配合的基本概念 u电力系统绝缘配合典型例子 n同杆架设的双回路之间的绝缘配合 n各种保护装置的绝缘配合 n各种外绝缘之间的绝缘配合 n被保护装置与保护装置 u对绝缘水平选取起主要作用过电压 n220kv及以下：大气过电压 n330kv及以上超高压：操作过电压 n1000kv及以上特高压：工频过电压 雷电冲击保护水平/操作冲击保护水平 第一阶段：多级配合 11.1.2 绝缘配合的发展过程 p 1940年前，避雷器的保护性能及电气特性较差。 问题：上一级伏秒特性下限高 于下一级（15%-20%），内 绝缘水平提的很高。 1940年后，避雷器保护特性和质量稳定性不断改善； 两级配合方法：仅与避雷器进行绝缘配合； 电气设备绝缘的水平高于避雷器的保护水平，按 “最 大过电压”和“最小绝缘强度”的概念进行配合； 绝缘强度应高于可能出现的过电压，且需留有一定的 裕度。 第二阶阶段：惯惯用法 原则：容许冒一定的风险（闪络、击穿概率），有效 地减小绝缘裕度，获得优化的经济指标。 前提：已知过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性， 用计算方法求出绝缘闪络的概率和线路的跳闸率。 优点：不仅定量地给出设计的安全程度，并能按照使 每年设备折旧费、运行费及事故损失费最小的原则进 行优化设计。 第三阶阶段：统计统计 法 l l 11.1 11.1 概述概述 l l 11.2 11.2 中性点接地方式对绝缘水平影响中性点接地方式对绝缘水平影响 l l 11.3 11.3 绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定 l l 11.4 11.4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 l l 11.5 11.5 架空线路的绝缘水平架空线路的绝缘水平 11 11 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 11.2 中性点接地方式对绝缘水平的影响 中性点接地方式 u非有效接地：不接地或经高阻接地，谐振接地 u有效接地：直接接地或经低值阻抗接地 对绝缘水平的影响 u长期工作电压 u暂态电压：雷电过电压和内部过电压 （1）最大长期工作电压 中性点非有效接地系统：单相接地故障时，健全相上的工 作电压升高到线电压，再考虑最大工作电压，最大长期工 作电压为（1.11.15） 。 在有效接地系统中，最大长期工作电压仅为 （2）雷电过电压 取决于避雷器保护水平。有效接地系统中所用避雷器阀片 数目相对较少、残压较中性点非有效接地系统低20%左右。 （3）内部过电压 在有效接地系统低2030左右。避雷器阀片数目和间 隙均可减少。 结论：中性点有效接地系统的绝缘水平可比非有效接 地系统低20左右。 110kv及以上系统，绝缘费用在总建设费用中所占比重较大 ，采用有效接地方式。 在66kv及以下的系统，绝缘费用所占比重不大，降低绝缘 水平在经济上的好处不明显，一般采用非有效接地方式。 中性点有效接地问题：短路电流大、影响供电可靠性，故障 电流电动力大，造成设备绝缘损坏。 如何选择中性点接地方式？取决于绝缘的代价。 经电阻接地方式 配电网发展很快，采用电缆的比重不断增加，运行方式经常 变化，消弧线圈调谐困难，并易引发多相短路。 改用中性点经低值或中值电阻接地的方式，属于有效接地系 统，发生单相接地故障时立即跳闸。 方法：在中性点与地之间串联接入电阻器。 u吸收能量，减少电弧重燃可能性，抑制过电压； u提高继电保护装置的灵敏度，有效保护系统正常运行。 l l 11.1 11.1 概述概述 l l 11.2 11.2 中性点接地方式对绝缘水平影响中性点接地方式对绝缘水平影响 l l 11.3 11.3 绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定 l l 11.4 11.4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 l l 11.5 11.5 架空线路的绝缘水平架空线路的绝缘水平 11 11 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 11.3.1 绝缘配合惯用法的基本概念 以避雷器保护水平为基础确定耐受电压。 方法：由 “最大过电压（设计确定的计算规定值）”乘 上配合系数，确定“最小绝缘强度bil/bsl” 。 目前应用最广泛的绝缘配合方法。除了超高压以上线路绝 缘水平外，采用惯用法。 11.3.2 变电站电气设备绝缘水平的确定 n电气设备的绝缘水平： 用设备绝缘可以承受的试验电压值表示。 在iec60071-1和gb311.1中规定了六种绝缘试验： （1）长时间工频电压试验； （2）短时间(1min)工频电压试验； （3）标准操作冲击电压试验； （4）标准雷电冲击电压试验； （5）陡波前冲击电压试验； （6）联合电压试验。 绝缘上作用的电压和过电压 u高压、超高压、特高压电网的过电压倍数 一、雷电过电压下的绝缘配合 u通常用基本冲击绝缘水平（bil）表示 uub(l)为避雷器在雷电过电压下的保护水平，按避雷器通过 5ka（对超高压用10ka15ka）时的残压决定。 u考虑电气距离和变压器绝缘劣化等因素，配合系数k1取1.2 1.4， iec规定k11.2；我国取1.4 。 u内部过电压的绝缘配合主要考虑操作过电压 n谐振过电压尽量避免不考虑 n工频电压升高：影响包括在最大长期工作电压内 二、操作过电压下的绝缘配合 u220kv及以下 ：对正常绝缘没有危险 ，避雷器只用来保 护雷电过电压。 u330kv及以上：由于绝缘裕度小，避雷器同时用来保护 雷电过电压和操作过电压，最大操作过电压取决于避雷 器此时的保护水平。 u操作冲击绝缘水平 u操作波的陡度小，电气距离引起的电压差小，可以忽略。 u我国ks1.15；ub(s)为避雷器在操作过电压下的保护水平。 u对220kv及以下电压等级的设备：用短时（1min）工频耐压 试验等效地雷电冲击与操作冲击试验。 u试验电压值往往比额定的工频电压高出数倍。 三、工频绝缘水平的确定 超高压及以上电气设备绝缘试验 u短时工频耐受电压代替操作过电压对绝缘可能要求过 高，且二者等价性不能确切肯定。 u应当进行雷电及操作冲击耐受电压试验。 u目的：验证内绝缘的老化和外绝缘的污染影响。 u试验电压与短时工频耐压试验不同。 四、长时间工频高压试验 29 l l 11.1 11.1 概述概述 l l 11.2 11.2 中性点接地方式对绝缘水平影响中性点接地方式对绝缘水平影响 l l 11.3 11.3 绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定 l l 11.4 11.4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 l l 11.5 11.5 架空线路的绝缘水平架空线路的绝缘水平 11 11 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 11.4.1 统计法 u惯用法的问题： n电气强度下限与过电压上限配合 ，要求偏严 ； n配合系数取值具有一定的随意性和故障未知性 。 统计法：在已知过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性后 ，计算绝缘闪络的概率和线路的跳闸率，在技术经济比较 的基础上，确定绝缘水平。 优点：能定量地给出设计的安全程度，并能按照使每年设 备折旧费、运行费及事故损失费最小的原则进行优化设计 。 绝缘配合的统计法 f(u)为过电压概率密度函数 p(u)为绝缘放电概率分布函数 故障率r ： 以过电压幅值的概率分布为基础的统计法。 u提高绝缘的电气强度，p(u)曲线往右移动，绝缘故障 率降低，但设备投资将加大。 u绝缘裕度不是任意选择的，而是与绝缘发生故障的一 定概率相对应。 统计法的特点与应用 u对统计规律的认识有待资料累积和完善，试验工作量大。 u非自恢复绝缘配合仍采用惯用法。 u当降低绝缘水平具有显著的经济效益时，统计法才特别有 价值。 u主要用于330kv及以上系统中自恢复绝缘的配合，主要是 输变电设备的外绝缘。 u问题：各种统计数据的概率分布有时并未已知。 11.4.2 简化统计法（工程用方法） u假定过电压及绝缘放电概率的统计规律均服从正态分布， 且已知标准偏差。 u概率分布曲线p(u)和f(u) 。 np(u)：耐受概率为90%的电压为绝缘的统计耐受电压uw nf(u)：过电压出现的累积概率为2%的过电压值为统计过电压us u统计安全系数 u用于概率特性已知的 自恢复绝缘上，就能 计算出在不同的统计 安全系数下的绝缘故 障率r 3 绝缘配合的基本流程 例： 标准绝缘水平 的计算流程 3 绝缘配合的基本流程 避雷器选择流程 确定避雷器配置的位置 确定避雷器的配合电流 确定避雷器的额定电压 确定避雷器的最大吸收能量 假设配合电流 由避雷器伏安特性 决定保护水平 计算峰值电流 满足要求？ 增加避雷器柱数 总能量超过 避雷器能力 确定避雷器最终保护水平 新的要求？ yesno yes noyes 38 l l 11.1 11.1 概述概述 l l 11.2 11.2 中性点接地方式对绝缘水平影响中性点接地方式对绝缘水平影响 l l 11.3 11.3 绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定绝缘配合惯用法和电气设备绝缘水平的确定 l l 11.4 11.4 绝缘配合的统计法绝缘配合的统计法 l l 11.5 11.5 架空线路的绝缘水平架空线路的绝缘水平 11 11 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 11.5 架空输电线路的绝缘水平 u 架空输电线路发生的绝缘事故： （1）绝缘子串的沿面放电 （2）导线对杆塔放电 （3）导线与导线之间的放电 p 包括绝缘子串片数的确定及线路绝缘的空气间隙确定 。 11.5.1 绝缘子片数的选择 绝缘子串的要求：在工作电压和操作冲击过电压作用时不发 生闪络，具有一定的冲击耐受强度，保证一定的线路耐雷水 平。 确定方法：按工作电压确定几何爬电距离（泄漏距离），确 定绝缘子片数，再按过电压的要求进行验算调整。 （cm/kv） u根据最高工作线电压确定每串绝缘子的片数为 外绝缘污秽等 级 最小爬电比距（cm/kv） 线路电站设备 0 1.39 1.6 2.0 2.5 3.1 1.48 1.6 2.0 2.5 3.1 一、按操作过电压要求 u近似地用绝缘子串的工频湿闪电压来代替。 uxp-70绝缘子，工频湿闪电压幅值 u湿闪电压应比内部过电压高10%。 由上两式，得片数 考虑到零值绝缘子，得总绝缘子片数 u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。 u在特殊高杆塔或高海拔地区，按雷电过电压要求的片 数n3往往最大，成为确定n的决定性因素 u耐张塔或站内的绝缘子串，重要性较大，一般应再增 加1片绝缘子。 三、按雷电过电压的要求 500kv220kv 绝缘子型号25lxhy4-160fxbw220/100xp-70 绝缘子单片垂直距离 /mm 155146 调爬前调爬后调爬 前 调爬后调爬 前 调爬后 片数 /片2526_1415 串长 /mm387540302150224020442190 u50% /kv-2211-2296-1250-1312-1204-1284 对线路建设费用的影响很大。 （1）导线对大地。 （2）导线对导线。不同步舞动或摆动。 （3）导线对避雷线。雷击避雷线档距中央。 （4）导线对杆塔和横担。主要问题。 11.5.2 空气间距的选择 u气隙的击穿电压与绝缘子串的闪络电压大致相等 u需要考虑导线受风力而使绝缘子串倾斜摇摆的不利因素 n工作电压长期作用，按最大风速校核（20年一遇，25- 35m/s） n操作过电压，按最大风速50%； n雷电过电压 ，10-15m/s。 （1）按工作电压要求。间隙s0时应保证其在工作电压下不 发生闪络 （2）按操作过电压要求。间隙ss应保证其在操作过电压下 不发生闪络。 （3）按雷电过电压要求。间隙sl的冲击强度与非污秽地区 绝缘子串的冲击放电强度相适应。根据我国经验 绝缘子串在垂直位置时对杆塔的水平距离，取最大值 系统过电压研究，包括研究限制过电压措施、确定过电压水平， 同杆双回线路谐振和感应电压。 限制潜供电流和恢复电压措施， 高压并联电抗器的配置、参数和接入方式或类型。 moa布置方式和参数选择 系统绝缘配合的基本原则； 确定特高压线路和变电所的绝缘水平及最小空气间隙。 交流特高 压输变