大工13秋《高电压技术》辅导资料十六.doc

大连理工大学网络教育学院高电压技术辅导资料十六主 题：第九章 电力系统绝缘配合学习时间：2014年1月13日1月19日内 容：我们这周主要学习第九章“电力系统绝缘配合”的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对电力系统绝缘配合的理解。第九章 电力系统绝缘配合绝缘配合问题的提出：电力系统的运行可靠性主要由停电次数及停电时间来衡量。造成停电的主要原因之一是绝缘的击穿，因此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。在不过多增加设备投资的前提下，如何选择采用合适的限压措施及保护措施，就是绝缘配合问题。我们前面学习了那么多的内容，归根结底，就是为了解决好电力系统的绝缘配合问题。绝缘配合的含义，具体地说，就是根据电气设备所在系统中可能出现的各种电气应力（工频工作电压和各种过电压），并考虑保护设备的保护性能和绝缘的电气特性，适当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经济上和运行上都能接受的合理范围内。为了处理好这个问题，需要很好地掌握电介质和各种绝缘结构的电气强度、电力系统中的过电压及其防护装置的特性等方面的知识，甚至涉及电力系统的设计运行、故障分析和事故处理，它是电力系统中涉及面最广的综合性科学技术课题之一。 随着电力系统电压等级的提高，正确处理系统绝缘配合问题显得越来越重要。第一节 绝缘配合的基本概念1.绝缘配合的根本任务和核心问题根本任务：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。技术上：各种作用电压；限压措施；设备耐受能力核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平；用设备绝缘在各种耐压试验中能承受（不发生闪络、放电或其它损坏）的试验电压值表示。绝缘设计的首要前提，由于任何一种电气设备在运行中都不是孤立存在的，首先它们一定和某些过电压保护装置一起运行并接受后者的保护；其次是各种电气设备绝缘之间、甚至各种保护设备之间在运行中都是互相影响的，所以在选择绝缘水平值时，需要考虑的因素很多。2.绝缘配合实例架空线与变电所之间的绝缘配合同杆架设的双回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以及它们与被保护绝缘之间的绝缘配合3.绝缘配合的发展过程采用多级配合阶段（1940年以前）配合原则：将设备比较重要或者绝缘破坏后较难恢复的取得较高一些，将设备比较不重要或者绝缘破坏后容易恢复的取得较低一些。存在的主要问题：内绝缘水平抬得太高由于当时避雷器的保护性能不够好，特性不稳定，因而不能把它的保护特性作为绝缘配合的基础。当时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，其绝缘水平应选得越高。按照这个原则，显然变电所的绝缘水平应高于线路、设备内绝缘水平应高于外绝缘等。这种原则有严重的困难，最主要的问题是为了让上一级伏秒特性的下包线不与下一级伏秒特性的上包线发生交叉或重叠，相邻两级的50伏秒特性之间必须保持1520左右的裕度，这是冲击电压下闪络电压和击穿电压的分散性决定的。这样必然会导致内绝缘水平抬得很高。在现代阀式避雷器的保护性能不断改善，质量大大提高了的情况下，再采用多级配合的原则就是严重错误了。两级配合（惯用法） 即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，而不再在各种绝缘之间寻求配合。阀式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综合考虑各种影响因素和必要的裕度的系数，就能确定绝缘应有的耐压水平，从这一原则出发，发展成今天广泛采用的绝缘配合惯用法。采用绝缘配合统计法绝缘配合统计法：随着输电电压等级的提高，绝缘费用因绝缘水平的提高而急剧增大，因而降低绝缘水平的经济效益也越来越显著。在惯用法中，以过电压的上限与电气强度的下限作绝缘配合，而且还有留出足够的裕度，以保证不发生绝缘故障。这种做法不符合优化总经济指标的原则。从20世纪60年代开始，国际上提出一种新的绝缘配合方法，即统计法。主要思想是：电力系统的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在过电压下不发生任何闪络或击穿现象，未免太过于保守和不合理了，正确的作法是规定出某一可以接受的绝缘故障率，容许冒一定的风险。总之，应该用统计的观点及方法来处理绝缘配合问题，以求获得优化的总经济指标。第二节 绝缘配合惯用法将全电压等级分为两个范围：在不同的电压等级下，过电压的保护措施、绝缘耐压试验项目、容许最大工作电压倍数以及绝缘裕度取值等方面都存在着差异，所以讲全电压分成两个范围可以更好地实现绝缘配合。1.雷电过电压下的绝缘配合基本冲击绝缘水平BIL：阀式避雷器在雷电过电压下的保护水平；雷电过电压下的配合系数。我国电气设备在雷电过电压下的绝缘水平用它们的BIL表示。2.操作过电压下的绝缘配合变电所内装设的阀式避雷器只用作雷电过电压保护。（1）对范围的各级系统， 操作冲击绝缘水平SIL：操作过电压下的配合系数；操作过电压计算倍数，见表101；最大工作相电压幅值。（2）对范围的电力系统多用ZnO 避雷器或磁吹避雷器同时限制雷电过电压和操作过电压操作过电压下的配合系数。对ZnO等于规定的操作冲击电流下的残压值； 对磁吹避雷器，等于标准操作冲击电压下的放电电压和规定的操作冲击电流下的残压值两者之间的最大值。3.工频绝缘水平的确定为了检验设备的绝缘是否已达到其相应的BIL和SIL，对330kV及以上的超高压电气设备，要进行雷电和操作冲击耐压试验；对于220 kV及以下的高压电气设备，常用1min工频耐压试验等效检验绝缘耐受雷电和操作冲击电压的能力。雷电冲击系数，操作冲击系数。第三节 输电线路的绝缘配合1.绝缘子串的确定（1）要求 在工作电压下不发生污闪；在操作过电压下不发生湿闪；足够的雷电冲击绝缘水平；线路耐雷水平和雷击跳闸率满足要求（2）选择程序具体方法：1）按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比距）决定所需绝缘子片数：式中 n 每串绝缘子片数； 每片绝缘子的爬电比距，cm； U1 线路的额定电压，kV。必须满足：s0 为不同污秽地区要求的泄漏比距。2）按内部过电压进行验算目前一般是用绝缘子串的工频湿放电电压来代替绝缘子串在内部过电压作用时的放电电压。这样，n个绝缘子的工频湿闪电压 Ush 则为：为了安全，需要增加一些绝缘子。目前我国规定，绝缘子串中应预留的零值绝缘子数为：35220kV线路，直线杆1片，耐张杆2片；对于330kV及以上线路，直线杆12片，耐张杆23片。3）按大气过电压进行验算一般情况下，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决定于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果。 但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。 2.空气间距的选择（1）导线对地面 安全距离；对地面物体静电感应（2）导线之间 相间过电压作用、弧垂最低点在风力下异步摆动时间隙要承受工作电压的作用（3）导线、地线之间 雷击档距中央避雷线时导、地间隙不击穿（4）导线与杆塔之间 重点讨论：导线对杆塔及横担之间的间隙为了使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力都得到充分的发挥，显然应使气隙的击穿电压与绝缘子串的闪络电压大致相等。但在具体实施时，会遇到风力使绝缘子串发生偏斜等不利因素。就塔头空气间隙上可能出现的电压幅值来看，一般是雷电过电压最高、操作过电压次之、工频工作电压最低；但从电压作用时间来看，情况正好相反。由于工作电压长期作用在导线上，所以在计算它的风偏角p时，应取该线路所在地区的最大设计风速vmax。 操作过电压持续时间较短，通常在计算其风偏角 s时，取计算风速等于 0.5vmax。 雷电过电压持续时间最短，而且强风与雷击点同在一处出现的概率极小，因此通常取其计算风速等于1015 m/s。 三种情况下空气净间距的计算方法如下：1）按工作电压确定风偏后的间隙工频击穿电压幅值K1为综合考虑工频电压升高、气象条件、必要的安全裕度等因素的空气间隙工频配合系数。2）按操作过电压确定风偏后的间隙计算用最大操作过电压；空气间隙操作配合系数，对范围I取1.03，对范围II取1.1。3）按雷电过电压确定绝缘子串风偏后的空气间隙通常取的50%雷电冲击电压，等于绝缘子串的50%雷电冲击闪络电压的85%,即其目的是减少绝缘子