《电力系统绝缘配合》PPT课件.ppt

电力系统的绝缘在运行中除了要长期承受额定工作电压的作用外 有时还要承受系统中出现的各种过电压的作用 绝缘配合就是要合理处理各种绝缘的绝缘水平和作用其上的各种过电压之间的矛盾问题 以达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的 第十章电力系统绝缘配合 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 工作电压及过电压 限制过电压的措施和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性 合理地确定设备必要的绝缘水平 以使设备的造价 维护费用和设备绝缘故障引起的事故损失 达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的 第一节绝缘配合的基本概念 绝缘配合的最终目的就是确定电气设备的绝缘水平 电气设备的绝缘水平 指该设备绝缘可以承受的试验电压标准 在试验电压作用下 设备不应发生闪络或击穿 电气设备的绝缘水平由系统最高运行电压 雷电过电压 操作过电压三因素中最严重的一个来决定 不同电压等级的系统中 各种作用电压的影响不同 绝缘配合的原则 绝缘试验电压的类型也有相应的差别 1 220kV及以下系统 绝缘水平主要由雷电过电压决定 2 超高压系统中 绝缘水平主要由操作过电压决定 3 严重污秽地区 电力系统外绝缘水平主要由系统最高运行电压决定 4 电力系统绝缘配合不考虑谐振过电压 在系统设计和运行中要避免谐振过电压的发生 5 输电线路绝缘与变电所电气设备绝缘之间不存在配合问题 6 对同一电压等级 不同类型设备 不同地点 允许选择不同的绝缘水平 一般在电网建设初期选用较高的绝缘水平 发展到中 后期 可选用较低的绝缘水平 第二节绝缘配合的基本方法 一 惯用法惯用法是根据作用于绝缘上的最大过电压和最小绝缘强度的概念来配合的 即首先确定设备上可能出现的最危险的过电压 然后根据经验乘上一个考虑各种影响因素和具有一定裕度的配合系数 从而决定绝缘应耐受的电压水平 确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平 雷电冲击和操作冲击保护水平 因而需将设备的绝缘水平与避雷器的保护水平进行配合 雷电或操作冲击电压对绝缘的作用 在某种程度上可以用工频耐压试验来等价 为雷电冲击和操作冲击电压换算成等值工频电压的冲击系数 二 统计法统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐电强度都是随机变量的实际情况 在已知过电压幅值和绝缘闪络电压的概率分布后 用计算的方法求出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 正确的选择绝缘水平 此方法能确定一个输电系统的最佳绝缘设计方案 为过电压幅值的概率密度函数 为绝缘击穿 或闪络 概率分布函数 绝缘故障率为 利用统计法进行绝缘配合时 绝缘裕度不是选定的某个固定数 而是一个与绝缘故障率相联系的变数 实际工程中严格采用统计法的主要困难在于随机因素较多 而且各种统计数据的概率分布有时并非已知 因而实际上采用得更多的是对某些概率进行一些假定后的简化统计法 三 简化统计法简化统计法是设定实际过电压和绝缘放电概率为正态分布规律 并已知其标准偏差 在此设定基础上 上述两条概率分布曲线就可分别用某一参考概率相对应的点来表示 此两点对应的值分别称为统计过电压和统计耐受电压 330kV及以上的自恢复绝缘 输电线路 采用统计法 电气设备的绝缘可分为内绝缘和外绝缘两部分 确定电气设备的绝缘水平就是确定设备绝缘的耐受电压试验值 包括额定短时工频耐受电压 1min工频试验电压 额定雷电冲击耐受电压 全波基本冲击绝缘水平 和额定操作冲击耐受电压 基本操作冲击绝缘水平 第三节电气设备绝缘水平的确定 针对作用于绝缘的典型过电压种类 幅值 防护措施以及绝缘的耐压试验项目 绝缘裕度等方面的差异 在进行电力系统绝缘配合时 按系统最高运行电压值划分为两个范围 范围 3 5kV 252kV 范围 252kV 在范围 的系统中 避雷器只是限制雷电过电压 在操作过电压作用时是不希望避雷器动作的 即要求正常绝缘能承受操作过电压 通常只做短时工频耐受电压 短时 1min 工频耐压试验所采用的试验电压值往往比电气设备额定相电压高出数倍 其确定过程如图10 1所示 220kV及以下设备的型式试验 额定雷电冲击耐受电压 BIL 其中 为标称雷电流下的避雷器残压 为雷电冲击配合系数 IEC规定 我国规定在电气设备与避雷器相距很近时取1 25 相距较远时取1 4 额定操作冲击耐受电压 SIL 其中 为系统最高相电压幅值 为操作冲击配合系数 为计算用操作过电压倍数 我国相对地操作过电压的计算倍数为 63kV及以下 4 0 110kV 220kV 3 0 330kV 2 75 500kV 2 0 对范围 电力系统 避雷器将同时用于限制雷电与操作过电压 这时计算最大操作过电压幅值取决于避雷器操作冲击残压值 由于操作冲击波对绝缘作用的特殊性 以及不能肯定操作冲击电压与工频电压之间的等价程度 故特规定其操作冲击耐受电压 而不能用工频耐受电压替代 输电线路的绝缘是指线路绝缘子串的绝缘子片数及线路导线对杆塔 构架的空气距离 一 绝缘子片数的确定绝缘子片数的选择应满足 在工作电压下不发生雾闪 污闪 在操作过电压下不发生雨闪 并具有一定的雷电冲击耐受强度 确保线路有一定的耐雷水平 第四节架空输电线路绝缘水平的确定 具体选择程序 按工作电压所要求的单位爬电距离决定绝缘子片数 再按操作过电压的要求计算应有的片数 选择两种要求所得片数中的较大者 最后校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求 1 按工作电压要求 n 每串绝缘子的片数 绝缘子串的爬电比距 Um 系统最高工作线电压有效值 Ke 绝缘子爬电距离有效系数 L0 单片绝缘子的几何爬电距离 2 按操作过电压要求由片组成的绝缘子串的操作 或工频 湿闪电压幅值应为 其中 为操作过电压计算倍数 为系统最高运行相电压幅值 1 1为综合考虑各种影响因素和必要裕度的一个综合修正系数 对常用的XP 70 或X 4 5 型片绝缘子串的工频湿闪电压幅值 可按下列经验公式求得 只要知道各种类型绝缘子串的工频湿闪电压与其片数的关系 就可利用上两式求得值 再考虑需增加的零值绝缘子片数后 实际选用的绝缘子片数为 预留的零值绝缘子片数见表10 1 如果已知绝缘子串在正极性操作冲击波下的与片数的关系 那么可以用以下方法求得和 绝缘子串应能承受的为 式中 为绝缘子串操作过电压配合系数 对范围 取1 17 对范围 取1 25 对于范围 为计算用最大操作过电压 即 对于范围 为合空载线路 单相重合闸和三相重合闸这三种方式中的最大者 按雷电过电压要求一般情况下 按爬电比距及操作过电压选定的绝缘子片数能满足线路耐雷水平的要求 在特殊高杆塔或高海拔地区 按雷电过电压要求的绝缘子片数会大于和 成为确定绝缘子串绝缘子片数的决定因素 当线路所在地因海拔高度 1000m 引起气象条件变化而异于标准状态时 应查相关规定进行校正 线路耐张杆绝缘子的片数要比直线杆多一片 发电厂 变电所内的绝缘子串 因其重要性较大 每串的绝缘子片数可按线路耐张杆选取 二 空气间隙的确定架空输电线路的空气间隙主要有导线对大地 导线对导线 导线对架空地线以及导线对杆塔及横担 下面重点介绍如何根据工作电压 内部过电压 大气过电压来确定导线对杆塔的距离 1 按工作电压确定风偏后的间隙S1与风偏角 1所对应的间隙距离应保证在工作电压作用下不发生闪络 即的50 工频放电电压为 图10 3绝缘子串风偏角 及其对杆塔的距离S示意图 K1 安全系数 查表10 3 按操作过电压确定风偏后的间隙S2与风偏角 2对应的间距应保证在操作过电压下不发生闪络 其等值工频放电电压为 K2为线路空气间隙操作过电压统计配合系数 对范围 取1 03 对范围 取1 1 US为配合计算用最大操作过电压 K0为操作过电压计算倍数 3 按雷电过电压确定风偏后的间隙S3通常取S3的50 雷电冲击放电电压值为绝缘子串的雷电冲击50 放电电压值的85 当确定了S1 S2和S3后 即可求得绝缘子串处于垂直位置时对杆塔的水平距离 绝缘子串长度 导线对杆塔的最小空气间隙距离选上述三式中最大的 在实际中 需考虑杆塔尺寸误差 横担变形和拉线施工误差等不利因素 杆塔与导线间的空气间隙在最小间距的基础上应增加一定的裕度 各级电压线路的S1 S2 S3值见表10 4 由表10 4和运行经验表明 一般情况下 空气间距是由雷电过电压决定的 当线路所在地区海拔高度超过1000m时 应按有关规定进行校正 适当增大间距 对于发电厂 变电所 在计算最小空气间隙距