高压电器与开关设备标准规范文件：高压输变电设备的绝缘配合使用导则

中华人民共和国国家标准高压输变电设备绝缘配合使用指南UDC 621.316.9绝缘配合应用指南：621.311高压输电和GB 311.788转换设备国家标准局批准从1989年1月1日至1988年6月20日实施。1范围和引用的现行标准1.1范围本指南是执行GB311.1 高压输变电设备的绝缘配合的指导性文件，仅适用于设备的相对绝缘。其目的是为合理、经济地确定交流输变电设备的电气强度、选择过电压保护装置(如避雷器、放电间隙等)提供指导原则。)和过电压限制措施，而不是对绝缘配合和绝缘设计给出严格的规定。由于需要对具有异常特性的设备或电力系统的异常设计进行专门研究，本指南主要考虑一些基本情况。本指南基于发布时使用的输变电设备的类型和等级，因此，当设备及其特性得到改进和验证时，应允许使用本指南。对应于GB 311.1，根据额定电压，本指南在以下两个范围内讨论。a.3 220kV千伏；b.330 500kV千伏.1.2参考标准GB 311.1高压输变电设备绝缘配合GB 311.2高压试验技术第一部分一般试验条件和要求GB 311.3高压试验技术第二部分试验程序GB 311.4高压试验技术第三部分测量装置GB 4876交流高压断路器交流系统碳化硅阀避雷器电路充电电流切换试验GB 5582高压电力设备外绝缘污染水平2工作电压2.1施加电压的类型设备在运行过程中可能会受到以下类型电压的影响：A.正常运行条件下的工频电压；临时过电压(包括工频电压上升)；C.操作过电压；D.雷电过电压。在GB311.1中，过电压主要根据电压波形进行分类，因为电压波形决定了对设备绝缘和保护装置的影响。“暂时过电压”是指频率为工频或某一谐波频率，在其持续时间内无衰减或缓慢衰减的过电压。“操作过电压”和“雷电过电压”通常分别由操作(或故障)和雷电放电引起，但情况并非总是如此。例如，当雷电波作用在变压器的一侧时，由于绕组之间耦合的感应传输过电压，将会有一个接近操作过电压的长波前。然而，当单相接地时，根据相间的电和磁耦合，在正常相位上可能产生接近雷电过电压的短波。同时，外加电压对绝缘和保护装置的影响主要取决于其波形、幅值和持续时间。因此，本指南中所谓的“操作过电压”和“雷电过电压”分别指长波前的操作冲击和短波前的雷电冲击所代表的过电压。当过电压用标准单位值(p.u .)表示时，其参考值是设备的最高电压。2.2正常运行条件下的工频电压设备绝缘和一些过压保护装置(如无串联间隙的金属氧化物避雷器)的长期运行性能要求取决于该电压。避雷器运行后，其瞬时值也会影响设备上的过电压。随着电压等级的提高，工频电压的作用越来越重要。正常运行条件下，工频电压会波动，系统中各点的工频电压不完全相等，但不会超过设备的最大电压。因此，在本指南中，工频电压被认为是恒定的，等于设备的最高电压。2.3临时过压暂时过压的严重程度取决于其幅度和持续时间。进行绝缘配合时，应首先考虑临时过电压，因为：避雷器安装点临时过电压的幅值和持续时间对选择其额定电压非常重要通常，如果临时过电压的幅度大，操作过电压的幅度也大。为了限制操作和雷电过电压并降低设备的绝缘水平，有时有必要限制临时过电压。暂时过压的原因主要有：A.接地故障；B.负载突变；C.共鸣。2.3.1接地故障造成的临时过电压由于单相接地故障的概率最大，并且该概率随着系统额定电压的增加而增加，所以主要考虑这种情况。系统中选定故障点的正常相临时过电压与系统中性点的接地方式有关。其计算方法及相关说明见附录D。2.3.2负载突变引起的临时过电压当大的有功和无功负载突然切断时，会出现临时过电压。其幅值和持续时间与系统配置和负荷损失后的供电特性(电站短路容量、发电机调速和调压装置特性)有关。当所有负载在长线末端突然丢失时，由于发电机转速在短时间内增加以及Ferranti(长线电容)效应，电压增加可能会特别严重，影响设备的安全运行。在超高压系统开始运行时，应充分注意这种过电压的严重性。2.3.3谐振引起的临时过电压共振可以是线性的或非线性的。这里的非线性共振是指铁磁共振。只有当系统中存在故障或非全相运行且参数匹配时，线性谐振才是可能的。例如，在架空线路和电缆系统中，单相接地后，从故障点看，系统的零序电抗X0和正序电抗X1可以满足X02 X1=0。在非全相运行时，系统的零序电抗X0和正序电抗X1可以满足X0 2X1=0(单相合闸)或X02 X1=0(单相分闸)的要求。在非线性谐振中，谐振频率可以是电源频率(基频谐振)，或其分数(次谐波谐振)，或某个倍数(偶次或奇次谐波谐振)。在具有大电容元件(如串联补偿电容器、电缆等)的回路中。)和电感元件(如变压器等。)具有非线性磁化特性，不同类型的非线性谐振过电压可能由于操作或负载的突然变化而被激励，并且其持续时间与激励的原因和回路本身的特性相关，或者是稳定的或者仅持续一定的时间。这种过电压的发生是复杂的，在本指南中只能简要描述一些最典型的例子。2.3.3.1基频铁磁谐振例如，在非有效接地系统中，当空载母线接通或发生单相接地时，由于各相电磁电压互感器的饱和水平不同，可能会发生基频铁磁谐振。例如，在有空载或轻载变压器的电路中，非全相运行或断开形成电容和非线性电感的串联电路，当电路的总阻抗为容性时，过电压将更高。基频铁磁谐振过电压通常受到铁芯饱和的限制。2.3.3.2次谐波共振在串联补偿电容器和并联电抗器的串联电路以及电磁电压互感器和母线对地电容的并联电路中，如所施加的电压、电路参数(电容值、铁芯电感线圈线性部分的电感值、电阻值、磁链-饱和后的电流特性)满足一定条件时，会因运行而激发次谐波谐振过电压(一般为1/2谐波)。2.3.3.3高次谐波共振如果变压器或电磁电压互感器的励磁支路表明系统线性部分的固有频率恰好等于变压器励磁电流的某一谐波频率，就会出现奇次谐波谐振过电压。由于电感的周期性变化，在一定条件下会激发基频甚至谐波共振。当铁芯电感线圈与电源连接或发生故障时，其磁场中会出现过渡过程和非周期性磁通联系为了避免谐振过电压的发生，应进行专门研究，以尽量避免可能引起谐振的操作或破坏可能引起谐振的条件。2.4操作过电压如上所述，所谓的开关过电压具有低等效频率、不对称和不重复的特点，在选择绝缘时，通常只能考虑一个极性的一个峰值及其波前时间。它们在设备绝缘各部分的分布与工频电压大致相同。开关过压的原因通常是：A.线路闭合和重合闸；B.故障和移除故障；C.关断电容电流和关断小或中等电感电流；D.负载突然变化。注：在异步运行时，分裂过电压有时有一个很大的幅度。(2)操作过电压与电网结构和设备特性有关，尤其是开关设备的特性。由于许多随机因素的影响，波形参数和幅度是随机的(结果不能预先知道)变量，但是它们在一定范围内的概率可以通过系统中的大量计算、模拟测试或实际测量来给出。有许多措施来限制操作过电压。以A为例，有安装并联电抗器、在断路器中安装闭合电阻、安装避雷器和在重合闸前释放线路剩余电荷。应采取何种限压措施需要进行全面的技术和经济比较。限压措施的具体要求应通过特殊计算确定。2.4.1线路合闸和重合闸引起的开关过电压在线路合闸和重合闸(单相或三相)过程中，由于设备和线路对地等效电容上的初始电压可能不等于运行引起的过渡过程结束后的强制电压，具有强制电压和初始电压之差的幅度和一定衰减的瞬态电压将叠加在强制电压上，从而产生运行过电压。除了关断小或中等感应电流引起的开关过电压，所有其他开关过电压的原因都是相同的。2.4.2故障引起的开关过电压和切除故障当故障发生或故障消除时，设备和线路对地之间的等效电容上的初始电压不等于其强制电压，导致过压运行。当满足某些条件时，谐振会产生更高的过电压(见第2.3.3条)。2.4.3关断电容电流和中小电感电流引起的关断过电压。当容性电流(如空载线路、电缆和电容器组电流)关闭时，如果开关不能避免严重击穿，就会产生过电压。当关断小值的感应电流时，如果开关具有很强的解离能力，电流会在过零前关断，可能会导致较高的过压。应特别注意以下操作引起的过压：A.通电和断电容器组和空载电缆；B.关闭电机的启动电流；C.切断并联电抗器和空载变压器的励磁电流；D.可能导致拦截的电弧炉及其变压器的运行和操作；E.使用高压限流保险丝切断电流。2.4.4负载突变引起的开关过电压突然的负载变化将导致开关过压，随后是临时过压。2.5雷电过电压如上所述，雷电过电压是指由几微秒的波前和几十微秒的波长的冲击所代表的过电压。作用在输电线路上的雷电过电压是由雷电直接击中导线、击中塔顶或避雷线并击回导线、或击中线路及其附近的地面(包括塔顶)而引起的，由于电场和磁场的剧烈变化而导致感应过电压。在大多数情况下，作用在设备上的雷电过电压是沿线路的雷电波。2.6确定预期过压水平的原则3 220 kV电压范围内设备的绝缘水平主要由雷电过电压决定，但有时必须估计操作过电压的影响。当设备绝缘薄弱或运行频繁，且运行电气设备不完善时(如在确定330 500 kV电压范围内设备的绝缘水平时，操作过电压的影响更为突出，因此需要估计所考虑系统中的每一个显著过电压，同时需要用更具代表性的操作冲击试验来代替短期工频电压试验。2.6.1确定雷电过电压水平的原则设备上的雷电过电压主要取决于阀式避雷器的保护水平，还受以下系统组成和变电站布局相关因素的影响：A.线路的绝缘结构，其放电电压决定了行波的振幅，进而决定了避雷器的保护水平。b .进线段的长度，当其较大时，导线的波阻抗可用来限制流过避雷器的雷电流，降低其保护水平；冲击电晕的频率特性和进线段导体上的接地参数可以降低行波前沿部分的陡度，不仅可以降低避雷器的保护水平，还可以降低避雷器运行后的振荡，有利于降低预期过电压。C.连接到总线的相同电压等级和波阻抗(两者都用于具有行波的导体)的总输出线数量n越大，总线上的电压幅度和波前部分的陡度越小，这有利于降低预期的过电压。当确定n值时，应考虑整个雷暴期间变电站运行中可能出现的最小值。d .架空线与金属和铠装电缆串联，或者电站总线通过电缆与受保护设备连接。这种电缆可以降低变电站内入侵波的陡度，并可能影响入侵的幅度。对于电压等级较低的设备，需要考虑通过电和磁耦合从变压器高压侧传输到低压侧的过电压。详见附件一。当没有成熟的经验或设计规则可供借鉴时，为了更准确地确定作用在设备上的雷电过电压，宜根据系统结构和参数等实际情况进行分析计算。一般来说，有必要考虑从线路雷击点到变电站母线的进线段中的波过程和变电站中的波过程。对于带绕组的设备，还应考虑绕组中的波动过程，以确定主绝缘和次级绝缘上的雷电过电压。对于重要的变电站，应估计附近雷击的后果。2.6.2确定预期操作过电压水平的原则确定预期操作过电压水平时，应考虑以下几点。2.6.2.1开关过电压的类型不同类型的操作过电压有不同的分布规律和参数，在一定概率条件下的预期过电压倍数也不同。根据哪种操作过电压类型的绝缘设计取决于以下条件：A.限制操作过电压措施的完善性和可靠性；b .是否有必要进一步降低绝缘水平；C.预期操作的频率(年平均操作次数)。考虑当前设备类型、系统结构特点、可选绝缘水平等。本指南建议将合闸和重合闸过