《高电压技术》课件-第6章 电力系统的绝缘配合

第6章电力系统的绝缘配合6.1电力系统的绝缘配合电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定。研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压，过电压防护装置的效用，以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素，并且考虑经济上的合理性以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。一、绝缘配合6.1电力系统的绝缘配合作用在电工设备上的电压是指正常运行条件下的工作电压和各种过电压，后者包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等。为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压。一、绝缘配合6.1电力系统的绝缘配合绝缘水平指电气设备的绝缘可以承受的试验电压值，在此值下设备不发生火花放电闪络、击穿或其它损坏。由长期最大工作电压、大气过电压、内过电压三因素中最严格的一个来决定。二、绝缘水平6.1电力系统的绝缘配合绝缘水平是电工设备能够耐受的试验电压值：①短时工频耐受电压值。②雷电冲击耐受电压值。③操作冲击耐受电压值。④长时间工频试验电压值。这些试验电压的波形、数值、施加方法、时间、次数等，各国都有国家标准明确规定。二、绝缘水平6.1电力系统的绝缘配合220kV及以下系统：主要由大气过电压来决定，一般用1min工频耐压试验代替雷电冲击和操作冲击耐压试验。330kV及以上超高压系统：虽然内过电压成为主要矛盾，但通过内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定。对超高压电气设备规定了操作波试验电压。二、绝缘水平6.1电力系统的绝缘配合作用于电气设备的工作电压、过电压保护装置的性能设备绝缘承受各种电压的能力系统中性点接地方式三、确定设备的绝缘水平时应考虑的因素6.1电力系统的绝缘配合电力系统中的绝缘包括发、变电所中电气设备的绝缘和线路的绝缘。它们在运行中除了长期承受额定工频电压作用之外，还会受到波形、幅值大小、持续时间不同的各种过电压(暂时过电压、操作过电压和雷电过电压)的作用。如何确保绝缘能耐受各种电压，尤其是耐受过电压的作用，是保证电力系统可靠运行的一个非常重要的方面，因为绝缘的击穿是造成电力系统停电的主要原因之一。三、确定设备的绝缘水平时应考虑的因素6.1电力系统的绝缘配合在设计电力网和电气设备时，要确定各带电部分的绝缘强度(即绝缘水平)。在额定电压下，所选择的绝缘水平越低，则投资越省，但是在过电压和工频电压作用下，太低的绝缘水平会导致频繁的闪络和绝缘击穿事故，不能保证电网的安全运行；反过来，绝缘水平过高将使投资大大增加，造成浪费。三、确定设备的绝缘水平时应考虑的因素6.1电力系统的绝缘配合采用何种过电压保护措施和过电压保护设备，使之在不增加过多投资的前提下，既限制了可能出现的高幅值过电压以保证设备安全，使系统可靠地运行，又降低了对输变电设备的绝缘水平的要求和减少主要设备的投资费用，这就需要处理好过电压、限压措施、绝缘水平三者之间的协调配合关系。三、确定设备的绝缘水平时应考虑的因素6.1电力系统的绝缘配合绝缘配合还要在经济上协调好投资费用、维护费用和事故损失等三者之间的关系。同时，因为系统中可能出现的各种过电压与电网结构、地区气象条件和污秽条件等密切相关，并具有随机性，而电气设备的绝缘性能以及限压和保护设备的性能也有随机性，因此绝缘配合是一个相当复杂的问题，不可孤立地、简单地以某一种情况作出决定。三、确定设备的绝缘水平时应考虑的因素6.1电力系统的绝缘配合惯用法统计法简化统计法(我国主要采用惯用法)四、绝缘配合的方法6.1电力系统的绝缘配合1.惯用法首先确定电气设备绝缘上可能出现的各类过电压的最大值，然后根据经验乘上一个考虑各种因素的影响和一定裕度的系数，决定绝缘应能耐受的电压水平。目前，在惯用法中采用的最大雷电过电压是按避雷器的残压来决定的；最大操作过电压则是根据实测记录结果确定，在超高压系统中还与避雷器的特性有关。四、绝缘配合的方法6.1电力系统的绝缘配合2.统计法统计法的依据是假定描述过电压和绝缘的随机特性的概率分布函数是已知的（在大量统计资料的基础上作出某类过电压概率分布曲线，得出过电压的概率密度分布函数）；另一方面在大量的试验基础上作出绝缘放电的概率分布曲线，得出绝缘放电电压的概率密度分布函数。利用已知f(u)和P(u)则可计算出绝缘故障的概率。四、绝缘配合的方法6.1电力系统的绝缘配合3.简化统计法在简化统计法中，对过电压概率分布和绝缘放电概率分布的数学规律进行一些通常允许的假定（假定是正态分布，并已知其标准偏差）。根据这个假定，则过电压和绝缘放电概率的整个分布就可以只用概率分布曲线上的某一点来表示，此点对应的值称为“统计过电压”和“统计冲击耐受电压”。四、绝缘配合的方法6.1电力系统的绝缘配合惯用法要确定电气设备绝缘上可能出现的过电压的最高值，但由于过电压幅值及绝缘强度都是随机变量，很难按照一个严格的规则去顾及他们的上限和下限，因此，用这一决定绝缘水平，常要求有较大的裕度，而且也不可能定量的估计可能的事故率。五、三种绝缘配合方法的比较6.1电力系统的绝缘配合统计法需要做很多试验，才能作出绝缘放电的概率分布曲线，这对非自恢复绝缘进行这种试验的费用很高。因此统计法至今只能用于自恢复绝缘，主要输变电设备的外绝缘。对于变压器等以非自恢复绝缘为主的电力设备，由于没有经济的方法确定它们的抗电强度，也由于变电事故将造成极大的经济损失，一直用惯用法进行绝缘配合。五、三种绝缘配合方法的比较6.1电力系统的绝缘配合简化统计法假定过电压概率分布和绝缘放电概率分布是正态分布，并进行数学的处理。而电力系统的过电压概率分布和绝缘放电概率分布未必都是正态分布，这就影响计算的准确性。五、三种绝缘配合方法的比较6.1电力系统的绝缘配合①电压等级不同的电力系统，绝缘配合原则也有所不同。在各种电压等级的系统中，正常运行条件下的工频电压不会超过系统的最高工作电压，所以系统最高工作电压是绝缘配合的基本参数。然而，其它作用电压在绝缘配合下所起的作用在不同电压等级系统中是不同的，因此在高压电力系统与在超高压电力系统中的绝缘配合具体原则及绝缘耐压试验也有所不同。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合对于220kV及以下系统，要求把大气过电压限制到低于内过电压的数值是很不经济的，因此在这些系统中电气设备的绝缘水平主要由大气过电压来决定。对于220kV及以下系统，具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内过电压的作用，因此一般不专门采用限制内过电压的措施。限制大气过电压的主要装置是避雷器，这样，绝缘配合时以避雷器的保护水平为基础确定设备的绝缘水平，并保证输电线路具有一定的耐雷水平。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合在超高压系统中，操作过电压的幅值因电压等级较高而达到更高的数值，逐渐成为要限制的主要对象。在超高压系统中一般都采取了限制内过电压的措施，如并联电抗器、带并联电阻的断路器及氧化锌避雷器。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合由于对过电压限制措施的要求不同，绝缘配合就有两种不同的原则，一种主要采用复合型避雷器和氧化锌避雷器限制操作过电压，绝缘配合时以避雷器在操作过电压下的保护特性为基础确定设备的绝缘水平。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合另一种以美国、日本、法国等为代表，通过改进断路器性能(如并联电阻)将操作过电压限制到规定水平，避雷器作为操作过电压的后备保护以免出现避雷器的频繁动作。设备绝缘水平由避雷器在大气过电压下保护特性为基础确定的。我国采用后一种原则。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合②绝缘配合时在技术上要力求做到作用电压与设备绝缘全伏秒特性的配合。可通过避雷器伏秒特性与设备绝缘伏秒特性的配合来实现将过电压限制在设备绝缘耐受强度以下。所谓全伏秒特性配合，实际上是在伏秒特性曲线上的某几点进行协调。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合CompanyLogo③为了兼顾到设备造价、运行费用和停电损失等综合经济效益，绝缘配合的具体实施也要因系统结构、地区、发展阶段的不同而有所差异。过电压的大小与系统结构密切相关，而且同一系统中不同地点的过电压水平亦有差异，造成事故的后果也是不同的。因此，从经济方面考虑，对同一电压等级，不同地点，不同类型的设备，允许选择不同的绝缘水平。不同的发展阶段也允许根据实际情况选择不同的绝缘水平。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合④对于输电线路的绝缘水平，一般不需要考虑其与变电所绝缘水平的配合。例如降低线路绝缘水平以与变电所绝缘水平相配合则会使线路事故增大。五、绝缘配合的原则6.1电力系统的绝缘配合6.2输变电设备绝缘水平的确定设备绝缘水平指该设备可以承受（不发生闪络、击穿或其他损坏）的试验电压标准。它是由长期最大工作电压、大气过电压、内部过电压三因素中最严格的一个来决定。6.2输变电设备绝缘水平的确定220kV及以下系统，绝缘水平主要由大气过电压决定。330kV及以上超高压系统，在绝缘配合中，操作过电压起主导作用。污秽严重地方的电网处绝缘水平主要由系统最大运行电压决定。6.2输变电设备绝缘水平的确定1.基本冲击绝缘水平(BIL)的确定在220kV及以下变电所，大气过电压水平比内部过电压水平高，避雷器只是用来保护大气过电压，设备绝缘耐受雷电冲击电压的水平是根据避雷器在大气过电压下的残压来决定的，称为电气设备的基本冲击绝缘水平(BIL)。一、220kV及以下输变电设备绝缘水平的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定（1）电气设备内绝缘的冲击绝缘水平一般设备的内绝缘的冲击绝缘水平用1.5/50us全波冲击试验电压来检验。截波试验电压按全波试验电压1.25倍计算，因为在截波作用下回路振荡得更厉害。在截波作用下的累积系数为1.15。1.基本冲击绝缘水平(BIL)的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定（2）电气设备外绝缘的冲击绝缘水平对于外绝缘，不计累积效应，但应考虑大气条件的影响。1.基本冲击绝缘水平(BIL)的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定电气设备绝缘耐受操作过电压(操作冲击电压)的能力称为电气设备的操作冲击绝缘水平(SIL)。设备的操作冲击绝缘水平(SIL)是根据内部过电压倍数决定的，但内部过电压对220kV及以下设备绝缘无危险，避雷器不动作，对内部过电压而言，避雷器只是作为后备保护而已，不需要单独做操作冲击试验。2.操作冲击绝缘水平(SIL)的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定工频试验电压的确定:设备的内、外绝缘的工频试验电压由内部过电压和冲击绝缘水平决定，分别求出各自对应的工频试验电压，取大值作为绝缘的工频试验电压。3.工频试验电压的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定1.内绝缘工频试验电压的确定内绝缘抗内过电压的强度较抗一分钟工频电压的强度为强。设备的工频试验电压另一方面由冲击绝缘水平决定。如果设备的冲击绝缘水平已知，根据冲击系数的定义将冲击绝缘水平除以冲击系数即得工频电压。3.工频试验电压的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定2.外绝缘工频试验电压的确定对外绝缘的工频电压，气候的变化对户外设备影响较大。因此对户外设备的外绝缘采用淋雨试验电压，对户内设备的绝缘采用干试验电压。3.工频试验电压的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定330～500kV输变电设备绝缘水平的确定方法，与220kV及以下输变电设备绝缘水平的确定方法主要区别在于：①基准不同；②330～500kV输变电设备要做操作冲击试验。二、330-500kV输变电设备绝缘水平的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定6.2输变电设备绝缘水平的确定6.3输电线路绝缘水平的确定6.3输电线路绝缘水平的确定6.3输电线路绝缘水平的确定输电线路绝缘水平包括的项目：一、绝缘子串中绝缘子个数二、线路绝缘的空气间隙6.3输电线路绝缘水平的确定1.对绝缘子选择的要求防污闪，避免在正常工作电压下发生污闪。防湿闪，避免在内部过电压下发生湿闪。防雷击闪络，在高原大气过电压可能成为重要因素，则应具有一定的耐雷水平。一、绝缘子串中绝缘子个数的确定6.3输电线路绝缘水平的确定2.确定的方法选择线路绝缘子串的绝缘子个数具体作法：按工作电压下所需求的泄露比距决定所需绝缘子片数，然后按操作过电压水平和耐雷水平的要求进行验算。一、绝缘子串中绝缘子个数的确定6.3输电线路绝缘水平的确定n—每串绝缘子个数λ—每片绝缘子的距离（cm）Um—系统最高线电压的有效值（kV）2.确定的方法由泄露比距的定义得出满足防污闪时每串线路绝缘子串的绝缘子个数为：一、绝缘子串中绝缘子个数的确定6.3输电线路绝缘水平的确定确定n1后还应进行验算。1.线路上的空气间隙主要有导线对大地导线对导线导