對(duì)電力系統(tǒng)雷電過電壓與絕緣配合的分析

對(duì)電力系統(tǒng)雷電過電壓與絕緣配合的分析

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展的不斷提升，對(duì)電力供應(yīng)質(zhì)量要求也不斷提高，電

力系統(tǒng)的供電可靠性面臨極大的挑戰(zhàn)。而電力系統(tǒng)故障中，雷害事故占到較大比

例。本文分析雷電過電壓對(duì)電力系統(tǒng)造成的危害，進(jìn)而探究電力系統(tǒng)中如何有效

預(yù)防雷電過電壓與絕緣配合，并提出可行性措施，對(duì)于保障電力系統(tǒng)良好運(yùn)行有

所幫助。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；雷電過電壓；絕緣配合

對(duì)于電力系統(tǒng)來說，雷電災(zāi)害是無法避免的，因?yàn)槔子晏鞖庵袕?qiáng)烈的空氣對(duì)

流會(huì)誘發(fā)雷電現(xiàn)象，起產(chǎn)生強(qiáng)大的電流、炙熱的高溫、強(qiáng)烈的電磁輻射及猛烈的

沖擊波等物理效應(yīng)作用在電力系統(tǒng)上，會(huì)造成嚴(yán)重的破壞，供電無法正常進(jìn)行，

甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失［1］。所以，為了避免此種不良現(xiàn)象的發(fā)生，一方面

要有效預(yù)防雷電過電壓，另一方面要設(shè)置絕緣配合，以此來真正保證電力系統(tǒng)的

安全性，為使電力系統(tǒng)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行創(chuàng)造條件。

一、電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合的概述

（一）過電壓的概述

通常情況下，過電壓是指超過額定的最高運(yùn)行的電壓，它包括人氣過電壓和

內(nèi)部過電壓，其中大氣過電壓還包括直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓；而內(nèi)部過電

壓則包括操作過電壓和諧振過電壓。本文所研究的電力系統(tǒng)雷電過電壓包括靜電

感應(yīng)，也就是雷云之中電荷迅速消失，致使導(dǎo)線上的電荷失去一定的束縛力，形

成一個(gè)個(gè)自由的電子，以光的速度向?qū)Ь€兩端急速涌去；電磁感應(yīng)，也就是雷電

流動(dòng)幅度和陡度較大，進(jìn)而在周圍形成特別大的電磁場(chǎng)，相應(yīng)的存在其中的導(dǎo)體

會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)勢(shì)［2］。

（二）絕緣配合的概述

所謂絕緣配合，就是綜合考慮電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中可以承受的各種電壓

（工作電壓及過電壓）、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備絕緣對(duì)各種電壓的耐受特性，合

理地確定設(shè)備必要的絕緣水平、以使設(shè)備的造價(jià)、維修費(fèi)用和設(shè)備絕緣故障引起

的事故達(dá)到在經(jīng)濟(jì)上和安全運(yùn)行上的總體效益最高的目的。

絕緣配合的原則：在技術(shù)上要處理好各種作用電壓、限壓措施及設(shè)備耐受能

力三者之間的相互配合關(guān)系；在經(jīng)濟(jì)上要協(xié)調(diào)投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用及事故損失費(fèi)

用的三者關(guān)系。

二、雷電過電壓對(duì)電力系統(tǒng)造成的危害

通常將雷電引起的電力系統(tǒng)過電壓稱為大氣過電壓。大氣過電壓分為感應(yīng)雷

過電壓和直擊雷過電壓，雷電對(duì)電力系統(tǒng)的傷害包括直擊、反擊、侵入等集中類

型。人氣過電壓對(duì)電力系統(tǒng)是有害的，所以必須加以預(yù)防。感應(yīng)雷過電壓一般不

會(huì)超過500kV,對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)的絕緣是芍危險(xiǎn)的，而對(duì)llOkV以上的設(shè)

備，絕緣最小沖擊耐壓水平通常以高于此值，一般不會(huì)產(chǎn)生危害。因此，電力系

統(tǒng)防雷的重點(diǎn)是直接雷防護(hù)。

容器以降低侵入波的陡度，使電機(jī)的匝間絕緣和中性點(diǎn)絕緣不受損壞。

2、輸電線路的防雷保護(hù)

輸電線路防雷是減少電力系統(tǒng)雷害事故及其引起電量損失的關(guān)鍵，做好輸電

線路的防雷工作，不僅可以提高輸電線路本身的供電可靠性，而且還可以使發(fā)電

廠、變電站安全運(yùn)行，這是一舉兩得的事。

輸電線路的防雷任務(wù)是采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到

運(yùn)行部門能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。一般采取下列措施：

（1）防止雷直擊導(dǎo)線。沿線架設(shè)避雷線，有時(shí)還要裝避雷針與其配合。在

某些情況下可以改用電纜線路，使輸電線路免受直接雷擊。

（2）防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡(luò)，輸電線路的閃絡(luò)是指雷擊塔

頂或避雷線時(shí)，使塔頂點(diǎn)位升高，這樣原被認(rèn)為是接地的桿塔現(xiàn)在卻具有高電位,

因而有可能對(duì)導(dǎo)線放電，使過電壓加到導(dǎo)線上，這種現(xiàn)象也成為反擊或逆閃絡(luò)。

雷擊線路不致引起絕緣為絡(luò)的最大雷電流幅值，稱為線路耐類水平。線路的耐雷

水平越高，其絕緣發(fā)生為絡(luò)的機(jī)會(huì)就越小。為此，降低桿塔的接地電阻，增大耦

合系數(shù)，適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，是提高線路耐雷水平，減少絕緣閃絡(luò)的有效措施。

（3）防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)發(fā)為穩(wěn)定的工頻電弧，當(dāng)絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)落后，

應(yīng)盡量使它不轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，因?yàn)楣ゎl電弧建立不了，線路則不會(huì)跳閘。

（4）防止線路中斷供電?？刹捎米詣?dòng)重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施,

使線路跳閘也不會(huì)中止供電。

(二)絕緣配合措施

1、電氣設(shè)備的絕緣配合

絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平。所謂電氣設(shè)備的絕緣水

平是指該電氣設(shè)備能承受的電壓值。一般采取以下措施：

(1)考慮設(shè)備在運(yùn)行時(shí)要承受運(yùn)行電壓、工頻過電壓及操作過電壓。應(yīng)對(duì)

電氣設(shè)備絕緣規(guī)定短時(shí)工頻試驗(yàn)電壓，一般電氣出廠只做1分鐘工頻耐壓試驗(yàn)。

對(duì)外絕緣還要規(guī)定干狀態(tài)和濕狀態(tài)下的工頻放電電壓；

(2)考慮在長(zhǎng)期工作電壓和工頻過電壓作用下內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的抗

污性能，應(yīng)規(guī)定一些設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓；

(3)考慮到雷電過電壓對(duì)絕緣的作用，應(yīng)規(guī)定雷電沖擊試驗(yàn)電壓等，在技

術(shù)上力求做到作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合。

操作沖擊電壓和雷電沖擊試驗(yàn)電壓可用工頻電壓來等價(jià)試驗(yàn)，如下圖：

確定工頻試驗(yàn)電壓

其中：B1為操作沖擊電壓換算為等效工頻電壓系數(shù)

P2為雷電沖擊電壓換算為等效工頻電壓系數(shù)

可見，工頻耐壓值，代表了絕緣對(duì)操作過電壓、雷電的總的耐受水平，只要

設(shè)備能通過工頻耐壓試驗(yàn)，就認(rèn)為該設(shè)備在運(yùn)行中遇到內(nèi)部、大氣過電壓時(shí)能保

證安全。但對(duì)于超高壓電氣設(shè)備，考慮到操作波對(duì)絕緣作用的特殊性，用工頻電

壓來代替操作過電壓、雷電過電壓是不恰當(dāng)?shù)?，需?guī)定操作、雷電沖擊試驗(yàn)，

（4）設(shè)備的絕緣水平與避雷器的保護(hù)水平進(jìn)行配合。避雷器的保護(hù)水平包

括雷電沖擊保護(hù)水平（BIL）和操作沖擊（BSL）。應(yīng)該根據(jù)設(shè)備可能遭受的雷電

和操作過電壓程度、所用限制過電壓保護(hù)裝置的性能、系統(tǒng)的重要性等來決定避

雷器的選擇。

（5）在220kV下的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中，在具體設(shè)置電氣設(shè)備的絕緣水平時(shí),

還要詳細(xì)了解實(shí)際情況及需要的絕緣配合程度，進(jìn)而選擇適合的、有效的絕緣配

合方法，如統(tǒng)計(jì)法、慣用法、簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法等。

（6）在絕緣配合中不考慮諧振過電壓的，因此，在電網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中都應(yīng)

當(dāng)避開諧振過電壓的產(chǎn)生。

（7）一般不考慮線路絕緣與發(fā)電廠、變電站絕緣間的配合問題。如降低線

路絕緣使之與發(fā)電廠、變電站的絕緣相配合，則會(huì)使線路事故大大增加。

2、輸電線路的絕緣配合

確定輸電線路的絕緣水平，包含確定絕緣子串的選擇及線路絕緣的空氣間隙。

（1）絕緣子串的選擇。因?yàn)楣ぷ麟妷菏欠癜l(fā)生污閃、操作過電壓是否發(fā)生

濕閃、絕緣子串是否具有較強(qiáng)雷電沖擊絕緣水平，直接關(guān)乎絕緣子串能否長(zhǎng)期安

全穩(wěn)定高效的使用，所以，為了提高絕緣子串的應(yīng)用效果，應(yīng)當(dāng)按照工作電壓要

求，對(duì)絕緣子串的沿地爬電距離予以有效控制。線路的閃絡(luò)率與線路的爬電比距

關(guān)系密切，可對(duì)線路所在區(qū)的污穢等級(jí)來分析線路可靠運(yùn)行情況，進(jìn)而利用的計(jì)

算公式，即可準(zhǔn)確計(jì)算出絕緣子串的沿面爬電距離［8］。

（2）空氣間距的選擇。為了提高輸電線路的絕緣性，在進(jìn)行輸電線路的絕

緣配合時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合分析輸電線路運(yùn)行實(shí)際情況及可能遭受的雷擊情況，進(jìn)而慎

重的合理控制導(dǎo)線對(duì)面、導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間、導(dǎo)線與桿塔之間的空氣間

距。

結(jié)束語：

通過分析雷電過電壓易給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重負(fù)面影響的情況，確定防雷保護(hù)

方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電廠、變電站和輸電線路防雷保護(hù)；絕緣配合方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)

電力系統(tǒng)的絕緣配合、輸電線路的絕緣配合，有效保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的、

高效的運(yùn)行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由此看來，電力系統(tǒng)之中預(yù)防雷

擊過電壓與絕緣配合具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

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