《高電壓技術(shù)》課件-第6章 電力系統(tǒng)的絕緣配合VIP

第6章電力系統(tǒng)的絕緣配合6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)中用以確定輸電線路和電工設(shè)備絕緣水平的原則、方法和規(guī)定。研究絕緣配合的目的在于綜合考慮電工設(shè)施可能承受的作用電壓，過電壓防護(hù)裝置的效用，以及設(shè)備的絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)對各種作用電壓的耐受特性等因素，并且考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性以確定輸電線路和電工設(shè)備的絕緣水平。一、絕緣配合6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合作用在電工設(shè)備上的電壓是指正常運行條件下的工作電壓和各種過電壓，后者包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。為了經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計輸電線路和電工設(shè)備絕緣，電力系統(tǒng)中一般采取專用設(shè)備和裝置以限制過電壓。一、絕緣配合6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合絕緣水平指電氣設(shè)備的絕緣可以承受的試驗電壓值，在此值下設(shè)備不發(fā)生火花放電閃絡(luò)、擊穿或其它損壞。由長期最大工作電壓、大氣過電壓、內(nèi)過電壓三因素中最嚴(yán)格的一個來決定。二、絕緣水平6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合絕緣水平是電工設(shè)備能夠耐受的試驗電壓值：①短時工頻耐受電壓值。②雷電沖擊耐受電壓值。③操作沖擊耐受電壓值。④長時間工頻試驗電壓值。這些試驗電壓的波形、數(shù)值、施加方法、時間、次數(shù)等，各國都有國家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定。二、絕緣水平6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合220kV及以下系統(tǒng)：主要由大氣過電壓來決定，一般用1min工頻耐壓試驗代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗。330kV及以上超高壓系統(tǒng)：雖然內(nèi)過電壓成為主要矛盾，但通過內(nèi)過電壓保護(hù)措施已限制到一定水平，所以仍由大氣過電壓來決定。對超高壓電氣設(shè)備規(guī)定了操作波試驗電壓。二、絕緣水平6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合作用于電氣設(shè)備的工作電壓、過電壓保護(hù)裝置的性能設(shè)備絕緣承受各種電壓的能力系統(tǒng)中性點接地方式三、確定設(shè)備的絕緣水平時應(yīng)考慮的因素6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)中的絕緣包括發(fā)、變電所中電氣設(shè)備的絕緣和線路的絕緣。它們在運行中除了長期承受額定工頻電壓作用之外，還會受到波形、幅值大小、持續(xù)時間不同的各種過電壓(暫時過電壓、操作過電壓和雷電過電壓)的作用。如何確保絕緣能耐受各種電壓，尤其是耐受過電壓的作用，是保證電力系統(tǒng)可靠運行的一個非常重要的方面，因為絕緣的擊穿是造成電力系統(tǒng)停電的主要原因之一。三、確定設(shè)備的絕緣水平時應(yīng)考慮的因素6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合在設(shè)計電力網(wǎng)和電氣設(shè)備時，要確定各帶電部分的絕緣強(qiáng)度(即絕緣水平)。在額定電壓下，所選擇的絕緣水平越低，則投資越省，但是在過電壓和工頻電壓作用下，太低的絕緣水平會導(dǎo)致頻繁的閃絡(luò)和絕緣擊穿事故，不能保證電網(wǎng)的安全運行；反過來，絕緣水平過高將使投資大大增加，造成浪費。三、確定設(shè)備的絕緣水平時應(yīng)考慮的因素6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合采用何種過電壓保護(hù)措施和過電壓保護(hù)設(shè)備，使之在不增加過多投資的前提下，既限制了可能出現(xiàn)的高幅值過電壓以保證設(shè)備安全，使系統(tǒng)可靠地運行，又降低了對輸變電設(shè)備的絕緣水平的要求和減少主要設(shè)備的投資費用，這就需要處理好過電壓、限壓措施、絕緣水平三者之間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。三、確定設(shè)備的絕緣水平時應(yīng)考慮的因素6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合絕緣配合還要在經(jīng)濟(jì)上協(xié)調(diào)好投資費用、維護(hù)費用和事故損失等三者之間的關(guān)系。同時，因為系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、地區(qū)氣象條件和污穢條件等密切相關(guān)，并具有隨機(jī)性，而電氣設(shè)備的絕緣性能以及限壓和保護(hù)設(shè)備的性能也有隨機(jī)性，因此絕緣配合是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，不可孤立地、簡單地以某一種情況作出決定。三、確定設(shè)備的絕緣水平時應(yīng)考慮的因素6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合慣用法統(tǒng)計法簡化統(tǒng)計法(我國主要采用慣用法)四、絕緣配合的方法6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合1.慣用法首先確定電氣設(shè)備絕緣上可能出現(xiàn)的各類過電壓的最大值，然后根據(jù)經(jīng)驗乘上一個考慮各種因素的影響和一定裕度的系數(shù)，決定絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。目前，在慣用法中采用的最大雷電過電壓是按避雷器的殘壓來決定的；最大操作過電壓則是根據(jù)實測記錄結(jié)果確定，在超高壓系統(tǒng)中還與避雷器的特性有關(guān)。四、絕緣配合的方法6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合2.統(tǒng)計法統(tǒng)計法的依據(jù)是假定描述過電壓和絕緣的隨機(jī)特性的概率分布函數(shù)是已知的（在大量統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上作出某類過電壓概率分布曲線，得出過電壓的概率密度分布函數(shù)）；另一方面在大量的試驗基礎(chǔ)上作出絕緣放電的概率分布曲線，得出絕緣放電電壓的概率密度分布函數(shù)。利用已知f(u)和P(u)則可計算出絕緣故障的概率。四、絕緣配合的方法6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合3.簡化統(tǒng)計法在簡化統(tǒng)計法中，對過電壓概率分布和絕緣放電概率分布的數(shù)學(xué)規(guī)律進(jìn)行一些通常允許的假定（假定是正態(tài)分布，并已知其標(biāo)準(zhǔn)偏差）。根據(jù)這個假定，則過電壓和絕緣放電概率的整個分布就可以只用概率分布曲線上的某一點來表示，此點對應(yīng)的值稱為“統(tǒng)計過電壓”和“統(tǒng)計沖擊耐受電壓”。四、絕緣配合的方法6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合慣用法要確定電氣設(shè)備絕緣上可能出現(xiàn)的過電壓的最高值，但由于過電壓幅值及絕緣強(qiáng)度都是隨機(jī)變量，很難按照一個嚴(yán)格的規(guī)則去顧及他們的上限和下限，因此，用這一決定絕緣水平，常要求有較大的裕度，而且也不可能定量的估計可能的事故率。五、三種絕緣配合方法的比較6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合統(tǒng)計法需要做很多試驗，才能作出絕緣放電的概率分布曲線，這對非自恢復(fù)絕緣進(jìn)行這種試驗的費用很高。因此統(tǒng)計法至今只能用于自恢復(fù)絕緣，主要輸變電設(shè)備的外絕緣。對于變壓器等以非自恢復(fù)絕緣為主的電力設(shè)備，由于沒有經(jīng)濟(jì)的方法確定它們的抗電強(qiáng)度，也由于變電事故將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，一直用慣用法進(jìn)行絕緣配合。五、三種絕緣配合方法的比較6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合簡化統(tǒng)計法假定過電壓概率分布和絕緣放電概率分布是正態(tài)分布，并進(jìn)行數(shù)學(xué)的處理。而電力系統(tǒng)的過電壓概率分布和絕緣放電概率分布未必都是正態(tài)分布，這就影響計算的準(zhǔn)確性。五、三種絕緣配合方法的比較6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合①電壓等級不同的電力系統(tǒng)，絕緣配合原則也有所不同。在各種電壓等級的系統(tǒng)中，正常運行條件下的工頻電壓不會超過系統(tǒng)的最高工作電壓，所以系統(tǒng)最高工作電壓是絕緣配合的基本參數(shù)。然而，其它作用電壓在絕緣配合下所起的作用在不同電壓等級系統(tǒng)中是不同的，因此在高壓電力系統(tǒng)與在超高壓電力系統(tǒng)中的絕緣配合具體原則及絕緣耐壓試驗也有所不同。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合對于220kV及以下系統(tǒng)，要求把大氣過電壓限制到低于內(nèi)過電壓的數(shù)值是很不經(jīng)濟(jì)的，因此在這些系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣水平主要由大氣過電壓來決定。對于220kV及以下系統(tǒng)，具有正常絕緣水平的電氣設(shè)備應(yīng)能承受內(nèi)過電壓的作用，因此一般不專門采用限制內(nèi)過電壓的措施。限制大氣過電壓的主要裝置是避雷器，這樣，絕緣配合時以避雷器的保護(hù)水平為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平，并保證輸電線路具有一定的耐雷水平。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合在超高壓系統(tǒng)中，操作過電壓的幅值因電壓等級較高而達(dá)到更高的數(shù)值，逐漸成為要限制的主要對象。在超高壓系統(tǒng)中一般都采取了限制內(nèi)過電壓的措施，如并聯(lián)電抗器、帶并聯(lián)電阻的斷路器及氧化鋅避雷器。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合由于對過電壓限制措施的要求不同，絕緣配合就有兩種不同的原則，一種主要采用復(fù)合型避雷器和氧化鋅避雷器限制操作過電壓，絕緣配合時以避雷器在操作過電壓下的保護(hù)特性為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合另一種以美國、日本、法國等為代表，通過改進(jìn)斷路器性能(如并聯(lián)電阻)將操作過電壓限制到規(guī)定水平，避雷器作為操作過電壓的后備保護(hù)以免出現(xiàn)避雷器的頻繁動作。設(shè)備絕緣水平由避雷器在大氣過電壓下保護(hù)特性為基礎(chǔ)確定的。我國采用后一種原則。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合②絕緣配合時在技術(shù)上要力求做到作用電壓與設(shè)備絕緣全伏秒特性的配合。可通過避雷器伏秒特性與設(shè)備絕緣伏秒特性的配合來實現(xiàn)將過電壓限制在設(shè)備絕緣耐受強(qiáng)度以下。所謂全伏秒特性配合，實際上是在伏秒特性曲線上的某幾點進(jìn)行協(xié)調(diào)。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合CompanyLogo③為了兼顧到設(shè)備造價、運行費用和停電損失等綜合經(jīng)濟(jì)效益，絕緣配合的具體實施也要因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地區(qū)、發(fā)展階段的不同而有所差異。過電壓的大小與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而且同一系統(tǒng)中不同地點的過電壓水平亦有差異，造成事故的后果也是不同的。因此，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，對同一電壓等級，不同地點，不同類型的設(shè)備，允許選擇不同的絕緣水平。不同的發(fā)展階段也允許根據(jù)實際情況選擇不同的絕緣水平。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合④對于輸電線路的絕緣水平，一般不需要考慮其與變電所絕緣水平的配合。例如降低線路絕緣水平以與變電所絕緣水平相配合則會使線路事故增大。五、絕緣配合的原則6.1電力系統(tǒng)的絕緣配合6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定設(shè)備絕緣水平指該設(shè)備可以承受（不發(fā)生閃絡(luò)、擊穿或其他損壞）的試驗電壓標(biāo)準(zhǔn)。它是由長期最大工作電壓、大氣過電壓、內(nèi)部過電壓三因素中最嚴(yán)格的一個來決定。6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定220kV及以下系統(tǒng)，絕緣水平主要由大氣過電壓決定。330kV及以上超高壓系統(tǒng)，在絕緣配合中，操作過電壓起主導(dǎo)作用。污穢嚴(yán)重地方的電網(wǎng)處絕緣水平主要由系統(tǒng)最大運行電壓決定。6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定1.基本沖擊絕緣水平(BIL)的確定在220kV及以下變電所，大氣過電壓水平比內(nèi)部過電壓水平高，避雷器只是用來保護(hù)大氣過電壓，設(shè)備絕緣耐受雷電沖擊電壓的水平是根據(jù)避雷器在大氣過電壓下的殘壓來決定的，稱為電氣設(shè)備的基本沖擊絕緣水平(BIL)。一、220kV及以下輸變電設(shè)備絕緣水平的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定（1）電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的沖擊絕緣水平一般設(shè)備的內(nèi)絕緣的沖擊絕緣水平用1.5/50us全波沖擊試驗電壓來檢驗。截波試驗電壓按全波試驗電壓1.25倍計算，因為在截波作用下回路振蕩得更厲害。在截波作用下的累積系數(shù)為1.15。1.基本沖擊絕緣水平(BIL)的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定（2）電氣設(shè)備外絕緣的沖擊絕緣水平對于外絕緣，不計累積效應(yīng)，但應(yīng)考慮大氣條件的影響。1.基本沖擊絕緣水平(BIL)的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定電氣設(shè)備絕緣耐受操作過電壓(操作沖擊電壓)的能力稱為電氣設(shè)備的操作沖擊絕緣水平(SIL)。設(shè)備的操作沖擊絕緣水平(SIL)是根據(jù)內(nèi)部過電壓倍數(shù)決定的，但內(nèi)部過電壓對220kV及以下設(shè)備絕緣無危險，避雷器不動作，對內(nèi)部過電壓而言，避雷器只是作為后備保護(hù)而已，不需要單獨做操作沖擊試驗。2.操作沖擊絕緣水平(SIL)的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定工頻試驗電壓的確定:設(shè)備的內(nèi)、外絕緣的工頻試驗電壓由內(nèi)部過電壓和沖擊絕緣水平?jīng)Q定，分別求出各自對應(yīng)的工頻試驗電壓，取大值作為絕緣的工頻試驗電壓。3.工頻試驗電壓的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定1.內(nèi)絕緣工頻試驗電壓的確定內(nèi)絕緣抗內(nèi)過電壓的強(qiáng)度較抗一分鐘工頻電壓的強(qiáng)度為強(qiáng)。設(shè)備的工頻試驗電壓另一方面由沖擊絕緣水平?jīng)Q定。如果設(shè)備的沖擊絕緣水平已知，根據(jù)沖擊系數(shù)的定義將沖擊絕緣水平除以沖擊系數(shù)即得工頻電壓。3.工頻試驗電壓的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定2.外絕緣工頻試驗電壓的確定對外絕緣的工頻電壓，氣候的變化對戶外設(shè)備影響較大。因此對戶外設(shè)備的外絕緣采用淋雨試驗電壓，對戶內(nèi)設(shè)備的絕緣采用干試驗電壓。3.工頻試驗電壓的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定330～500kV輸變電設(shè)備絕緣水平的確定方法，與220kV及以下輸變電設(shè)備絕緣水平的確定方法主要區(qū)別在于：①基準(zhǔn)不同；②330～500kV輸變電設(shè)備要做操作沖擊試驗。二、330-500kV輸變電設(shè)備絕緣水平的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定6.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定輸電線路絕緣水平包括的項目：一、絕緣子串中絕緣子個數(shù)二、線路絕緣的空氣間隙6.3輸電線路絕緣水平的確定1.對絕緣子選擇的要求防污閃，避免在正常工作電壓下發(fā)生污閃。防濕閃，避免在內(nèi)部過電壓下發(fā)生濕閃。防雷擊閃絡(luò)，在高原大氣過電壓可能成為重要因素，則應(yīng)具有一定的耐雷水平。一、絕緣子串中絕緣子個數(shù)的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定2.確定的方法選擇線路絕緣子串的絕緣子個數(shù)具體作法：按工作電壓下所需求的泄露比距決定所需絕緣子片數(shù)，然后按操作過電壓水平和耐雷水平的要求進(jìn)行驗算。一、絕緣子串中絕緣子個數(shù)的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定n—每串絕緣子個數(shù)λ—每片絕緣子的距離（cm）Um—系統(tǒng)最高線電壓的有效值（kV）2.確定的方法由泄露比距的定義得出滿足防污閃時每串線路絕緣子串的絕緣子個數(shù)為：一、絕緣子串中絕緣子個數(shù)的確定6.3輸電線路絕緣水平的確定確定n1后還應(yīng)進(jìn)行驗算。1.線路上的空氣間隙主要有導(dǎo)線對大地導(dǎo)線對導(dǎo)線導(dǎo)