高電壓技術(shù)-第9章

1、第九章操作過(guò)電壓與絕緣配合操作過(guò)電壓通常具有幅值高、存在高頻振蕩、強(qiáng) 阻尼和持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，危害性極大。常見(jiàn)的操作過(guò)電壓主要包括：切斷空載線路過(guò)電 壓、空載線路合閘過(guò)電壓、切除空載變壓器過(guò)電 壓和斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓這幾種。絕緣配合是指綜合考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種作 用電壓、保護(hù)裝置特性及設(shè)備的絕緣特性，最終 確定電氣設(shè)備的絕緣水平。u9.1 切斷空載線路過(guò)電壓u9.2 空載線路合閘過(guò)電壓u9.3 切除空載變壓器過(guò)電壓u9.4 斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓u9.5 絕緣配合u習(xí)題和參考答案本章內(nèi)容9.1 切斷空載線路過(guò)電壓切除空載線路是電網(wǎng)中常見(jiàn)操作之一，在切空載線路的過(guò)程中，雖然斷路器切斷的是幾十安到

2、幾百安的電容電流，比短路電流小的多，但如果使用的斷路器滅弧能力不強(qiáng)，在切斷這種電容電流時(shí)就可能出現(xiàn)電弧的重燃，從而引起電磁振蕩，造成過(guò)電壓。本節(jié)內(nèi)容9.1.1 產(chǎn)生原理9.1.2 影響因素和降壓措施Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)(9-1)9.1.1 產(chǎn)生原理用單相集中參數(shù)的簡(jiǎn)化等效電路來(lái)分析，如圖9-1，S斷開(kāi)之前線路電壓UC(t)=e(t),設(shè)第一次熄?。ㄔO(shè)時(shí)間為t1）發(fā)生斷路器的工頻電容電流ic(t)過(guò)零時(shí)，如圖9-2，線路上電荷無(wú)處泄放，uc(t)保留為Em，觸頭間電壓ur(t)為:圖9-1 切除空載線路時(shí)的等值計(jì)算電路圖圖9-2 切除空載線路過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程半周期后

3、，e(t)=-Em，兩觸頭間電壓即恢復(fù)電壓2Em。此時(shí)若觸頭間的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度沒(méi)有很好恢復(fù)，或絕緣恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度不夠快，可能在t2時(shí)電弧重燃，相當(dāng)于一次反極性重合閘。類推，直至觸頭間絕緣足夠高，不UCmax達(dá)到-3Em，設(shè)在tt3時(shí)高頻(重合閘過(guò)程，回路振蕩的角頻率 0 =1 / LCT, 大于工頻下的M)電容電流第一次過(guò)零時(shí)熄弧，uc(t) 保持- 3Em，又過(guò)T2，e(t)又達(dá)最大值，觸頭間電壓ur(t)為4Em。依此再重燃為止。線路上的過(guò)電壓將不斷增大，一直達(dá)到很高的數(shù)值。圖9-2 切除空載線路過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程9.1.2 影響因素和降壓措施影響過(guò)電壓的最大值的因素：1)斷路器的性能；2

4、)中性點(diǎn)接地方式；3)母線上的出線數(shù)4)在斷路器外側(cè)裝有電磁式電壓互感器等設(shè)備消除或降低操作過(guò)電壓采取的措施如下：（1）改善斷路器的結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生重燃現(xiàn)象（2）斷路器加裝并聯(lián)電阻（3）利用避雷器保護(hù)（4）泄流設(shè)備的裝設(shè)圖9-3 帶并聯(lián)電阻斷路器1主觸頭2輔助觸頭R并聯(lián)電阻產(chǎn)生原理ooo原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)影響因素和降壓措施oo影響過(guò)電壓的最大值的因素（4點(diǎn)）消除或降低操作過(guò)電壓采取的措施小結(jié)（本節(jié)完）9.2 空載線路合閘過(guò)電壓電力系統(tǒng)中，空載線路合閘過(guò)電壓也是一種常見(jiàn)的操作過(guò)電壓。通常分為兩種情況，即正常操作和自動(dòng)重合閘。由于初始條件的差別，重合閘過(guò)電壓的情況更為嚴(yán)重。近年來(lái)由 于采用了種種措施（如采

5、用不重燃斷路器、改進(jìn)變壓器鐵芯材料等）限制或降低了其他幅值更高的操作過(guò)電壓，空載線路合閘過(guò)電壓的問(wèn)題就顯得更加突出。本節(jié)內(nèi)容9.2.1 發(fā)展過(guò)程9.2.2 影響因素和降壓措施這種操作通常出現(xiàn)在線路檢修后的試送電。此時(shí)線路上不存在任何異常（如接地）。線路電壓的初始值為零。正常合閘時(shí)，若三相接線完全對(duì)稱，且三相斷路器完全同步動(dòng)作，則可按照單相電路進(jìn)行分析研究。在這里我們用集中參數(shù)等值電路的方法分析這種過(guò)電壓的發(fā)展機(jī)理。1. 正常合閘的情況圖9-4 合閘示意圖（a）集中參數(shù)等值電路 （b）簡(jiǎn)化等值電路9.2.1 發(fā)展過(guò)程式為在圖9-4(a)所示的等值電路中，其中空載線路用一T型等值電路來(lái)代替,RT、

6、LT、CT分別為其等值電阻、電感和電容，u為電源的電阻和電感。在作定性分析時(shí)，還可忽略電源和線路電阻的作用，這樣就可進(jìn)一步簡(jiǎn)化成圖9-4(b)所示的簡(jiǎn)單振蕩回路，其中電感 。若取合閘瞬間為時(shí)間起算點(diǎn)(t0)，則電源電壓的表達(dá)u (t) = U cos tuc =U? (1cos0t) =U ? U ? cos0t（9-2）（9-3）求得U為穩(wěn)態(tài)分量；Ucos0t為自由振蕩分量。20TLLL僅關(guān)心過(guò)電壓幅值時(shí)：過(guò)電壓幅值穩(wěn)態(tài)值振蕩幅值穩(wěn)態(tài)值（穩(wěn)態(tài)值起始量）2穩(wěn)態(tài)值起始量對(duì)于空載線路，不存在殘余電壓，起始值為零，可得：UCmax=2U回路存在衰減的振蕩，以衰減系數(shù)來(lái)表示：u c = U ? (1

7、e t cos 0t)（9-4）再者，電源是工頻交流電壓u(t),這時(shí)uc(t)表達(dá)式將為u c = U ? (cos t e t cos 0t)（9-5）波形如圖9-5(b）圖9-5 合閘過(guò)電壓波形(a)電源電壓為直流電壓(b)電源電壓為工頻交流電壓由于回路中存在的損耗，我國(guó)實(shí)測(cè)的過(guò)電壓的最大倍數(shù)為1.91.96倍。以上是正常合閘的情況，空載線路L沒(méi)有殘余電荷，初始電壓UC(0)0。如果是自動(dòng)重合閘的情況，那么條件將更為不利，主要原因在于這時(shí)線路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時(shí)振蕩將更加激烈。自動(dòng)重合閘是線路發(fā)生跳閘故障后，由自動(dòng)裝置控制而進(jìn)行的合閘操作。2. 自動(dòng)重合閘的情況圖96為系

8、統(tǒng)中常見(jiàn)的單相短路故障的示意圖。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，A相發(fā)生對(duì)地短路，短路信號(hào)先后到達(dá)斷路器Q2, Q1。斷路器S2先跳閘，在斷路器Q2跳開(kāi)后，流過(guò)斷路器Q1中鍵全相的電流是線路電容電流，故當(dāng)電壓電流相位相差900時(shí)，斷路器Q1跳閘。于是在健全相線路上將留有殘余電壓。圖9-6 重合閘示意圖設(shè)Q1重合閘之前，線路殘余電壓已下降30，即(10.3）(1.31.4 U)=(0.910.98 )U?？紤]最嚴(yán)重的情況，重合閘時(shí)電源電壓為U，重合閘時(shí)暫態(tài)過(guò)程中過(guò)電壓為U-U-(0.91.98 )U=(-2.912.98) U。在實(shí)際過(guò)程中，過(guò)電壓還要低些。在合閘過(guò)電壓中，以三相重合閘的情況最為嚴(yán)重。9

9、.2.2 影響因素和降壓措施以上對(duì)合閘過(guò)電壓的分析也是考慮最嚴(yán)重的條件、最不利的情況。實(shí)際出現(xiàn)的過(guò)電壓幅值會(huì)受到一系列因素的影響，最主要的有：合閘相位線路損耗線路殘余電壓的變化1.合閘相位合閘時(shí)電源電壓的瞬時(shí)值取決于它的相位，相位的不同直接影響著過(guò)電壓幅值，若需要在較有利的情況下合閘，一方面需改進(jìn)高壓斷路器的機(jī)械特性，提高觸頭運(yùn)動(dòng)速度，防止觸頭間預(yù)擊穿的發(fā)生；另一方面通過(guò)專門的控制裝置選擇合閘相位，使斷路器在觸頭間電位極性相同或電位差接近于零時(shí)完成合閘。2. 線路損耗線路上的電阻和過(guò)電壓較高時(shí)線路上產(chǎn)生的電暈都構(gòu)成能量的損耗，消耗了過(guò)渡過(guò)程的能量，而使得過(guò)電壓幅值降低。3. 線路上殘壓的變化在

10、自動(dòng)重合閘過(guò)程中，由于絕緣子存在一定的泄漏電阻，大約有0.5s的間歇期，線路殘壓會(huì)下降1030。從而有助于降低重合閘過(guò)電壓的幅值。另外如果在線路側(cè)接有電磁式電壓互感器，那么它的等值電感和等值電阻與線路電容構(gòu)成一阻尼振蕩回路，使殘余電荷在幾個(gè)工頻周期內(nèi)泄放一空。合閘過(guò)電壓的限制、降低措施主要有:(一)裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻最有效的措施圖9-3 帶并聯(lián)電阻斷路器如圖9-3所示，這時(shí)應(yīng)先合輔助觸頭2、后合主觸頭1。整個(gè)合閘過(guò)程的兩個(gè)階段對(duì)阻值的要求是不同的：在合輔助觸頭2的第一階段，R對(duì)振蕩起阻尼作用，使過(guò)渡過(guò)程中的過(guò)電壓最大值有所降低，R越大、阻尼作用越大、過(guò)電壓就越小，所以希望選用較大的阻值；大約經(jīng)過(guò)

11、815ms，開(kāi)始合閘的第二階段，主觸頭1閉合，將R短接，使線路直接與電源相連，完成合閘操作。在第二階段，R值越大，過(guò)電壓也越大，所以希望選用較小的阻值。因此，合閘過(guò)電壓的高低與電阻值有關(guān)，某一適當(dāng)?shù)碾娮柚迪驴蓪⒑祥l過(guò)電壓限制到最低。圖9-7為500kV開(kāi)關(guān)并聯(lián)電阻與合閘過(guò)電壓的關(guān)系曲線，當(dāng)采用450的并聯(lián)電阻時(shí)，過(guò)電壓可限制在2倍以下。圖9-7 合閘電阻R與過(guò)電壓倍數(shù)K0的關(guān)系（2）控制合閘相位通過(guò)一些電子裝置來(lái)控制斷路器的動(dòng)作時(shí)間，在各相合閘時(shí)，將電源電壓的相位角控制在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到降低過(guò)電壓的目的。具有這種功能的同電位合閘斷路器在國(guó)外已研制成功它既有精確、穩(wěn)定的機(jī)械特性、又有檢測(cè)觸頭間

12、電壓(捕捉向電位瞬間)的二次選擇回路。（3）利用避雷器來(lái)保護(hù)安裝在線路首端和末端(線路斷路器的線路側(cè))的ZnO或磁吹避雷器，均能對(duì)這種過(guò)電壓進(jìn)行限制，如果采用的是現(xiàn)代ZnO避雷器，就有可能將這種過(guò)電壓的倍數(shù)限制到1.51.6。發(fā)展過(guò)程oo正常合閘的情況自動(dòng)重合閘的情況影響因素和降壓措施ooo合閘相位線路損耗線路殘余電壓的變化小結(jié)（本節(jié)完）9.3切除空載變壓器過(guò)電壓正常運(yùn)行時(shí),空載變壓器表現(xiàn)為一勵(lì)磁電感。切除空載變壓器就是開(kāi)斷一個(gè)小容量電感負(fù)荷，會(huì)在變壓器和斷路器上出現(xiàn)很高的過(guò)電壓。開(kāi)斷并聯(lián)電抗器、電動(dòng)機(jī)等，也屬于切斷感性小電流的情況。本節(jié)內(nèi)容9.3.1 發(fā)展過(guò)程9.3.2 影響因素與限制措施變

13、壓器和斷路器上出現(xiàn)過(guò)電壓的原因是變壓器的空載電流過(guò)零前就被斷路器強(qiáng)制熄弧而切斷，導(dǎo)致全部電磁能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量而使電壓升高。9.3.1 發(fā)展過(guò)程研究表明：切斷100A以上的交流電流時(shí)，開(kāi)關(guān)觸頭間的電弧通常是在工頻電流自然過(guò)零時(shí)熄滅的；當(dāng)所切除的電流很小時(shí)（變壓器的空載電流非常小，只有幾安到幾十安），電弧往往提前熄滅，亦即電流會(huì)在過(guò)零之前就被強(qiáng)行切斷，即所謂的截流現(xiàn)象?？捎脠D9-8所示的簡(jiǎn)化等值電路來(lái)說(shuō)明這種過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程。圖中 LT為變壓器的激磁電感， T 為變壓器繞組及連接線的對(duì)地電容。C圖 9-8 切除空載變壓器的理想等值電路12LTI02WL 12假如空載電流i I 0 時(shí)發(fā)生截?cái)啵?/p>

14、由I0突然降到零），此時(shí)電源電壓為U0 ，則切斷瞬間在電感LT 和電容CT 中所儲(chǔ)存的能量分別為:WC CTU02I0 U0I0 ZTI0此后即在LT、 CT構(gòu)成的振蕩回路中發(fā)生電磁振蕩，在某一瞬間，全部電磁能量均變?yōu)殡妶?chǎng)能量，這時(shí)電容CT上出現(xiàn)最大電壓UmaxUmaxLT 2 2CT，則2012C TU若略去截流瞬間電容上所儲(chǔ)存的能量LT 2UmaxCT變壓器的特性阻抗LTCT式中ZT 截流現(xiàn)象通常發(fā)生在電流曲線的下降部分，設(shè)I0為正值，則相應(yīng)的U0必為負(fù)值。當(dāng)開(kāi)關(guān)中突然滅弧時(shí)，iL 中的電流LT不能突變，將繼續(xù)向CT 充電，使電容上的電壓從“U0”向更大的負(fù)值方向增大，如圖9-9所示。此后

15、，在 L0 CT回路中出現(xiàn)衰減性振蕩，其頻率為TTCLf21圖9-9 截流前后變壓器上的電壓和電流波形以上介紹的是理想化了的切除空載變壓器過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程，實(shí)際過(guò)程往往要復(fù)雜得多，斷路器觸頭間會(huì)發(fā)生多次電弧重燃。與切除空載線路的情況相反，重燃對(duì)降低過(guò)電壓是有利因素。變壓器參數(shù)也會(huì)影響切空變過(guò)電壓的幅值。實(shí)際的過(guò)電壓將大大低于理想情況下的過(guò)電壓。9.3.2 影響因素和限制措施影響因素及對(duì)應(yīng)的限制措施主要有：1、斷路器性能切斷小電流的電弧時(shí)性能越好的斷路器，其切空變過(guò)電壓的幅值越高。2、變壓器特性 優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料應(yīng)用日益廣泛，變壓器的激磁電流減小很多； 變壓器繞組改用糾結(jié)式繞法以及增加靜電屏蔽等措施

16、，使過(guò)電壓有所降低。3、采用避雷器保護(hù)這種過(guò)電壓的特點(diǎn)：幅值比較大，持續(xù)時(shí)間短、能量小，易受限制。4、裝設(shè)并聯(lián)電阻在斷路器的主觸頭上并聯(lián)一線性或非線性電阻，其限值應(yīng)接近于被切電感的工作激磁阻抗（數(shù)萬(wàn)歐）。發(fā)展過(guò)程影響因素和限制措施oooo斷路器性能變壓器特性采用避雷器保護(hù)裝設(shè)并聯(lián)電阻小結(jié)（本節(jié)完）9.4斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大，接地點(diǎn)的電弧將不能自熄，而以斷續(xù)電弧的形式存在，就會(huì)產(chǎn)生另一種嚴(yán)重的操作過(guò)電壓斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓。斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓出現(xiàn)在下列三種情況下后果比較嚴(yán)重：系統(tǒng)中有一些弱絕緣的電氣設(shè)備設(shè)備絕緣在運(yùn)行中可能急劇下降設(shè)備絕緣中有某些潛伏性

17、故障本節(jié)內(nèi)容 9.4.1 發(fā)展過(guò)程 9.4.2 防護(hù)措施這種過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程和幅值大小都與熄弧時(shí)間有關(guān)。存在兩種熄弧時(shí)間：電弧在過(guò)渡過(guò)程中的高頻振蕩電流過(guò)零時(shí)即可熄滅電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過(guò)零的時(shí)刻9.4.1 發(fā)展過(guò)程下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過(guò)零的時(shí)刻，來(lái)說(shuō)明這種過(guò)電壓的物理發(fā)展過(guò)程：作如下簡(jiǎn)化：1）略去線間電容的影響；2）設(shè)各相導(dǎo)線的對(duì)地電容均相等，即C1=C2=C3=C。就可得如圖9-10(a)所示的等值電路。設(shè)接地故障發(fā)生于A相，而且是正當(dāng)UA經(jīng)過(guò)幅值 U 由零升至相電壓，即 UN = - UA ，B、C兩相的對(duì)地電壓都升高到線電壓 UBA、 UCA 。.時(shí)發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的

18、電位立即變?yōu)榱悖行渣c(diǎn)電位 U N. . .圖9-10 單相接地故障電路圖和向量圖如以u(píng)A，uB，uC代表三相電源電壓；以u(píng)1，u2，u3代表三相導(dǎo)線的對(duì)地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過(guò)分析可得如下圖所示的過(guò)電壓發(fā)展過(guò)程。按工頻電流過(guò)零時(shí)熄弧的理論分析得出的結(jié)論是：1）非故障相上的最大過(guò)電壓為3.5倍；2）故障相上的最大過(guò)電壓為2.0倍。長(zhǎng)期以來(lái)大量試驗(yàn)研究表明：故障點(diǎn)電弧在工頻電流過(guò)零時(shí)和高頻電流過(guò)零時(shí)熄滅都是可能的。 發(fā)生在大氣中的開(kāi)放性電弧往往要到工頻電流過(guò)零時(shí)才能熄滅；在強(qiáng)烈去電離的條件下，電弧往往在高頻電流過(guò)零時(shí)就能熄滅。 電弧的燃燒和熄滅會(huì)受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件

19、等的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性質(zhì)，因而它所引起的過(guò)電壓值具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。9.4.2 防護(hù)措施為了消除電弧接地過(guò)電壓，最根本的途徑就是消除間歇性電弧，可以通過(guò)改變中性點(diǎn)接地方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、采用中性點(diǎn)直接接地方式若中性點(diǎn)接地，單相接地故障將在接地點(diǎn)產(chǎn)生很大的短路電流，斷路器將跳閘，從而徹底消除電弧接地過(guò)電壓。目前，110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。2、采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式采用中性點(diǎn)直接接地方式雖然能夠解決斷續(xù)電弧問(wèn)題，但每次發(fā)生單相接地故障都會(huì)引起斷路器頻繁跳閘，嚴(yán)重影響供電的連續(xù)性。所以，我國(guó)35kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。消弧線圈是一個(gè)具

20、有分段鐵芯、電感可調(diào)的電抗器，其伏安特性不易飽和，如圖9-12所示。圖9-12 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后的電路圖及向量圖(a)電路圖 (b)向量圖根據(jù)補(bǔ)償度的不同，消弧線圈可以處于三種不同的運(yùn)行狀態(tài)：1、欠補(bǔ)償消弧線圈的電感電流不足以完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)故障點(diǎn)流過(guò)的殘流為容性電流。2、全補(bǔ)償消弧線圈的電感電流恰好完全補(bǔ)償電容電流，此時(shí)流過(guò)故障點(diǎn)的殘流為泄露電流。3、過(guò)補(bǔ)償消弧線圈的電感電流不僅完全補(bǔ)償電容電流且還有數(shù)量超出，此時(shí)流過(guò)故障點(diǎn)的殘流為感性電流。發(fā)展過(guò)程防護(hù)措施oo采用中性點(diǎn)直接接地方式采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式小結(jié)（本節(jié)完）9.5.1 絕緣配合的原則與方法9.5.2 變電站電氣設(shè)

21、備絕緣水平的確定9.5.3 架空輸電線路絕緣水平的確定9.5 絕緣配合電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性主要由停電次數(shù)及停電時(shí)間來(lái)衡量。造成停電的主要原因之一是絕緣的擊穿，因此電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在很大程度上取決于設(shè)備的絕緣水平和工作狀況。在不過(guò)多增加設(shè)備投資的前提下，如何選擇采用合適的限壓措施及保護(hù)措施，就是絕緣配合問(wèn)題。9.5.1 絕緣配合的原則與方法絕緣配合問(wèn)題的提出：1、絕緣配合的原則原則：根據(jù)設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的工作電 壓及過(guò)電壓，考慮限壓裝置的特性和設(shè)備的 絕緣特性來(lái)確定必要的耐受強(qiáng)度，以便把作 用于設(shè)備上的各種電壓所引起的絕緣損壞和 影響連續(xù)運(yùn)行的概率，降低到在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn) 行上能接受的水平

22、。要求：在技術(shù)上處理好各種電壓、限壓措施和設(shè)備絕緣耐受能力三者之間的配合關(guān)系；在經(jīng)濟(jì)上協(xié)調(diào)設(shè)備投資費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)和事故損失費(fèi)（可靠性）三者之間的關(guān)系。電氣設(shè)備絕緣水平的確定 在330kV及以上的超高壓絕緣配合中，考慮到設(shè)備在運(yùn)行時(shí)要承受運(yùn)行電壓、工頻過(guò)電壓及操作過(guò)電壓，對(duì)電氣設(shè)備絕緣規(guī)定了短時(shí)工頻試驗(yàn)電壓，對(duì)外絕緣還規(guī)定了干狀態(tài)和濕狀態(tài)下的工頻放電電壓； 考慮到在長(zhǎng)期工作電壓和工頻過(guò)電壓作用下內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的抗污穢性能，規(guī)定了設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓； 對(duì)于220kV及以下的設(shè)備和線路，考慮到雷電過(guò)電壓對(duì)絕緣的作用，規(guī)定了雷電沖擊試驗(yàn)電壓等 。從電力系統(tǒng)絕緣配合的發(fā)展階段來(lái)看，大體經(jīng)歷了

23、三個(gè)過(guò)程：（1）多級(jí)配合（1940以前）由于當(dāng)時(shí)所用的避雷器保護(hù)性能及電氣特性較差，不能把它的特性作為絕緣配合的基礎(chǔ)，因此采用多級(jí)配合的方法。多級(jí)配合的原則：價(jià)格越昂貴、修復(fù)越困難、損壞后果越嚴(yán)重的絕緣結(jié)構(gòu)，其絕緣水平應(yīng)選的越高。2、絕緣配合的方法多級(jí)配合的缺點(diǎn)：由于沖擊閃絡(luò)和擊穿電壓的分散性，為了使上一級(jí)伏秒特性的下限高于下一級(jí)伏秒,采用多級(jí)配合的方法會(huì)把處于圖9-13中最高位置的內(nèi)絕緣水平提得很高。圖9-13 變電站絕緣水平的四等級(jí)示意圖（2）慣用法按作用于絕緣上的最大過(guò)電壓和最小絕緣強(qiáng)度這兩個(gè)隨機(jī)變量進(jìn)行配合。采用這一原則時(shí)，常要求有較大的安全裕度，且不能定量地估計(jì)可能的事故率。確定電氣

24、設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)是避雷器的保護(hù)水平。雷電或操作沖擊電壓對(duì)絕緣的作用可按圖9-14用工頻耐壓試驗(yàn)等價(jià)。圖9-14 確定工頻試驗(yàn)電壓“統(tǒng)計(jì)法”：根據(jù)過(guò)電壓幅值和絕緣的耐電強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的實(shí)際情況，在已知過(guò)電壓幅值和絕緣閃絡(luò)電壓的概率分布后，用計(jì)算的方法求出絕緣閃絡(luò)的概率和線路的跳閘率，在進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，正確地確定絕緣水平。（3）統(tǒng)計(jì)法（20世紀(jì)70年代以來(lái)）絕緣故障率為絕緣在過(guò)電壓下遭到損壞的可能性，等于圖9-15中陰影部分的總面積，計(jì)算公式如下：圖9-15 絕緣故障概率的估算0)()(duufupA（4）簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法絕緣配合的統(tǒng)計(jì)法只能用于自恢復(fù)絕緣，主要是輸變電的外絕緣。假定圖9

25、-15中的過(guò)電壓概率曲線 f (u) 和絕緣特性概率曲線 p(u)呈正態(tài)分布，并已知其標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)這些假定，上述兩條概率分布曲線就可以用與某一參考概率相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)表示出來(lái)，稱為“統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓”和“統(tǒng)計(jì)耐受電壓”。在此基礎(chǔ)上可以計(jì)算絕緣的故障率。9.5.2 變電站電氣設(shè)備絕緣水平的確定1、雷電過(guò)電壓下的絕緣配合2、操作過(guò)電壓下的絕緣配合3、工頻絕緣水平的確定4、長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)1、雷電過(guò)電壓下的絕緣配合電氣設(shè)備在雷電過(guò)電壓下的絕緣水平通常用它們的基本沖擊絕緣水平（BIL）來(lái)表示：BIL K1U p(1)Up(1)為閥式避雷器在雷電過(guò)電壓下的保護(hù)水平，K1為雷電過(guò)電壓下的配合系數(shù)。BIL(1.25

26、1.4)UR我國(guó)使用的經(jīng)驗(yàn)公式：在電氣設(shè)備與避雷器相距很近時(shí)取1.25，相距較遠(yuǎn)時(shí)取1.4。在按內(nèi)部過(guò)電壓作絕緣配合時(shí)，通常不考慮諧振過(guò)電壓，因?yàn)樵谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇運(yùn)行方式時(shí)均應(yīng)設(shè)法避免諧振過(guò)電壓的出現(xiàn)；此外，也不單獨(dú)考慮工頻電壓升高，而把它的影響包括在最大長(zhǎng)期工作電壓內(nèi)，這樣一來(lái)，就歸結(jié)為操作過(guò)電壓下的絕緣配合了。2、操作過(guò)電壓下的絕緣配合SIL= K S K 0U 分兩種情況來(lái)討論：對(duì)于范圍這一類變電所中的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，其操作沖擊絕緣水平（SIL）可按下式求得式中 Ks為操作過(guò)電壓下的配合系數(shù)。對(duì)于范圍（EHV）這一類變電所的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，其操作沖擊絕緣水平按下式計(jì)算：SIL = KsU p

27、(s)式中操作過(guò)電壓下的配合系數(shù)Ks =1.15 1.253、工頻絕緣水平的確定為了檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣是否達(dá)到了以上所確定的BIL和SIL，就需要進(jìn)行雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)。它們對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試技術(shù)提出了很高的要求。對(duì)于330kV及以上的超高壓電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，這樣的試驗(yàn)是完全必需的，但對(duì)于220kV及以下的高壓電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)該設(shè)法用比較簡(jiǎn)單的高壓試驗(yàn)去等效地檢驗(yàn)絕緣耐受雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓的能力。短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電壓值往往要比額定相電壓高出數(shù)倍，它的目的和作用是代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)、等效地檢驗(yàn)絕緣在這兩類過(guò)電壓下的電氣強(qiáng)度。圖9-16 短時(shí)工頻試驗(yàn)電壓確定流程圖凡

28、是合格通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)的設(shè)備絕緣在雷電和操作過(guò)電壓作用下均能可靠地運(yùn)行。為了更加可靠和直觀，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）規(guī)定：1、對(duì)于300kV以下的電氣設(shè)備（1）絕緣在工頻工作電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下的性能用短時(shí)（1min）工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)；（2）絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。2、對(duì)于300kV及以上的電氣設(shè)備（1）絕緣在操作過(guò)電壓下的性能用操作沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)；（2）絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。4、長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)當(dāng)內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的污染對(duì)絕緣在工頻工作電壓和過(guò)電壓下的性能有影響時(shí)，尚需作長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種電壓等級(jí)電

29、氣設(shè)備以耐壓值表示的絕緣水平作出了規(guī)定，見(jiàn)表9-3。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)時(shí)所加的試驗(yàn)電壓值和加壓時(shí)間均與短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)不同。系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(有效值)設(shè)備最高電壓(有效值)額定操作沖擊耐受電壓(峰值)額定雷電沖擊耐受電壓(峰值)額定短時(shí)工頻耐受電壓(有效值)相對(duì)地相間相間與相對(duì)地之比縱絕緣相對(duì)地縱絕緣相對(duì)地1234567891033036385013001.50950850(+295)1050見(jiàn)CB311.1-1997中4.7.1.3條約規(guī)定46095014251.501175510500550105016751.5011751050(+450)1425630117518001.

30、5015506801.501675740表9-3 電壓范圍(U252kV)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)絕緣水平注：第7欄括號(hào)內(nèi)是加在同一極對(duì)應(yīng)相端子上的反極性工頻電壓的峰值。 第10欄括號(hào)內(nèi)的短時(shí)工頻耐受電壓值僅供參考。 （一）縱絕緣的操作沖擊耐受電壓應(yīng)取欄6或欄7的數(shù)值，決定于設(shè)備的工作條件，在有關(guān)設(shè)備標(biāo) 準(zhǔn)中規(guī)定。9.5.3 架空輸電線路絕緣水平的確定本節(jié)以慣用法作架空輸電線路的絕緣配合，主要內(nèi)容為：絕緣子串中絕緣子片數(shù)的確定、導(dǎo)線對(duì)桿塔的空氣間距的確定。1、絕緣子串中絕緣子片數(shù)的確定a.在工作電壓下不發(fā)生污閃；b.雨天時(shí)在操作過(guò)電壓下不發(fā)生閃絡(luò)（濕閃）；c.具有一定的雷電沖擊耐壓強(qiáng)度，保證一定的線路耐雷水

31、平。線路絕緣子串應(yīng)滿足三方面的要求：a.按工作電壓要求線路的閃絡(luò)率與該線路的爬電比距密切相關(guān)，根據(jù)線路所在地區(qū)的污穢等級(jí)來(lái)選定 值，就能保證必要的運(yùn)行可靠性。設(shè)每片絕緣子的幾何爬電距離為 L 0（cm），即可按爬電比距的定義得nK e L 0U m =Un為絕緣子片數(shù)， m為系統(tǒng)最高工作電壓有效值， Ke為絕緣子爬電距離有效系數(shù)。為了避免污閃事故，所需的絕緣子片數(shù)應(yīng)為mL 0 UK en 1 b.按內(nèi)部過(guò)電壓進(jìn)行驗(yàn)算UW =1.1K0U1.1為綜合考慮各種影響因素和必要裕度的一個(gè)綜合修正系數(shù)。絕緣子串在操作過(guò)電壓的作用下，也不應(yīng)發(fā)生濕閃。即絕緣子串的濕閃電壓在考慮大氣狀態(tài)等影響因素并保持一定的

32、裕度后，應(yīng)大于可能出現(xiàn)的操作過(guò)電壓。通常取10的裕度則絕緣于的工頻或操作濕閃電壓 Uw為我國(guó)規(guī)定預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)為：35220kV線路，直線桿1片，耐張桿2片；對(duì)于330kV及以上線路，直線桿12片，耐張桿23片。c.按大氣過(guò)電壓進(jìn)行驗(yàn)算n 1 2 n一般情況下，大氣過(guò)電壓對(duì)確定絕緣子串的片數(shù)影響是不大的，因?yàn)槟屠姿讲煌耆Q于絕緣子片數(shù)，而主要取決于各項(xiàng)防雷措施的綜合效果，因此它僅作驗(yàn)算條件。即使耐雷水平達(dá)不到規(guī)程的下限值，也不一定必須增加絕緣子的片數(shù)，因?yàn)檫€可以采用降低桿塔接地電阻等措施來(lái)提高線路的耐雷水平。但在特殊高桿塔或高海拔地區(qū)，雷電過(guò)電壓則成為確定絕緣子片數(shù)的決定因素。2、導(dǎo)

33、線對(duì)桿塔的空氣間距的確定輸電線路的絕緣水平不僅取決于絕緣子的片數(shù)，同時(shí)也取決于線路上各種空氣間隙的極間距離空氣間距，而且后者對(duì)線路建設(shè)費(fèi)用的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前者。輸電線路的空氣間隙主要有：（1）導(dǎo)線對(duì)大地：在選擇其空氣間距時(shí)主要考慮地面車輛和行人等的安全通過(guò)、地面電場(chǎng)強(qiáng)度及靜電感應(yīng)等問(wèn)題。（2）導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線：應(yīng)考慮相間過(guò)電壓的作用、相鄰導(dǎo)線在大風(fēng)中因不同步擺動(dòng)或舞動(dòng)而相互靠近等問(wèn)題。導(dǎo)線與塔身之間的距離也決定著導(dǎo)線之間的空氣間距。（3）導(dǎo)線對(duì)架空地線：按雷擊于檔距中央避雷線上時(shí)不至于引起導(dǎo)、地線間氣隙擊穿這一條件來(lái)選定。（4）導(dǎo)線對(duì)桿塔及橫擔(dān)：這將是下面要探討的重點(diǎn)內(nèi)容。為了使絕緣子串和空氣間隙的絕緣能力都得到充分的發(fā)揮，顯然應(yīng)使氣隙的擊穿電壓與絕緣子串的閃絡(luò)電壓大致相等。但在具體實(shí)施時(shí)，會(huì)遇到風(fēng)力使絕緣子串發(fā)生偏斜等不利因素。就塔頭空氣間隙上可能出現(xiàn)的電壓幅值來(lái)看，一般是雷電過(guò)電壓最高、操作過(guò)電壓次之、工頻工作電壓最低；但從電壓作用時(shí)間來(lái)看，情況正好相反。雷電過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間最短，而且強(qiáng)風(fēng)