電力系統(tǒng)過電壓與電器絕緣設計

1、過電壓絕緣特性討論內容外內主要參考文獻：GB311.1GB311.2GB/T15166.3DL/T620GB/T16927.1電力系統(tǒng)過電壓一、什么是過電壓絕緣出現(xiàn)故障不外乎兩方面的原因：超過正常運行的電壓并使電力系統(tǒng)絕緣或保護設備損壞的電壓升高。一、絕緣本身的絕緣強度下降二、作用在絕緣上的電壓因某種原因升高 電氣設備的絕緣強度是有限的，因此必須采取 將可能出現(xiàn)的過電壓限制在一個合理的范圍。絕緣配合考慮所采用的過電壓保護措施后，決定設備上可能的作用電壓，并根據(jù)設備的絕緣特性及可能影響絕緣特性的因素，從安全運行和技術經濟合理性兩方面確定設備的絕緣強度。措施二.過電壓的分類1.雷電過電壓：雷云中大

2、量雷電荷傾注于電力系統(tǒng)而形成2.內部過電壓:由于電力系統(tǒng)內部的能量轉化或能量傳遞引起的指磁能轉化為電能通過各部分相互之間的電磁耦合。如：電網內的操作（拉閘或合閘）和故障（斷線或接地等）都是激發(fā)能量轉化的原因，按不同原因，將內過電壓分為操作過電壓和暫時過電壓；暫時過電壓包括工頻電壓升高及諧振過電壓。二.過電壓的分類運行中代表性的作用電壓內部過電壓持續(xù)（工頻）電壓：起源于正常運行條件下的系統(tǒng)運行；暫時過電壓：起源于故障、操作（如甩負荷）、諧振條件、非線性鐵磁諧振或他們的組合；緩波前過電壓：起源于故障、操作或雷電直擊架空導線；快波前過電壓：起源于操作、雷擊或故障；陡波前過電壓：起源于氣體絕緣變電站（

3、GIS）的故障或操作；聯(lián)合過電壓：可為上述任意一種起源。它發(fā)生于系統(tǒng)的相間（相對地），或同一相的不同部分（縱向）之間。切空線諧振過電壓消弧線圈補償電網中的線性共振現(xiàn)象空長線的電容效應不對稱短路引起的工頻電壓升高突然甩負荷引起的工頻電壓升高傳遞過電壓參數(shù)諧振斷線互感器飽和非全相拉合閘內部過電壓暫時過電壓操作過電壓工頻電壓升高線性諧振鐵磁諧振合空線切空變電弧接地系統(tǒng)最高電壓：在正常運行條件下，在系統(tǒng)的任何時間和任何點上出現(xiàn)的電壓最高值一般取設備最高運行電壓與系統(tǒng)最高運行電壓相等例如：Un=10kV、Um=12kVUm=（5%+5%+7%）*10+10=11.7即：Um取12kV 內部過電壓：能量來

4、源于電網本身，并在電網工頻電壓的基礎上振蕩產生，故其幅值與工頻電壓的大小基本成正比。 不包括瞬變電壓，比不包括瞬變電壓，比如，由于系統(tǒng)的開關如，由于系統(tǒng)的開關操作及暫態(tài)的電壓波操作及暫態(tài)的電壓波動所出現(xiàn)的電壓值動所出現(xiàn)的電壓值過電壓倍數(shù)Ko= 過電壓幅值 最高運行相電壓幅值Ko值與電網結構、系統(tǒng)容量及各元件的參數(shù)、中性點接地方式、斷路器性能、母線上出線的回數(shù)、電網的運行接線和操作方式、故障形式等因素有關，并具有明顯的統(tǒng)計性。外絕緣：空氣絕緣及設備固體絕緣的外露表面，它承受電壓作用并直接受大氣和其他外部條件的影響。 名詞解釋內絕緣：不受外部條件如污穢、濕度和蟲害等影響的設備內部絕緣的固體、液體或

5、氣體部件。自恢復絕緣：施加試驗電壓引起破壞性放電后，能完全恢復其絕緣特性的絕緣。非自恢復絕緣：施加試驗電壓引起破壞性放電后，喪失或不能完全恢復其絕緣特性的絕緣。復合絕緣：自恢復絕緣加非自恢復絕緣。50%破壞性放電電壓：在試品上產生破壞性放電的概率為50%的預期電壓值。破壞性放電概率p與耐受概率q關系：p=1-q10%破壞性放電概率與90%耐受概率等值縱絕緣：具有兩個相端子和一個接地端子，兩個相端子屬于同一相。三、絕緣耐受電壓之絕緣強度特性： 在所有材料中，導電是由帶電粒子移動引起的。導體具有大量的自由電子，他們在外施電場中漂移；而絕緣體擁有很少量的自由電子，當作用在絕緣材料中的電壓增加到足夠高

6、的水平時，沿絕緣體路徑上的電阻率從高值變化到與導體可以比擬的值，此變化稱之為擊穿。 在空氣中擊穿主要取決于間隙的布置和外施作用電壓的極性和波形。 對于戶外絕緣，溫度、雨和表面污穢的影響非常重要。 擊穿的統(tǒng)計特性：自恢復絕緣一般應用于90%耐受率的統(tǒng)計耐受電壓表示。對非自恢復絕緣，絕緣強度的統(tǒng)計特性一般不能用試驗得到，因而采用相應于100%的耐受率的設定耐受電壓。三、絕緣耐受電壓之極性和過電壓波形的影響： 過電壓極性的影響 在高電壓作用時所遇到的典型電極的幾何形狀中，對于大多數(shù)情況，帶電導體所承受的電壓遠高于接地導體的。對于空氣絕緣，如果承受較高電壓的電極帶正電，則間隙的擊穿電壓較之帶負電時低。

7、 過電壓波形的影響 在沖擊電壓作用下，擊穿電壓一般還與沖擊波的波形有關。 對于緩波前沖擊，沖擊的波前對于外絕緣的強度的影響比波尾的影響大。只有當外絕緣表面與污穢時波尾的影響才特別重要。 在雷電沖擊作用下外絕緣的擊穿電壓隨波尾持續(xù)時間的增加而降低。三、絕緣耐受電壓之氣候條件對外絕緣的影響： 空氣間隙的閃絡電壓取決于空氣中的水分含量和空氣密度。絕緣強度對絕對濕度增加而增加（直至絕緣強度表面形成凝露）；隨空氣密度減小而降低。 對絕緣子，應考慮到由于雪、冰、露或可能會使耐受電壓降低 用絕緣的慣用法設定耐受電壓（Pw=100%）表征絕緣時，由代表性過電壓（設定最大值）乘以配合因數(shù)Kc計算選取耐受電壓三、

8、絕緣耐受電壓之絕緣的破壞性放電概率： 對單個非自恢復絕緣的破壞放電概率，目前無法確定。所以假定在確定耐受電壓下的耐受率從0變到100%。 對自恢復絕緣，可用統(tǒng)計的方法表示絕緣對施加給定波形的沖擊電壓的耐受能力。 對于現(xiàn)場預期性能的統(tǒng)計計算，應當從現(xiàn)場或實驗室試驗中獲得的詳細數(shù)據(jù)。在缺少這些數(shù)據(jù)的情況下，對統(tǒng)計計算推薦采用下列從大量的試驗結果中獲得的慣用偏差值： 對于雷電沖擊：Z=0.03U50 （kV） 對于操作沖擊： Z=0.06U50（kV） 以上偏差已經包括氣象條件的影響。 U10=U50(1-1.3Z)統(tǒng)計計算中10%沖擊破壞放電電壓等于90%耐受電壓U10與要求的額定耐受電壓的關系？

9、U10、U100均取要求的額定耐受電壓對雷電沖擊： Kc 1.4；對操作沖擊：Kc 1.15U100=U50(1-3.08Z)討論自恢復絕緣與非自恢復絕緣、復合絕緣的絕緣試驗方法自恢復絕緣：GB/T16927.1標準化了供選擇的三種（試驗程序B/C/D）方法從而可估算90%耐受電壓。耐受電壓試驗程序C:對試品施加3次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，如果沒有發(fā)生破壞性放電，則認為通過試驗；如果僅在自恢復絕緣上發(fā)生1次破壞性放電，則在追加9次沖擊，如果無破壞性放電發(fā)生，則通過試驗。本試驗適用于復合絕緣的設備。 耐受電壓試驗程序D：本試驗是在高于額定沖擊耐受電壓下進行的。對被試設備施加一定次數(shù)的沖擊電

10、壓以得到絕緣的50%破壞性放電電壓和變異系數(shù)Z，U50不應應不低于額定沖擊耐受電壓乘以1/（1-1.3Z）。操作沖擊試驗Z=0.06；雷電沖擊試驗Z=0.03。本試驗只適用于自恢復絕緣。耐受電壓試驗程序B：對試品施加15次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，如果在自恢復絕緣上發(fā)生不超過2次破壞性放電，且按有關技術委員會規(guī)定的檢測方法確定非自恢復絕緣上無損傷，則認為通過試驗。本試驗適用于復合絕緣的設備。討論自恢復絕緣與非自恢復絕緣、復合絕緣的絕緣試驗方法非自恢復絕緣：GB/T16927.1標準化了供選擇的一種（試驗程序A）。耐受電壓試驗程序A：對試品施加3次具有規(guī)定波形和極性的耐受電壓，不允許發(fā)生破壞

11、性放電。本試驗相應于絕緣配合的確定性法（慣用法），適用于非自恢復絕緣為主的設備。三、絕緣耐受電壓之試驗程序的選擇：宜用升降耐受方法試驗自恢復絕緣（GB/T16927.1的耐受試驗程序D中所述的方法之一）宜用3次沖擊耐受方法對非自恢復絕緣進行試驗（ GB/T16927.1的耐受試驗程序A）通常，包括自恢復和非自恢復兩種絕緣的設備（ 即復合絕緣）宜用15/2次耐受電壓試驗（ （ GB/T16927.1的耐受試驗程序B）。不過，當在非自恢復絕緣中樹枝狀擴展的危險性具有重要意義且認為施加電壓的次數(shù)過多時，3+9次耐受電壓試驗（ GB/T16927.1的耐受試驗程序C ）是可接受的選擇。三、絕緣類型的選

12、擇范圍I的設備：持續(xù)工頻電壓、暫時過電壓和操作過電壓下的相對地和相間絕緣性能，一般用短時工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓試驗來檢驗。在雷電過電壓下，設備的相對地和相間絕緣性能用雷電沖擊試驗檢驗絕緣水平兩個參數(shù)：額定雷電沖擊耐受電壓額定短時工頻耐受電壓三、絕緣類型的選擇范圍II的設備：持續(xù)工頻電壓、暫時過電壓和操作過電壓下的絕緣性能用不同類型的試驗予以檢驗。在持續(xù)工頻電壓及暫時過電壓下，設備對老化或污穢的適應性宜用長時間工頻電壓試驗檢驗，并測量局部放電量。在操作過電壓下設備的絕緣性能用操作沖擊試驗檢驗在雷電過電壓下設備的絕緣性能用雷電沖擊試驗檢驗設備的相間絕緣性能用操作沖擊試驗檢驗絕緣水平三個參數(shù)

13、：額定操作沖擊耐受電壓額定雷電沖擊耐受電壓額定短時工頻耐受電壓四、絕緣配合：持續(xù)工頻電壓和暫時過電壓下的絕緣配合對范圍I的設備所規(guī)定的短時工頻耐受電壓，一般均能滿足在正常運行電壓和暫時過電壓下的要求。 a、范圍I 110kV及220kV系統(tǒng)，工頻電壓一般不超過1.3p.u；3 10kV和35 66kV系統(tǒng)，一般不超過1.1 3p.u和3p.u。 b、范圍II 線路斷路器的變電所側 1.3p.u 線路斷路器線路側 1.4p.u范圍I:3.6kV Um 252kV范圍II：Um 252kV四、絕緣配合：雷電過電壓下的絕緣配合相對地絕緣：對受避雷器保護的設備，其額定雷電沖擊耐受電壓有避雷器的雷電沖擊

14、保護水平乘以配合因數(shù)Kc計算選定。相間絕緣：對所有范圍內，相間絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓均取相對地絕緣的耐受電壓值?？v絕緣：a）對范圍I的設備縱絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓一般等于相對地絕緣的耐壓值，但隔離斷口的耐受電壓可高于相應的相對地的數(shù)值。b）范圍II的設備縱絕緣的額定雷電沖擊耐受電壓由兩個分量組成，一為相對地的額定雷電沖擊耐受電壓；另一為反極性的工頻電壓，其幅值為（0.7 1.0） （2/ 3） Um四、絕緣配合：操作過電壓下的絕緣配合相對地絕緣：范圍I和范圍II的設備，均根據(jù)設備上的統(tǒng)計操作過電壓水平或避雷器的的操作沖擊保護水平和設備的絕緣特性，并取配合因數(shù)Kc、選取額定短時工頻耐受電壓?？v絕緣：a）范圍I的設備縱絕緣的額定短時工頻耐受電壓一般等于相對地絕緣的耐壓值，但隔離斷口的耐受電壓可高于相應的相對地的數(shù)值。b）范圍II的設備縱絕緣的額定操作沖擊耐受電壓由兩個分量組成，一為相對地的額定操作沖擊耐受電壓；另一為反極性的工頻電壓