高電壓與絕緣課程論文

1、(2015-2016學(xué)年 夏季 學(xué)期)研究生課程論文課程論文題目：電力系統(tǒng)的過電壓保護與絕緣配合課程名稱高電壓技術(shù)課程類別學(xué)位課 非學(xué)位課任課教師所在學(xué)院學(xué)科專業(yè)姓名 （本人簽字）學(xué)號提交日期注意事項：1、以上各項由研究生認真填寫；2、研究生課程論文應(yīng)符合一般學(xué)術(shù)規(guī)范，具有一定學(xué)術(shù)價值，嚴禁網(wǎng)上下載或抄襲；凡檢查或抽查不合格者，一律取消該門課程成績和學(xué)分，并按有關(guān)規(guī)定追究相關(guān)人員責任；3、論文得分由批閱教師填寫（見封底），并簽字確認；批閱教師應(yīng)根據(jù)作業(yè)質(zhì)量客觀、公正的在文后簽寫批閱意見；4、原則上要求所有課程論文均須用A4紙打印，加裝本封面封底，左側(cè)裝訂；5、課程論文由各學(xué)院（部）統(tǒng)一保存，以

2、備查用。4、卷紙不夠?qū)?，可另附紙。電力系統(tǒng)的過電壓保護與絕緣配合摘要：在電力系統(tǒng)中，過電壓與絕緣既相輔相成，同時又是一對矛盾。各種高壓電氣設(shè)備長期處于工作電壓之下，會受到多種短時過電壓的作用，如雷電過電壓和操作過電壓等。因此就要求設(shè)備的絕緣不僅要能夠承受工作電壓的長期作業(yè)，還必須能夠承受可能出現(xiàn)的各種短時沖擊性過電壓。這就要求對過電壓保護和絕緣選擇進行綜合的考慮。本文主要介紹了電力系統(tǒng)中幾種常見過電壓的產(chǎn)生及其相應(yīng)的保護措施，并簡要介紹了輸電線路和變電所的絕緣配合。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；過電壓；絕緣配合；保護措施1.引言電力系統(tǒng)的絕緣包括發(fā)電廠、變電所電力設(shè)備的絕緣以及輸電線路的絕緣。它們在運行中

3、將會承受正常工作時的工作電壓，以及各種原因引起的暫時過電壓，如操作過電壓、諧振過電壓、大氣過電壓等1。電氣設(shè)備的作用、電壓等級等因素將決定設(shè)備的絕緣與這些電壓的關(guān)系，或者說將決定絕緣水平主要依據(jù)哪種電壓確定，也就是絕緣配合的問題。電力系統(tǒng)絕緣配合包括輸電線路的絕緣配合和變電所的絕緣配合。所謂絕緣配合，就是綜合考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電壓、保護裝置特性及設(shè)備的絕緣特性，確定設(shè)備的水平，從而使設(shè)備的絕緣故障率降低到技術(shù)、經(jīng)濟上都可以接受的水平2。一方面，正常工作情況下系統(tǒng)將承受工頻電壓，設(shè)備絕緣水平要保證設(shè)備在工頻電壓作用下能夠正常工作；而過電壓幅值一般都超過工頻電壓，這就要求設(shè)備絕緣應(yīng)能在保護設(shè)

4、備配合下保證設(shè)備安全。所以，設(shè)備絕緣水平應(yīng)該以哪種電壓為設(shè)計依據(jù)就需要多方考慮。另一方面，絕緣水平與投資是成正比的，絕緣水平越高，投資越大。為了節(jié)約投資，應(yīng)該盡可能做到在較低的絕緣水平上保證設(shè)備的安全運行。2.過電壓的產(chǎn)生通常情況下，電力系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)下，系統(tǒng)的運行也正常，此時電氣設(shè)備在額定電壓下是處于絕緣的狀態(tài)的。而一旦遭遇雷擊或者由于操作不當、儀器發(fā)生故障或者參數(shù)配置不合理等原因，造成系統(tǒng)中某區(qū)域的局部電壓升高而超出設(shè)備正常的運行范圍稱之為過電壓。過電壓一般可以分為內(nèi)部過電壓和大氣過電壓兩種3。2.1 內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓一般是因為在對電氣設(shè)備進行操作的過程中，由于人為的原因而導(dǎo)致

5、的操作失誤，或者是線路在使用時由于長時間無人管理而發(fā)生了短路或者接地現(xiàn)象，從而使局部電壓突然上升而超出了規(guī)定的范圍。總結(jié)來說，內(nèi)部過電壓的產(chǎn)生根源在電力系統(tǒng)內(nèi)部，它通常是由于系統(tǒng)內(nèi)部電磁能過度集中和發(fā)生震蕩所引起的。一般將內(nèi)部過電壓分為暫態(tài)過電壓和操作過電壓。暫態(tài)過電壓就是在運行的過程中，由于系統(tǒng)自身的運行故障而造成的過電壓，其持續(xù)時間較長，可分為工頻過電壓和諧振過電壓兩種；而操作過電壓是在對設(shè)備進行操作的過程中，由于人為原因?qū)е碌牟僮魇д`而使電壓上升，其主要的特點就是隨機性較強，持續(xù)時間一般在0.1s內(nèi)，較暫態(tài)過電壓短得多。2.2 大氣過電壓大氣過電壓又稱為外部過電壓，一般被劃分三種情況：感

6、應(yīng)雷引起的過電壓、直接雷引起的過電壓和侵入波引起的過電壓。由這三種方式引起的過電壓在時間上比較短，但是所帶來的沖擊力是非常大的，對于電力系統(tǒng)所造成的傷害非常強，它們所引發(fā)的破壞程度和雷電的強度有著非常大的關(guān)系的，與設(shè)備在電壓上的等級關(guān)系不大。直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓都是雷電過電壓4。直擊雷過電壓由雷電流通過被擊物在阻抗上產(chǎn)生的壓降和兼有雷電通道的電磁場的感應(yīng)電壓共同組成，其幅值極高；感應(yīng)雷過電壓是在輸電線路附近地面遭到雷擊時，由于電場和電磁場的劇烈變化形成的過電壓，這種過電壓多數(shù)為正極性，波前時間約為l0us，其幅值一般不大于500kv，對60kv以下的線路有擊穿的危險。3.過電壓保護3.1

7、 工頻過電壓保護導(dǎo)致工頻電壓升高的原因主要有三個：一是空載長線的電容效應(yīng)；二是不對稱短路引起的工頻電壓升高；三是甩負荷引起的工頻電壓升高。對應(yīng)產(chǎn)生工頻電壓升高的主要原因，限制工頻過電壓的措施主要有以下幾個5：并聯(lián)高壓電抗器，以此來補償空載線路的電容效應(yīng)；運用靜止無功補償器來補償空載線路電容效應(yīng)；對變壓器中性點直接接地，來降低不對稱故障引起的工頻電壓升高；對發(fā)電機配置性能良好的勵磁調(diào)節(jié)器或調(diào)壓裝置，使發(fā)電機甩負荷時抑制容性電流對發(fā)電機助磁電樞反應(yīng),防止過電壓的產(chǎn)生和發(fā)展；對發(fā)電機配置反應(yīng)靈敏的調(diào)速系統(tǒng)，用以在甩負荷時限制發(fā)電機的轉(zhuǎn)速上升，從而限制工頻電壓的升高。3.2 諧振過電壓保護諧振過電壓是

8、由于電網(wǎng)中電容和電感元件參數(shù)的不恰當組合而產(chǎn)生的，主要有線性諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓和參數(shù)諧振過電壓三類6。該類過電壓倍數(shù)較高，而且持續(xù)的時間要比操作過電壓長。針對此種過電壓，主要有以下幾種防護措施：在進行斷路工作時，一定要保證斷路器的同期性，來預(yù)防非全相運行而生成的諧振過電壓；在條件允許的情況下，盡量在并聯(lián)高壓電抗器的中性點進行小電抗的加裝，從而阻斷非全相在運行過程中工頻電壓的傳遞和串聯(lián)諧振；為了盡量防止諧振過電壓的產(chǎn)生，要盡可能地破壞發(fā)電機能夠生成自勵磁的條件。3.3 操作過電壓保護產(chǎn)生操作過電壓的原因有很多，主要可分為切斷空載線路過電壓、空載線路合閘過電壓、切斷空載變壓器過電壓和斷續(xù)電

9、弧接地過電壓8。該種過電壓除了具有隨機性強的特點外，其幅值也很高，并且具有高頻的震蕩，衰減的很迅速。針對這些原因和特點，可以采取以下的措施對此種過電壓進行防護：選擇使用滅弧能力更加強的高壓斷路器；在進行斷路工作的時候注意提升動作的同期性；在斷路器的端口進行并聯(lián)電阻的加裝；在選取避雷器時，應(yīng)選擇性能更加優(yōu)良的；注意將電網(wǎng)的中性點接地運行。3.4 雷電過電壓保護雷電過電壓是由于雷電放電而引起的，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一。對于外部雷電過電壓應(yīng)注意以下五個方面的防護：對于外電網(wǎng)的架空線路來說，由于區(qū)域范圍較大，不可避免的會遇到雷擊現(xiàn)象，所以在防護上應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的避雷線，以降低直擊

10、雷事故的發(fā)生率；發(fā)電廠、變電站等廠區(qū)應(yīng)當以設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，安裝多支獨立的避雷針，并且做好接地網(wǎng)、接地極、接地帶的敷設(shè)，以保證廠區(qū)避雷的安全性；送電線路的進線開關(guān)應(yīng)加設(shè)避雷器，這可以有效地控制外線傳遞過來的電壓，防止超壓電流進入變配電設(shè)備；對于高壓架空線路，應(yīng)在變壓器端設(shè)置避雷器，同時還要在變壓器的中性點安裝間隙放電保護設(shè)備；變電廠區(qū)內(nèi)需要與高壓架空線路進行隔離，并且在安裝避雷器時對架空線路回路的參數(shù)必須進行驗證和分析，以保證輸電和變電線路的安全。4.絕緣配合電力系統(tǒng)的絕緣配合，其根本任務(wù)是正確處理過電壓和絕緣這一對矛盾，以達到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟供電的目的，它是指根據(jù)設(shè)備的使用及其周圍的環(huán)境來選擇

11、設(shè)備的電氣絕緣特性。設(shè)備內(nèi)所有的絕緣，無論是固體絕緣，還是符合一定要求的電氣間隙和爬電距離，都必須能夠承受設(shè)備在正常條件和在單一故障條件下自己內(nèi)部產(chǎn)生的相應(yīng)部分的電壓。此外，還必須能承受電網(wǎng)電源傳輸進來的或者從通信網(wǎng)絡(luò)傳入的瞬態(tài)沖擊電壓而不擊穿、不飛弧7。目前絕緣配合的方法主要采用慣性法11，它是以作用于絕緣的最大過電壓和最小絕緣強度的概念為依據(jù)進行配合。首先確定電力設(shè)備上可能出現(xiàn)的危險過電壓，然后根據(jù)運行經(jīng)驗乘上一個考慮各種因素影響和一定裕度的系數(shù)，從而決定絕緣應(yīng)耐受的電壓水平。4.1 輸電線路的絕緣配合大多數(shù)過電壓發(fā)源于輸電線路，由于線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)的后果不像變電設(shè)備絕緣故障那么嚴重，所以

12、其絕緣水平較變電所內(nèi)電氣設(shè)備的絕緣水平低。架空輸電線路依靠絕緣子與桿塔隔離，絕緣子直接影響到線路與桿塔之間的絕緣20,21。所以，輸電線路的絕緣配合最主要的內(nèi)容就是絕緣子個數(shù)的選擇，主要有以下幾個方面的要求：對于運行中的絕緣子，在表面潮濕及有輕度污染的條件下，應(yīng)能耐受長期作用的工頻電壓而不放電；在運行條件下，絕緣子能耐受計算下的內(nèi)部過電壓；在大氣條件下，能夠使輸電線路具有一定的耐雷水平。選擇絕緣子個數(shù)時，通常是按工作電壓進行計算選擇，之后再按內(nèi)部過電壓和大氣過電壓的要求進行驗算。4.2 變電所的絕緣配合由于主變壓器在變電所中起到非常重要的作用，所以變電所的絕緣配合主要是確定主變壓器的絕緣水平，

13、在此之后，其它電力設(shè)備的絕緣水平可比照主變壓器的絕緣水平相應(yīng)確定。主變壓器的絕緣試驗電壓主要可以根據(jù)以下幾個條件來確定：沖擊全波試驗電壓，它是以避雷器殘壓為基礎(chǔ)確定的。沖擊截波試驗電壓。由于截波作用下的振蕩使絕緣所受電壓比全波時高，所以變壓器在截波作用時的保證沖擊強度比全波時要高，通?？扇?.25倍。工頻試驗電壓。由于環(huán)境因素對工頻放電電壓的影響很大，所以這也是需要考慮的一個重要因素。4.3 其他絕緣配合對于220KV及以下的電力系統(tǒng)，一般情況下，外部過電壓都會超過內(nèi)部過電壓，所以設(shè)備的絕緣水平以避雷器殘壓為基礎(chǔ)確定，并且保證輸電線路有一定的耐雷水平；對于330KV及以上的超高壓電力系統(tǒng)，操作

14、過電壓將起主導(dǎo)作用，因此首先以斷路器限制到預(yù)定水平，然后以避雷器為后備保護，所以設(shè)備的絕緣水平以避雷器在雷電過電壓下的殘壓確定。5. 總結(jié)隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高，如何正確處理好電力系統(tǒng)的過電壓保護和絕緣配合的問題變得越來越重要。恰當?shù)倪^電壓保護和絕緣配合不僅能夠使電力系統(tǒng)更為安全可靠地運行，而且能夠有效地降低經(jīng)濟投入、運維費用和事故損失。為此，就需要深入了解各電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣強度，各類過電壓及其防護裝置特性方面的知識，以期能夠更好地進行電力系統(tǒng)的設(shè)計和故障分析。參考文獻1趙智大.高電壓技術(shù)D.北京:中國電力出版社,2006.8.2張作智,吳建.電力系統(tǒng)的絕緣配合J.黑龍江科技信息,1

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