絕緣配合問題知識

1、變電所電氣設(shè)備的絕緣配合摘要：按照電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電壓（工作電壓和過電壓）和保護裝置的特性來確定電氣設(shè)備的絕緣水平稱為絕緣配合。絕緣水平是電氣設(shè)備的試驗電壓值。關(guān)鍵字：絕緣配合、工頻電壓 操作過電壓 雷電過電壓0、引言：隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電氣設(shè)備的絕緣配合所涉及的內(nèi)容是制造部門、設(shè)計部門、電力企業(yè)極為重視的問題，只有選用合理的絕緣配合設(shè)計方案和電氣設(shè)備試驗電壓，并全面考慮設(shè)備造價、維護費和故障損失三方面的具體情況，才能最終達(dá)到合理、安全、經(jīng)濟、高質(zhì)量發(fā)、供電的目地。我們可以從以下方面充分了解變電所電氣設(shè)備的絕緣配合1、系統(tǒng)運行中出現(xiàn)在設(shè)備絕緣上的電壓：1.1、正常運行時的工頻電壓1.2、

2、暫時過電壓（工頻過電壓、諧振過電壓）1.3、操作過電壓1.4、雷電過電壓1.5、系統(tǒng)最高電壓3.5KV Um252K2、中性點接地方式對絕緣水平的影響：電網(wǎng)中性點的接地方式對絕緣承受的電壓有較大的影響。中性點接地系統(tǒng)，相對地的絕緣所承受的最大工作電壓為相電壓，其選用的避雷器滅弧電壓（額定電壓）較低，其沖擊放電電壓和殘壓也較低，而中性點非接直接接地系統(tǒng)中允許單相接地故障運行0.5h或2h，它的最大工作電壓為線電壓。其選用的避雷器滅弧電壓（額定電壓）較高，其沖擊放電電壓和殘壓也較高，因此，中性點接地系統(tǒng)中，變電站電氣設(shè)備的雷電過電壓比非直接接地系統(tǒng)要低約20%。操作過電壓是在相電壓的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，

3、另外因三相間的互相聯(lián)系可能是在超過相電壓甚至在線電壓基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，所以中性點接地系統(tǒng)的操作過電壓比中性點非直接接地系統(tǒng)約低20%30%。3、變電所電氣設(shè)備與工頻電壓的絕緣配合：3.1、工頻運行電壓下電氣裝置電瓷外絕緣的爬電距離應(yīng)符合相應(yīng)環(huán)境污穢分級條件下的爬電比距要求：如表一：表一：變電所各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值:污穢等級爬電比距 （cm/kv）220KV及以下0-I1.68 （1.84）II2.00 (2.30)III2.50 (2.88)IV3.10 (3.57)3.2、斷路器同極斷口間滅弧室瓷套的爬電比距不應(yīng)小于對地爬電比距要求值的1.15倍 (252KV以下)。3.3、變壓器內(nèi)絕

4、緣在工頻電壓作用下正常運行，變壓器的耐壓值為1.5倍系統(tǒng)最高相電壓。3.4、變電所電氣設(shè)備應(yīng)能承受一定幅值和時間的工頻過電壓和諧振過電壓。4、變電所電氣設(shè)備與操作過電壓的絕緣配合：根據(jù)DL/T620-1997及電力設(shè)備過電壓保護設(shè)計技術(shù)規(guī)程中給出計算用最大操作過電壓倍數(shù)見表二：表二：最大操作過電壓計算倍數(shù)電網(wǎng)額定電壓（KV）系統(tǒng)接地方式計算倍數(shù)35及以下低電阻接地3.266及以下除低電阻接地外4.0110220直接接地3.0注：(1)、所列數(shù)據(jù)是指相對地絕緣情況。(2)、計算倍數(shù)是以電網(wǎng)最高運行相電壓峰值為基準(zhǔn)電壓。(3)、對于220KV及以下電網(wǎng)相間過電壓采用相對地過電壓的1.31.4倍。在

5、計算最大操作過電壓的計算結(jié)果后，根據(jù)電氣設(shè)備內(nèi)、外絕緣的操作沖擊耐受電壓，合理選用電氣設(shè)備的絕緣配合。對于220KV及以下變電所一般只涉及到變電所絕緣子串、空氣間隙的操作過電壓要求的絕緣水平。5、變電所電氣設(shè)備與雷電過電壓的絕緣配合：最大雷電過電壓是按避雷器通過標(biāo)稱放電電流時的殘壓來決定。5.1、變壓器內(nèi)、外絕緣的全波額定雷電沖擊耐壓與變電所避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓間的配合系數(shù)為1.4。5.2、并聯(lián)電抗器、高壓電器、電流互感器、單獨試驗的套管、母線支持絕緣子及電纜和其附件等的全波額定雷電沖擊耐壓與避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓間的配合系數(shù)取1.4。5.3、變壓器、并聯(lián)電抗器及電流互感器截波額定雷

6、電沖擊耐壓取相應(yīng)設(shè)備全波額定雷電沖擊耐壓的1.1倍。5.4、斷路器同極斷口間內(nèi)絕緣以及斷路器、隔離開關(guān)同極斷口間外絕緣的全波雷電沖擊耐壓U1d應(yīng)滿足：U1N-斷路器、隔離開關(guān)全波額定雷電沖擊耐壓，KV。6、電氣設(shè)備隨其所在系統(tǒng)接地方式的不同，暫時過電壓的判別及所選用的保護用避雷器形式、特性的差異、有著不同的耐受電壓要求，現(xiàn)在的設(shè)備廠家已在產(chǎn)口樣本上詳細(xì)的列出了電氣設(shè)備的耐受電壓值（雷電沖擊耐受電壓、短時工頻耐受電壓），以供設(shè)計、運行部門簡便、快捷的選用。7、結(jié)束語：改革開放以來，電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)也在不段變化，由于電網(wǎng)中性點的接地方式的不同對絕緣承受的電壓也有較大的影響，所以在變電

7、所的改造擴建過程中也應(yīng)將電氣設(shè)備的絕緣配合考慮在內(nèi)，適時進行調(diào)整和改造，使的電力企業(yè)安全、穩(wěn)步的發(fā)展。絕緣配合科技名詞定義中文名稱：絕緣配合 英文名稱：insulation coordination 定義：考慮所采用的過電壓保護措施后，根據(jù)可能作用的過電壓、設(shè)備的絕緣特性及可能影響絕緣特性的因素，合理選擇設(shè)備絕緣水平的方法。 所屬學(xué)科：電力（一級學(xué)科）；高電壓技術(shù)（二級學(xué)科） 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)濟上的

8、合理性以確定輸電線路和電工設(shè)備的絕緣水平。目錄簡介 方法 1. 慣用法 2. 統(tǒng)計法 3. 簡化統(tǒng)計法作用電壓 過電壓的限制與防護 絕緣特性與絕緣水平簡介 方法 1. 慣用法 2. 統(tǒng)計法 3. 簡化統(tǒng)計法作用電壓 過電壓的限制與防護 絕緣特性與絕緣水平展開簡介絕緣配合 insulation coordination 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。 絕緣水平是電工設(shè)備能夠耐受的試驗電壓值： 短時工頻耐受電壓值。 雷電沖擊耐受電壓

9、值。 操作沖擊耐受電壓值。 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。 方法慣用法按作用在設(shè)備絕緣上的最大過電壓和設(shè)備的最小絕緣強度的概念進行絕緣配合的方法。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的概率以及概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對絕緣的要求偏嚴(yán)。 按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過電壓”和設(shè)備的“最小絕緣強度”的概念進行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險的過電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強度，然后根據(jù)運行經(jīng)驗，選擇一個配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補償在估計最大過電壓和絕緣最低耐受強度時的誤差及增加一定的安全逾度，最后

10、確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。慣用法簡單明了，但無法估計絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對非自恢復(fù)絕緣放電概率測定的費用太高，因此只能使用慣用法。目前,對220千伏及以下的電工設(shè)備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護。避雷器限制雷電過電壓的能力常用避雷器保護水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 (BIL)需高出避雷器的保護水平，兩者的比值稱為配合系數(shù)。中國一般采用的配合系數(shù)值是1.4。對于500千伏變壓器，國際電工委員會(IEC)規(guī)定，配合系數(shù)需等于或大于1.2。 統(tǒng)計法根據(jù)過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計特性，算出絕緣故障率。改變

11、敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統(tǒng)計法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設(shè)備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行優(yōu)化設(shè)計。困難在于隨機因素較多，某些統(tǒng)計規(guī)律還有待認(rèn)識。 從過電壓幅值與絕緣抗電強度都是隨機變量的事實出發(fā)，根據(jù)過電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，在技術(shù)經(jīng)濟比較的基礎(chǔ)上，合理地確定絕緣水平。 這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設(shè)備折舊費、運行費及事故損失費三者總和最小的原則進行優(yōu)化設(shè)計。目前研究得比較多的是以過電壓幅值的概率分布為基礎(chǔ)的統(tǒng)計法

12、。 在超高壓電力系統(tǒng)中降低絕緣水平有顯著的經(jīng)濟效益。自恢復(fù)絕緣的絕緣強度統(tǒng)計特性相對比較容易獲得。70年代以來，國際上推薦對超高壓電力系統(tǒng)的自恢復(fù)絕緣采用統(tǒng)計法進行絕緣配合。 統(tǒng)計法的困難在于隨機因素較多，某些隨機因素的統(tǒng)計規(guī)律還有待積累資料與認(rèn)識，低概率密度部分的資料比較難取得。目前算出的故障率，通常比實際的大很多，還有待在應(yīng)用中不斷完善。 簡化統(tǒng)計法為了便于計算，假定過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計分布均服從正態(tài)分布。國際電工委員會（IEC）及中國國家絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，推薦采用出現(xiàn)的概率為 2的過電壓作為統(tǒng)計（最大）過電壓Uw，再取閃絡(luò)概率為10的電壓作為絕緣的統(tǒng)計耐受電壓Uw，在不同的統(tǒng)計安全系數(shù)

13、 UwUs的情況下，計算出絕緣的故障率 R。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較，在成本與故障率間協(xié)調(diào)，定出可以接受的R 值 ，再根據(jù)相應(yīng)的及Us，確定絕緣水平。為了在實際應(yīng)用中便于計算，假定過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計分布均服從正態(tài)分布。國際電工委員會 (IEC)及中國國家絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，推薦采用出現(xiàn)的概率為2的過電壓作為統(tǒng)計(最大)過電壓Us，再取閃絡(luò)概率為10的電壓作為絕緣的統(tǒng)計耐受電壓UW，在不同的統(tǒng)計安全系數(shù)UW/Us的情況下,計算出絕緣的故障率R(見圖)。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較,在成本與故障率間協(xié)調(diào),定出可以接受的故障率R,再根據(jù)相應(yīng)的統(tǒng)計安全系數(shù)及電網(wǎng)的統(tǒng)計過電壓Us,確定絕緣水平。 簡化統(tǒng)計法與慣用法同樣簡

14、單易行，并有現(xiàn)成曲線可查（圖b）。雖然故障率的數(shù)值不一定很準(zhǔn)確,但便于在工程上作方案比較,因而應(yīng)用很廣泛。 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（工作電壓及過電壓），過電壓防護裝置的效用，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)濟上的合理性以確定輸電線路和電工設(shè)備的絕緣水平。 電工設(shè)備經(jīng)常在電力系統(tǒng)工作電壓下運行，還會受到各種過電壓作用。電工設(shè)備絕緣對各種作用電壓都具有一定限度的耐受能力。當(dāng)絕緣性能被破壞時，會造成設(shè)備損壞甚至系統(tǒng)停電事故。為了避免上述損失，必須保證電工設(shè)備具有規(guī)定

15、的絕緣強度，這就是絕緣水平。確定絕緣水平要求在技術(shù)上處理好作用電壓、限制過電壓的措施、絕緣耐受能力三者之間相互配合的關(guān)系，還要求在經(jīng)濟上協(xié)調(diào)投資費用、維護費用和事故損失費用等之間的關(guān)系，以達(dá)到較好的綜合經(jīng)濟效益。 作用電壓作用在電工設(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。 電力系統(tǒng)在正常運行時，各點的工頻電壓是不同的。輸電線路送端設(shè)備上的電壓要高于受端設(shè)備上的電壓。因此，對于每一額定電壓等級的電力系統(tǒng)，還需要規(guī)定一個系統(tǒng)最高運行電壓。最高運行電壓需根據(jù)能源分布、輸電距離、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的潮流分布、穩(wěn)定特性、無功功率補償、經(jīng)濟運行，以及設(shè)備絕緣設(shè)計等綜合的因素來確定。中國對于220

16、千伏及以下電力系統(tǒng),最高工作電壓規(guī)定為比額定電壓高15；對于330500千伏超高壓電力系統(tǒng)，最高工作電壓高出額定電壓10。 過電壓包括暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓等。由于其成因不同，都具有一定特點。從絕緣性能的角度看，除注意過電壓幅值外，還需區(qū)別它們的波形及電壓作用的時間過程。這是因為絕緣強度具有伏秒特性，耐受電壓的能力因電壓波形及作用時間不同而有差異。 作用電壓按波形可分為以下5種。 正常運行條件下的工頻電壓。 暫時過電壓：一般為幾赫或數(shù)百赫的不衰減或弱衰減的振蕩波，最大持續(xù)時間約1秒鐘。 慢波前過電壓：波頭持續(xù)時間為幾十至幾千微秒的雙指數(shù)或非對稱的衰減振蕩波。間隙、絕緣子和電工設(shè)備外

17、絕緣的標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊試驗波形一般為波頭 250微秒/波尾2500微秒。 快波前過電壓：波頭持續(xù)時間為零點幾至幾十微秒的單極性雙指數(shù)波。標(biāo)準(zhǔn)的雷電沖擊試驗波形為波頭1.2微秒/波尾50微秒。 陡波前過電壓：波頭持續(xù)時間只有幾十納秒，繼之以有幾個頻率在幾兆至 100兆赫振蕩波的疊加。標(biāo)準(zhǔn)陡波前沖擊試驗波形在擬定之中，波前時間為15納秒。 過電壓的限制與防護為了經(jīng)濟合理地設(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，簡稱為過電壓防護。 通常采用高壓并聯(lián)電抗器、靜止無功補償器限制工頻電壓升高的數(shù)值；用快速繼電保護減小工頻電壓升高及其持續(xù)時間；輸電線路采用良導(dǎo)體架空地線，在某些

18、情況下也能降低接地故障引起的工頻電壓升高。 在超高壓電力系統(tǒng)中，空載線路合閘與重合閘時可以產(chǎn)生比較高的過電壓，而且出現(xiàn)頻繁，對電力系統(tǒng)的絕緣水平一般起決定性的作用。改善斷路器的性能，采用合閘并聯(lián)電阻，縮小三相閉合的不同期等都有很好效果；通流容量較大的金屬氧化物避雷器，也可用來作為防護操作過電壓的裝置。 變電所內(nèi)設(shè)備的雷電過電壓由避雷器進行防護。設(shè)備上的過電壓與避雷器的性能、線路來波情況、變電所的接線布置等有關(guān)。電力系統(tǒng)絕緣配合是包括了對過電壓防護措施提出要求而綜合制定的。 絕緣特性與絕緣水平電工設(shè)    絕緣配合備絕緣可分為自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣兩大類。自恢復(fù)絕緣的絕緣性能破壞后可以自行恢復(fù)，一般是指空氣間隙和與空氣接觸的外絕緣。非自恢復(fù)絕緣放電后其絕緣性能不能自行恢復(fù)，通常是由固體介質(zhì)、