帶電作業(yè)中的過電壓及其絕緣配合課件

帶電作業(yè)中的過電壓

及其絕緣配合

2010年5月

1.帶電作業(yè)中的過電壓

2.帶電作業(yè)絕緣配合原則

專題內(nèi)容

1.帶電作業(yè)中的過電壓

在電力系統(tǒng)開展帶電作業(yè)與電氣設(shè)備長期掛網(wǎng)運(yùn)行有較大的區(qū)別，一個是間歇性的工作條件，另一個則是長期承受各種電壓的考驗(yàn)。盡管電氣設(shè)備長期掛網(wǎng)運(yùn)行其工作環(huán)境十分苛刻，但帶電作業(yè)盡管是間歇性的工作狀態(tài)，卻直接涉及人身安全，對確保安全要求十分高，因此帶電作業(yè)的環(huán)境及條件應(yīng)考慮十分周全。不僅要考慮一般工作狀態(tài)，同時需要將帶電作業(yè)期間可能發(fā)生的各種不利狀況都應(yīng)考慮進(jìn)去，以提高帶電作業(yè)的安全可靠性，減少不必要的安全事故。1.帶電作業(yè)中的過電壓

1.帶電作業(yè)中的過電壓⑴過電壓的類型內(nèi)部過電壓又分為操作過電壓和暫時過電壓，操作過電壓是由系統(tǒng)內(nèi)的正常操作、切除故障操作或因故障（弧光接地等）所造成的過電壓。暫時過電壓又稱短時過電壓，它包括工頻電壓升高和諧振過電壓。一般將內(nèi)部過電壓幅值與系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓幅值之比，稱為內(nèi)部過電壓倍數(shù)K0，K0與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)中各元件的參數(shù)、中性點(diǎn)運(yùn)行方式、故障性質(zhì)及操作過程等因素有關(guān)，并具有明顯的統(tǒng)計(jì)性。

1.帶電作業(yè)中的過電壓

1）操作過電壓操作過電壓的特點(diǎn)是幅值較高，持續(xù)時間短，衰減快。電力系統(tǒng)中常見的操作過電壓有中性點(diǎn)絕緣電網(wǎng)中的間歇電弧接地過電壓；開斷電感性負(fù)載（空載變壓器、電抗器、電動機(jī)等）過電壓；開斷電容性負(fù)載（空載線路、電容器組等）過電壓；空載線路合閘（包括重合閘）過電壓以及系統(tǒng)解列過電壓等。操作過電壓的大小是確定帶電作業(yè)安全距離的主要依據(jù)。①間歇電弧接地過電壓單相電弧接地過電壓只發(fā)生在中性點(diǎn)不直接接地的電網(wǎng)（一般10kV系統(tǒng)都是中性點(diǎn)不直接接地），如發(fā)生單相接地故障時，流過中性點(diǎn)的電容電流，就是單相短路接地電流。當(dāng)電網(wǎng)線路的總長度足夠長、電容電流很大時，單相接地弧光不容易自行熄滅，又不太穩(wěn)定，出現(xiàn)熄弧和重燃交替進(jìn)行的現(xiàn)象即間歇性電弧，這時過電壓會較嚴(yán)重，所以一相接地多次發(fā)生電弧，不但會使另兩相也短路接地，還會引起另兩相對地電容的振蕩。理論上如果間歇電弧一直發(fā)生，過電壓會達(dá)到很高，而實(shí)際上，每次發(fā)弧不一定都在幅值，還有其它損耗衰減，所以一般不超過3Uxg，個別達(dá)3.5Uxg以上。1.帶電作業(yè)中的過電壓

②開斷電感性負(fù)載過電壓進(jìn)行切斷空載變壓器、電抗器、電動機(jī)、消弧線圈等電感性負(fù)載的操作時，儲存在電感元件上的磁能要轉(zhuǎn)化為電場能量，而系統(tǒng)又無足夠的電容來吸收磁能，而且開關(guān)的滅弧性太強(qiáng)，，在0時，激磁電流變化率（無窮大），將在激磁電感L上感應(yīng)過電壓。在中性點(diǎn)不直接接地電網(wǎng)中，一般不大于4Uxg；中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，一般不大于3Uxg。其過電壓倍數(shù)和斷路器結(jié)構(gòu)、回路參數(shù)、變壓器結(jié)構(gòu)接線、中性點(diǎn)接地方式等因素有關(guān)。

1.帶電作業(yè)中的過電壓

2）暫時過電壓暫時過電壓包括工頻電壓升高和諧振過電壓。工頻電壓升高的幅值不大，但持續(xù)時間較長、能量較大，所以在考慮帶電作業(yè)絕緣工具的泄漏距離時常以此為依據(jù)。造成工頻電壓升高的原因主要為不對稱接地故障、發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷、空載長線路的電容效應(yīng)等。不對稱接地故障是線路常見的故障形式，其中以單相接地故障為最多，引起的工頻電壓一般也最嚴(yán)重。對于中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)，單相接地時非故障相的對地工頻電壓可升高到1.9倍相電壓，對于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)可升高到1.4倍。1.帶電作業(yè)中的過電壓

電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)一系列的電氣設(shè)備（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)等）組成復(fù)雜的電感、電容振蕩回路。在正常的情況下，由于負(fù)載的存在或線路兩端與系統(tǒng)電源連在一起，自由振蕩不可能發(fā)生。在操作或故障時，不對稱狀態(tài)下（如斷線、非全相拉合閘、PT飽和等），適當(dāng)?shù)膮?shù)組成了共振回路（

），激發(fā)很高的過電壓，其必要條件是電路固有自振頻率與外加電源頻率相等f0=f(即)，或成簡單分次諧波，電路中就出現(xiàn)了電壓諧振。常見諧振過電壓有參數(shù)諧振、非全相拉合閘諧振、斷線諧振等。諧振過電壓事故是最頻繁的，在35kV～330kV電網(wǎng)中都會發(fā)生，一般不會大于3Uxg。但持續(xù)時間比較長，會嚴(yán)重影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。1.帶電作業(yè)中的過電壓

⑵帶電作業(yè)中的作用電壓類型電氣設(shè)備在運(yùn)行中可能受到的作用電壓有正常運(yùn)行條件下的工頻電壓、暫時過電壓（包括工頻電壓升高）、操作過電壓與雷電過電壓。在《電業(yè)安全工作規(guī)程》中規(guī)定：“雷電天氣時不得進(jìn)行帶電作業(yè)”。因此，帶電作業(yè)時除不必不考慮雷電過電壓外，正常運(yùn)行條件下的工頻電壓、暫時過電壓（包括工頻電壓升高）與操作過電壓的作用在帶電作業(yè)時均應(yīng)仔細(xì)考慮。1.帶電作業(yè)中的過電壓

前面所敘及的操作過電壓種類中，帶電作業(yè)不考慮線路合閘過電壓。帶電作業(yè)一般停用重合閘，在這種工況時，不考慮線路重合閘過電壓；而帶電作業(yè)沒有停用重合閘時，則應(yīng)考慮線路重合閘過電壓。因此，帶電作業(yè)時電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況是帶電作業(yè)，進(jìn)行絕緣配合和安全防護(hù)的重要依據(jù)。2帶電作業(yè)中的絕緣配合⑴帶電作業(yè)中的絕緣類型帶電作業(yè)絕緣工具、裝置和設(shè)備的絕緣一般可分為兩類，一類為自恢復(fù)絕緣；另一類為非自恢復(fù)絕緣。嚴(yán)格說起來，帶電作業(yè)中除塔頭空氣間隙、組合間隙為自恢復(fù)絕緣之外，一般帶電作業(yè)絕緣工具、裝置和設(shè)備的絕緣均為非自恢復(fù)絕緣，如絕緣操作桿、絕緣支拉吊桿、絕緣硬梯、絕緣軟梯、絕緣托瓶架、絕緣斗臂車的絕緣臂、帶電清掃機(jī)的絕緣支架等。這類絕緣外表面為空氣，當(dāng)火花放電發(fā)生在固體絕緣的沿面時，火花放電過后，絕緣能自動恢復(fù)，也就是說，發(fā)生在自恢復(fù)絕緣中的破壞性放電能自恢復(fù)。而發(fā)生在固體絕緣內(nèi)部的放電，則為不可逆的絕緣擊穿。故可以認(rèn)為，絕緣操作桿、絕緣支拉吊桿、絕緣硬梯、絕緣軟梯、絕緣托瓶架、絕緣斗臂車的絕緣臂、帶電清掃機(jī)的絕緣支架等帶電作業(yè)絕緣工具、裝置和設(shè)備為由自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣組成的復(fù)合絕緣。2帶電作業(yè)中的絕緣配合

⑵絕緣耐受能力

對于絕緣操作桿、絕緣支拉吊桿、絕緣硬梯、絕緣軟梯、絕緣托瓶架、絕緣斗臂車的絕緣臂、帶電清掃機(jī)的絕緣支架等帶電作業(yè)絕緣工具、裝置和設(shè)備進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時，在50﹪放電電壓下可能是非自恢復(fù)的，因?yàn)檫M(jìn)行50﹪放電電壓試驗(yàn)時所施加的電壓值較高，例如進(jìn)行帶電作業(yè)空氣間隙的50﹪放電電壓試驗(yàn)，通常施加40次試驗(yàn)電壓，其中約20次需閃絡(luò)放電；而在額定耐受電壓下是自恢復(fù)的，不允許發(fā)生任何放電。所以對空氣間隙、組合間隙的絕緣等自恢復(fù)絕緣進(jìn)行50﹪的破壞性放電試驗(yàn)；而帶電作業(yè)用的工具、裝置和設(shè)備絕緣等自恢復(fù)與非自恢復(fù)的混合型復(fù)合絕緣則進(jìn)行15次沖擊耐壓試驗(yàn)。2帶電作業(yè)中的絕緣配合

在330kV~750kV電壓范圍內(nèi)的帶電作業(yè)用工具、裝置和設(shè)備需進(jìn)行兩種類型電壓的試驗(yàn)的考核。其一，進(jìn)行較長時間的工頻電壓試驗(yàn)（產(chǎn)品的型式試驗(yàn)的持續(xù)時間為5分鐘、絕緣的預(yù)防性試驗(yàn)為3分鐘），其原因是在這一電壓范圍內(nèi)，絕緣應(yīng)考慮暫時過電壓的幅值及持續(xù)時間，同時考慮內(nèi)絕緣的老化及外絕緣耐受污穢性能的適應(yīng)性；其二，進(jìn)行操作沖擊電壓試驗(yàn)，這里對空氣間隙、組合間隙的絕緣等自恢復(fù)絕緣進(jìn)行50﹪的破壞性放電試驗(yàn)；而帶電作業(yè)用的工具、裝置和設(shè)備絕緣等自恢復(fù)與非自恢復(fù)的混合型復(fù)合絕緣則進(jìn)行15次沖擊耐壓試驗(yàn)，不允許發(fā)生任何閃絡(luò)放電。這與一般電氣設(shè)備的15次沖擊耐壓試驗(yàn)，允許不超過2次閃絡(luò)放電的規(guī)定有較大不同。其中原因是帶電作業(yè)直接涉及人身安全，對確保安全要求應(yīng)高一點(diǎn)，換言之，即15次沖擊耐壓試驗(yàn)的耐受概率更高。2帶電作業(yè)中的絕緣配合⑷絕緣配合方法的選擇

絕緣配合方法有確定性法（慣用法）、統(tǒng)計(jì)法及簡化統(tǒng)計(jì)法。確定性法（慣用法）按慣用法進(jìn)行絕緣配合時，需要確定作用于工具、裝置和設(shè)備上的最大過電壓，工具、裝置和設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最小值，以及它們兩者之間的裕度。在確定裕度時，應(yīng)盡量考慮可能出現(xiàn)的不確定因素，這里并不要求估計(jì)絕緣可能擊穿的故障率。這種絕緣配合方法，類似于給出一定安全系數(shù)的做法。慣用法的適用范圍，是非自恢復(fù)絕緣和220kV及以下電壓等級的系統(tǒng)。

2帶電作業(yè)中的絕緣配合

慣用法是目前采用得最廣泛的絕緣配合方法，其基本出發(fā)點(diǎn)是使帶電作業(yè)間隙或工具的最小擊穿電壓值高于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過電壓值，并留有一定的安全裕度。在絕緣配合慣用法中，系統(tǒng)最大過電壓、絕緣耐受電壓與安全裕度三者之間的關(guān)系為：2帶電作業(yè)中的絕緣配合2帶電作業(yè)中的絕緣配合2）統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法的根據(jù)是假定過電壓和絕緣強(qiáng)度的概率分布函數(shù)是已知的，以及通過試驗(yàn)得到的，可利用在大量統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上的過電壓概率密度分布曲線，得到絕緣放電電壓的概率密度分布曲線，然后用計(jì)算的方法求出由過電壓引起絕緣損壞的故障概率，將允許的最大故障率作為絕緣設(shè)計(jì)的一個安全指標(biāo)。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，正確地確定絕緣水平。在帶電作業(yè)中，通常將絕緣破壞的概率稱為危險(xiǎn)率。帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率可由下式計(jì)算所得：2帶電作業(yè)中的絕緣配合

式中：Po(U)為操作過電壓幅值的概率密度分布函數(shù)Pd(U)為空氣間隙在幅值為u的操作過電壓下放電的概率分布函數(shù)2帶電作業(yè)中的絕緣配合

③簡化統(tǒng)計(jì)法由于實(shí)際工程中采用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行絕緣配合是相當(dāng)繁瑣和困難，因此，通常采用“簡化統(tǒng)計(jì)法”。由IEC推薦的簡化統(tǒng)計(jì)法，是對過電壓和絕緣電氣強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律作出一些合理的假設(shè)，如正態(tài)分布，并已知其標(biāo)準(zhǔn)偏差等等