高電壓技術(shù)第九章

高電壓技術(shù)第九章第一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.1切斷空載線路過電壓9.2空載線路合閘過電壓9.3切除空載變壓器過電壓9.4斷續(xù)電弧接地過電壓9.5絕緣配合習(xí)題和參考答案本章內(nèi)容返回第二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.1切斷空載線路過電壓切除空載線路是電網(wǎng)中常見操作之一，在切空載線路的過程中，雖然斷路器切斷的是幾十安到幾百安的電容電流，比短路電流小的多，但如果使用的斷路器滅弧能力不強，在切斷這種電容電流時就可能出現(xiàn)電弧的重燃，從而引起電磁振蕩，造成過電壓。第三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY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返回第四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY用單相集中參數(shù)的簡化等效電路來分析，如圖9-1，S斷開之前線路電壓UC(t)=e(t),設(shè)第一次熄?。ㄔO(shè)時間為t1）發(fā)生斷路器的工頻電容電流ic(t)過零時，如圖9-2，線路上電荷無處泄放，uc(t)保留為Em，觸頭間電壓ur(t)為:

Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)(9-1)9.1.1產(chǎn)生原理第五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY圖9-1切除空載線路時的等值計算電路圖圖9-2切除空載線路過電壓的發(fā)展過程半周期后，e(t)=-Em，兩觸頭間電壓即恢復(fù)電壓2Em。此時若觸頭間的介質(zhì)絕緣強度沒有很好恢復(fù)，或絕緣恢復(fù)強度的上升速度不夠快，可能在t2時電弧重燃，相當(dāng)于一次反極性重合閘。第六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

UCmax達(dá)到-3Em，設(shè)在t＝t3時高頻(重合閘過程，回路振蕩的角頻率,大于工頻下的M)電容電流第一次過零時熄弧，uc(t)

保持-3Em，又過T／2，e(t)又達(dá)最大值，觸頭間電壓ur(t)為4Em。依此類推，直至觸頭間絕緣足夠高，不再重燃為止。線路上的過電壓將不斷增大，一直達(dá)到很高的數(shù)值。返回圖9-2切除空載線路過電壓的發(fā)展過程第七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.1.2影響因素和降壓措施影響過電壓的最大值的因素：1)斷路器的性能；2)中性點接地方式；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)備第八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY消除或降低操作過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)電阻第九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY產(chǎn)生原理原理優(yōu)點缺點影響因素和降壓措施影響過電壓的最大值的因素（4點）消除或降低操作過電壓采取的措施小結(jié)返回（本節(jié)完）第十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.2空載線路合閘過電壓電力系統(tǒng)中，空載線路合閘過電壓也是一種常見的操作過電壓。通常分為兩種情況，即正常操作和自動重合閘。由于初始條件的差別，重合閘過電壓的情況更為嚴(yán)重。近年來由于采用了種種措施（如采用不重燃斷路器、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電壓，空載線路合閘過電壓的問題就顯得更加突出。第十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY本節(jié)內(nèi)容9.2.1發(fā)展過程9.2.2影響因素和降壓措施返回第十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY這種操作通常出現(xiàn)在線路檢修后的試送電。此時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，若三相接線完全對稱，且三相斷路器完全同步動作，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）簡化等值電路9.2.1發(fā)展過程第十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

在圖9-4(a)所示的等值電路中，其中空載線路用一T型等值電路來代替,RT、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，還可忽略電源和線路電阻的作用，這樣就可進(jìn)一步簡化成圖9-4(b)所示的簡單振蕩回路，其中電感。若取合閘瞬間為時間起算點(t＝0)，則電源電壓的表達(dá)式為（9-2）（9-3）求得UΦ為穩(wěn)態(tài)分量；－UΦ

為自由振蕩分量。

第十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY僅關(guān)心過電壓幅值時：過電壓幅值＝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－起始量對于空載線路，不存在殘余電壓，起始值為零，可得：UCmax=2UΦ回路存在衰減的振蕩，以衰減系數(shù)δ來表示：（9-4）再者，電源是工頻交流電壓u(t),這時uc(t)表達(dá)式將為（9-5）第十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY波形如圖9-5(b）圖9-5合閘過電壓波形(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，我國實測的過電壓的最大倍數(shù)為1.9～1.96倍。第十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY以上是正常合閘的情況，空載線路L沒有殘余電荷，初始電壓UC(0)＝0。如果是自動重合閘的情況，那么條件將更為不利，主要原因在于這時線路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時振蕩將更加激烈。自動重合閘是線路發(fā)生跳閘故障后，由自動裝置控制而進(jìn)行的合閘操作。2.自動重合閘的情況第十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

圖9－6為系統(tǒng)中常見的單相短路故障的示意圖。在中性點直接接地系統(tǒng)中，A相發(fā)生對地短路，短路信號先后到達(dá)斷路器Q2,Q1。斷路器S2先跳閘，在斷路器Q2跳開后，流過斷路器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，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

第十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY設(shè)Q1重合閘之前，線路殘余電壓已下降30％，即(1－0.3）×(1.3~1.4UΦ)=(0.91～0.98)UΦ?？紤]最嚴(yán)重的情況，重合閘時電源電壓為－UΦ，重合閘時暫態(tài)過程中過電壓為－UΦ＋[-UΦ-(0.91～.98)UΦ]=(-2.91～2.98)UΦ。在實際過程中，過電壓還要低些。在合閘過電壓中，以三相重合閘的情況最為嚴(yán)重。返回第十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.2.2影響因素和降壓措施以上對合閘過電壓的分析也是考慮最嚴(yán)重的條件、最不利的情況。實際出現(xiàn)的過電壓幅值會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第二十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY1.合閘相位

合閘時電源電壓的瞬時值取決于它的相位，相位的不同直接影響著過電壓幅值，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，提高觸頭運動速度，防止觸頭間預(yù)擊穿的發(fā)生；另一方面通過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完成合閘。2.線路損耗

線路上的電阻和過電壓較高時線路上產(chǎn)生的電暈都構(gòu)成能量的損耗，消耗了過渡過程的能量，而使得過電壓幅值降低。第二十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY3.線路上殘壓的變化

在自動重合閘過程中，由于絕緣子存在一定的泄漏電阻，大約有0.5s的間歇期，線路殘壓會下降10％～30％。從而有助于降低重合閘過電壓的幅值。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，使殘余電荷在幾個工頻周期內(nèi)泄放一空。第二十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY合閘過電壓的限制、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，這時應(yīng)先合輔助觸頭2、后合主觸頭1。第二十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY整個合閘過程的兩個階段對阻值的要求是不同的：在合輔助觸頭2的第一階段，R對振蕩起阻尼作用，使過渡過程中的過電壓最大值有所降低，R越大、阻尼作用越大、過電壓就越小，所以希望選用較大的阻值；大約經(jīng)過8～15ms，開始合閘的第二階段，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。第二十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

在第二階段，R值越大，過電壓也越大，所以希望選用較小的阻值。因此，合閘過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過電壓限制到最低。圖9-7為500kV開關(guān)并聯(lián)電阻與合閘過電壓的關(guān)系曲線，當(dāng)采用450Ω的并聯(lián)電阻時，過電壓可限制在2倍以下。圖9-7合閘電阻R與過電壓倍數(shù)K0的關(guān)系第二十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（2）控制合閘相位

通過一些電子裝置來控制斷路器的動作時間，在各相合閘時，將電源電壓的相位角控制在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到降低過電壓的目的。具有這種功能的同電位合閘斷路器在國外已研制成功．它既有精確、穩(wěn)定的機(jī)械特性、又有檢測觸頭間電壓(捕捉向電位瞬間)的二次選擇回路。（3）利用避雷器來保護(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，均能對這種過電壓進(jìn)行限制，如果采用的是現(xiàn)代ZnO避雷器，就有可能將這種過電壓的倍數(shù)限制到1.5～1.6。第二十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY發(fā)展過程正常合閘的情況自動重合閘的情況影響因素和降壓措施合閘相位線路損耗線路殘余電壓的變化小結(jié)返回（本節(jié)完）第二十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.3切除空載變壓器過電壓正常運行時,空載變壓器表現(xiàn)為一勵磁電感。切除空載變壓器就是開斷一個小容量電感負(fù)荷，會在變壓器和斷路器上出現(xiàn)很高的過電壓。開斷并聯(lián)電抗器、電動機(jī)等，也屬于切斷感性小電流的情況。第二十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY本節(jié)內(nèi)容9.3.1發(fā)展過程9.3.2影響因素與限制措施返回第二十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY變壓器和斷路器上出現(xiàn)過電壓的原因是變壓器的空載電流過零前就被斷路器強制熄弧而切斷，導(dǎo)致全部電磁能量轉(zhuǎn)化為電場能量而使電壓升高。9.3.1發(fā)展過程第三十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY研究表明：切斷100A以上的交流電流時，開關(guān)觸頭間的電弧通常是在工頻電流自然過零時熄滅的；當(dāng)所切除的電流很小時（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，亦即電流會在過零之前就被強行切斷，即所謂的截流現(xiàn)象。第三十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY可用圖9-8所示的簡化等值電路來說明這種過電壓的發(fā)展過程。圖中為變壓器的激磁電感，為變壓器繞組及連接線的對地電容。圖9-8切除空載變壓器的理想等值電路第三十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY假如空載電流時發(fā)生截斷（即由突然降到零），此時電源電壓為，則切斷瞬間在電感和電容中所儲存的能量分別為:第三十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY此后即在、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)殡妶瞿芰?，這時電容上出現(xiàn)最大電壓若略去截流瞬間電容上所儲存的能量，則式中—變壓器的特性阻抗第三十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY截流現(xiàn)象通常發(fā)生在電流曲線的下降部分，設(shè)為正值，則相應(yīng)的必為負(fù)值。當(dāng)開關(guān)中突然滅弧時，中的電流不能突變，將繼續(xù)向充電，使電容上的電壓從“”向更大的負(fù)值方向增大，如圖9-9所示。

此后，在回路中出現(xiàn)衰減性振蕩，其頻率為第三十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY圖9-9截流前后變壓器上的電壓和電流波形第三十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY以上介紹的是理想化了的切除空載變壓器過電壓的發(fā)展過程，實際過程往往要復(fù)雜得多，斷路器觸頭間會發(fā)生多次電弧重燃。與切除空載線路的情況相反，重燃對降低過電壓是有利因素。變壓器參數(shù)也會影響切空變過電壓的幅值。實際的過電壓將大大低于理想情況下的過電壓。返回第三十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.3.2影響因素和限制措施影響因素及對應(yīng)的限制措施主要有：1、斷路器性能切斷小電流的電弧時性能越好的斷路器，其切空變過電壓的幅值越高。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，使過電壓有所降低。第三十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY3、采用避雷器保護(hù)

這種過電壓的特點：幅值比較大，持續(xù)時間短、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)萬歐）。第三十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY發(fā)展過程影響因素和限制措施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)返回（本節(jié)完）第四十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.4斷續(xù)電弧接地過電壓中性點不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大，接地點的電弧將不能自熄，而以斷續(xù)電弧的形式存在，就會產(chǎn)生另一種嚴(yán)重的操作過電壓——斷續(xù)電弧接地過電壓。第四十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY斷續(xù)電弧接地過電壓出現(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)備絕緣在運行中可能急劇下降設(shè)備絕緣中有某些潛伏性故障第四十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY本節(jié)內(nèi)容9.4.1發(fā)展過程9.4.2防護(hù)措施返回第四十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY這種過電壓的發(fā)展過程和幅值大小都與熄弧時間有關(guān)。存在兩種熄弧時間：

電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時即可熄滅電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時刻9.4.1發(fā)展過程第四十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時刻，來說明這種過電壓的物理發(fā)展過程：作如下簡化：1）略去線間電容的影響；2）設(shè)各相導(dǎo)線的對地電容均相等，即C1=C2=C3=C。就可得如圖9-10(a)所示的等值電路。第四十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

設(shè)接地故障發(fā)生于A相，而且是正當(dāng)經(jīng)過幅值時發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱?，中性點電位由零升至相電壓，即，B、C兩相的對地電壓都升高到線電壓、。圖9-10單相接地故障電路圖和向量圖第四十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY如以uA，uB，uC代表三相電源電壓；以u1，u2，u3代表三相導(dǎo)線的對地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過分析可得如圖所示的過電壓發(fā)展過程。第四十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY按工頻電流過零時熄弧的理論分析得出的結(jié)論是：

1）非故障相上的最大過電壓為3.5倍；

2）故障相上的最大過電壓為2.0倍。長期以來大量試驗研究表明：故障點電弧在工頻電流過零時和高頻電流過零時熄滅都是可能的。第四十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY發(fā)生在大氣中的開放性電弧往往要到工頻電流過零時才能熄滅；在強烈去電離的條件下，電弧往往在高頻電流過零時就能熄滅。電弧的燃燒和熄滅會受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件等的影響，具有很強的隨機(jī)性質(zhì)，因而它所引起的過電壓值具有統(tǒng)計性質(zhì)。返回第四十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.4.2防護(hù)措施為了消除電弧接地過電壓，最根本的途徑就是消除間歇性電弧，可以通過改變中性點接地方式來實現(xiàn)。1、采用中性點直接接地方式若中性點接地，單相接地故障將在接地點產(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電壓。目前，110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點直接接地的運行方式。第五十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY2、采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式采用中性點直接接地方式雖然能夠解決斷續(xù)電弧問題，但每次發(fā)生單相接地故障都會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35kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運行方式。第五十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY消弧線圈是一個具有分段鐵芯、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)向量圖第五十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY根據(jù)補償度的不同，消弧線圈可以處于三種不同的運行狀態(tài)：1、欠補償消弧線圈的電感電流不足以完全補償電容電流，此時故障點流過的殘流為容性電流。2、全補償消弧線圈的電感電流恰好完全補償電容電流，此時流過故障點的殘流為泄露電流。3、過補償消弧線圈的電感電流不僅完全補償電容電流且還有數(shù)量超出，此時流過故障點的殘流為感性電流。第五十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY發(fā)展過程防護(hù)措施采用中性點直接接地方式采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式小結(jié)返回（本節(jié)完）第五十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.5.1絕緣配合的原則與方法9.5.2變電站電氣設(shè)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絕緣配合返回第五十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY電力系統(tǒng)的運行可靠性主要由停電次數(shù)及停電時間來衡量。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，就是絕緣配合問題。9.5.1絕緣配合的原則與方法

絕緣配合問題的提出：第五十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

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電壓，考慮限壓裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性來確定必要的耐受強度，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)運行的概率，降低到在經(jīng)濟(jì)上和運行上能接受的水平。第五十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY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、運行維護(hù)費和事故損失費（可靠性）三者之間的關(guān)系。第五十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY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)備在運行時要承受運行電壓、工頻過電壓及操作過電壓，對電氣設(shè)備絕緣規(guī)定了短時工頻試驗電壓，對外絕緣還規(guī)定了干狀態(tài)和濕狀態(tài)下的工頻放電電壓；第五十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY考慮到在長期工作電壓和工頻過電壓作用下內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的抗污穢性能，規(guī)定了設(shè)備的長時間工頻試驗電壓；對于220kV及以下的設(shè)備和線路，考慮到雷電過電壓對絕緣的作用，規(guī)定了雷電沖擊試驗電壓等。第六十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY從電力系統(tǒng)絕緣配合的發(fā)展階段來看，大體經(jīng)歷了三個過程：（1）多級配合（1940以前）由于當(dāng)時所用的避雷器保護(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)，因此采用多級配合的方法。多級配合的原則：價格越昂貴、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、絕緣配合的方法第六十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

多級配合的缺點：由于沖擊閃絡(luò)和擊穿電壓的分散性，為了使上一級伏秒特性的下限高于下一級伏秒,采用多級配合的方法會把處于圖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示意圖第六十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（2）慣用法按作用于絕緣上的最大過電壓和最小絕緣強度這兩個隨機(jī)變量進(jìn)行配合。采用這一原則時，常要求有較大的安全裕度，且不能定量地估計可能的事故率。確定電氣設(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絕緣的作用可按圖9-14用工頻耐壓試驗等價。圖9-14確定工頻試驗電壓第六十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY“統(tǒng)計法”：根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐電強度都是隨機(jī)變量的實際情況，在已知過電壓幅值和絕緣閃絡(luò)電壓的概率分布后，用計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)計法（20世紀(jì)70年代以來）第六十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY絕緣故障率為絕緣在過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，計算公式如下：圖9-15絕緣故障概率的估算第六十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（4）簡化統(tǒng)計法假定圖9-15中的過電壓概率曲線和絕緣特性概率曲線呈正態(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應(yīng)的點表示出來，稱為“統(tǒng)計過電壓”和“統(tǒng)計耐受電壓”。在此基礎(chǔ)上可以計算絕緣的故障率。絕緣配合的統(tǒng)計法只能用于自恢復(fù)絕緣，主要是輸變電的外絕緣。返回第六十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.5.2變電站電氣設(shè)備絕緣水平的確定1、雷電過電壓下的絕緣配合2、操作過電壓下的絕緣配合3、工頻絕緣水平的確定4、長時間工頻高壓試驗第六十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY1、雷電過電壓下的絕緣配合電氣設(shè)備在雷電過電壓下的絕緣水平通常用它們的基本沖擊絕緣水平（BIL）來表示：為閥式避雷器在雷電過電壓下的保護(hù)水平，為雷電過電壓下的配合系數(shù)。我國使用的經(jīng)驗公式：

在電氣設(shè)備與避雷器相距很近時取1.25，相距較遠(yuǎn)時取1.4。第六十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY在按內(nèi)部過電壓作絕緣配合時，通常不考慮諧振過電壓，因為在系統(tǒng)設(shè)計和選擇運行方式時均應(yīng)設(shè)法避免諧振過電壓的出現(xiàn)；此外，也不單獨考慮工頻電壓升高，而把它的影響包括在最大長期工作電壓內(nèi)，這樣一來，就歸結(jié)為操作過電壓下的絕緣配合了。2、操作過電壓下的絕緣配合第六十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY分兩種情況來討論：對于范圍Ⅰ這一類變電所中的電氣設(shè)備來說，其操作沖擊絕緣水平（SIL）可按下式求得

式中為操作過電壓下的配合系數(shù)。對于范圍Ⅱ（EHV）這一類變電所的電氣設(shè)備來說，其操作沖擊絕緣水平按下式計算：

式中操作過電壓下的配合系數(shù)

第七十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

3、工頻絕緣水平的確定為了檢驗電氣設(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。它們對試驗設(shè)備和測試技術(shù)提出了很高的要求。對于330kV及以上的超高壓電氣設(shè)備來說，這樣的試驗是完全必需的，但對于220kV及以下的高壓電氣設(shè)備來說，應(yīng)該設(shè)法用比較簡單的高壓試驗去等效地檢驗絕緣耐受雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓的能力。第七十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY短時工頻耐壓試驗所采用的試驗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、等效地檢驗絕緣在這兩類過電壓下的電氣強度。圖9-16短時工頻試驗電壓確定流程圖第七十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY凡是合格通過工頻耐壓試驗的設(shè)備絕緣在雷電和操作過電壓作用下均能可靠地運行。為了更加可靠和直觀，國際電工委員會（IEC）規(guī)定：1、對于300kV以下的電氣設(shè)備（1）絕緣在工頻工作電壓、暫時過電壓和操作過電壓下的性能用短時（1min）工頻耐壓試驗來檢驗；（2）絕緣在雷電過電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗來檢驗。2、對于300kV及以上的電氣設(shè)備（1）絕緣在操作過電壓下的性能用操作沖擊耐壓試驗來檢驗；（2）絕緣在雷電過電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗來檢驗。第七十三頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY4、長時間工頻高壓試驗當(dāng)內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的污染對絕緣在工頻工作電壓和過電壓下的性能有影響時，尚需作長時間工頻高壓試驗。我國國家標(biāo)準(zhǔn)對各種電壓等級電氣設(shè)備以耐壓值表示的絕緣水平作出了規(guī)定，見表9-3。由于試驗?zāi)康牟煌?，長時間工頻高壓試驗時所加的試驗電壓值和加壓時間均與短時工頻耐壓試驗不同。第七十四頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY返回第七十五頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY9.5.3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)線對桿塔的空氣間距的確定。第七十六頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY1、絕緣子串中絕緣子片數(shù)的確定在工作電壓下不發(fā)生污閃；雨天時在操作過電壓下不發(fā)生閃絡(luò)（濕閃）；具有一定的雷電沖擊耐壓強度，保證一定的線路耐雷水平。線路絕緣子串應(yīng)滿足三方面的要求：第七十七頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY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)的污穢等級來選定值，就能保證必要的運行可靠性。設(shè)每片絕緣子的幾何爬電距離為（cm），即可按爬電比距的定義得n為絕緣子片數(shù)，為系統(tǒng)最高工作電壓有效值，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)為第七十八頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY按內(nèi)部過電壓進(jìn)行驗算絕緣子串在操作過電壓的作用下，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裕度后，應(yīng)大于可能出現(xiàn)的操作過電壓。通常取10％的裕度．則絕緣于的工頻或操作濕閃電壓為

1.1為綜合考慮各種影響因素和必要裕度的一個綜合修正系數(shù)。第七十九頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

我國規(guī)定預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)為：35～220kV線路，直線桿1片，耐張桿2片；對于330kV及以上線路，直線桿1～2片，耐張桿2～3片。第八十頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY按大氣過電壓進(jìn)行驗算一般情況下，大氣過電壓對確定絕緣子串的片數(shù)影響是不大的，因為耐雷水平不完全取決于絕緣子片數(shù)，而主要取決于各項防雷措施的綜合效果，因此它僅作驗算條件。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)，因為還可以采用降低桿塔接地電阻等措施來提高線路的耐雷水平。但在特殊高桿塔或高海拔地區(qū)，雷電過電壓則成為確定絕緣子片數(shù)的決定因素。第八十一頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY2、導(dǎo)線對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，而且后者對線路建設(shè)費用的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者。第八十二頁，共九十二頁，編輯于2023年，星期六NANCHANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY輸電線路的空氣間隙主要有：（1）導(dǎo)線對大地：在選擇其空氣間距時主要考慮地面車輛和行人等的安全通過、地面電場強度及靜電感應(yīng)等問題。（2）導(dǎo)線對導(dǎo)線：應(yīng)考慮相間過電壓的作用、相鄰導(dǎo)線在大風(fēng)中因不同步擺動或舞動而相互靠近等問題。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)線對架空地線