電力系統(tǒng)的絕緣配合課件

電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性主要由停電次數(shù)及停電時間來衡量。絕緣的擊穿是造成停電的主要原因之一。電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性．在很大程度上決定于設(shè)備的絕緣水平及工作狀況。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、合理地確定設(shè)備絕緣水平，具有十分重大的意義。電力系統(tǒng)中的絕緣包括發(fā)、變電站的電氣設(shè)備的絕緣和線路的絕緣。電力系統(tǒng)的絕緣在運(yùn)行中將承受：正常運(yùn)行時的工作電壓、短時過電壓、操作過電壓及大氣過電壓電力系統(tǒng)的絕緣配合電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性主要由停電次數(shù)及停電8.1絕緣配合的基本概念與方法絕緣配合的原則就是綜合考慮電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中可能承受的各種電壓(工作電壓及過電壓)、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備絕緣對各種作用電壓的耐受特性，合理地確定設(shè)備必要的絕緣水平，以使設(shè)備的造價、維修費(fèi)用和設(shè)備絕緣故障引起的事故損失，達(dá)到在經(jīng)濟(jì)上和安全運(yùn)行上總體效益最高的目的。絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平，所謂電氣設(shè)備的絕緣水平是指該電氣設(shè)備能承受的試驗(yàn)電壓值。8.1絕緣配合的基本概念與方法絕緣配合的原則絕緣配合的最對應(yīng)于設(shè)備絕緣可能承受的各種作用電壓，在進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時，有以下幾種試驗(yàn)類型：①短時(一分鐘)工頻試驗(yàn)；②長時間工頻試驗(yàn)：③操作沖擊試驗(yàn)；④雷電沖擊試驗(yàn)。對應(yīng)于設(shè)備絕緣可能承受的各種作用電壓，在進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時，有以要做到符合絕緣配合總的原則，必須計及不同電壓等級、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等諸因素的影響，具體情況，靈活處理。在不同電壓等級的系統(tǒng)中，正常運(yùn)行條件下的工頻電壓不會超過系統(tǒng)的最高工作電壓，這是絕緣配合的基本參數(shù)。然而，其他幾種作用電壓在絕緣配合中的作用則因系統(tǒng)電壓等級的不同而不同，因此在高壓及越高壓系統(tǒng)中絕緣配合的具體原則不同，絕緣試驗(yàn)類型的選擇亦有差別。首先，對不同電壓等級系統(tǒng)，配合原則是不同的。對220kV以下的電網(wǎng)，電氣設(shè)備的絕緣水平主要由大氣過電壓決定。對330kV及以上的超高壓絕緣配合中，操作過電壓將起主導(dǎo)作用。處在污穢地區(qū)的電網(wǎng)的外絕緣水平應(yīng)主要由系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓決定。在特高壓電網(wǎng)中，電網(wǎng)的絕緣水平可能由工頻過電壓及長時間工作電壓決定。要做到符合絕緣配合總的原則，必須計及不同電壓等級、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等第二，在技術(shù)上要力求做到作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合。為此要求具有一定伏秒特性和伏安特性的避雷器能將過電壓限制在設(shè)備絕緣耐受強(qiáng)度以下，這個要求是通過避雷器與設(shè)備絕緣強(qiáng)度的全伏秒特件配合來實(shí)現(xiàn)的。在絕緣配合中不考慮諧振過電壓。第三，為了兼顧設(shè)備造價、運(yùn)行費(fèi)用和停電損失等的綜合經(jīng)濟(jì)效益．絕緣配合的原則需因不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不同的地區(qū)以及不同的發(fā)展階段而有所不同。第四，對于輸電線路的絕緣水平，一般不需要考慮與變電所的絕緣配合。通常是以保證一定的耐雷水平為前提，基本上由工作電壓和操作過電壓決定。但是，在污穢地區(qū)或操作過電壓被限制到較低數(shù)值的情況下，線路絕緣水平則主要由最大工作電壓決定。第五，應(yīng)從運(yùn)行可靠性的角度出發(fā)，選擇合理的絕緣水平，以使各種作用電壓下設(shè)備絕緣的等效安全系數(shù)都大致相同。第二，在技術(shù)上要力求做到作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合。通常，除型式試驗(yàn)外，一般電氣設(shè)備出廠試驗(yàn)只做1min工頻耐壓試驗(yàn)。

1)試驗(yàn)的方便；2)在某種程度上雷電沖擊對絕緣的作用可用工頻電壓來等價。電氣設(shè)備的工頻試驗(yàn)電壓是按如下程序來確定的：工頻耐壓值，代表了絕緣對雷電、操作過電壓的總的耐受水平。

對于超高壓電氣設(shè)備(330-500kV)，考慮到操作波對絕緣作用的特殊性，還需規(guī)定操作、雷電沖擊試驗(yàn)電壓。通常，除型式試驗(yàn)外，一般電氣設(shè)備出廠試驗(yàn)只做1min工頻耐壓8.2.2絕緣配合的方法1.慣用法按作用在絕緣上的最大過電壓和最小的絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣配合的。即首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險的過電壓，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一個考慮各種因素的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。8.2.2絕緣配合的方法1.慣用法2.統(tǒng)計法統(tǒng)計法是根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐受強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的實(shí)際情況，在已知過電壓幅值和絕緣放電電壓的概率分布后，用計算的方法求出絕緣放電的概率和線路故障率，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，正確地確定絕緣水平。這種方法不僅定量地給出設(shè)計的安全裕度，并能按照使用設(shè)備費(fèi)、每年的運(yùn)行費(fèi)以及每年的事故損失費(fèi)的總和為最小的原則，確定一個輸電系統(tǒng)絕緣配合的最佳方案。過電壓概率密度函數(shù)；絕緣放電概率分布函數(shù)；設(shè)：二者互不相關(guān)(獨(dú)立)的f(U)dU：過電壓在U0附近dU范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率；P(U0)

：過電壓U0作用下絕緣放電的概率；由概率積分的計算公式得到出現(xiàn)這樣高的過電壓并使絕緣放電的概率是：2.統(tǒng)計法過電壓概率密度函數(shù)；設(shè)：二者互不相關(guān)(獨(dú)立)的f圖絕緣故障率的估算dR稱為微分故障率。通常只按過電壓的絕對值進(jìn)行統(tǒng)計(正、負(fù)極性約各占一半)，且高于最大運(yùn)行相電壓幅值U≥Upn時才作為過電壓，所以將上式在Upn到∞(或到某一值為止)積分可得故障率R，即一般，絕緣在負(fù)極性操作沖擊下的耐壓強(qiáng)度較高，若忽略負(fù)極性下的故障率，則絕緣在操作過電壓下故障率的估計值為絕緣強(qiáng)度↑，P(U)→，R↓，投資成本↑。8-28-18-3圖絕緣故障率的估算dR稱為微分故障率。通常只按過電壓的絕3.簡化統(tǒng)計法在簡化統(tǒng)計法中，對過電壓和絕緣特性兩條概率曲線的形狀作出一些通常認(rèn)為合理的假定，即假定它們均服從正態(tài)分布，而且己知它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為σ0及σi；則過電壓的概率密度函數(shù)f(u)及絕緣放電的概率函數(shù)P(u)：8-48-5由于在式(8-2)中u在-∞~0范圍內(nèi)用f(u)=0，以及u在0~Uphm范圍內(nèi)f(u)≈0,可得絕緣故障率為8-63.簡化統(tǒng)計法在簡化統(tǒng)計法中，對過電壓和絕緣特性兩條概率曲通過變量置換進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到：8-7Uao及Uai分別為過電壓的均值及絕緣的50％放電電壓。同理，若略去負(fù)極性下的故障率，得絕緣在操作過電壓下故障率的估算值：8-8因此只要已知Uao及Uai即可根據(jù)式(8-8)很快算得故障率R。國際電工委員會絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)推薦采用出現(xiàn)概率為2％的過電壓值為“統(tǒng)計過電壓”US，推薦閃絡(luò)概率為10％、即耐受概率為90％的電壓為絕緣的“統(tǒng)計耐受電壓”Uw，在這個基礎(chǔ)上可以得到不同的統(tǒng)計安全系數(shù)γ下絕緣的閃絡(luò)概率。通過變量置換進(jìn)行積分運(yùn)算，可以得到：8-7Uao及Uai分別因?yàn)樵谡龖B(tài)分布下因?yàn)樵谡龖B(tài)分布下8.2中性點(diǎn)接地方式的影響1.有效接地(包括直接接地及經(jīng)小阻抗接地)2.非有效接地(包括經(jīng)消弧線圈接地)。接地方式的選擇是個重要的綜合性問題，直接影響到設(shè)備絕緣水平的確定、系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、保護(hù)設(shè)備的工作條件以及對通信線路的干擾等。中性點(diǎn)接地方式的不同，使系統(tǒng)過電壓水平及其所決定的設(shè)備絕緣水平有很大的差異。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：8.2中性點(diǎn)接地方式的影響1.有效接地(包括直接接地及經(jīng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：①最大長期工作電壓(指相對地絕緣所承受的電壓)為相電壓。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相故障時并不立即跳閘，可以繼續(xù)帶故障運(yùn)行一定時間，因而它的最大長期工作電壓可達(dá)線電壓，即Un。考慮到調(diào)壓的需要，實(shí)際運(yùn)行電壓可能較Un高出10-15％，因此最大長期運(yùn)行電壓為(1.1-1.15)Un

。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)相電壓為220kV及以下取1.15;330kV及以上取1.1。這樣，對避雷器的滅弧條件比較有利，避雷器的閥片數(shù)目及間隙均可減少，避雷器的結(jié)構(gòu)尺寸可以減小。中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性：②大氣過電壓低。由于設(shè)備絕緣上所承受大氣過電壓的數(shù)值取決于避雷器的特性，而在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，根據(jù)較低的最大長期運(yùn)行電壓確定的閥片及間隙的數(shù)目也少，因此其殘壓和沖擊放電電爪也較中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)為低，一般約低20％。③內(nèi)部過電壓低。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過電壓是在線電壓的基礎(chǔ)上發(fā)生和發(fā)展的，而中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中內(nèi)部過電壓是在相電壓的基礎(chǔ)上發(fā)生和發(fā)展的，因而數(shù)值較低，一般較中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)低20％-30％?；谝陨先齻€方面的考慮，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的設(shè)備絕緣水平可比在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中降低20％左右。這正是超高壓系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地的方式的理由：減少絕緣費(fèi)用，降低造價。對低電壓等級，直接接地優(yōu)勢不突出且直接接地的缺點(diǎn)可成為主要問題。②大氣過電壓低。由于設(shè)備絕緣上所承受大氣過電壓的數(shù)值取決于避中性點(diǎn)直接接地的缺點(diǎn)是：①在電力系統(tǒng)中，單相接地故障所占比例很大，若中性點(diǎn)直接接地，一旦出現(xiàn)很大的單相短路電流，線路立即跳閘，不但給斷路器造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，也造成突然停電，影響供電的可靠性。②中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障電流很小，不會對鄰近通信線路產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾；而中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中很大的故障電流的電磁感應(yīng)作用很強(qiáng)，將在鄰近通信線路上產(chǎn)生很危驗(yàn)的感應(yīng)電壓，造成對設(shè)備或人身的危害。③中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，甚大的故障電流產(chǎn)生很大的電動力，可能造成電氣設(shè)備絕緣的損壞。中性點(diǎn)直接接地的缺點(diǎn)是：綜合以上所述優(yōu)、缺點(diǎn)，不同電壓等級的電網(wǎng)采取不同的中性點(diǎn)接地方式，以便兼顧電網(wǎng)運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性兩方面的要求。對于60kV及以下電壓等級的系統(tǒng)，我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)系統(tǒng)的具體條件，允許采用低電阻接地方式、高電阻接地方式，或消弧線因接地等非有效接地方式，后者雖然要求絕緣水平較高，但因電壓等級低，增加投資不多．卻可使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有所提高。對于110kv及以上電壓等級的系統(tǒng)，采用中性點(diǎn)直接接地方式，主要取其要求絕緣水平低的優(yōu)點(diǎn)，以降低絕緣投資，至于可靠性問題可以采取相應(yīng)措施解決之。例如，為解決頻繁跳閘問題，。一般全線架設(shè)避雷線，增加投資不多(對超高壓輸電線路)，卻可大大減少雷擊跳閘次數(shù)；還可以加裝自動重合閘裝置、提高運(yùn)行的可靠性，為減小故障電流，一般110kV系統(tǒng)中部分變壓器中性點(diǎn)絕緣。為防止對鄰近通信線的干擾，通常在設(shè)計線路時使其遠(yuǎn)離通信線路，或在通信線路上加裝保護(hù)裝置。綜合以上所述優(yōu)、缺點(diǎn)，不同電壓等級的電網(wǎng)采取不同的中性點(diǎn)接地通常以確定電力變壓器的絕緣水平為中心環(huán)節(jié)，再確定其它設(shè)備的絕緣水平。確定電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)是避雷器保護(hù)水平，即設(shè)備的絕緣水平與避雷器的保護(hù)水平進(jìn)行配合。避雷器的保護(hù)水平包括雷電沖擊保護(hù)水平（BIL）和操作沖擊水平(BSL)。確定雷電沖擊保護(hù)水平：變壓器的雷電沖擊耐受電壓和避雷器雷電沖擊保護(hù)水平之間應(yīng)取一定的安全裕度系數(shù)。當(dāng)電氣設(shè)備與避雷器緊靠時，安全系數(shù)取1.25，有一定距離時取1.4。8.2輸變電設(shè)備絕緣水平的確定雷電沖擊耐受電壓安全系數(shù)=雷電沖擊保護(hù)水平通常以確定電力變壓器的絕緣水平為中心環(huán)節(jié)，再確定其它設(shè)備的絕確定避雷器操作沖擊保護(hù)水平：變壓器的操作基本沖擊絕繞水平與避雷器被保護(hù)水平相配合，安全系數(shù)不低于1.15。對于用不同的避常器保護(hù)或非將效保護(hù)的設(shè)備，應(yīng)選用較高雷電沖擊耐受電壓及與之對應(yīng)的操作沖擊耐受電壓。有繞組絕緣的設(shè)備，應(yīng)作雷電沖擊截波試驗(yàn)。雷電沖擊截波耐受電壓幅值一般比全波幅值高出10％左右。確定避雷器操作沖擊保護(hù)水平：對于用不同的避常器保護(hù)或非將效保對330kV及以上電壓等級，在發(fā)電廠、變電站中決定空氣間隙的過電壓是操作過電壓。8.3輸電線路絕緣水平的確定包含確定絕緣子串的絕緣子片數(shù)及線路絕緣的空氣間隙。對330kV及以上電壓等級，在發(fā)電廠、變電站中決定空氣間隙的確定絕緣子的片數(shù)要求：①在工作電壓下不發(fā)生污閃；②下雨天在操作過電壓下不發(fā)生閃絡(luò)；③具有一定的雷電沖擊耐受強(qiáng)度，保證線路有一定的耐雷水平。8.3.1絕緣子片數(shù)的確定具體的作法:：1．按工作電壓下所要求的泄漏距離(爬電比距)sp決定所需絕緣子片數(shù)n：確定絕緣子的片數(shù)要求：8.3.1絕緣子片數(shù)的確定具體的作法:2．按內(nèi)部過電壓進(jìn)行驗(yàn)算增加一些絕緣子，以便出現(xiàn)零值絕緣子后，其余的絕緣子仍能耐受出現(xiàn)的操作過電壓。一般是用絕緣子串的工頻濕放電電壓來代替絕緣子串在內(nèi)部過電壓作用時的放電電壓。3.按大氣過電壓進(jìn)行驗(yàn)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?yàn)槟屠姿街饕Q于各項(xiàng)防雷措施的綜合效果，因此它僅作驗(yàn)算條件。在特殊高桿