高电压技术-第8章-电力系统的绝缘配合程

第八章电力系统的绝缘配合本章主要介绍220kV及以下电力系统绝缘配合的基本内容、常用方法以及在输变电设备、输电线路绝缘配合中的应用。主要内容第一节绝缘配合的基本概念第二节线路和变电所外绝缘的绝缘配合第三节电气设备试验电压的确定第一节绝缘配合的基本概念一、绝缘配合的基本内容其根本任务是正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，合理地确定电气设备的绝缘水平，使设备造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故损失费用三者总和为最小。电力系统绝缘配合是指综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备的绝缘特性对作用电压的耐受特性之间的关系。在此电压作用下，绝缘不应发生闪络、放电或其他损坏现象，同一设备绝缘在不同的作用电压下，其绝缘水平也是不同的。绝缘配合的核心问题——确定各种电气设备的绝缘水平。电气设备的绝缘水平是用电气设备可以承受的试验电压值表示的。通常，除了型式试验和操作冲击试验外，对于3～220kV的低、中、高压系统，因操作或雷电冲击电压对绝缘的作用可用工频电压等效，所以，一般对电气设备只作1min工频耐压试验，可按如下程序确定：其中β1、β2为雷电冲击和操作冲击电压的冲击系数。12大气过电压下避雷器的残压大气过电压下避雷器的残压雷电冲击耐受电压操作冲击耐受电压÷β1÷β2等效工额耐受电压等效工额耐受电压工频实验电压比较取大者二、绝缘配合的基本方法电力系统绝缘配合所采用的方法有：惯用法、统计法和简易统计法。目前，除了在330kV及以上的超高压线路绝缘的设计中采用统计法外，在其它情况下主要采用惯用法。惯用法是按作用在绝缘上的最大过电压和最小绝缘强度的概念进行配合的，要求设备绝缘的最低抗电强度高于可能作用于设备的预期过电压值，并留有一定的裕度。1.确定设备上可能出现的最危险的过电压2.根据运行经验乘上一个考虑各种过电压因素的影响和一定裕度的系数3.决定绝缘应耐受的电压水平。•由于过电压幅值及绝缘强度都是随机变量，很难按照一个严格的规则去估计它们的上限和下限值，因此，用这一原则选定绝缘常要求有较大的裕度。由于不同电压等级在过电压保护措施、绝缘耐压试验项目、绝缘裕度等方面的差异，在进行电力系统绝缘配合时，按系统最高运行电压将全电压等级分为两个电压范围：范围I：3.5kV≤Um≤252kV；范围II：Um≥252kV第二节线路和变电所外绝缘的绝缘配合（一）按工作电压确定每串绝缘子的片数绝缘子串在工作电压下不应发生污闪事故，所以绝缘子串应有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）一、绝缘子串绝缘子片数的确定在确定线路的绝缘水平时，需确定线路绝缘子的型号和绝缘子串的片数，以及确定线路绝缘中的各个空气间隙。meULnK0n－每串绝缘子的片数；L0－每片绝缘子的几何爬电距离(cm)；Um－系统最高工作线电压有效值(kV)；Ke－绝缘子爬电距离有效系数，主要由各种绝缘子几何泄漏距离对提高污闪电压的有效性来确定。n（8－1）各污秽等级所要求的爬电比距值如表8-1所示由此可得出根据最高工作线电压确定每串绝缘子的片数为：01LKUnem（8-2）（二）按操作过电压确定每串绝缘子的片数绝缘子串在操作过电压下不应发生湿闪，应大于可能出现的操作过电压，并留有l0％的裕度。此时，由应有的绝缘子片数组成的绝缘子串的工频湿闪电压幅值应为：K0－操作过电压计算倍数，见表8-1；UΦ－绝缘运行相电压；1.1－综合考虑各种影响因素和必要裕度的一个综合修正系数。UKUW01.1（8-3）在实际运行中，还要考虑零值绝缘子存在的可能性，因此每串绝缘子片数应为：0'22nnn（8-4）式中n0为预留的零值绝缘子片数，见表8-2（三）按雷电过电压确定每串绝缘子的片数要求具有一定的雷电冲击绝缘水平，保证线路的耐雷水平和雷击跳闸率满足规定要求。一般情况下，按雷电过电压要求的片数通常不一定就大于和，雷电过电压不一定成为确定值的决定性因素。但在特殊高杆塔或高海拨地区，则会大于和。表8-3为各级电压线路直线杆每串绝缘子片数。二、线路空气间隙的确定输电线路的绝缘水平还取决于线路上各种空气间隙的极间距离，架空输电线路的空气间隙主要有：导线对大地、导线对导线、导线对架空地线、导线对杆塔及横担。导线对地面的高度主要是考虑穿越导线下的最高物体与导线间的安全距离，在超高压输电线下还应考虑对地面物体的静电感应问题。导线间的距离主要由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时能耐受工作电压的最小间隙来确定，在低电压等级时以不碰线为原则。导线对架空地线间的间隙，由雷击避雷线挡距中间不引起对导线的空气间隙击穿的条件来确定。就确定线路绝缘水平来说，主要是指确定导线对杆塔的空气间隙距离。在确定导线对杆塔间隙的大小时，必须考虑导线因风力作用而使绝缘子串倾偏摇摆偏向杆塔的偏角，如图8-1所示。lSLPPSSSLS图8-1绝缘子串风偏角及其对杆塔的距离S示意图由于工作电压长时间作用在导线上，故应按20年一遇的最大风速考虑，约25~35m/s，最大风偏角为θp。在内部过电压作用下，按最大风速的50％计算，风偏角为θs。在大气过电压作用下，通常取风速为10～15m/s，风偏角为θL。（一）按工作电压确定风偏后的间隙Sp在间隙为Sp时应保证在最高工作电压下不放电，其工频放电电压为50~1φUKU（8－5）K1——安全系数，它综合考虑了电压波形、气象条件、海拔高度、安全裕度等各种因素的影响，K1取值范围如表8-4所示。（二）按操作过电压确定风偏后的间隙Ss在间隙为Ss时应保证在操作过电压下不发生闪络，其等值工频放电电压为)%(50SU220φSKUKKU（8－6）K2——空气间隙操作配合系数，对范围I取1.03，对范围II取1.1；Us——配合计算用最大操作过电压；K0——操作过电压计算倍数。（三）按雷电过电压确定绝缘子串风偏后的空气间隙SL应使间隙冲击强度与非污秽地区绝缘子串的冲击放电电压相适应，运行经验表明：SL在雷电冲击波下50％放电电压U50％(L)取为绝缘子串的50％雷电冲击闪络电压UCFO的85％，即UCFOUU50％(L)＝0.85(8－7)目的是尽量减少绝缘子串沿面闪络的概率，以免损坏绝缘子沿面绝缘。三者中最大值为导线与杆塔之间的最小水平距离。LLLsinLSl及SSSsinLSl、PPPsinLSl取表8-5列出各级电压线路最小空气间隙值，一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。第三节电气设备试验电压的确定确定电气设备的绝缘水平即是确定其耐受电压试验值，包括额定短时工频耐受电压、额定雷电冲击耐受电压和额定操作冲击耐受电压等。额定短时工频耐受电压，即1min工频试验电压；额定雷电冲击耐受电压，用全波雷电冲击电压进行试验，称为基本冲击绝缘水平（BIL）；额定操作冲击耐受电压，用规定波形操作冲击电压进行，称为操作冲击绝缘水平（SIL）。一、变电所内、外绝缘的冲击绝缘水平(8－8)（1）基本冲击绝缘水平。电气设备内绝缘的1.2／50s全波冲击试验电压按下式决定BIL＝1.1(1.1Uc。.5十15)(kV)式中Uc。.5——阀型避雷器5kA（或10kA）残压。（2）全波试验电压。一般电器的积累效应较变压器小，但其离避雷器的距离较远，所以仍按式(8-8)决定全波试验电压。（4）截波试验电压。截波试验电压U1.5/2可按下式计算U1.5/2＝1.251.15(1.1Uc.5十15)(kV)(8-10)（3）不加激磁时的冲击试验电压。考虑到雷电过电压的极性与工频运行电压的极性相反的概率，不加激磁时的冲击试验电压为BIL＝1.1(1.1Uc.5+15)+(kV)(8-9)22eU（5）外绝缘的全波试验电压。外绝缘的实验电压可按下式计算Uω1.5/40=(8-11)(kV)c.51.1150.84U（6）外绝缘截波试验电压。外绝缘的截波试验电压为Uω1.5/2=(KV)(8-12)式中0.84为海拔1000m及以下地区综合气压、温度和湿度的修正系数。c.51.25(1.115)0.84U二、内、外绝缘的工频试验电压(1)内绝缘1min工频试验电压。内绝缘工频试验电压为U50~=(0.56~0.54)K0UN(kV)(有效值)(8－13)式中UN——系统额定电压；还应将冲击绝缘水平除以冲击系数换算成等效工频电压，与由式(10-10)所得结果进行比较，以较高的值选定为绝缘的工频试验电压。(2)外绝缘的工频试验电压。因为晴雨天气对户外设备有很大影响，因此对户外设备的外绝缘采用淋雨试验电压，对户内设备的外绝缘采用干状态试验电压。50~0N0.79wgUKU(kV)（有效值）(8－14)50~0N0.645wsUKU(kV)（有效值）(8－15)—外绝缘工频干试验电压；—外绝缘工频湿试验电压。~50gwU~50swU三、绝缘配合计算示例例题：已知系统额定电压UN=220kV，FZ-220避雷器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算倍数K0=3，试计算各种试验电压。解：1．变压器内绝缘的全波冲击试验BIL＝1.1(1.1Uc.5十15)＝1.1(1.1×670+15)=827.2kV2．变压器内绝缘无激磁时全波冲击试验电压BIL＝1.1(1.1Uc.5+15)+＝1.1(1.1×670+15)+=981kV2202N22U3．内绝缘的截波试验电压U1.5/2＝1.251.15(1.1Uc.5十15)=1.25×1.15(1.1×670+15)=1081kV例题：已知系统额定电压UN=220kV，FZ-220避雷器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算倍数K0=3，试计算各种试验电压。4．外绝缘的全波冲击试验电压由式(8-11)得例题：已知系统额定电压UN=220kV，FZ-220避雷器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算倍数K0=3，试计算各种试验电压。1.1670+15895.3kV0.84=c.51.1150.84UUω1.5/40=5．外绝缘的截波冲击试验电压1.25(1.1670+15)1119kV0.84=c.51.25(1.115)0.84UUω1.5/2=例题：已知系统额定电压UN=220kV，FZ-220避雷器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算倍数K0=3，试计算各种试验电压。6．内绝缘的工频试验电压U50~==(0.56~0.54)K0UN=0.56×3×220＝369.6(kV)(有效值)但还需按全波冲击试验电压827.2kV除以绝缘的冲击系数来核算，由试验得知，所以内绝缘的工频试验电压不应小于827.2395.3kV1.482外绝缘的工频干试验电压由式(8-14)得例题：已知系统额定电压UN=220kV，FZ-220避雷器5kA下的残压为U＝664~670kV，内过电压计算倍数K0=3，试计算各种试验电压。Uω•g•50~＝0.79×3×220＝521.4(kV)(有效值)外绝缘的工频湿试验电压由式(8-15)得Uω•s•50~＝0.654×3×220＝431.6(kV)(有效值)