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HUST_CEEE,HUST_CEEE,*,华中科技大学电气学院,*,第十四章 电力系统绝缘协作,第一节 概述,其次节 绝缘协作方法,第三节 输变电设备绝缘水平确实定,第四节 架空输电线路的绝缘协作,第一节 概述,一、绝缘协作的根本概念,所谓绝缘协作，就是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和过电压、爱护装置的特性和设备绝缘对各种工作电压的耐受特性，合理选择设备的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝原因障所引起的事故损失，到达在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。,绝缘协作的目的就是确定各种电气设备的绝缘水平，它是绝缘设计的首要前提，而设备的绝缘水平是用设备绝缘可以耐受的试验电压值表征。(2023单)电力系统中存在着很多绝缘协作的问题，主要有下述方面：,架空线路与变电站之间的绝缘协作；,同杆架设的双回路线路之间的绝缘协作；,电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘协作；,各种外绝缘之间的绝缘协作；,各种爱护装置之间的绝缘协作；,被爱护绝缘与爱护装置之间的绝缘协作。,二、绝缘协作的进展阶段,1多级协作,1940年以前，承受的多级协作的原则是：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严峻的绝缘构造，其绝缘水平应选得越高。,2两级协作,从20世纪40年月后期开头，阀式避雷器的爱护特性变成了绝缘协作的根底，只要将它的爱护水平乘上一个综合考虑各种影响因素和必要裕度的系数，就能确定绝缘应有的耐压水平惯用法。,3绝缘协作统计法,从20世纪60年月以来，国际上消失了一种新的绝缘协作方法，称为“统计法”。它的主要原则如下：规定出某一可以承受的绝原因障，容许冒肯定的风险。,第一节 概述,一、绝缘协作惯用法,惯用法是按作用在设备绝缘上的最大过电压和设备最小绝缘强度相协作的方法，即首先确定设备上可能消失的最大过电压，然后依据运行阅历，考虑适当的安全裕度来确定绝缘应耐受的电压水平。,由于220kV(其最大工作电压为252kV)及以下电压等级指高压和220kV以上电压等级指超高压电力系统在过电压爱护措施、绝缘耐压试验工程、最大工作电压倍数、绝缘裕度取值等方面都存在差异，所以在作绝缘协作时，将电压等级分成下述两个范围：,范围I：3.5kVUmax252kV,范围II：Umax252kV,其次节 绝缘协作方法,1雷电过电压下的绝缘协作,电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用它们的根本冲击绝缘水平BIL来表示，有时亦称为额定雷电冲击耐压水平，可由下式求得：,BIL=KLUP(L),式中，UP(L)为阀式避雷器在雷电过电压下的爱护水平kV，通常简化为以协作电流下的残压UR作为爱护水平，KL为雷电过电压下的协作系数，其值在1.21.4的范围内。,国际电工委员会IEC规定KL 1.2；我国规定：电气设备与避雷器相距很近时取1.25，相距较远时取1.4，即：,BIL1.251.4UR,其次节 绝缘协作方法,2操作过电压下的绝缘协作,在按内部过电压绝缘协作时，通常不考虑谐振过电压，也不单独考虑工频电压上升。这样，按内部过电压绝缘协作就归结为操作过电压下的绝缘协作。这时可分为两种不同的状况来争论：,1变电站内所装的阀式避雷器只用作雷电过电压的爱护；对于内部过电压，避雷器不动作以免损坏，但依靠别的降压或限压措施加以抑制，而绝缘本身应能耐受可能消失的内部过电压。,我国标准对范围I的各级系统所推举的操作过电压计算倍数如表14-1所示。,3.0,有效接地,110,220,3.2,经小电阻接地,35,及以下,4.0,有效接地,66,及以下,相对地操作过电压计算倍数,中性点接地方式,系统额定电压,/kV,表,14-1,操作过电压计算倍数,K,0,其次节 绝缘协作方法,对于这一类变电站中的电气设备来说，其操作冲击绝缘水平SIL，有时亦称额定操作冲击耐压水平，可按下式求得：SILKSK0U,式中，Ks为操作过电压下的协作系数，K0为操作过电压计算倍数，U为相电压。,2对于范围IIEHV的电力系统，过去承受的操作过电压计算倍数：330kV时为2.75倍，500kV时为2.02.2倍。,目前普遍承受氧化锌或磁吹避雷器来同时限制雷电与操作过电压，故不承受上述计算倍数，由于这时的最大操作过电压幅值将取决于避雷器在操作过电压下爱护水平UP(S)。对于这一类变电站的电气设备来说，其操作冲击绝缘水平应按下式计算：SILKS UP(S),式中，KS为操作过电压下的协作系数，KS1.151.25。,其次节 绝缘协作方法,3工频绝缘水平确实定,假设在进展工频耐压试验时所承受的试验电压比被试设备的额定电压略高，那么试验的目的只限于检验绝缘在工频工作电压和工频电压上升下的的电气性能。但是实际上，短时1min工频耐压试验所承受的试验电压值比额定相电压要高出数倍，其目的和作用是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验，等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度。所以，凡经短时1min工频耐压试验合格的设备绝缘在雷电和操作过电压下均能牢靠地运行。,为了更加牢靠和直观，国际电工委员会IEC作如下补充规定：,(1)对于300kV以下的电气设备,绝缘在工频工作电压、临时过电压和操作过电压下的性能用短时1min工频耐压试验来检验；,绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。,(2)对于300kV及以上的电气设备,绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验；,绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。,其次节 绝缘协作方法,4长时间工频高压试验,当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，尚需作长时间工频高压试验。,明显，由于试验的目的不同，长时间工频高压试验时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频耐压试验不同。,依据上述绝缘惯用法的计算，结合我国的实际状况，并参考IEC推举的绝缘协作标准，我国国家标准GB311.1-83对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平都有相应规定。,其次节 绝缘协作方法,二、绝缘配合统计法,采用绝缘配合统计法作绝缘配合的前提是充分掌握作为随机变量的各种过电压和各种绝缘电气强度的统计特性（概率密度、分布函数等）。,假定电压幅值的概率密度函数为,f(U),，,绝缘的击穿（或闪络）概率分布函数为,P(U),，且,f(U),与,P(U),互不相关，则绝缘在过电压作用下遭到损坏的故障概率为,：,图,14-1,给出了绝缘故障率的,估算区域。,图,14-1,绝缘故障率的估算,其次节 绝缘协作方法,三、简化统计法,在实际工程中承受上述绝缘协作统计法来进展绝缘协作，是相当繁复和困难的。为此IEC又推举了一种简化统计法，以利实际应用。,在简化统计法中，对过电压和绝缘电气强度的统计规律作了某些假设，例如假定它们均为正态分布，并它们的标准偏差。这样一来，它们的概率分布曲线就可以用与某一参考概率相对应的点来表示，分别称为统计过电压US和统计绝缘耐压UW。它们之间由一个统计安全因数KS联系：KSUW/US,在过电压保持不变的状况下提高绝缘水平，其统计绝缘耐压和统计安全因数均相应增大、绝原因障率减小。,其次节 绝缘协作方法,在变电站的诸多电气设备中，电力变压器是最重要的电力设备，因此通常以确定变压器的绝缘水平为中心环节。,1.雷电过电压下的绝缘协作,由绝缘协作惯用法可知：变压器的雷电冲击耐受电压和避雷器爱护水平之间应取肯定的安全裕度系数。当电气设备如变压器与避雷器紧靠时，安全系数取1.25，有肯定距离时取1.4。,2.操作过电压下的绝缘协作,承受磁吹避雷器爱护变压器的操作根本冲击绝缘水平与避雷器的爱护水平相配和，安全系数在1.151.25范围内。,第三节 输变电设备绝缘水平确实定,额定电压,最高工,作电压,额定操作冲,击耐受电压,额定雷电冲,击耐受电压,额定短时工,频耐受电压,有效值,/kV,峰值,/kV,相对地过电压（标么值）,峰值,/kV,有效值,/kV,I,II,I,II,3,3.5,20,40,10,18,6,6.9,40,60,20,23,10,11.5,60,75,28,30,15,17.5,75,105,38,40,20,23.0,125,50,35,40.5,185/200*,80,63,69.0,325,140,110,126.0,450/480*,185,表,14-2,3500kV,输变电设备的基准绝缘水平,第三节 输变电设备绝缘水平确实定,II,I,II,I,有效值,/kV,峰值,/kV,相对地过电压（标么值）,峰值,/kV,有效值,/kV,额定短时工,频耐受电压,额定雷电冲,击耐受电压,额定操作冲,击耐受电压,最高工,作电压,额定电压,（,680,）,1550,2.62,1175,（,630,）,1425,2.34,1050,550.0,500,（,510,）,1175,3.19,950,（,460,）,1050,2.85,850,363.0,330,395,950,360,850,252.0,220,表,14-2,3500kV,输变电设备的基准绝缘水平（续）,用于,15kV,及,20kV,电压等级的发电机回路的设备，其额定短时工频耐受电压一般提高,12,级。,对于额定短时工频耐受电压，干试和湿试选用同一数值，括号内数值为,330500kV,设备额定短时工频耐受电压，供参考。,*,仅用于变压器内设备的绝缘。,第三节 输变电设备绝缘水平确实定,一、绝缘子串的选择,线路绝缘子串应满足下述三方面的要求；,(1)在工作电压下不发生污闪；,(2)在操作过电压下不发生湿闪；,(3)具有足够的雷电冲击绝缘水平，能保证线路的耐雷水平与雷击跳闸率满足规定要求。,通常按以下挨次进展选择：,依据机械负荷和环境条件选定所用悬式绝缘子的型号;按工作电压所要求的泄漏距离选择串中片数;按操作过电压的要求计算应有的片数;按上面、所得片数中的较大者，校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸是否符合规定要求。,第四节 架空输电线路的绝缘协作,第一节 概述,一、绝缘子串的选择,线路绝缘子串应满足下述三方面的要求：,1)在工作电压下不发生污闪；,2)在操作过电压下不发生湿闪；,3)具有足够的雷电冲击绝缘水平，能保证线路的耐雷水平与雷击跳闸率满足规定要求。,通常按以下挨次进展选择：,依据机械负荷和环境条件选定所用悬式绝缘子的型号;,按工作电压所要求的泄漏距离选择串中片数;,按操作过电压的要求计算应有的片数;,按上面、所得片数中的较大者，校验该线路的耐雷水平与雷击跳闸是否符合规定要求。,1按工作电压要求,为了防止绝缘子串在工作电压下发生污闪事故，绝缘子串应有足够的沿面爬电距离。设每片绝缘子的几何爬电距离为L0(cm)，则总爬电比距为：nKeL0/Umaxcm/kV,为了避开污闪事故，所需的绝缘子片数应为：n1Umax/KeL0,按上式求得的片数n1，其中已包括零值绝缘子指串中已丧失绝缘性能的绝缘子，故不需要增加零值片数，能适用于中性点接地方式的电网。,2按操作过电压要求,绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。最常用的XP-70或X-4.5型绝缘子的工频湿闪电压幅值可利用下面的阅历公式求得,UW60n14kV,绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持肯定裕度的前提下，应大于可能消失的过电压，裕度一般取10。此时应有的绝缘子片数为n2，则由n2片组成的绝缘子串的工频湿闪电压幅值应为：,UW1.1 K0UkV,第四节 架空输电线路的绝缘协作,在实际工作中，利用上两式求得应有的n”2值后，再考虑需增加的零值绝缘子片数n0后，最终得出的操作过电压所要求的片数为：n2n”2n0,我国规定应预留的零值绝缘子片数，如表14-3所示。,3,2,2,1,n,0,耐张串,悬垂串,耐张串,悬垂串,绝缘子串类型,330500,35220,额定电压,/kV,表,14-3,零值绝缘子片数,n,0,表,14-4,各级电压线路悬垂串应有的绝缘子片数,28,19,13,7,5,3,实际采用值,n,22,17,12,7,5,3,n,2,28,19,13,7,4,2,n,1,500,330,220,110,6
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