14电力系统绝缘配合

第十四章 电力系统绝缘配合 第一节 概述 第二节 绝缘配合方法 第三节 输变电设备绝缘水平的确定 第四节 架空输电线路的绝缘配合

第一节 概述 一、绝缘配合的基本概念 二、绝缘配合的发展阶段

一、绝缘配合的基本概念所谓绝缘配合，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)、 保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、 维护费用和设备绝缘故障所引起的事故损失，达到 在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。绝缘配合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。

电力系统中存在着许多绝缘配合的问题，主要 有下述方面： 1. 架空线路与变电站之间的绝缘配合 2. 同杆架设的双回路线路之间的绝缘配合 3. 电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘配合

4. 各种外绝缘之间的绝缘配合5. 各种保护装置之间的绝缘配合 6. 被保护绝缘与保护装置之间的绝缘配合

二、绝缘配合的发展阶段1.多级配合 1940年以前，采用的多级配合的原则是：价格越 昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其 绝缘水平应选得越高。 2.两级配合 从20世纪40年代后期开始，阀式避雷器的保护特 性变成了绝缘配合的基础，只要将它的保护水平乘上 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.绝缘配合统计法 从20世纪60年代以来，国际上出现了一种新的绝 缘配合方法，称为“统计法”。它的主要原则如下： 规定出某一可以接受的绝缘故障，容许冒一定的风险。

第二节 绝缘配合方法 一、绝缘配合惯用法 二、绝缘配合统计法 三、简化统计法

一、绝缘配合惯用法惯用法是按作用在设备绝缘上的最大过电压和设 备最小绝缘强度相配合的方法，即首先确定设备尚可 能出现的最大过电压，然后根据运行经验，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) 电力系统在过电压保护措施、绝缘耐压试验项目、最 大工作电压倍数、绝缘裕度取值等方面都存在差异， 所以在作绝缘配合时，将电压等级分成下述两个范围： 范围I: 范围II:3.5kV U m ax 252 kVU m ax 252 kV

1.雷电过电压下的绝缘配合

电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用它 们的基本冲击绝缘水平(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 = KLU(PL) 式中，U(PL)为阀式避雷器在雷电过电压下的保护水 平(kV),通常简化为以配合电流下的残压UR作 为保护水平，KL为雷电过电压下的配合系数，其值 在1.2~1.4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：B IL (1.25 ~ 1.4)U R

2.操作过电压下的绝缘配合 在按内部过电压绝缘配合时，通常不考虑谐振过 电压，也不单独考虑工频电压升高。这样，按内部过 电压绝缘配合就归结为操作过电压下的绝缘配合。 这时可分为两种不同的情况来讨论： (1)变电站内所装的阀式避雷器只用作雷电过电压的 保护；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 耐受可能出现的内部过电压。表14-1 操作过电压计算倍数K0 系统额定电压/kV 66及以下 中性点接地方式 有效接地 相对地操作过电压计算倍数 4.0

35及以下110~220

经小电阻接地有效接地

3.23.0

我国标准对范围I的各级系统所推荐的操作过电 压计算倍数如表14-1所示。 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：SIL K s K 0U

式中，Ks为操作过电压下的配合系数，K0为操作过电 U 压计算倍数， 为相电压。

(2)对于范围II(EHV)的电力系统，过去采用的 操作过电压计算倍数：330kV时为2.75倍，500kV时 为2.0~2.2倍。 目前普遍采用氧化锌或磁吹避雷器来同时限制 雷电与操作过电压，故不采用上述计算倍数，因为 这时的最大操作过电压幅值将取决于避雷器在操作 过电压下保护水平。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：S IL K sUs

p(s)

K 式中， 为操作过电压下的配合系数， K

s

1.15 ~ 1.25。

3.工频绝缘水平的确定 为了更加可靠和直观，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 ①绝缘在工频工作电压、暂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； ②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 ①绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来 检验； ②绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来 检验。

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。 显然，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。 按照上述绝缘惯用法的计算，结合我国的实际 情况，并参考IEC推荐的绝缘配合标准，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。

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 绝缘故障率的估算R

P (U ) f ( U ) d U

U

三、简化统计法在实际工程中采用上述绝缘配合统计法来进行 绝缘配合，是相当繁复和困难的。为此IEC又推荐了 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， 并已知它们的标准偏差。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联系着：K S UW /U S

在过电压保持不变的情况下，如提高绝缘水平， 其统计绝缘耐压和统计安全因数均相应增大、绝缘 故障率减小。

第三节 输变电设备绝缘水平的确定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配合 由绝缘配合惯用法可知：变压器的雷电冲击耐受 电压和避雷器保护水平之间应取一定的安全裕度系 数。当电气设备(如变压器)与避雷器紧靠时，安 全系数取1.25,有一定距离时取1.4。

2. 操作过电压下的绝缘配合 采用磁吹避雷器保护变压器的操作基本冲击绝缘 水平与避雷器的保护水平相配和，安全系数在 1.15~1.25范围内。