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1、第三篇 电力系统过电压与绝缘配合,第十章 电力系统绝缘配合, 10.1 绝缘配合基本概念,根本任务：根据电气设备所在系统中可能出现的各种电气应力（工作电压合各种过电压），并考虑保护装置的保护性能合绝缘的电气特性，适当选择设备的绝缘水平，使之在各种电气应力的作用下，绝缘故障率和事故损失均处于经济上和运行上都能够承受的范围之内。,绝缘配合的经济性,投资费用,运行维护费用,事故损失,绝缘配合的经济性,绝缘配合的核心问题,确定各种电气设备的绝缘水平,确定各种电气设备的绝缘水平是一件很容易的事情吗,绝缘配合举例,1.架空线路与变电所之间的绝缘配合,电网发展的早期两者如何配合,现代电网两者如何配合,2.同
2、杆架设的双回线路之间的绝缘配合,3.电气设备内绝缘和外绝缘之间的配合,4.各种外绝缘之间的配合,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配合,绝缘配合的发展过程：,1.多级配合（1940年以前）,原则：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应选的越高,变电所绝缘大于线路绝缘,内绝缘大于外绝缘,2.两级配合（1940年以前）,理论基础：各设备的绝缘都接受避雷器的保护，其绝缘仅仅需要和避雷器进行绝缘配合。只要将避雷器的保护水平乘上一个系数就可以确定设备的绝缘水平。,评价：该绝缘配合方法直至今日仍在广泛使用,3.绝缘配合统计法（60年代开始出现）,目的：获
3、得优化的总经济指标。,原则：电力系统中的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在任何过电压下都不发生任何闪络或击穿现象过于保守。因此可以规定出某一可以接受的故障率，容许冒一定的风险，进行绝缘配合, 10.2 中性点接地方式对绝缘配水平的影响,中性点接地方式,非有效接地,有效接地,最大长期工作电压,雷电过电压,雷电过电压的幅值和中性点的运行方式有关,不管原有雷电波的幅值有多大，实际作用到绝缘上的雷电过电压的幅值均取决于阀式避雷器的保护水平。而阀式避雷器的灭弧电压是按最大长期工作电压选择的，因而有效接地系统中所选用的避雷器的灭弧电压较低，相应的冲击放电电压和残压也低。,内部过电压,非有效接地
4、,有效接地,内部过电压在相电压的基础上产生,内部过电压有可能在线电压的基础上产生线, 10.3 绝缘配合惯用法,理论基础：确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平(避雷器上可能出现的最大电压)。在避雷器的保护水平上再乘以一个配合系数(考虑一些影响因素和必要的安全裕度)就得到了设备应有的绝缘水平。,绝缘配合的两个电压范围：,范围1（高压）：,范围2（超高压）：,系统的 最大工作电压,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他们的基本冲击绝缘水平（BIL）来表示：,雷电过电压下的配合系数,避雷器的保护水平,操作过电压下的绝缘配合,1.变电所装设的阀式避雷器只用于雷电过电压
5、的保护(电压范围1)；,对这一类变电所来说：其操作冲击绝缘水平(SIL)可按下式求得：,操作过电压计算倍数,操作过电压下的配合系数,操作过电压计算倍数,2.EHV(电压范围2)电力系统（操作过电压的幅值得到避雷器的限制）：,此时，操作过电压的幅值取决于避雷器在操作过电压下的保护水平。这一类变电所电气设备的操作冲击绝缘水平为：,操作过电压下的配合系数,操作过电压下的配合系数ks取值范围在1.151.25之间，小于雷电过电压下的配合系数kl （1.2-1.4）。,工频绝缘水平的确定,如何检测电气设备的绝缘是否达到了规定的BIL和SIL,超高压设备：进行雷电冲击和操作冲击耐压实验,高压设备：用简单的
6、高压实验（短时（1min）工频耐压实验）去等效检测,长时间工频高压试验,为了检测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影响，需要进行长时间工频高压实验, 10.4 架空输电线路的绝缘配合,主要内容：,1.线路绝缘子串的选择,2.确定线路上各空气间隙的极间距离空气间距,常用方法：,惯用法,一、绝缘子串的选择,1.在工作电压下不发生污闪,2.在操作电压下不发生湿闪,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。,线路绝缘子串满足的要求：,选择顺序：,1.根据机械负荷和环境条件选定所用悬式绝缘子的型号；,2.按工作电压所要求的泄漏距离选择串中片
7、数；,3.按操作过电压的要求计算应有的片数；,4.按上面2，3步所得片数的较大者，校验该线路的耐雷水平和雷击跳闸率是否符合规定要求；,（一）、按工作电压要求,爬电比距,绝缘子串的片数,绝缘子爬电距离有效系数,单片绝缘子的几何爬电距离,系统最高工作（线）电压有效值(kV),绝缘子串的爬电比距：,由各种绝缘子几何泄漏距离对提高提高污闪电压的有效性来确定。,为避免工作电压下发生污闪则有：,注意：该式中的爬电比矩是根据实际运行经验求出来的，因此求出来的片数已经包括零值绝缘子。,Case：,处于清洁区（0级，爬电比距为1.39）的110kV线路采用的是XP70型悬式绝缘子（ ），式按工作电压要求计算应有
8、的片数n1,(二)、按操作过电压要求：,绝缘子串（XP70，X4.5）的工频湿闪电压幅值（用来代替绝缘子串在操作波下的湿闪电压）：,电网中操作过电压的计算幅值：,由n2片绝缘子组成的绝缘子串的工频湿闪电压幅值为：,考虑到零值绝缘子的片数n0 有：,零值绝缘子的片数,Case：,试按操作过电压的要求，计算110kV线路的XP70型绝缘子串应有的片数n2 ：,解：该绝缘子串应有的工频湿闪电压幅值为：,将应有的UW代入可得：,最后应得出的片数：,各级电压线路悬垂串应有的绝缘子片数,注意：绝缘子均为XP70或X4.5型。,如果以知绝缘子串的 （正极性）与片数的关系，则可以用如下方法确定绝缘子串的片数：
9、,绝缘子串操作过电压配合系数（与电压有关）,(三)、按雷电过电压要求：,根据前两步确定的片数校验线路的耐雷水平和雷击跳闸率是否满足要求。,如果不满足咋办,二、空气间距的选择,输电线路上的空气间隙包括：,1.导线对地面(地面行人和车辆的安全等),2.导线之间(相间过电压，不同步舞动),3.导地线之间(雷击档距中央不导致击穿),4.导线与杆塔之间,为了使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力得到充分的发挥，应该使气隙（导线与杆塔）的击穿电压与绝缘子串的闪络电压大致相等。,风力使绝缘子串发生偏移会改变气隙的大小,如何考虑风力的影响,（一）工作电压要求的净间距S0,S0的工频击穿电压幅值：,（二）操作过电压要求的净间距Ss,要求Ss的正极性操作冲击波下的50击穿电压：,如果缺乏空气间隙50操作冲击击穿电压的实验数据（该电压与空气间隙距离的关系）该咋办,（三）雷击过电压要求的净间距Sl,取Sl的50雷击冲击击穿电压U50（l）等于绝缘串的50雷电冲击闪络电压UCFO的85，即：,绝缘子处于垂直状态时，对杆塔应有的水平距离：,绝缘子串的长度, 10.5 绝缘配合统计法,绝缘配合惯用法的缺陷,技术上,经济上,过电压幅值的概率密度函数,绝缘的击穿（闪络）的概率密度函数,幅值为 的过电压使绝缘发生击穿的概率为（微分故障率）：,绝缘故障率：,