交流电力系统过电压防护及绝缘配合

目录

前言

1 防雷保护计算中雷电放电基本特征和参数

1．1关于雷电放电简述

1．2雷电放电参数

1．2．1主放电通道波阻

1．2．2雷电流波形

1．2．3雷电流幅值概率分布

1．2．4雷电流陡度概率分布

1．2．5雷电流极性

1．2．6俄1999《导则》推荐架空线路和变电所防雷保护计算中使用的雷电参数

1．2．7重复放电次数及对地输送的电荷量

1．3雷电活动与气象条件的关系

1．4雷击的选择性和易击点

1．5电力系统物体被雷击次数估算

1．6雷电过电压

2 避雷针(线)

2．1避雷针(线)的防雷保护原理

2．2避雷针(线)的保护范围

2．3电力行业标准DL/T 620—1997有关规定

2．3．1单支避雷针的保护范围

2．3．2两支等高避雷针的保护范围

2．3．3多支等高避雷针的保护范围

2．3．4避雷线的保护范围

2．3．4．1单根避雷线的保护范围

2．3．4．2两根等高平行避雷线的保护范围

2．3．5不等高避雷针(线)的保护范围

2．3．6斜坡地面设置的避雷针(线)的保护范围

2．3．7相互靠近的避雷针和避雷线的联合保护范围

2．4避雷针高度超过120m的保护范围

2．5避雷针(线)及接地引流线的配置

3 防雷接地装置

4 金属氧化物避雷器（限压器）

5 3～66kV电网中性点接地方式和内过电压防护

6 3～35kV架空线路防雷保护

7 架空线路防雷保护

8 发变电所防雷保护

9 直配旋转电机防雷保护

10 6～10kV配电网防雷保护

11 110kV及以上电网内过电压防护

12 交流电力系统绝缘配合

附录A全世界实践的发电机和发电机升压变压器线圈中性点接地方式的征询调研报告

附录B ABB公司交流高压ExuM型WGMOA选择导则

附录C ABB公司交流电站(变电站)保护用的WGMOA应用导则

附录D ABB公司交流EXLIM型WGMOA限制输电线路操作过电压的应用导则

附录E通信微波站的防雷保护

附录F俄1999年制订的《6～1150kv电网雷电和内过电压防护导则》

附录5《载流体至110～750kv室外配电装置和110～330kV室内配电装置各种部件在明亮(受光)处最小允许距离，OпH保护水平为相对地1．8倍》

附录G俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录30——《110～1150kV变电所防雷保护计算方法和替代结线编制实例》

附录H俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录31——俄国家电力科学研究院(BHииэ)开发的《利用蒙特卡洛(Monte Carlo)统计试验方法对变电所防雷保护可靠性指标进行评估》的方法和图表

附录I俄1999年制订的《6～1150kv电网雷电和内过电压防护导则》

附录33——俄国立圣·彼得堡技术大学(CпBITY)(前身为苏联国立列宁格勒加里宁工学院——删)开发的《变电所连同架空线路为一整体的防雷保护统计分析方法》的方法和图表

附录J俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录1——《操作过电压对输电绝缘和电流负载对过电压限制器(OпH——交流无间隙金属氧化物非线性电阻器)的年作用次数评估》

附录K俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录2——《谐振过电压数值计算及其防护措施有效性评估方法》

附录L俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录3——《确定被操作输电自由振荡频率中最小的频率图》

附录M IEC推荐的GIS及其内部设备的试验电压

附录N俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录6——《110～1150kV OпH(在内过电压动作负载下)服役期望期(年)计算方法》

附录O俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录7——《GIS—KPYэ供电单元变压器(自耦变压器)绝缘防雷保护系统选择实例》

附录P俄1999年制订的《6～1150kV电网雷电和内过电压防护导则》

附录8——《～(在内过电压动作负载下)服役期望期(年)计算实例》2100433B

为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压，简称为过电压防护。

通常采用高压并联电抗器、静止无功补偿器限制工频电压升高的数值；用快速继电保护减小工频电压升高及其持续时间；输电线路采用良导体架空地线，在某些情况下也能降低接地故障引起的工频电压升高。

在超高压电力系统中，空载线路合闸与重合闸时可以产生比较高的过电压，而且出现频繁，对电力系统的绝缘水平一般起决定性的作用。改善断路器的性能，采用合闸并联电阻，缩小三相闭合的不同期等都有很好效果；通流容量较大的金属氧化物避雷器，也可用来作为防护操作过电压的装置。

变电所内设备的雷电过电压由避雷器进行防护。设备上的过电压与避雷器的性能、线路来波情况、变电所的接线布置等有关。电力系统绝缘配合是包括了对过电压防护措施提出要求而综合制定的。

绝缘配合惯用法

按作用在设备绝缘上的最大过电压和设备的最小绝缘强度的概念进行绝缘配合的方法。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。

按作用在设备绝缘上的“最大过电压”和设备的“最小绝缘强度”的概念进行绝缘配合的习惯方法。首先需确定设备上可能出现的最危险的过电压和设备绝缘最低的耐受强度，然后根据运行经验，选择一个配合系数作为这两种电压的比值，以补偿在估计最大过电压和绝缘最低耐受强度时的误差及增加一定的安全逾度，最后确定设备绝缘应能耐受的电压水平。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及此概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。由于对非自恢复绝缘放电概率测定的费用太高，因此只能使用惯用法。对220千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。例如，电力变压器都用避雷器保护。避雷器限制雷电过电压的能力常用避雷器保护水平表示。变压器耐受雷电冲击的绝缘水平 (BIL)需高出避雷器的保护水平，两者的比值称为配合系数。中国一般采用的配合系数值是1.4。对于500千伏变压器，国际电工委员会(IEC)规定，配合系数需等于或大于1.2。

绝缘配合统计法

根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，合理地确定绝缘水平。统计法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。困难在于随机因素较多，某些统计规律还有待认识。

从过电压幅值与绝缘抗电强度都是随机变量的事实出发，根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，在技术经济比较的基础上，合理地确定绝缘水平。

这种方法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可以按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。研究得比较多的是以过电压幅值的概率分布为基础的统计法。

在超高压电力系统中降低绝缘水平有显著的经济效益。自恢复绝缘的绝缘强度统计特性相对比较容易获得。70年代以来，国际上推荐对超高压电力系统的自恢复绝缘采用统计法进行绝缘配合。

统计法的困难在于随机因素较多，某些随机因素的统计规律还有待积累资料与认识，低概率密度部分的资料比较难取得。算出的故障率， 通常比实际的大很多，还有待在应用中不断完善。

绝缘配合简化统计法

为了便于计算，假定过电压及绝缘放电概率的统计分布均服从正态分布。国际电工委员会（IEC）及中国国家绝缘配合标准，推荐采用出现的概率为 2%的过电压作为统计（最大）过电压Uw，再取闪络概率为10%的电压作为绝缘的统计耐受电压Uw，在不同的统计安全系数 γ=Uw/Us的情况下，计算出绝缘的故障率 R。根据技术经济比较，在成本与故障率间协调，定出可以接受的R 值 ，再根据相应的γ及Us，确定绝缘水平。为了在实际应用中便于计算，假定过电压及绝缘放电概率的统计分布均服从正态分布。

简化统计法与惯用法同样简单易行，并有现成曲线可查。虽然故障率的数值不一定很准确,但便于在工程上作方案比较,因而应用很广泛。

研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压（工作电压及过电压）。

电工设备经常在电力系统工作电压下运行，还会受到各种过电压作用。电工设备绝缘对各种作用电压都具有一定限度的耐受能力。当绝缘性能被破坏时，会造成设备损坏甚至系统停电事故。为了避免上述损失，必须保证电工设备具有规定的绝缘强度，这就是绝缘水平。确定绝缘水平要求在技术上处理好作用电压、限制过电压的措施、绝缘耐受能力三者之间相互配合的关系，还要求在经济上协调投资费用、维护费用和事故损失费用等之间的关系，以达到较好的综合经济效益。

中国于1964年实施了国家标准《高压电气设备绝缘试验电压和试验方法》。此标准由原第一机械工业部、水利电力部提出，经中华人民共和国科学技术委员会批准。标准适用于3～220千伏电压等级的交流三相电工设备。随着电力工业的发展，经国内许多单位的努力，1983年又制订出高压输变电设备的绝缘配合的国家标准，并由国家标准局于同年12月26日发布,1985年10月1日开始实施。标准代号为GB311-83,同时取代1964年实施的国家标准。