【精品】PPT课件 第三篇 电力系统过电压与绝缘配合

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。
BIL (1.25 ~ 1.4)U R
9.3.1过电压下绝缘配合
9.3.1.2操作过电压下的绝缘配合
一、内部过电压的绝缘配合
前提
内部过电压的绝缘配合主要考虑操作过电压； 谐振过电压尽量避免不考虑； 工频电压升高的影响包括在最大长期工作电压内。
二、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的保护 (电压范围Ⅰ)
二、雷电过电压下的绝缘配合
在雷电过电压下的绝缘水平通常用基 本冲击绝缘水平（BIL）来表示
BIL KlU p(l )
Up(l)为阀式避雷器在雷电过电压下的保护水平（kV），通常可 简化为配合电流下的残压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：
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。
9.3.2绝缘水平确定
9.3.2.1工频绝缘水平的确定
短时（1min）工频耐压试验的要求：采 用的试验电压值比额定相电压要高出数倍
二、短时（1min）工频耐压试验
确定短时工频耐压值的流程

9.1.1 绝缘配合任务及原则
9.1.1.2绝缘配合的原则
一、绝缘配合的原则
原则
根据设备在系统中可能承受的工作电压及过 电压，考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性 来确定必要的耐压强度，以便把作用于设备上 的各种电压所引起的绝缘损坏和影响连续运行 的概率，降低到在经济上和运行上能接受的水 平。
要求
在技术上处理好各种电压、限压措施和设备绝缘耐受能力 三者之间的配合关系；
处在污秽地区的电网的外绝缘水 平应主要由系统最大运行电压决 定。
四、绝缘配合的具体原则
2、从经济方面考虑
绝缘配合的原则需因不同的 系统结构、不同的地区以及 不同的发展阶段而有所不同。
若绝缘配合不考虑谐振过电压， 则系统设计和运行中要避免谐振 过电压的发生。
应从运行可靠性的角度出发，选 择合理的绝缘水平，以使各种作 用电压下设备绝缘的等效安全系 数都大致相同。
四、绝缘配合的具体原则
3、中性点对绝缘水平的影响
绝缘配合的本质是合理处置作用电压与绝 缘强度的关系，电力系统中各类作用电压 与电力系统中性点运行方式有关。中性点 运行方式将直接影响系统绝缘水平的确定。
中性点运行 方式
影响
对同一电压等级的电力系统，若中 性点非有效接地，则其绝缘水平更 高于有效接地。
三、绝缘配合的任务及目的
电力系统绝缘配合的根本任务是：正确处理过电压和绝
1 缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经济供电的目的。
目的：就是确定各种电气设备的绝缘水平，即指设备绝
2 缘能够耐受的试验电压值，在此电压下，绝缘不发生闪
络、击穿或其它损坏现象。
四、绝缘配合的例子
1
架空线路与变电所之间的绝缘配合
2
同杆架设的双回线路之间的绝缘配合

（1）中性点接地方式：中性点非 有效接地电网的中性点电位有可能 发生位移，所以某一相的过电压可 能特别高一些。 （2）断路器的性能：重燃次数对 这种过电压的最大值有决定性的影 响； （3）母线上的出线数：当母线上 同时接有几条出线，而只切除其中 一条时，这种过电压将较小；

第四节 空载线路合闸过电压

E U L UC j I ( X L X C )

.
.
.
.
由于电感与电容上的压降
反相，且UC＞UL，可见电 容上的压降大于电源电势. 为了限制这种工频电压升 高现象，大多采用并联电 抗器来补偿线路的电容电 流以削弱电容效应，效果 十分显著。
第二节 谐振过电压
一、谐振过电压的类型


通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往 是一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以 逐级推进的方式向下发展，每级长度约 25~50m，每级的伸展速度约104 km/s，平均 发展速度只有100~800km/s这种预放电称为先 导放电。 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物 体因周围电场强度达到了能使空气电离程度， 会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇 时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大 的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷 鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100 μs， 它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发 展的，亦称“回击” 。
五、 变电所的进线段保护

• • •
•
从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有 效地发挥保护作用，就必须采取措施： 限制进波陡度 限制流过避雷器的冲击电流幅值 进线段能起两方面的作用： 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以 外的线路，它们在流过进线段时将因冲击 电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度 和幅值； 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流 幅值。

分布参数线路的波阻抗与集中参数电路的电 阻有相同的量纲，但物理意义上有着以下几点本 质的不同：
✓波阻抗表示向同一方向传播的电压波和电流波之间 比值的大小；电磁被通过波阻抗为Z的无损线路时， 其能量以电磁能的形式储存于周围介质中，而不像 通过电阻那样被消耗掉。
✓为了区别不同方向的行波，Z的前面应有正负号。
过电压的概念与分类
过电压的概念：指电力系统中出现的对绝缘有 危险的电压升高和电位差升高。
• 过电压的分类：
本篇主要内容
➢ 本篇首先介绍过电压及其防护问题的基础－波过程 理论。
➢ 然后探讨雷电过电压的产生机理、影响因素、防护 措施等。
➢ 最后探讨电力系统绝缘配合问题。
本篇内容
第七章 输电线路和绕组中的波过程 第八章 雷电过电压及其防护 第九章 操作过电压与绝缘配合
✓ 如果导线上有前行波，又有反行波，两波相遇时， 总电压和总电流的比值不再等于波阻抗， 即是：
uuf ub Zuf ub Z
i if ib
uf ub
✓ 波阻抗的数值Z只与导线单位长度的电感L0和电容 C0有关，与线路长度无关。
7.1.4 前行波和反行波
波动方程解的物理意义：对式(7-10)，电压u的第一个分
图7-9 集中参数等值电路(电流源)
7.2.3 波的多次折射、反射
实际电网线路总是有限长 的，会遇到波在两个或多个节点 之间来回多次折、反射的问题。 以两条无限长线路之间接入一段 有限长线路为例，用网格法研究 波的多次折、反射问题。网格法 就是用各节点的折、反射系数算 出节点的各次折、反射波，按时 间的先后次序表示在网格图上， 然后用叠加法求出各节点在不同 时刻电压值。
if
ib
C0

设备绝缘损坏
设备损坏
过电压可能导致设备绝缘层击穿，引 发短路或设备故障。
过高的过电压可能导致设备直接损坏 ，造成经济损失。
设备性能下降
过电压可能使设备性能参数发生变化 ，导致设备运行不稳定。
对系统的危害
系统稳定性受影响
过电压可能引起系统电压波动， 影响电力系统的稳定运行。
设备连锁跳闸
过电压可能导致连锁跳闸，影响整 个系统的供电可靠性。
案例二：某变电站操作过电压事故
总结词
操作过电压事故
案例分析
操作人员未按照规程进行操作 ，导致断路器断口电容放电， 产生过电压。
详细描述
某变电站在进行倒闸操作时， 因操作不当引发过电压事故。
解决方案
加强操作人员的培训和管理， 确保严格按照规程进行操作，
并定期检查和维护设备。
案例三：某输电线路内部过电压事故
调度管理
合理调度和管理电力系统的运行，避免因操作不当或调度失误引 起的过电压问题。
人员培训
培训计划
制定详细的培训计划，对电力系统的工作人员进行定期培训，提高 他们的技能和知识水平。
培训内容
培训内容应包括电力系统的基本知识、过电压的危害及预防措施、 应急处理等方面的知识和技能。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时发现并改进培训中的不足之处，确保工作 人员具备足够的技能和知识来应对过电压问题。
继电保护
02
继电保护是电力系统中的重要组成部分，当系统出现异常时，
继电保护能够迅速切断故障部分，防止过电压的扩大。
系统监控
03
通过实时监测系统的运行状态，可以及时发现和解决潜在的问
题，从而避免过电压的发生。
04

(四) Z2>Z1
U1f Z1
v1 v1
·
A Z2 (a) 电压波形图
u1b
· U1f
u2
v2
A
i1f
v1
·
Z1
A
Z2
v1
i1f i1b
· i2
v2
(b) 电流波形图
图7-9 z2>z1时电压和电流折、反射波形图
三、集中参数等值电路（彼得逊法则）
已知波通过节点后各线路上Z2的折射电压：
u2
2u1f
u2z1 2 z2 z2u 1f(1e t)u 1f(1e t)
z1z2 c -----线路时间常数
z1 z2
线路2上折射电压上升速率（陡度）最大值：
ma x d d2u tma x d d2u tt 0c 2 1u z1fe tt 02 z u 1 1 c f
可见，最大陡度与Z1和c有关，c越大，陡度降低越多
L
A
Z0 B
Z2
结点A、B折、反射系数：
1
2z0 z1 z0
2
2z2 z0 z2
1
z1 z1
z0 z0
2
z2 z0
z0 z2
经过n次折反射，线路2上电压
u2(t) U012 U01212
U012(12)2 U012(12)3
U012(12)n1
U012
1 (12 )n 1 12
n →∞ （t→ ∞ ）
线路1中的反射电压波：
u1u2
u1f u1b u2
u 1bu2u1f z z1 2 z z2 1u1f z1 2 z2 z2u 1fe t
t=0,
u1b u1f

Uω1.5/40=
1.1Uc.5 15 0.84
= 1.1 670+15 895.3kV
0.84
5．外绝缘的截波冲击试验电压
Uω1.5/2=
1.25(1.1Uc.5 0.84
15)
=
1.25 (1.1 670+15) 1119kV 0.84
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
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）。
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：
n2 n2' n0 （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、 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

高压输电线路的绝缘配合
❖ 高压架空输电线路空气间隙的放电特性
空气间隙的放电电压与作用的电压种类、极性(操作/ 雷电过电压)、波形(操作过电压的波头长度)、构成空气 间隙电极的形状、距离以及所在地区的空气气象参数等因 素有关。正极性操作/雷电过电压作用时，空气间隙呈现 出较小的放电电压。
冲击波的波头长度与放电电压的关系非常密切。当冲 击波波头长度在数百微秒左右，有最小的放电电压。当间 隙长度增加时，相应于最小放电电压的冲击波波头长度也 变大。
绝缘配合技术——在考虑运行环境和过电压保护装置特性的 基础上，根据可能出现的电压，科学合理的选择其绝缘水平。 要权衡设备造价、维修费用和故障损失，力求用较为合理的 成本获得较好的经济效益。
随着电网电压等级的提高，特别是在特、超高压电网中，空 气间隙的放电电压在操作过电压下呈现饱和特性，使得电气 设备的绝缘占据设备总投资的份额愈来愈大。而超/特高压电 网因其输送容量巨大，绝缘故障后果将严重。
高压输电的雷电过电压与防雷保护
❖ 雷电及其主要参数
雷电流极性 实测统计资料表明，不同的地形地貌，雷电流正负极性比
较不同，负荷性所占比例在75%～90%之间。 重复放电次数 在一个雷云单体中，常常有多个电荷密集中心，一次雷云
放电也常常包含多次放电脉冲，称多重放电。根据6000 次实测统计，平均重复放电2～3次，最多42次。放电之 间的间歇时间通常为30～50ms，最短为15ms，最长达 700ms。
输电线路绝缘和过电压保护
山东电力研究院 郭志红
主要内容：
线路绝缘配合 雷电过程和山东地区雷电特点 输电线路雷电过电压机理及保护 输电线路避雷器 输电线路运行有关的一些过电压问题
高压输电线路的绝缘配合

•
r=1.5hP
• 式中 r——保护半径，m；
(9-2-5)
•
h——避雷针的高度，m；
•
P—— 高 度 影 响 系 数 ， h≤30m ， P=1;
30mh≤120m ， P=5.5/(h)0.5; 当 h120m 时 ， 取
其等于120m。
•
第11页/共50页
• （2）在被保护物高度hx水平面上的保护半径 rx应按下列方法确定：
• 当雷击发电厂避雷针、线或其他建、构筑物，将引起 接地网冲击电位增高，会造成对电气设备的反击，产生 反击过电压。反击过电压的幅值取决于雷电流幅值、地 网冲击电阻、引流点位置和设备充电回路的时间常数。
• (2)雷击附近物体或地面，由于空间电磁场发生剧烈变 化，在线路的导线上或其他金属导体上产生感应过电压。 一般感应过电压仅对35kV及以下线路和电气设备绝缘有 危害。
• 9.1.2 电力系统过电压水平
• 9.1.2.1 工频过电压的允许水平。
• 系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值:
• 330-500kV 线路断路器的变电所侧 1.3p.u.
• 1.4p.u.
线路断路器的线路侧
第2页/共50页
• 9.1.2.2 操作过电压的允许水平。
• (1)相对地：500kV(直接接地系统) 2.0p.u.
应按式(9—2—11)计算，即
•
h0=h-(D/4P)
(9-2-11)
• 式中 h0——两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高 度,m;
•
D——两避雷线间的距离，m；
•
h — — 避 雷 线第的15高页度/共5，0页m 。
• 3)两避雷线端部的两侧保护范围仍按单根避 雷线保护范围计算。两线间保护最小宽度(参

电
气
信
息
学
院
Sichuan University
4.波速
x t
1 L0C0
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
气
信
息
学
院
Sichuan University
二.波动方程
线路上点在时间的电压和电流的波动方程
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
气
信
息
学
院
Sichuan University
四. 行波通过串联电感和并联电容
1. 通过串联电感
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
气
信
息
学
院
Sichuan University
回路方程：
2U1q i2 q ( Z1 Z 2 ) L
电
气
信
息
学
院
Sichuan University
c. 线路末端接负截电阻R
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
气
信
息
学
院
Sichuan University
2. 彼德逊法则
School of Electrical Engineering and Information SEEI
Sichuan University
折射波电压、电流随时间变化