模塊 1 絕緣配合的概念和原則(TYBZ01410001)

【模塊描述】本模塊包含絕緣配合的定義及不同等級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行絕緣配合的原則，通過(guò)概念描述、要點(diǎn)歸納，掌握絕緣配合的概念，了解絕緣配合的基本原則。

【正文】

一、絕緣配合的定義

絕緣配合就是根據(jù)設(shè)備在電力系統(tǒng)中可能承受的各種電壓，并綜合考慮過(guò)電壓的限制措施、設(shè)備的絕緣性能等因素來(lái)確定設(shè)備的絕緣水平，以便把作用與電氣設(shè)備上的各種電壓所引起的絕緣損壞降低到所能接受的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。因此，電力系統(tǒng)絕緣配合的根本任務(wù)是：正確處理過(guò)電壓和絕緣這一對(duì)矛盾，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)供電的目的。

電力系統(tǒng)中絕緣配合的例子如下：

(1)架空線路與變電站之間的絕緣配合。

(2)同桿架設(shè)的雙回線路之間的絕緣配合。

(3)電氣設(shè)備內(nèi)絕緣與外絕緣之間的絕緣配合。

(4)各種外絕緣之間的絕緣配合。

(5)各種保護(hù)裝置之間的絕緣配合。

(6)被保護(hù)絕緣與保護(hù)裝置之間的絕緣配合。

二、絕緣配合的基本原則

絕緣配合的核心問(wèn)題是確定各種電氣設(shè)備的絕緣水平，絕緣水平是由長(zhǎng)期最大工作電壓、大氣過(guò)電壓及內(nèi)過(guò)電壓三因素中嚴(yán)格的一個(gè)來(lái)決定的，它是絕緣設(shè)計(jì)的首要前提，往往以各種耐壓試驗(yàn)所用的試驗(yàn)電壓值來(lái)表示。由于不同電壓等級(jí)系統(tǒng)中過(guò)電壓情況的不同，上述決定的考慮也是不同的。

在220kV及以下系統(tǒng)中，要求把大氣過(guò)電壓限制到低于內(nèi)過(guò)電壓的數(shù)值是不經(jīng)濟(jì)的，一般由大氣過(guò)電壓來(lái)決定電氣設(shè)備的絕緣水平。就是以避雷器殘壓為基礎(chǔ)確定設(shè)備的絕緣水平并保證輸電線路有一定的耐雷水平，由于這樣決定的絕緣水平在正常情況下能耐受操作過(guò)電壓的作用，因此220kV及以下系統(tǒng)一般不采用專門限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施。

超高壓電網(wǎng)的絕緣配合中，操作過(guò)電壓起主導(dǎo)作用，故應(yīng)采用專門限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施。我國(guó)對(duì)超高壓系統(tǒng)中內(nèi)過(guò)電壓保護(hù)原則為：主要通過(guò)改進(jìn)斷路器性能將操作過(guò)電壓限制到一定水平，通過(guò)并聯(lián)電抗器將工頻過(guò)電壓限制到一定水平，然后以避雷器作為內(nèi)過(guò)電壓的后備保護(hù)。由于內(nèi)過(guò)電壓出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大氣過(guò)電壓的出現(xiàn)概率，這樣的配合方式可以使避雷器不致頻繁動(dòng)作，而且也可使內(nèi)過(guò)電壓被限制到一定水平。于是系統(tǒng)的絕緣水平仍以大氣過(guò)電壓下避雷器殘壓為基準(zhǔn)來(lái)決定。

三、絕緣水平與試驗(yàn)電壓

所謂電氣設(shè)備的絕緣水平，就是指該設(shè)備可以承受不發(fā)生閃絡(luò)、擊穿等損害的試驗(yàn)電壓值。由于工頻耐壓值代表了絕緣對(duì)操作、雷電過(guò)電壓總的耐受水平。對(duì)于220kV及以下電壓等級(jí)的電氣設(shè)備，凡是能通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)，即可認(rèn)為設(shè)備在運(yùn)行中具有一定的可靠性。常采用1min工頻耐壓試驗(yàn)代替雷電沖擊與操作沖擊耐壓試驗(yàn)。對(duì)于超高壓電氣設(shè)備，考慮到操作波對(duì)絕緣的特殊性，還規(guī)定了操作沖擊試驗(yàn)電壓。

【思考與練習(xí)】

1.什么是絕緣水平？

2.試說(shuō)明絕緣配合的基本原則。

3.何為絕緣配合？

模塊2 絕緣配合慣用法（TYBZ01410002）

【模塊描述】本模塊介紹進(jìn)行絕緣配合的慣用法。通過(guò)概念描述，掌握絕緣配合慣用法的步驟。

【正文】

一、絕緣配合的方法

電力系統(tǒng)絕緣配合大致可分為以下三個(gè)階段。

(1)多級(jí)配合(1940以前)。采用多級(jí)配合的原則是：價(jià)格越昂貴、修復(fù)越困難、損壞后果越嚴(yán)重的絕緣結(jié)構(gòu)，其絕緣水平應(yīng)越高。采用多級(jí)配合是由于當(dāng)時(shí)所用的避雷器保護(hù)性能不夠穩(wěn)定和完善，因而不能把它的保護(hù)特性作為絕緣配合的基礎(chǔ)。但是采用多級(jí)配合必然會(huì)把設(shè)備內(nèi)絕緣水平抬得很高，這是特別不利的。

(2)兩級(jí)配合(慣用法)。從20世紀(jì)40年代后期開(kāi)始，越來(lái)越多的國(guó)家逐漸摒棄多級(jí)配合的概念而轉(zhuǎn)為采用兩級(jí)配合的原則，即以閥式避雷器的保護(hù)特性作為絕緣配合的基礎(chǔ)，將它的保護(hù)水平乘上一個(gè)綜合考慮各種影響因素和必要裕度的系數(shù)，就能確定絕緣應(yīng)有的耐壓水平。

(3)絕緣配合統(tǒng)計(jì)法。“統(tǒng)計(jì)法”：規(guī)定出某一可以接受的絕緣故障率，容許冒一定的風(fēng)險(xiǎn)。用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)及方法來(lái)處理絕緣配合問(wèn)題，以獲得優(yōu)化的總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

二、絕緣配合的慣用法

慣用法對(duì)自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣都是適用的。除了在330kV及以上的超高壓線路絕緣的設(shè)計(jì)中采用統(tǒng)計(jì)法以外，慣用法是采用廣泛的絕緣配合方法。

慣用法是按作用在絕緣上的最大過(guò)電壓和最小的絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行配合的方法。即首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)過(guò)電壓，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一定的裕度系數(shù)，從而確定絕緣應(yīng)耐受的電壓水平。但由于過(guò)電壓幅值及絕緣強(qiáng)度都是隨即變量，用慣用法選定絕緣常有較大裕度。

根據(jù)兩級(jí)配合的原則，確定電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)是避雷器的保護(hù)水平，它就是避雷器上可能出現(xiàn)的最大電壓，如果再考慮設(shè)備安裝點(diǎn)與避器間的電氣距離所引起的電壓差值、絕緣老化所引起的電氣強(qiáng)度下降、避雷器保護(hù)性能在運(yùn)行中逐漸劣化、沖擊電壓下擊穿電壓的分散性、必要的安全裕度等因素而在保護(hù)水平上再乘以一個(gè)配合系數(shù)，即可得出應(yīng)有的絕緣水平。

【思考與練習(xí)】

1.說(shuō)明絕緣配合統(tǒng)計(jì)法的特點(diǎn)。

2.說(shuō)明絕緣配合慣用法的特點(diǎn)。

模塊 3電氣設(shè)備的絕緣水平的確定（TYBZ01410003)

【模塊描述】本模塊介紹確定電氣設(shè)備絕緣水平的基本原理。通過(guò)概念描述、要點(diǎn)歸納，了解電氣設(shè)備絕緣水平的確定原則。

【正文】

電氣設(shè)備的絕緣水平與避雷器的性能、接線方式和保護(hù)配合原則有關(guān)。

1.避雷器保護(hù)水平

避雷器對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)可以有兩種方式：

(1)避雷器只用來(lái)保護(hù)大氣過(guò)電壓而不用來(lái)保護(hù)內(nèi)部過(guò)電壓。我國(guó)220kV及以下電壓等級(jí)的系統(tǒng)采用這種方式。也就是說(shuō)，內(nèi)過(guò)電壓對(duì)正常絕緣無(wú)危險(xiǎn)，避雷器在內(nèi)過(guò)電壓下不動(dòng)作。

(2)避雷器主要用來(lái)保護(hù)大氣過(guò)電壓，但也用作內(nèi)過(guò)電壓的后備保護(hù)。即通過(guò)改進(jìn)斷路器性能將內(nèi)過(guò)電壓限制到一定水平，在內(nèi)過(guò)電壓作用下，避雷器一般不動(dòng)作，只有在內(nèi)過(guò)電壓超過(guò)既定水平時(shí)，避雷器才動(dòng)作，即作為后備保護(hù)作用。

2.電氣設(shè)備的絕緣水平的確定原則

遺面器需電沖擊保護(hù)水平

(1)雷電過(guò)電壓下的絕緣配合。電氣設(shè)備在雷電過(guò)電壓下的絕緣水平通常用它們的基本沖擊絕緣水平(BIL)來(lái)表示

BIL=K₁U_p（1）（TYBZ01410003-1）

式中  U_p（1）——閥式避雷器在宙電過(guò)電壓下的保護(hù)水平；

K₁——雷電過(guò)電壓下的配合系數(shù)，K₁取1.25~1.4，在電氣設(shè)備與避器相距很近時(shí)取1.25，相距較遠(yuǎn)時(shí)取1.4。

(2)操作過(guò)電壓下的絡(luò)緣配合。在按內(nèi)部過(guò)電壓作絕練配合時(shí)，通常不考慮諧振過(guò)電壓，因?yàn)樵谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇運(yùn)行方式時(shí)均應(yīng)設(shè)法避免諧振過(guò)電壓的出現(xiàn)：此外，也不單獨(dú)考慮工頻電壓開(kāi)高，而把它的影響包括在最大長(zhǎng)期工作電壓內(nèi)，這樣一來(lái)，就歸結(jié)為操作過(guò)電壓下的絕緣配合了。

分兩種情況來(lái)討論：

1)對(duì)于1kV＜U_m≤252kV這一類變電站中的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，其操作沖擊絕緣水平(SIL)可按下式求得

SIL=K_SK₀U_ph       (TYBZ01410003-2)

式中 K_S——操作過(guò)電壓下的配合系數(shù)；

K₀——操作過(guò)電壓計(jì)算倍數(shù)。

2)對(duì)于范圍Ⅱ(U_m＞252kV)這一類變電站的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)， 其操作沖擊絕緣水平按下式計(jì)算

SIL=K_sU_ps   (TYBZ01410003-3)

其中操作過(guò)電壓下的配合系數(shù)Ks=1.15~1.25

(3)工頻絕緣水平的確定。為了檢驗(yàn)電氣設(shè)備絕像是否達(dá)到了以上所確定的BIL和SIL,就需要進(jìn)行雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)。它們對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試技術(shù)提出了很高的要求。對(duì)于330kV及以上的超高壓電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，這樣的試驗(yàn)是必需的，但對(duì)于220kV及以下的高壓電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)該設(shè)法用比較簡(jiǎn)單的高壓試驗(yàn)去等效地檢驗(yàn)絕緣耐受雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓的能力。對(duì)高壓電氣設(shè)備普遍施行的工頻耐壓試驗(yàn)實(shí)際上就包含著這方面的要求和作用。

短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電壓值往往要比額定相電壓高出數(shù)倍，它的目的和作用是代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)、等效地檢驗(yàn)絕緣在這兩類過(guò)電壓下的電氣強(qiáng)度。

凡是合格通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)的設(shè)備絕緣在雷電和操作過(guò)電壓作用下均能可靠地運(yùn)行。為了更加可靠和直觀，IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“

1.對(duì)于300kV以下的電氣設(shè)備

(1)絕緣在工頻工作電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下的性能用短時(shí)(1min)工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)：

(2)絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。

2.對(duì)于300kV及以上的電氣設(shè)備

(1)絕緣在操作過(guò)電壓下的性能用操作沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)；

(2)絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖山耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。”

(3)長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)。當(dāng)內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的污染對(duì)絕緣在工頻工作電壓和過(guò)電壓下的性能有影響時(shí)，尚需做長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌L(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)時(shí)所加的試驗(yàn)電壓值和加時(shí)間均與短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)不同。

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種電壓等級(jí)電氣設(shè)備以耐壓值表示的絕緣水平作出見(jiàn)表TYBZ01410003-1和表TYBZ01410003-2所列要求。

表TYBZ0140003-1    3~220KV電氣設(shè)備選用的耐受電壓

                                                                              續(xù)表

注 1.分子、分母數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)外絕緣和內(nèi)絕緣。

2.括號(hào)內(nèi)、外數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)是和非低電阻接地系統(tǒng)。

3.開(kāi)關(guān)類設(shè)備將設(shè)備最高電壓稱作“額定電壓”。

表TYBZ0140003-2    330~500KV電氣設(shè)備選用的耐受電壓

【思考與練習(xí)】

1.說(shuō)明避雷器性能對(duì)電氣設(shè)備絕緣水平的影響。

2.說(shuō)明確定電氣設(shè)備絕緣水平的基本原則。

模塊 4 中性點(diǎn)接地方式對(duì)絕緣水平的影響（TYBZ01410004)

【模塊描述】本模塊介紹中性點(diǎn)接地方式對(duì)設(shè)備絕緣水平的確定、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響。通過(guò)定性分析，了解不同電壓等級(jí)電網(wǎng)采取不同中性點(diǎn)接地方式的原因。

【正文】

一、中性點(diǎn)接地方式類型

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及面很廣的綜合性技術(shù)課題，它對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性、過(guò)電壓與絕緣配合、繼電保護(hù)、通信干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定等方面都有很大的影響。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為非有效接地和有效接地兩大類：一類是有效接地系統(tǒng)，即中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，包括有中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)低阻抗接地；另一類是中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地以及中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。

1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單和接地時(shí)，非故障相電壓升高了倍，即非故障相對(duì)地中壓升高為線電壓。但此時(shí)三相線電壓不變(仍然對(duì)稱)，故對(duì)電力系統(tǒng)的正常工作沒(méi)有影響，系統(tǒng)仍可帶故障運(yùn)行一段時(shí)間(通常為2h)，可由運(yùn)行人員排除故障。由于非故障相電壓升高為線電壓，就要求系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備的絕緣必須按線電壓設(shè)計(jì)。但在電壓等級(jí)較高的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用比較高，降低絕緣水平帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，因此一般不采用中性點(diǎn)不接地方式，只有在電壓等級(jí)較低的系統(tǒng)中，一般采用中性點(diǎn)不接地方式以提高系統(tǒng)的供可靠性。

2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地點(diǎn)處的接地電流為正常時(shí)一相電容電流的3倍。若系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于10kV及以下電力網(wǎng)的接地電流不超過(guò)30A，35kV 等級(jí)電力網(wǎng)接地電流不超過(guò)10A，接地電弧通常可以自行熄滅。當(dāng)10kV電網(wǎng)接地電流超過(guò)30A，35kV電網(wǎng)超過(guò)10A時(shí)，可能在接地點(diǎn)處產(chǎn)生間歇性電弧或穩(wěn)定燃燒的電弧。在間歇性電弧的作用下造成電弧過(guò)電壓，從而造成兩相兩點(diǎn)、甚至多點(diǎn)接地故障。因此，當(dāng)3～10kV電網(wǎng)電容電流大于30A、35kV系統(tǒng)電容電流大于10A時(shí)，應(yīng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或電阻接地方式。

3.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，相間電壓不變，依然對(duì)稱，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行2h，所以供電可靠性高，但非故障相電壓升高倍，顯然不適于高壓電網(wǎng)中。因而我國(guó)在110kV及以上系統(tǒng)中廣泛采用中性點(diǎn)直接接地方式。

中性點(diǎn)直接接地方式是將變壓器中性點(diǎn)與大地直接連接，強(qiáng)迫中性點(diǎn)保持地電位，正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)無(wú)電流流過(guò)。單相接地時(shí)構(gòu)成單相短路，接選回路通過(guò)單相短路電流，各相之間電壓不再對(duì)稱。為了防止大的短路電流損壞設(shè)備，必須迅速切除接地相甚至三相，因而供電可靠性較低。為了提高供電可靠性，可采用裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置等措施。

中性點(diǎn)直接接地的另一缺點(diǎn)是單相短路對(duì)鄰近通信線路有電磁干擾。

采用中性點(diǎn)直接接地方式的系統(tǒng)，對(duì)線路絕緣水平的要求較低，可按相電壓設(shè)計(jì)絕緣，因而能顯著地降低絕緣造價(jià)。

二、中性點(diǎn)接地方式對(duì)絕緣水平的影響

在這兩類接地方式不同的電網(wǎng)中，過(guò)電壓水平和絕緣水平都有很大的差別。

1.最大長(zhǎng)期工作電壓

在非有效接地系統(tǒng)中，由于單相接地故障時(shí)并不需要立即跳閘，而可以繼續(xù)帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，這時(shí)健全相上的工作電壓升高到線電壓，再考慮最大工作電壓可比額定電壓U_N高10%～15%，可見(jiàn)其最大長(zhǎng)期工作電壓為(1.1～1.15) U_N。在有效接地系統(tǒng)中，最大長(zhǎng)期工作電壓僅為(1.1～1.15) U_N/。

2.雷電過(guò)電壓

實(shí)際作用到絕緣上的雷電過(guò)電壓幅值取決于避雷器的保護(hù)水平。由于避雷器的滅弧電壓是按最大長(zhǎng)期工作電壓選定的，因而有效接地系統(tǒng)中所用避雷器的滅弧電壓約比同一電壓等級(jí)、中性點(diǎn)為非有效接地系統(tǒng)中的避雷器低20%左右。

3.內(nèi)部過(guò)電壓

在有效接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓是在相電壓的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展的，而在非有效接地系統(tǒng)中，則有可能在線電壓的基礎(chǔ)上發(fā)生和發(fā)展，因而前者要比后者低20%～30%左右。

綜上所述，中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的絕緣水平可比非有效接地系統(tǒng)低20%左右。但降低絕緣水平的經(jīng)濟(jì)效益大小與系統(tǒng)的電壓等級(jí)有很大的關(guān)系。

三、不同電壓等級(jí)電網(wǎng)采取不同中性點(diǎn)接地方式

1.中性點(diǎn)直接接地

在110kV及以上的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用在總建設(shè)費(fèi)用中所占比重較大，因而采用有效接地方式以降低系統(tǒng)絕緣水平在經(jīng)濟(jì)上好處很大。110kV及220kV系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)直接或經(jīng)低阻抗接地，部分變壓器中性點(diǎn)也可不接地。330kV及500kV系統(tǒng)中不允許變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。

2.中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

在66kV及以下的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用所占比重不大，降低絕緣水平在經(jīng)濟(jì)上的好處不明顯，因而供電可靠性上升為首要考慮因素，所以一般均采用中性點(diǎn)非有效接地方式。

3～10kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35、66kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過(guò)下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過(guò)下列數(shù)值又需在接地故障條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式：

(1)3～10kV 鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)和所有35、66kV系統(tǒng)為10A。

(2)3～10kV非鋼筋混凝土或非金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)電壓為：3kV和6kV時(shí)，為30A；10kV時(shí)，為20A。

(3)3～10kV電纜線路構(gòu)成的系統(tǒng)，為30A。

3.中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式

6～35kV配電網(wǎng)往往發(fā)展很快，采用電纜的比重也不斷增加，凡運(yùn)行方式經(jīng)常變化，給消弧線圈的調(diào)諧帶來(lái)困難，并易引發(fā)多相短路。故近年6～35kV主要由電纜線路構(gòu)成的送、配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大時(shí)，不再像過(guò)去那樣一律采用中性點(diǎn)非有效接地的方式，可采用低電阻接地方式。低電阻接地展于有效接地系統(tǒng)，是為了獲得快速選擇性繼電保護(hù)所需的足夠電流，發(fā)生單相接地故障時(shí)立即跳閘，一般采用接地故障電流為100-1000A。

【思考與練習(xí)】

1.我國(guó)電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有哪些類型？各有何特點(diǎn)？

2. 為什么消弧線圈一般采取過(guò)補(bǔ)償？

模塊 5 架空線路的絕緣配合(TYBZ01410005)

【模塊描述】本模塊介紹架空線路的絕緣配合。通過(guò)原理講解，了解每串絕緣子個(gè)數(shù)的確定、線路空氣間隙距離的確定方法。

【正文】

一、每串絕緣子個(gè)數(shù)的確定

線路絕緣子串應(yīng)滿足三方面的要求：在工作電壓下不發(fā)生污閃；在操作過(guò)電壓下不發(fā)生濕閃；具有足夠的雷電沖擊絕緣水平，能保證線路的耐雷水平與雷擊跳閘率滿足規(guī)定要求。確定絕緣子串的片數(shù)具體做法如下。

1.按工作電壓所要求的泄漏距離選擇串中片數(shù)

線路的閃絡(luò)率與該線路的爬電比距密切相關(guān)，根據(jù)線路所在地區(qū)的污穢等級(jí)來(lái)選定絕緣子片數(shù)，就能保證必要的運(yùn)行可靠性。

設(shè)每片絕緣子的幾何爬電距離為L₀(cm)，即可按爬電比距的定義得

（TYBZ01410005-1)

式中 n——絕緣子片數(shù)：

U_m——系統(tǒng)最高工作電壓有效值：

K_e——絕緣子爬電距離有效系數(shù)。

為了避免污閃事故，所需的絕緣子片數(shù)應(yīng)為

2.按內(nèi)部過(guò)電壓進(jìn)行驗(yàn)算，要求線路絕緣能耐受一定的內(nèi)部過(guò)電壓

絕緣了串在操作過(guò)電壓的作用下，也不應(yīng)發(fā)生濕閃。在沒(méi)有完整的絕緣子串在操作波下的濕閃電壓數(shù)據(jù)的情況下，只能近似地用絕緣子串的工頻濕閃壓來(lái)代替。

設(shè)此時(shí)應(yīng)有的絕緣了片數(shù)為，則由片組成的絕緣子串的工頻濕閃壓幅值為

U_W=1.1K₀U_ph     (TYBZ01410005-3)

式中K₀——操作過(guò)電壓倍數(shù)：

U_ph——電網(wǎng)相電壓，1.1為綜合考慮各種影響因素和必要裕度的一個(gè)綜合修

正系數(shù)，只要知道各種類型絕緣子串的工頻濕閃電壓與其片數(shù)的關(guān)

系，就可以利用式(TYBZ01410005-3)求得應(yīng)有的值。

再考慮需增加的零值絕緣子片數(shù)n₀后，最后得出的操作過(guò)電壓所要求的片數(shù)為

我國(guó)規(guī)定預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)見(jiàn)表TYBZ01410005-1。

表TYBZ01410005-1 零值絕緣子片數(shù)

如果已掌握該絕緣子串在正極性操作沖擊波下的50%放電電壓與片數(shù)的關(guān)系也可以用下面的方法來(lái)求出此時(shí)應(yīng)有的片數(shù)。

該絕緣子串應(yīng)具有下式所示的50%操作沖擊放電電壓

U_50%（S）≥K_SU_S   (TYBZ01410005-5)

式中 Us——對(duì)范圍Ⅰ(3.6kV≤U_m≤252kV,U_m為系統(tǒng)最高電壓)，它等于K₀U_ph;

對(duì)范圍Ⅱ(U_m＞252kV)，它應(yīng)為合空線、單相重合閘、三相重合閘這三種操作過(guò)電壓中的最大者；

Ks——絕緣子串操作過(guò)電壓配合系數(shù)，對(duì)范圍Ⅰ取1.17，對(duì)范圍Ⅱ取1.25。

3.按雷電過(guò)電壓校驗(yàn)線路的耐雷水平和雷擊跳閘率

按上面所得的n₁和n₂中較大的片數(shù)，校驗(yàn)線路的耐雷水平和雷擊跳閘率是否符合有關(guān)規(guī)程的規(guī)定。

雷電過(guò)電壓方面的要求在絕緣子片數(shù)選擇中的作用一般不大，這是由于線路的耐雷性能取決于各種防雷措施的綜合效果，影響因素很多。

即使驗(yàn)算的結(jié)果表明不能滿足線路耐雷性能方面的要求，一般也不再增加絕緣子片數(shù)，而是采用諸如降低桿塔接地電陰等其他措施來(lái)解決。

二、線路空氣間隙距離的確定

輸電線路的絕緣水平不僅取決于絕緣子的片數(shù)，同時(shí)也取決于線路上各種空氣間隙的極間距離——空氣間距，而且后者對(duì)線路建設(shè)費(fèi)用的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前者。

輸電線路上的空氣間隙包括以下四點(diǎn)。

(1)導(dǎo)線對(duì)地面：在選擇其空氣間距時(shí)，主要考慮地面車輛和行人等的安全通過(guò)、地面電場(chǎng)強(qiáng)度及靜電感應(yīng)等問(wèn)題。

(2)導(dǎo)線之間：應(yīng)考慮相間過(guò)電壓的作用、相鄰導(dǎo)線在大風(fēng)中因不同步擺動(dòng)或舞動(dòng)而相互靠近等問(wèn)題。導(dǎo)線與塔身之間的距離也決定著導(dǎo)線之間的空氣間距。

(3)導(dǎo)、地線之間：按雷于檔距中央避雷線上時(shí)不至于引起導(dǎo)、地線間氣隙擊穿這一條件來(lái)選定。

(4)導(dǎo)線與桿塔之間：為了使絕緣子串和空氣間隙的絕緣能力都得到充分的發(fā)揮，顯然應(yīng)使氣隙的擊穿電壓與絕緣子串的閃絡(luò)電壓大致相等。但在具體實(shí)施時(shí)，會(huì)遇到風(fēng)力使絕緣子串發(fā)生偏斜等不利因素。

就塔頭空氣間隙上可能出現(xiàn)的電壓幅值來(lái)看，一般是雷電過(guò)電壓最高、操作過(guò)電壓次之、工頻工作電壓低；但從電壓作用時(shí)間來(lái)看，情況正好相反。

由于工作電壓長(zhǎng)期作用在導(dǎo)線上，所以在計(jì)算它的風(fēng)偏角θ?時(shí)，應(yīng)取該線路所在地區(qū)的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速v_max。操作過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較短，通常在計(jì)算其風(fēng)偏角θs時(shí)，取計(jì)算風(fēng)速等于0.5v_max，雷電過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間最短，而且強(qiáng)風(fēng)與雷擊點(diǎn)同在一處出現(xiàn)的概率極小，因此通常取其計(jì)算風(fēng)速等于10～15m/s。三種情況下的凈空氣間距的確定方法如下。

1.工作電壓確定風(fēng)偏后的凈間距S₀

U_e=K₁U_ph   （TYBZ01410005-6)

式中  U_e——工頻擊穿電壓幅值；

K₁——綜合考慮工頻電壓升高、氣象條件、必要的安全裕度等因素的空氣間隙工頻配合系數(shù)。

2.操作過(guò)電壓要求確定風(fēng)偏后的凈問(wèn)距Ss

要求Ss的正極性操作沖擊波下的50%擊穿電壓

U_50%(S)=K₂Us=K₂K₀U_ph （TYBZ01410005-7)

式中 Us——計(jì)算用最大操作過(guò)電壓；

K₂——空氣間隙操作配合系數(shù)，對(duì)范圍Ⅰ取1.03，對(duì)范圍Ⅱ取1.1。

在缺乏空氣間隙50%操作沖擊擊穿電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，亦可采取先估算出等值的工頻擊穿電壓U_e，然后求取應(yīng)有的空氣間距的方法。

由于長(zhǎng)氣隙在不利的操作沖擊波形下的擊穿電壓顯著低于其工頻擊穿電壓，其折算系數(shù)β_s<1，如再計(jì)入分散性較大等不利因素，可取β_s=0.82，即

3.按雷電過(guò)電壓所要求的凈間距S₁

通常取S₁的50%雷電沖擊電壓 U_50%(S)等于絕緣子串的50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓U_CFO的85%，即

U_50%(1)=0.85U_CFO （TYBZ01410005-9）

其目的是減少絕緣子串的沿面閃絡(luò)，減少和面受損的可能性。求得以上的凈間距后，即可確定絕緣子串處于垂直狀態(tài)時(shí)對(duì)桿塔應(yīng)有的水平距離

L₀=S₀+lsinθ?

                       L_S=S_S+lsinθ_S   （TYBZ01410005-10）

L₁=S₁+lsinθ₁

式中 l——絕緣子串長(zhǎng)度。

最后，選三者中最大的一個(gè)，就得出了導(dǎo)線與桿塔之間得水平距離L。表TYBZ01410005-2列出了各級(jí)電壓線路所需的凈間距值。當(dāng)海拔高度超過(guò)1000m時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定對(duì)凈間距值進(jìn)行校正；對(duì)于發(fā)電廠、變電站，各個(gè)S值應(yīng)再增加10%的裕度，以保證安全。

表TYBZ01410005-2  線路絕緣子每串最少片數(shù)和最小空氣間原  (cm)

注 1.絕緣子型式：一般為XP型；330、500V括號(hào)外為XP3想。

2.緣子適用于0級(jí)污穢，污穢地區(qū)絕緣加強(qiáng)時(shí)，間隙一般仍用表中的教值。

3. 330、500kV括號(hào)內(nèi)需電過(guò)電壓間隙與括號(hào)內(nèi)絕緣子個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)，適用于發(fā)電廠、變電站進(jìn)線保護(hù)段桿塔。

【思考與練習(xí)】

1.說(shuō)明線路絕緣了片數(shù)確定的基本步驟。

2.說(shuō)明線路空氣間隙距離確定的基本步驟。

模塊6 電氣設(shè)備試驗(yàn)電壓的確定（TYBZ01410006)

【模塊描述】本模塊介紹電氣設(shè)備試驗(yàn)電壓的確定。通過(guò)定性分析，了解內(nèi)絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓、外絕緣的沖擊試驗(yàn)中壓、內(nèi)絕緣的工頻試驗(yàn)電壓確定的方法。

【正文】

一、內(nèi)絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓

內(nèi)絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓是與避雷器的殘壓相配合的。全波試驗(yàn)電壓值是當(dāng)線路遠(yuǎn)處落雷時(shí)，沖擊波沿輸電線路向變電站傳播。由于沖擊電暈的作用，變壓器上電壓波形的振蕩不明顯，故有工頻激磁的變壓器的全波沖擊試驗(yàn)電壓U可按下式?jīng)Q定

U=1.1 (1.1U_B+15) （TYBZ01410006-1)

式中 U_B—-避雷器5kA殘壓。

避雷器5kA殘壓乘以1.1是考慮避雷器與變壓器間的振蕩，15是考慮避雷器連線及接地電阻上壓降的影響。括號(hào)外的1.1叫做累積系數(shù)。

二、外絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓

外絕緣的累積效應(yīng)很小，但受大氣條件的影響較大。考慮到一般電器及變壓器使用在海拔1000m及以下，取空氣密度修正系數(shù)為0.925、濕度修正系數(shù)為0.91，二者乘積為0.84，所以外絕緣的全波試驗(yàn)電壓U_WQ為

168 國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)通用教材 高電壓技術(shù)

外絕緣的截波試驗(yàn)電壓U_WJ為

三、內(nèi)絕緣的工頻試驗(yàn)電壓

工頻試驗(yàn)電壓按內(nèi)部過(guò)電壓水平計(jì)算為k₀U_xg，內(nèi)絕緣承受的內(nèi)部過(guò)電壓的強(qiáng)度與承受的1min工頻電壓強(qiáng)度之比為β₂為1.3～1.35。考慮到累計(jì)效應(yīng)，內(nèi)絕緣的lmin 工頻試驗(yàn)電壓有效值為

變壓器的內(nèi)絕緣還應(yīng)按大氣過(guò)電壓來(lái)校驗(yàn)。若沖擊試驗(yàn)電壓除以內(nèi)絕緣的沖擊系數(shù)β₁后，高于式(TYBZ01410006-4)值時(shí)，則應(yīng)按較高的值選定工頻試驗(yàn)電壓。

【思考與練習(xí)】

1.內(nèi)絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓確定原則。

2.外絕緣的沖擊試驗(yàn)電壓確定原則。

3.內(nèi)絕緣的工頻試驗(yàn)電壓確定原則。