华中科技大学-电气工程基础课件-第14章-电力系统绝缘配合全解优秀PPT.ppt
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1、HUST_CEEEu第十四章第十四章 电力系统绝缘协作电力系统绝缘协作u第一节第一节 概述概述u其次节其次节 绝缘协作方法绝缘协作方法u第第三三节节 输输变变电电设设备备绝绝缘缘水水平平的确定的确定u第第四四节节 架架空空输输电电线线路路的的绝绝缘缘协作协作HUST_CEEE第一节 概述u一、绝缘协作的基本概念u 所谓绝缘协作,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)、爱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、维护费用和设备绝原因障所引起的事故损失,达到在经济上和平安运行上总体效益最高的目的。u 绝缘协作的目的就是确
2、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。(2006单)电力系统中存在着很多绝缘协作的问题,主要有下述方面:u架空线路与变电站之间的绝缘协作;u同杆架设的双回路途路之间的绝缘协作;u电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘协作;u各种外绝缘之间的绝缘协作;u各种爱护装置之间的绝缘协作;u被爱护绝缘与爱护装置之间的绝缘协作。HUST_CEEEu二、绝缘协作的发展阶段二、绝缘协作的发展阶段u1多级协作多级协作u 1940年年以以前前,接接受受的的多多级级协协作作的的原原则则是是:价价格格越越昂昂贵贵、修修复复越越困困难难、损损坏坏后后果果越越严
3、严峻峻的的绝绝缘缘结结构构,其其绝绝缘缘水水平平应应选选得越高。得越高。u2两级协作两级协作u 从从20世世纪纪40年年头头后后期期起起先先,阀阀式式避避雷雷器器的的爱爱护护特特性性变变成成了了绝绝缘缘协协作作的的基基础础,只只要要将将它它的的爱爱护护水水平平乘乘上上一一个个综综合合考考虑虑各各种种影影响响因因素素和和必必要要裕裕度度的的系系数数,就就能能确确定定绝绝缘缘应应有有的的耐耐压压水平(惯用法)。水平(惯用法)。u3绝缘协作统计法绝缘协作统计法u 从从20世世纪纪60年年头头以以来来,国国际际上上出出现现了了一一种种新新的的绝绝缘缘协协作作方方法法,称称为为“统统计计法法”。它它的的
4、主主要要原原则则如如下下:规规定定出出某某一一可可以接受的绝原因障,容许冒确定的风险。以接受的绝原因障,容许冒确定的风险。u第一节 概述HUST_CEEEu一、绝缘协作惯用法一、绝缘协作惯用法u 惯惯用用法法是是按按作作用用在在设设备备绝绝缘缘上上的的最最大大过过电电压压和和设设备备最最小小绝绝缘缘强强度度相相协协作作的的方方法法,即即首首先先确确定定设设备备上上可可能能出出现现的的最最大大过过电电压压,然然后后依依据据运运行行阅阅历历,考考虑虑适适当当的平安裕度来确定绝缘应耐受的电压水平。的平安裕度来确定绝缘应耐受的电压水平。u 由由于于220kV(其其最最大大工工作作电电压压为为252kV
5、)及及以以下下电电压压等等级级(指指高高压压)和和220kV以以上上电电压压等等级级(指指超超高高压压)电电力力系系统统在在过过电电压压爱爱护护措措施施、绝绝缘缘耐耐压压试试验验项项目目、最最大大工工作作电电压压倍倍数数、绝绝缘缘裕裕度度取取值值等等方方面面都都存存在在差差异异,所以在作绝缘协作时,将电压等级分成下述两个范围:所以在作绝缘协作时,将电压等级分成下述两个范围:u 范围范围I:3.5kVUmax252kVu 范围范围II:Umax252kVu其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu1雷雷电过电压电过电压下的下的绝缘协绝缘协作作u 电电气气设设备备在在雷雷电电过过电电压压下下的的绝绝
6、缘缘水水平平通通常常用用它它们们的的基基本本冲冲击击绝绝缘缘水水平平(BIL)来来表表示示,有有时时亦亦称称为为额额定定雷雷电电冲冲击击耐耐压压水平,可由下式求得:水平,可由下式求得:uBIL=KLUP(L)u式式中中,UP(L)为为阀阀式式避避雷雷器器在在雷雷电电过过电电压压下下的的爱爱护护水水平平(kV),通通常常简简化化为为以以协协作作电电流流下下的的残残压压UR作作为为爱爱护护水水平平,KL为为雷雷电电过过电电压压下下的的协协作作系系数数,其其值值在在1.21.4的的范范围围内。内。u 国国际际电电工工委委员员会会(IEC)规规定定KL 1.2;我我国国规规定定:电电气气设设备备与与避
7、避雷雷器器相相距距很很近近时时取取1.25,相相距距较较远远时时取取1.4,即:,即:uBIL(1.251.4)URu其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu2操作操作过电压过电压下的下的绝缘协绝缘协作作u 在在按按内内部部过过电电压压绝绝缘缘协协作作时时,通通常常不不考考虑虑谐谐振振过过电电压压,也也不不单单独独考考虑虑工工频频电电压压上上升升。这这样样,按按内内部部过过电电压压绝绝缘缘协协作作就就归归结结为为操操作作过过电电压压下下的的绝绝缘缘协协作作。这这时时可可分分为为两种不同的状况来探两种不同的状况来探讨讨:u(1)变变电电站站内内所所装装的的阀阀式式避避雷雷器器只只用用作作雷雷电电
8、过过电电压压的的爱爱护护;对对于于内内部部过过电电压压,避避雷雷器器不不动动作作以以免免损损坏坏,但但依依靠靠别别的的降降压压或或限限压压措措施施加加以以抑抑制制,而而绝绝缘缘本本身身应应能能耐耐受可能出受可能出现现的内部的内部过电压过电压。u 我我国国标标准准对对范范围围I的的各各级级系系统统所所举举荐荐的的操操作作过过电电压压计计算倍数如表算倍数如表14-1所示。所示。u3.0u有效接地u110220u3.2u经小电阻接地u35及以下u4.0u有效接地u66及以下u相对地操作过电压计算倍数u中性点接地方式u系统额定电压/kVu表表14-1 操操作作过过电电压压计计算算倍倍数数K0 u其次节
9、 绝缘协作方法HUST_CEEEu 对对于于这这一一类类变变电电站站中中的的电电气气设设备备来来说说,其其操操作作冲冲击击绝绝缘缘水水平平(SIL),有有时时亦亦称称额额定定操操作作冲冲击击耐耐压压水水平平,可可按按下下式式求求得:得:SILKSK0U u式式中中,Ks为为操操作作过过电电压压下下的的协协作作系系数数,K0为为操操作作过过电电压压计计算倍数,算倍数,U 为相电压。为相电压。u(2)对对于于范范围围II(EHV)的的电电力力系系统统,过过去去接接受受的的操操作作过过电压计算倍数:电压计算倍数:330kV时为时为2.75倍,倍,500kV时为时为2.02.2倍。倍。u 目目前前普普
10、遍遍接接受受氧氧化化锌锌或或磁磁吹吹避避雷雷器器来来同同时时限限制制雷雷电电与与操操作作过过电电压压,故故不不接接受受上上述述计计算算倍倍数数,因因为为这这时时的的最最大大操操作作过过电电压压幅幅值值将将取取决决于于避避雷雷器器在在操操作作过过电电压压下下爱爱护护水水平平UP(S)。对对于于这这一一类类变变电电站站的的电电气气设设备备来来说说,其其操操作作冲冲击击绝绝缘缘水水平平应应按按下式计算:下式计算:SILKS UP(S)u式中,式中,KS为操作过电压下的协作系数,为操作过电压下的协作系数,KS1.151.25。u其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu3工工频绝缘频绝缘水平的确定水平的
11、确定u 假假如如在在进进行行工工频频耐耐压压试试验验时时所所接接受受的的试试验验电电压压比比被被试试设设备备的的额额定定电电压压略略高高,那那么么试试验验的的目目的的只只限限于于检检验验绝绝缘缘在在工工频频工工作作电电压压和和工工频频电电压压上上升升下下的的的的电电气气性性能能。但但是是事事实实上上,短短时时(1min)工工频频耐耐压压试试验验所所接接受受的的试试验验电电压压值值比比额额定定相相电电压压要要高高出出数数倍倍,其其目目的的和和作作用用是是代代替替雷雷电电冲冲击击和和操操作作冲冲击击耐耐压压试试验验,等等效效地地检检验验绝绝缘缘在在这这两两类类过过电电压压下下的的电电气气强强度度。
12、所所以以,凡凡经经短短时时(1min)工工频频耐耐压压试试验验合合格格的的设设备绝缘备绝缘在雷在雷电电和操作和操作过电压过电压下均能牢靠地运行。下均能牢靠地运行。u 为为了了更更加加牢牢靠靠和和直直观观,国国际际电电工工委委员员会会(IEC)作作如如下下补补充充规规定:定:u(1)对对于于300kV以下的以下的电电气气设备设备u 绝绝缘缘在在工工频频工工作作电电压压、短短暂暂过过电电压压和和操操作作过过电电压压下下的的性能用短性能用短时时(1min)工)工频频耐耐压试验压试验来来检验检验;u 绝绝缘缘在在雷雷电电过过电电压压下下的的性性能能用用雷雷电电冲冲击击耐耐压压试试验验来来检检验验。u(
13、2)对对于于300kV及以上的及以上的电电气气设备设备u 绝绝缘缘在在操操作作过过电电压压下下的的性性能能用用操操作作冲冲击击耐耐压压试试验验来来检检验验;u 绝绝缘缘在在雷雷电电过过电电压压下下的的性性能能用用雷雷电电冲冲击击耐耐压压试试验验来来检检验验。u其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu4长时间长时间工工频频高高压试验压试验u 当当内内绝绝缘缘的的老老化化和和外外绝绝缘缘的的污污染染对对绝绝缘缘在在工工频频工工作作电电压压和和过过电电压压下下的的性性能能有有影影响响时时,尚尚需需作作长长时时间间工工频频高高压试验压试验。u 明明显显,由由于于试试验验的的目目的的不不同同,长长时时间
14、间工工频频高高压压试试验验时时所所加加的的试试验验电电压压值值和和加加压压时时间间均均与与短短时时工工频频耐耐压试验压试验不同。不同。u 依依据据上上述述绝绝缘缘惯惯用用法法的的计计算算,结结合合我我国国的的实实际际状状况况,并并参参考考IEC举举荐荐的的绝绝缘缘协协作作标标准准,我我国国国国家家标标准准GB311.1-83对对各各种种电电压压等等级级电电气气设设备备以以耐耐压压值值表表示示的的绝缘绝缘水平都有相水平都有相应规应规定。定。u其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu二、绝缘配合统计法二、绝缘配合统计法u 采采用用绝绝缘缘配配合合统统计计法法作作绝绝缘缘配配合合的的前前提提是是充充
15、分分掌掌握握作作为为随随机机变变量量的的各各种种过过电电压压和和各各种种绝绝缘缘电电气气强强度度的的统统计计特性(概率密度、分布函数等)。特性(概率密度、分布函数等)。u 假假定定电电压压幅幅值值的的概概率率密密度度函函数数为为f(U),绝绝缘缘的的击击穿穿(或或闪闪络络)概概率率分分布布函函数数为为P(U),且且f(U)与与P(U)互互不不相相关,则绝缘在过电压作用下遭到损坏的故障概率为关,则绝缘在过电压作用下遭到损坏的故障概率为:u 图图14-1给出了绝缘故障率的给出了绝缘故障率的u估算区域。估算区域。u图图14-1 绝缘故障率的估算绝缘故障率的估算u其次节 绝缘协作方法HUST_CEEE
16、u三、简化统计法三、简化统计法u 在在实实际际工工程程中中接接受受上上述述绝绝缘缘协协作作统统计计法法来来进进行行绝绝缘缘协协作作,是是相相当当繁繁复复和和困困难难的的。为为此此IEC又又举举荐了一种简化统计法,以利实际应用。荐了一种简化统计法,以利实际应用。u 在在简简化化统统计计法法中中,对对过过电电压压和和绝绝缘缘电电气气强强度度的的统统计计规规律律作作了了某某些些假假设设,例例如如假假定定它它们们均均为为正正态态分分布布,并并已已知知它它们们的的标标准准偏偏差差。这这样样一一来来,它它们们的的概概率率分分布布曲曲线线就就可可以以用用与与某某一一参参考考概概率率相相对对应应的的点点来来表
17、表示示,分分别别称称为为统统计计过过电电压压US和和统统计计绝绝缘缘耐耐压压UW。它它们们之之间间由由一一个个统统计计平平安安因因数数KS联联系:系:KSUW/USu 在在过过电电压压保保持持不不变变的的状状况况下下提提高高绝绝缘缘水水平平,其其统统计计绝绝缘缘耐耐压压和和统统计计平平安安因因数数均均相相应应增增大大、绝绝原因障率减小。原因障率减小。u其次节 绝缘协作方法HUST_CEEEu 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。u1.雷电过电压下的绝缘协作u 由绝缘协作惯用法可知:变压器的雷电冲击耐受电压和避雷器爱护水平之间应取确定
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