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電網(wǎng)進(jìn)行絕緣配合的原則，通過概念描述、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，并綜合考慮過電壓的限制措施、設(shè)備的絕緣性能等因素來確定設(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：正確處理過電壓和絕緣這一對矛盾，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

絕緣配合的核心問題是確定各種電氣設(shè)備的絕緣水平，絕緣水平是由長期最大工作電壓、大氣過電壓及內(nèi)過電壓三因素中嚴(yán)格的一個(gè)來決定的，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)電壓值來表示。由于不同電壓等級系統(tǒng)中過電壓情況的不同，上述決定的考慮也是不同的。

在220kV及以下系統(tǒng)中，要求把大氣過電壓限制到低于內(nèi)過電壓的數(shù)值是不經(jīng)濟(jì)的，一般由大氣過電壓來決定電氣設(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)部過電壓的措施。

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

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操作、雷電過電壓總的耐受水平。對于220kV及以下電壓等級的電氣設(shè)備，凡是能通過工頻耐壓試驗(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)。對于超高壓電氣設(shè)備，考慮到操作波對絕緣的特殊性，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)多級配合(1940以前)。采用多級配合的原則是：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)。但是采用多級配合必然會把設(shè)備內(nèi)絕緣水平抬得很高，這是特別不利的。

(2)兩級配合(慣用法)。從20世紀(jì)40年代后期開始，越來越多的國家逐漸摒棄多級配合的概念而轉(zhuǎn)為采用兩級配合的原則，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)及方法來處理絕緣配合問題，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.說明絕緣配合統(tǒng)計(jì)法的特點(diǎn)。

2.說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

避雷器對電氣設(shè)備的保護(hù)可以有兩種方式：

(1)避雷器只用來保護(hù)大氣過電壓而不用來保護(hù)內(nèi)部過電壓。我國220kV及以下電壓等級的系統(tǒng)采用這種方式。也就是說，內(nèi)過電壓對正常絕緣無危險(xiǎn)，避雷器在內(nèi)過電壓下不動作。

(2)避雷器主要用來保護(hù)大氣過電壓，但也用作內(nèi)過電壓的后備保護(hù)。即通過改進(jìn)斷路器性能將內(nèi)過電壓限制到一定水平，在內(nèi)過電壓作用下，避雷器一般不動作，只有在內(nèi)過電壓超過既定水平時(shí)，避雷器才動作，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)雷電過電壓下的絕緣配合。電氣設(shè)備在雷電過電壓下的絕緣水平通常用它們的基本沖擊絕緣水平(BIL)來表示

BIL=K₁U_p（1）（TYBZ01410003-1）

式中  U_p（1）——閥式避雷器在宙電過電壓下的保護(hù)水平；

K₁——雷電過電壓下的配合系數(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)操作過電壓下的絡(luò)緣配合。在按內(nèi)部過電壓作絕練配合時(shí)，通常不考慮諧振過電壓，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)法避免諧振過電壓的出現(xiàn)：此外，也不單獨(dú)考慮工頻電壓開高，而把它的影響包括在最大長期工作電壓內(nèi)，這樣一來，就歸結(jié)為操作過電壓下的絕緣配合了。

分兩種情況來討論：

1)對于1kV＜U_m≤252kV這一類變電站中的電氣設(shè)備來說，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——操作過電壓下的配合系數(shù)；

K₀——操作過電壓計(jì)算倍數(shù)。

2)對于范圍Ⅱ(U_m＞252kV)這一類變電站的電氣設(shè)備來說， 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)。它們對試驗(yàn)設(shè)備和測試技術(shù)提出了很高的要求。對于330kV及以上的超高壓電氣設(shè)備來說，這樣的試驗(yàn)是必需的，但對于220kV及以下的高壓電氣設(shè)備來說，應(yīng)該設(shè)法用比較簡單的高壓試驗(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)絕緣在這兩類過電壓下的電氣強(qiáng)度。

凡是合格通過工頻耐壓試驗(yàn)的設(shè)備絕緣在雷電和操作過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.對于300kV以下的電氣設(shè)備

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

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

2.對于300kV及以上的電氣設(shè)備

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

(2)絕緣在雷電過電壓下的性能用雷電沖山耐壓試驗(yàn)來檢驗(yàn)。"

(3)長時(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絕緣在工頻工作電壓和過電壓下的性能有影響時(shí)，尚需做長時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)。由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，長時(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。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)對各種電壓等級電氣設(shè)備以耐壓值表示的絕緣水平作出見表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)分別對應(yīng)外絕緣和內(nèi)絕緣。

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

3.開關(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.說明避雷器性能對電氣設(shè)備絕緣水平的影響。

2.說明確定電氣設(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)接地方式對設(shè)備絕緣水平的確定、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響。通過定性分析，了解不同電壓等級電網(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，它對電力系統(tǒng)的供電可靠性、過電壓與絕緣配合、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，即非故障相對地中壓升高為線電壓。但此時(shí)三相線電壓不變(仍然對稱)，故對電力系統(tǒng)的正常工作沒有影響，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)。但在電壓等級較高的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用比較高，降低絕緣水平帶來的經(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，對于10kV及以下電力網(wǎng)的接地電流不超過30A，35kV 等級電力網(wǎng)接地電流不超過10A，接地電弧通?？梢宰孕邢?。當(dāng)10kV電網(wǎng)接地電流超過30A，35kV電網(wǎng)超過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)無電流流過。單相接地時(shí)構(gòu)成單相短路，接選回路通過單相短路電流，各相之間電壓不再對稱。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)接地方式對絕緣水平的影響

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

1.最大長期工作電壓

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%，可見其最大長期工作電壓為(1.1～1.15) U_N。在有效接地系統(tǒng)中，最大長期工作電壓僅為(1.1～1.15) U_N/。

2.雷電過電壓

實(shí)際作用到絕緣上的雷電過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、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)部過電壓

在有效接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過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)的電壓等級有很大的關(guān)系。

三、不同電壓等級電網(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下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過下列數(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)的污穢等級來選定絕緣子片數(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)部過電壓進(jìn)行驗(yàn)算，要求線路絕緣能耐受一定的內(nèi)部過電壓

絕緣了串在操作過電壓的作用下，也不應(yīng)發(fā)生濕閃。在沒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，最后得出的操作過電壓所要求的片數(shù)為

我國規(guī)定預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)見表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——對范圍Ⅰ(3.6kV≤U_m≤252kV,U_m為系統(tǒng)最高電壓)，它等于K₀U_ph;

對范圍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電壓中的最大者；

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

3.按雷電過電壓校驗(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，而且后者對線路建設(shè)費(fèi)用的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者。

輸電線路上的空氣間隙包括以下四點(diǎn)。

(1)導(dǎo)線對地面：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、地面電場強(qiáng)度及靜電感應(yīng)等問題。

(2)導(dǎo)線之間：應(yīng)考慮相間過電壓的作用、相鄰導(dǎo)線在大風(fēng)中因不同步擺動或舞動而相互靠近等問題。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)的電壓幅值來看，一般是雷電過電壓最高、操作過電壓次之、工頻工作電壓低；但從電壓作用時(shí)間來看，情況正好相反。

由于工作電壓長期作用在導(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.操作過電壓要求確定風(fēng)偏后的凈問距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)算用最大操作過電壓；

K₂——空氣間隙操作配合系數(shù)，對范圍Ⅰ取1.03，對范圍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列出了各級電壓線路所需的凈間距值。當(dāng)海拔高度超過1000m時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定對凈間距值進(jìn)行校正；對于發(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括號外為XP3想。

2.緣子適用于0級污穢，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括號內(nèi)需電過電壓間隙與括號內(nèi)絕緣子個(gè)數(shù)相對應(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.說明線路絕緣了片數(shù)確定的基本步驟。

2.說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?？紤]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)部過電壓水平計(jì)算為k₀U_xg，內(nèi)絕緣承受的內(nèi)部過電壓的強(qiáng)度與承受的1min工頻電壓強(qiáng)度之比為β₂為1.3～1.35?？紤]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)按大氣過電壓來校驗(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。