输变电设备绝缘水平的确定

知识点：输变电设备绝缘水平

 1 基本概念

到目前为止，惯用法仍是采用得最广泛的绝缘配合方法。除了在有些330kV及以上的超高压线路的自恢复绝缘设计中采用统计法以外，其他情况下主要采用的仍均为惯用法。

根据惯用法确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平，它就是避雷器上可能出现的最大电压。如果再考虑设备安装点与避雷器间的电气距离所引起的电压差值、绝缘老化所引起的电气强度下降、避雷器保护性能在运行中逐渐劣化、冲击电压下击穿电压的分散性、必要的安全裕度等因素而在保护水平上再乘以一个配合系数，即可得出应有的绝缘水平。

由于220kV（其最大工作电压为252kV）及以下电压等级和220kV以上电压等级电力系统在过电压保护措施、绝缘耐压试验项目、最大工作电压倍数、绝缘裕度取值等方面都存在差异，所以在作绝缘配合时，可分为以下两个电压范围（以系统的最大工作电压Um来表示），区别对待：

范围1：

范围2：

2 避雷器的保护水平

避雷器的保护水平包括雷电冲击保护水平和操作冲击保护水平。

2.1 避雷器的雷电冲击保护水平

（1）阀式避雷器：

取以下三者中较大者：①在标称放电电流波形（如8/20μs）和幅值下的残压值；② 1.2/50μs标准雷电冲击放电电压上限；③磁吹避雷器规定陡度下的冲击波波前放电电压最大值除以1.15。

（2）氧化锌避雷器：

取以下两者中较大者：①雷电冲击电流下的残压（电流波形为7~9/18~22μs，标称放电电流为5、10、20kA）；②陡波冲击电流（波前时间为1μs，峰值与标称雷电冲击电流相同）下的残压除以1.15。

2.2 避雷器的操作冲击保护水平（针对330～500kV）：

（1）阀式避雷器：

取下列两个电压的较大者：① 250/2500μs标准操作冲击波下的最大火花放电电压；②规定操作冲击电流下的残压。

（2）氧化锌避雷器：

取规定操作冲击电流下的残压值（电流的波形为30~100/60~200μs，电流的峰值对220kV及以下系统的避雷器为0.5kA， 330kV系统的避雷器为1kA， 500kV系统的避雷器为2kA）。

在确定避雷器保护水平后，考虑绝缘配合的原则，然后取一定的安全裕度系数，即可确定设备的冲击绝缘水平。

3 雷电过电压下的绝缘配合

电气设备在雷电过电压下的绝缘水平通常用它们的基本冲击绝缘水平（BIL）来表示。BIL也称为额定雷电冲击耐压水平，可由下式求得：

式中：UP（l）为避雷器在雷电过电压下的保护水平，kV。可简化为标称雷电流下的避雷器的残压Ur ；Kl 为雷电过电压下的配合系数，在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：

4 操作过电压下的绝缘配合

在按内部过电压作绝缘配合时，通常不考虑谐振过电压，因为在系统设计和选择运行方式时均应设法避免谐振过电压的出现。此外，也不单独考虑工频电压升高，而把它的影响包括在最大长期工作电压内，这样一来，就归结为操作过电压下的绝缘配合了。

（1）对范围Ⅰ的各级系统变电站内所装的阀式避雷器只用作雷电过电压的保护。

对这一类变电站中的电气设备来说，其操作冲击水平（SIL）（也称额定操作冲击耐压水平）的计算式为：

式中：KS—操作过电压下的配合系数，其取值范围1.15~1.25；K—操作过电压计算倍数。国家标准DL/T620—1997对范围Ⅰ的各级系统所推荐的K为：66kV及以下（非有效接地系统），4.0；35kV及以下低电阻接地系统，3.2；110kV及220kV有效接地系统，3.0。

（2）对范围Ⅱ的电力系统，普遍采用氧化锌或磁吹避雷器来同时限制雷电与操作过电压，这时的最大操作过电压幅值将取决于避雷器的操作过电压保护水平UP(S)。

对于这一类变电站的电气设备来说，其操作冲击绝缘水平的计算式为

操作过电压下的配合系数KS较雷电过电压下的配合系数Kl小，主要是因为操作波的波前陡度远比雷电波小，并且被保护设备与避雷器之间的电气距离对避雷器操作波保护效果的影响较雷电冲击保护效果小。

为了检验电气设备绝缘是否达到了以上所确定的BIL和SIL，就需要进行雷电冲击和操作冲击耐压试验。它们对试验设备和测试技术提出了很高的要求。对于330kV及以上的超高压电气设备来说，这样的试验是完全必需的，但对于220kV及以下的高压电气设备来说，应该设法用比较简单的高压试验去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压的能力。

5 工频绝缘水平的确定

在范围Ⅰ的系统中，除了型式试验要进行雷电冲击和操作冲击试验外，一般只做短时（1min）工频耐压试验。

短时工频耐压试验的试验电压值实际上是由设备的BIL和SIL共同决定的，这主要是基于雷电或操作冲击对绝缘的作用，在某种程度上可用工频电压等效。工频耐受电压与雷电、操作过电压的等价关系如下图所示。

图中β1、β2分别为雷电和操作冲击电压换算为等值工频电压用的冲击系数。β1通常可取2.09，β2为1.84~1.9（66kV及以下取1.84，110kV及以上取1.9）。

为统一规范，BIL和SIL值应从下列标准中取，不宜使用中间值，即325、450、550、650、750、850、950、1050、1175、1300、1425、1550、1675、1800、1950、2100、2250、2400、2550、2700kV。

凡是能通过工频耐压试验，可以认为设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠的运行。

6 长时间工频高压试验

当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，尚需作长时间工频高压试验。

由于试验目的不同，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。

我国国家标准对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平作出了规定，见下表。

通过上述试验及方法，便可以确定电气设备的绝缘水平，保证设备的绝缘性能在绝缘水平之上就可以保证电气设备可靠安全地运行。通常以确定电力变压器绝缘水平为中心环节，再确定其他设备的绝缘水平。

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