电力系统过电压及绝缘配合方面存在的10个误导
电力系统过电压及绝缘配合方面存在的10个误导
日期：2007-01-31 14:42:42
电力系统过电压及绝缘配合方面存在的10个误导
中国电力科学研究许颖
近几年，阅读到文刊上关于电力系统过电压及其绝缘配合方面的文章，我认为其中有一些容易引起人们的误导，综合起来有10个问题，现提出来讨论。
1．误导一：把人工冲击电流波形命名自然雷电流标准波形
自然雷电流波形，世界各国实测得的对地放电雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲，一次放电过程常常包含多次先导至主放电的过程（分别为第一脉冲和随后脉冲）和后续电流，放电脉冲数目平均为2-3个，最多记录到42个。第一脉冲波前最大陡度达50kA/μs，平均陡度为32kA/μs，幅值可达200kA以上；第二脉冲波前陡度比第一脉冲大，可达100kA/μs以上，幅值比第一脉冲低，波尾都在100μs以上，也就是说，一次雷击中是一连串的波长100μs以上脉冲波。见图1。
在一些标准中或一些文献上，检验（计算）物体（如杆塔、引流线）上的压降，采用陡波前（波尾不规定）或1/4μs、1/10μs、2.6/50μs冲击电流波形：检验防雷保护器（如金属氧化物非线性电阻片，以下简称MOR）上残压，采用陡波（波前时间1μs）冲击电流和8/20μs标称冲击电流；检验MOR通过雷电流能量能力，采用18/40μs，10/350μs，100/200μs冲击电流；验算变电所防雷保护可靠性时，传统采用雷击点反击导线上冲击波为直角波（波尾很长）的方法，这样做，达到了主要目的，是可以接受的。但这些人工冲击电流波形，都不是自然雷电流标准波形，与自然雷电流波形（图1）相差甚远。
有人仅从“雷电流标准波形”名词出发，使用很不当。例如，在验算变电所防雷保护可靠性时，采用1/10μs或2.6/50μs波形，特别是波尾太短，这与传统使用斜角波前无穷长波尾，验算结果相差甚远。又如，对MOR考核能量能力，有的仅用一次或两次的1/4μs或4/10μs冲击流，这与20次的18/40μs、10/350μs、100/200μs冲击电流效应相差甚远，偏低。
因此，人工冲击电流不能命名自然雷电流标准波形。
2．误导二：按电压等级对交流无间隙金属氧化物避雷器（简称WGMOA）分类
GB11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》§3.2避雷器分类，见表1（注：未全引，仅引有异议的）。
表1 避雷器分类
GB11032-2000打着等效IEC-60099-4（1991）的旗号，实际不等效。GB11032-2000声称“避雷器按其标称放电电流分类”，实质是按其电压等级分类。按电压等级分类严重误导WGMOA的应用选择。若发生事故，将严重影响电力系统安全运行。
表1中I n等级不同，试验要求不同[见IEC99-4（1991）表1和GB11032-2000表13]。I n实质上是代表WGMOA的本身安全运行指标高低和保护性能好坏。下面就表1中分类的“电站用、并联补偿电容器用、发电机用、电动机用以及低压用的WGMOA分类”等造成的误导弊病分别叙述。
2.1 电站用WGMOA
用于保护电力变压器线圈U n=3～66kV侧WGMOAR的I n，按GB11032-2000§3.2表1中规定，I n一律只能选5kA，不论其容量大小、重要性如何？事实上，电力变压器线圈侧U n = 3～66kV 侧，容量大小和重要性相差很大，有的是几个kVA，有的是几十万kVA，怎么能一律用I n = 5kA 的WGMOA？
电力变压器线圈各侧用的WGMOA的I n等级不同，实质上是各侧耐雷指标不同。各侧耐雷指标不相配合，一次侧（U n = 110kV及以上）耐雷指标高，二次侧（U n = 3～66kV）耐雷指标低，因此电力变压器防雷薄弱环节在二次侧是显而易见的，1990～1999年110kV及以上全国在役变压器类设备（未包括农口管理的）运行情况及事故统计分析完全证实，均发生在电力变压器二次侧（U n = 3～66kA）被雷击损坏[13][14]。
电力变压器不论一次侧，还是二次侧，线圈损坏，后果都是一样的，变压器要停运修理。事实上，电力变压器二次侧（U n = 3～66kV）线圈损坏修理更困难些。
有人可能会认为，流过U n = 3～66kV的WGMOA的雷电流要小，这是误解。CIGRE．WG33-01的1958年报告就指出：“通过阀式避雷器最大的雷电流是发生在中压等级及以下者”。
选择保护电力变压器用WGMOA的I n等级大小，实质是反映电力变压器耐雷指标高低，即防雷保护风险程度。选用较高I n等级WGMOA，实际是加强电力变压器防雷保护可靠性。选用较高I n等级WGMOA会增加造价，但相对于大型电力变压器造价来说影响是很小的。
制造U n = 3～66kV的I n = 10kA和20kA等级的WGMOA，在技术上是毫无困难的。
国外用于保护电力变压器WGMOA各侧均选用相同I n等级的。西方制造企业WGMOA型录中明确说明：电站型WGMOA，I n为10kA和20kA 两个等级；I n = 10kA的U r为3-366kV；I n = 20kA的U r为3-800kV；配电型WGMOA的I n才为5kA。用户按需要选择。
据悉，国内一些企业出口的U n = 3～66kV的WGMOA的I n，有10kA…不同等级，任用户选择。真怪，为什么国内用户，GB11032-2000规定只能用I n = 5kA等级标准套在中国电力系统的电站型WGMOA上？
2.2 并联补偿电容器用WGMOA
并联补偿电容器用WGMOA的I n等级，实质是WGMOA保护性能优劣和允许吸收能量大小（使用寿命长短——安全运行可靠性高低）。并联补偿电容器切合操作过程中，在WGMOA中产生的能量是随切合操作时用的断路器发生一相重击穿还是两相重击穿、击穿次数、电力系统中性点接地方式的不同、并联补偿电容器组容量的大小、WGMOA布置不同（相对地、相间和相对中性点等）、并联补偿电容器组允许过电压水平的不同而相差很大，怎么不分这些差异？而GB11032-2000§3.2表1中规定，一律用I n = 5kA的WGMOA，根据何在？国际标准和国外型录中规定系列I n等级，让使用者选择。1995年CIGRE．WG33-11制定的《并联电容器组的避雷器（WGMOA）选择导则》，对上述影响因数和应用选择的区别，进行了详细分析计算，内容清晰系统，这里不重复[1]。
2.3 发电机用和电动用WGMOA（以下统称电机型WGMOA）
在电力行标DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》§9中，将发电机、同步调相机、变频机和电动机统称旋转电机。从绝缘结构看它们是同类的。DL/T620-1997对它们的防雷保护是按其重要性和容量大小分别来处理的。
DL/T620-1997允许的直配旋转电机的重要性和容量差别是很大的，大的发电机和电动机为60000kW，小的只有几个kW。旋转电机绝缘遭受雷电波击穿时，可能产生强烈的工频短路，烧坏铁芯，修理困难，花费时间较长。因此，对直配旋转电机防雷保护，要求可靠性较高。
而GB11032-2000规定：发电机用WGMOA的I n，一律为5kA；电动机用WGMOA的I n，一律为2.5kA。正如前面说过的，WGMOA的I n等级，实质是代表WGMOA的保护性能好坏和WGMOA本身安全运行指标高低两方面：
（1）在防雷保护性能方面：I n值的大小决定着旋转电机防雷保护水平、耐雷指标高低、旋转电机安全运行可靠性高低问题。我国在20世纪50年代初，电机型避雷器的I n定为3kA，到了60年代初已将I n提高到5kA。到了90年代，我国WBMOA“可以和进口产品比高低”[2]完全可以与国际上电机型WGMOA一样，I n提高到10kA[3]。为何GB11032-2000反而倒退了（表1）？实际上，中国已有不少制造厂，在技术上完全可以生产出电机型WGMOA的I n = 10kA产品。价格虽然贵一些，相对大电机而言，是微乎其微的。
（2）在WGMOA本身安全运行方面：I n值的大小决定WGMOA用什么试验方法和参数来做型式试验。例如，GB11032-2000规定：对电动机用WGMOA的I n = 2.5kA 等级，采用方波冲击200A，4/10μs大电流冲击25kA，大电流压力释放800A；对发电机用WGMOA的I n = 5kA等级，采用方波冲击电流400A，4/10μs大电流冲击（40）65kA，大电流压力释放10kA，小电流800A。这些所用的验证参数对大容量旋转电机用WGMOA是过分偏低的，这是因为I n定位过低所致。国外，电机型WGMOA的I n定位10kA[3]。也就是说，电机型WGMOA的型式试验方法
和参数，定位是很高的。我国过去对电机型避雷器的本身安全运行，可靠性定位是当时最高的。
2.4 低压用WGMOA
因GB11032对WGMOA按U r等级分类，表1中对低压（0.28≤U r≤0.5Kv）WGMOA的I n = 1.5kA，定位太低，远低于IEC1312-3（1996）规定的信息系统供电电源用过电压保护器（IEC1312-3叫做SPD0的要求，因此，低压用WGMOA这一广阔市场几乎让位于进口SPD产品。
3 误导三：把MOR加速老试验当作MOR寿命试验
在20世纪70～80所代，曾有人对MOR按115±4℃1000h在施加电压U c的加速老化试验结果，推算WGMOA等价于在40℃以下运行寿命达百年或以上。运行经验证明，投运时间不长的，MOR因出现劣化，屡发生WGMOA过快淘汰的现象。实践也证明，《标准》规定的“加速老化试验”不是WGMOA寿命试验。IEC99-4（1991）特别指出：MOR老化寿命“仍在研究中”。西方一些国家标准中亦指出：“利用（型式或出厂）试验结果来判断WGMOA在电力系统上长年使用的老化，通常是困难的，还需今后研究一种切实有效的试验方法”。
按加速老化试验结果推算WGMOA等价于在40℃以下运行寿命可达百年或以上的结论，早已被推翻。时至今日，在解释GB11032-2000修正稿时还宣称：“（WGMOA）能耐受（加速老化）试验1000h，避雷器则能在持续运行电压（U c）下运行100年”[4]。不知主持修正稿人新近做了哪些科学试验，还是企图误导……。若不是有意误导，有科学试验依据，能否承诺您们生产的WGMOA在25年（100年的四分之一，应该不是苛刻的）内因自身老化损坏实行免费包换？
WGMOA在使用寿命期间（数十年）能承受持续运行电压（U c）是当今一个还没有解决的试验技术难题。那种认为现行加速老化试验方法已解决了这个问题的观念是不正确的。IEC99-49（1991）§7.5.2中明确指出：“本（加速老化）试验程序是为了确定动作负载试验中所使用的U CT 及U r电压值而设计的“。并特别说明：“此条是临时性的，因金属氧化物电阻片（MOR）的老化仍在研究中”。
WGMOA动作负责载试验本应在老化试品上进行。在未老化MOR上进行动作负载试验，必须加一个考虑了老化影响的足够程度的系数，用于老化试验之后增高功率损耗的补偿，这就是IEC99-4（1991）设计老化试验的由来。现在看来，由现行加速老化试验方法决定的补偿系数还不足够。文[5]建议WGMOA应在运行电压下进行长期（数千小时上）的实测观察研究。
此外，在生产企业，由例行进行加速老化试验来验证每批MOR的稳定性是必不可少的。
4 误导四：把SicA动作负载当作WGMOA动作负载
避雷器动作负载试验，原是为有串联间隙避雷器设计的，是模拟连接在交流电力系统上的避雷器在过电压下，击穿间隙时的放电电流通过后间隙绝缘恢复、截断工频续流又隔离电网电压恢复正常这一连串动作状态而进行的试验。中国和前苏联过去称之为续流试验（又称灭弧试验）。
西方国家称之为动作负载试验。串联间隙设计，只限制雷电过电压，不承担限制操作过电压者，规定用雷电（短波的大电流）冲击动作负载试验验证。
WGMOA，只要有过电压（不论是雷电的还是操作的），就导通（动作），其电流是流过雷电负载或操作负载或这两种负载电流的叠加。WGMOA 的MOR并在热状态下叠加这些负载。这时实际变成了在注入动作负载时的热稳定。这与SicA动作负载完全不同，怎么能将SicA动作负载试验照搬到MGMOA？
GB11032-2000§6.12 规定：U r = 90kV 以下的WGMOA，用雷电（大电流）冲击试验验证。这是完全不对的。
或许有人会说，这规定是照抄IEC99-4（1991），可是IEC99-4（1991）从未规定U r = 90kV 以下的WGMOA用雷电（大电流）冲击动作负载试验验证。
或许有人会说，U r = 90kV 以下的WGMOA不重要，是这样吗？不是的。U r = 90kV 以下的WGMOA，有的用于保护容量几十万kVA的电力变压器（U n = 3～66kV）线圈侧，相当重要。
U r = 90kV 以下的WGMOA不流过操作过电压负载吗？答案是否定的。用试验验证WGMOA耐受能力，就应尽量用电流冲击持续时间和幅值产生的实际应力。试验表明，能量能力的统计，雷电冲击的能量应力要比操作冲击低。有人会说，施加大电流冲击（4/10μs）就是从能量考虑的。是的，但其波长和幅值值都不能代表实际应力。还有，冲击次数只有2次，这就产生疑问，WGMOA能否多次冲击？
综上所述，GB11032-2000规定U r = 90kV 以下的WGMOA用雷电（大电流）冲击动作负载试验验证，不符合WGMOA运行实际情况，试验时注入能量偏小，是当前U r = 90kV 以下的WGMOA损坏多、寿命短的主要原因之一。U r = 90kV 以下的WGMOA，同样应该用操作（长持续时间）冲击动作负载试验验证。此外，操作冲击动作负载试验中预备试验应该用100/200μs替代8/10μs。
还有一个对WGMOA吸收能量能力的认识问题。有人以为，只要WGMOA限制过电压一次吸收能量不超过试验验证时注入值，就认为WGMOA 没有能量能力问题，好像与WGMOA限压次数无关。事实上不是这样的。这是IEC99-4（1991）的一个缺点，CIGRE，WG33-11的1999年报告[6]批评：“IEC99-4（1991）缺乏试验程序对WGMOA正确选择指导关系和保护运行中可接受的很低的故障率。”前苏联文献早就阐述了这个问题，认为验证试验中注入的能量值是“原始通流容量储备”，WGMOA每限压一次就从这“储备”中消耗一些，“储备”被消耗光了，就认为WGMOA 使用寿命到了，不能再用WGMOA限压。近年西方一些试验也得出了类似看法。文[7]用工频60Hz电流0.8A（峰值）至600A（峰值）、冲击电流从4kA至35kA对三个制造厂生产的大量MOR试品进行试验，每种电流施加到直至破坏时为止，得到通过MOR电流平均值对数与破坏时间平均值对数之间的线性关系，即log I = -log t + 常数，并认为，这对决定能量吸收能力和避雷器应用中的安全裕度将是很有用的工具。
5 误导五：WGMOA至被保护物之间允许最大距离按电压等级“一刀切”
对电力变压器（即变电所）防雷保护，应根据容量和重要性不同来配备防雷保护措施，使一次侧（110kV以上）和二次侧（66kV及以下）耐雷可靠性一致。
首先，一、二次侧WGMOA的I n应相同，均应有很好的进线保护段。
其次，WGMOA至被保护物（如电力变压器）之间允许最大距离决定于沿架空输电线路导线上侵入到变电所雷电波陡度和幅值。但影响侵入到变电所雷电波陡度和幅值的因素很多，如直击雷电参数（幅值、陡度和波长时间等）、进线段参数（避雷线根数和布置位置、杆塔高度和杆塔波阻、接地冲击时间等）和雷击点位置（雷击点至WGMOA距离等）。由此可见，侵入变电所雷电波陡度和幅值是随机变量，非固定值，是概率分布。选用多大侵入波陡度和幅值实际是反映被保护物（如电力变压器）耐雷可靠性程度高低。因此，视被保护物（如电力变压器）的技术经济重要性的不同，分别选用不同的侵入变电所雷电波陡度和幅值。那种同一级电压等级，不管重要性（容量大小、事故影响程度）差异，采取“一刀切”，选用同一陡度和幅值是不对的。
根据我国运行经验，参考西方规定，对110kV及以上变电所，建议分为五个等级；450/μs、900/μs、1200/μs、1500/μs、2000/μs。
6 误导六：发变电所接地网的接地工频电阻值（R）要求小于或等于0.5Ω
有的人受旧标准影响，盲目地追求发变电所接地网的接地工频电阻（R）要求小于或等于0.5Ω，不惜花巨资（有的一个发变电所花200～300
万元）应用降阻剂或应用灌注深井接地极来处理，忘却了发变电所接地的根本目的。
发变电所接地目的有四个：
①降低对人身电击（含接触电位差和跨步电位差）危害；
②降低对低电压设备（含计算机、通信设备、控制系统等的信息系统）的反击和对信息系统的干扰；
③提供足够的承载接地故障电流能力（含过流保护系统允许接地故障电流的幅值和持续时间）；
④提供接地故障电流低阻抗返回通路，以保证过流保护系统及时动作的需要。
在1953年以前，当时电力系统容量不大，因而规定“大接地短路电流（大于500A）（即中性点直接接大地和经低阻抗接大地的电力系统）的电压1000伏以上的电气装置的接地工频电阻应不大于0.5Ω。”
随着电力系统容量不断增加，如今接地故障电流大大超过1953年前的情况，尤以包括计算机、通信设备、控制系统等的信息系统应用日益扩大，信息系统能承受的电压是很低的，远低于允许的接触电位差和跨步电位差，靠接地电阻不大于0.5Ω是满足不了要求的。
当然，在高土壤电阻率地区，做到接地网的接地工频电阻值不大于0.5Ω是极不容易的，即使做到了0.5Ω也不满足要求，这就迫使人们另辟途径，以达到满足上述四个目的要求的技术经济最佳的措施。
发变电所电气装置接地，按其作用不同分为工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地四种。对此，曾发生过争议，这四种接地是采用一些独立接地装置还是采用共同接地网？虽然已往采用独立接地的实践消除了连续低频杂音，但在雷电情况下信息系统遭到重大灾难性损坏，现在国内外共识是采用共用接地网。
为达到前述四条接地目的，国内外实践证明，行之有效的措施是：
①采用浅埋水平均压接地网。这是降低接触电位差和跨步电位差的有效措施，均压接地网最好敷到围栏或围墙。对围栏内人员经常行走的路面采用沥青地面或砾石地面。防止人员接触围栏产生电击，可在围栏外侧铺设砾石地面。
②以防接地网高电位引向发变电所外，或将低电位引向发变电所内的设备，采取隔离措施。
③等电位连接。尤应注意信息系统接地的等电位连接。
④采用引外接地极或深井接地极达到提供接地故障电流低阻抗返回通路，保证过流保护系统及时动作。
引外接地极可敷设在离发变电所几公里的低电阻率的土壤里，还可与进出线路避雷线连接。
井式接地极可埋在地下较深处的土壤电阻较低处。
⑤所有接地极及连接线均应有足够载流能力，以保证电气装置可靠的接地。近年发生多起因接地引流线损坏烧毁电力设备事故。
采用了这些措施，达到了前述四条接地目的，从理论上说，就可不管接地工频电阻值多少。电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中§5.1.1第2款已扩大为5Ω。有的规范已扩大到10Ω。
7 误导七：避雷针（线）保护范围的“绝对化”
由于要求的避雷针（线）保护范围空间内被保护物允许遭受雷击概率不同，所以在不同标准（规程、规范等）中规定有所不同，这是正确的。不知何故？有文评论，这对那错，妄图制造混乱。
避雷针（线）的防雷保护作用，在于它比被保护物高，能把附近雷电从被保护物上方引向自身并安全泄入大地。因此，避雷针（线）的引雷和
安全泄入大地是至关重要的。
避雷针（线）的引雷（拦载）作用，也即对被保护物的保护作用（保护范围），与雷电极性、雷电通道电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针（线）数量和高度、被保护物高度、这些相互之间位置以及当时大气条件、地理条件等因素有关。现在对这些因素，有的还未掌握到定量数据。所以确定保护范围采用方法正确性不可能严格证明。一般地是理论分析、实验室模型研究、长期多年实际运行经验证明三者结合，才能作为正式推荐使用。
保护范围是指被保护物在此空间内遭受雷击概率（绕击率）在可接受值之内。例如，电力行标DL/T620-1997规定的避雷针保护范围内绕击率预计为0.1%[8]，保护范围可靠性为0.999。统计了我国4272变电所年的运行经验绕击率为0.07%[9]。表明低于预计的0.1%，是可接受的，没有必要改变，否则造成混乱和浪费。变电所现行直击雷防护可靠性，比沿架空输电线路导线上侵入到变电所雷电波防护高很多。
文刊介绍的确定避雷针（线）保护范围的方法如电气几何击距法（EGM）、修正EGM先导传播模型（LPM）、滚球法、抛球法等，这些方法是有益尝试。这些方法中有很多假设，缺乏实际依据，例如，至今人们还不知道击距或球半径30-60m长空气间隙放电电压真值，有的按3kV/cm，或5kV/cm，或10kV/cm推算。
从定性上说，不同击距或球半径，也是不同允许的绕击率（图2）[8]。
事实上，当今世界上，标准上推荐的避雷针（线）保护范围都是经验公式[17]。
8 误导八：消弧线圈“消除弧光接地过电压”
消弧线圈自动跟踪补偿或消弧线圈自动调谐问世后，使消弧线圈上了一个台阶。但有的文刊，对其功能不是实事求是，而是无限夸大，例如，能“消除弧光接地过电压”等就是误导。
“自动跟踪补偿”或“自动调谐”均是指在工频状态下的。而在间歇性电弧接地时刻，过渡过程通过接地故障点的电容电流分量和电感电流分量（在有消弧线圈时）均是高频的。这两者的频率特性相差悬殊，故两者是不可能相互补偿（调谐）的。在工频状态下关于残流失谐度和合谐度等概念，在分析间歇性电弧接地时刻，过流过程通过接地故障点的电流均是不适用的。
在中性点不接地（绝缘）系统和消弧线圈接地系统，第一次接地时刻，实测和计算得到的接地过渡过程阶段的高频振荡电流脉冲峰值达数百安培之多[10、11]。如重燃则电流脉冲峰值将更大，有的网络计算达600A到1000A。时间虽然短，但电弧危害很大[10、11]。
实测中性点不接地（绝缘）和消弧线圈接地系统中的单相间歇性电弧接地时产生的过电压，一般达3～4p.u。为了从物理概念上定性说明，先后有四种假设，每种假说均是在前人基础上依据新的科学试验成果建立的[12]。
试验证明，消弧线圈功能是降低单相接地时发生间歇性电弧熄灭、重燃的多次重复过程建弧概率，简称降低建弧率。前苏联Α.И.多尔根诺夫教授1958～1959处《过电压及其保护》下册中指出：“试验证明，中性点消弧线圈接地系统中，发生在健康相（即非故障相）上的过电压倍数的最大值仍与中性点不接地系统时的一样，不过其出现的概率更小而已”，同时指出：“从一方面讲消弧线圈减少了重燃次数可能降低过电压，另一方面讲，消弧线圈减少了故障点流过的电流可能使电弧不稳定燃烧（间歇性电弧）；消弧线圈降低了故障相恢复电压的速度，易于使故障相的重燃是在对地电位最大时发生，这又使过电压的数值增加”。
总之，消弧线圈能“消除弧光接地过电压”是误导。但弧光接地过电压对正常标准绝缘（非弱绝缘）是无危险的。以往的研究工作对接地电流重视不够需加强。
消除弧光接地等过电压，行之有效的措施是中性点经电阻器接地方式。文[16]介绍了日本20kV电网中性点经40（60）Ω＋460（690）Ω电阻器接地，0.7s短接460（690）Ω电阻器，达到迅速准确切除故障线路。
9 误导九：把绝缘配合中的“间隔系数”当作“安全系数”或“裕度系数”
对220kV及以下电力系统的绝缘配合，常用确定性方法（曾称惯用法），即
U W ≥K C U ex（1）
式中：U W为绝缘水平（或可耐受电压）；U ex为过电压值（或WGMOA的残压）；K C，我国曾称之为配合系数，IEC规定现称为间隔系数，是与代表性过电压值相乘以求得配合耐受电压系数。
现有些文刊宣称K C为“安全系数”或“裕度系数”。这是误导，给人一种假象，好似按式（1）求取的U W值是不可能发生过电压值或WGMOA残压值对绝缘的损坏。事实上不是这样的。
K C是弥补很多需要考虑的影响因素的系数；如，（ⅰ）流经WGMOA电流的幅值和陡度高于试验值；（ⅱ）WGMOA的MOR老化使残压升高；（ⅲ）WGMOA的内部电感及接地引流线电感及接地引流线电感的压降叠加在残压上；（ⅳ）WGMOA至被保护物之间距离；（ⅴ）绝缘老化耐压下降；（ⅵ）运行工频电压叠加在残压上；（ⅶ）WGMOA残压波形[13]与被保护物绝缘耐受试验电压波形不同引起的差值，等等。所以，各个国家K C选值是不同的，一般在1.2至1.6之间。各个国家，同级电压的电网，选择绝缘水平不相同。这是由于不同的电网结构产生的过电压不同，发生事故后果不同所致。IEC71-1（1993）规定，同一级U m电网，对应着好几个等级绝缘水平，让使用者自己根据具体情况来挑选。那种不管电网具体情况，硬性规定同一级U m电网给一种绝缘水平是不符合绝缘配合原则的。
10 误导十：把“绝缘试验电压值”完全等同“绝缘水平”
由于这个误导，在实际工作中，有人遇到经绝缘耐压试验后的电力设备，绝缘发生事故或有避雷器保护的较大空气间隙放电后，就觉得不好理解。
事实上，绝缘水平是指绝缘耐受各种作用电压的总称。绝缘试验是指在规定试验条件下检验绝缘强度的各种电压试验的总称。绝缘水平和绝缘试验是两个独立概念。但表征绝缘水平是用绝缘试验电压值，因而关系又很密切。故常在文刊上出现误把“绝缘试验电压值”完全等同“绝缘水平”。众所周知，在一定试验条件下，有限试品上施加少量有限次数的试验电压，由数理统计知识可知，这样得出的绝缘耐受电压值，只能说是“绝缘试验标准规定值”，不是产品的绝缘耐受电压“真值”。凡是抽样（试品）很少的产品，施加电压试验次数又少的电力设备，均不是“真值”。
绝级水平这个概念，一般地说，是根据现行绝缘配合的计算方法，在采用过电压保护措施下，随机的电压下发生的故障率限制在运行能够接受的范围内。
试验的目的，耐受标准规定试验电压值是保证绝缘在运行寿命期内（25年以上）能够耐受长期运行电压和随机过电压下要求的绝缘水平。研究表明，随着不同的试品、不同的抽样方法、不同的试验方法（含施压次数的不同），可获得不同的绝缘耐受电压值，因此，试品的选取和试验方法是当前世界上重点研究课题，如何做到绝缘试验“标准规定值”更接近绝缘水平要求耐受电压的“真值”。一般地说，不同的被试品和不同的试验方法（含不同的试验条件和施压次数，等等），就应相应地要求不同的试验电压值，才能使产品达到绝缘水平要求耐受电压“真值”。
总之，绝缘强度不是一个“固定值”，而是一个随机变量，即在某一定电压下有一个相应的绝缘击穿概率。
此外，实际运行中电气设备是承受着多应力（电压、太阳、辐射、机械负载、温度变化、湿度、污染……等）综合作用累积效应。现行规定是用少数项组合多应力试验结果来评价，与实际存在差异。对某些绝缘材料（如合成材料）会产生误导，一些国家正在致力研究开发新的绝缘试验方法。
参考文献
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电气化铁路过电压绝缘配合设计
电气化铁路过电压绝缘配合设计 1.1 概述 电气化铁路牵引变电所供电对象是电力机车，由于电力机车是单相脉冲负荷，产生的负序谐波较大，会导致牵引供电网络的功率因素降低并给电力系统带来影响。提高电力牵引变电所的功率因数方法有很多种，我国普遍采用的方法是在牵引变压器低压侧安装固定并联电容补偿装置，并且大都采用真空断路器来进行透切操作。由于真空断路器具有超强的灭弧能力和高频吸弧能力，在牵引变电所利用真空断路器投切并联补偿装置的过程中，曾多次发生烧毁电容器和电抗器的事故，严重的影响电气化铁路的安全运营，因此迫切需要对电气化铁路并联补偿装置投切暂态过程的过电压与绝缘配合进行研究。 本文主要介绍电气化铁道无功功率的现状，并联电容补偿的原理、作用、方案和主接线以及国内无功补偿方式的应用及研究现状。然后对电气化铁道并联无功补偿装置投切的过渡过程进行了理论分析和计算，得出了并联补偿装置投切过渡过程期间电容器和电抗器上的电压及回路电流的数学表达式。根据牵引变电所并联补偿装置的实际参数，对投切过渡过程期间电容器和电抗器上的电压及回路电流进行了工程计算，并对计算结果进行了分析。综合考虑电气化铁路供电系统中各设备的绝缘能力，欲使绝缘能耐受所有可能预见的最大过电压进行绝缘配合设计分析。 。 2接触网绝缘配合的分析与研究 2.1接触网的绝缘部件 （1）绝缘子是接触网带电体与支柱设备或其他接地体保持电气绝缘的重要部件。 接触网用的绝缘子多为悬式绝缘子和棒式绝缘子。悬式绝缘子主要用来悬吊或支撑接 触悬挂，电气化铁路供电的额定电压是25kV，选用的绝缘子形式一般是由三片组成 的绝缘子串，轻污染区采用三片普通型悬式绝缘子组成，重污染区采用四片均为防污 型悬式绝缘子组成的绝缘子串。棒式绝缘子是根据电气化铁路接触网的工作条件而专 门设计的一种瓷质的整体式绝缘子，根据使用环境及条件可分为普通型﹑防污型及双 重绝缘三种类型。绝缘子的性能好坏，对接触网能否正常供电影响很大。 （2）绝缘子的机械性能 绝缘子在接触网中不仅起绝缘作用，而且还承受着机械负荷，特别是软横跨的承 力索及下锚用的绝缘子承受着线索的全部张力，所以对绝缘子的电气及机械性能的要 求都是极为严格的。 （3）绝缘子的电气强度 绝缘子在工作中要受到各种大气环境的影响，并可能受到工频电压、内部过电压 和外部过电压的作用。因而，要求绝缘子在这三种电压作用及相应的环境之下能够正 常工作或保持一定绝缘水平。绝缘子的电气性能，用干闪络电压﹑湿闪络电压和击穿 电压表示。
交流电气装置的过电压保护及绝缘配合0001
输变电标准讲解资料交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 (DL/T620-1997) 2008 年8 月
目录 引言 二，电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响三，暂时过电压及其限制 四，操作过电压及其保护 五，雷电过电压及其防护 六， 金属氧化物避雷器MOA 七,绝缘配合
一，前言： 1,本标准规定了标称电压为3?500 kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求；提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均（50%）放电电压的选择程序，并给出电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。 本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ7-79和1984年3月颁发的《500 kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》SD 119-84，经合并、修订之后提出的。 2，标准的适用范围： 本标准与修订前标准的主要差别： 1 ），增补了电力系统中性点电阻接地方式；修订了不接地系统接地故障电流的阈值； 2），对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快瞬态过电压保护等内容；对330kV系统提出新的操作过电压水平要求、修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等； 3），增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求； 4），增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SF6 GIS变电所的防雷保护方式的内容； 5），充实并完善了3?500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法。给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。 注：本文中工频过电压倍数，为工频过电压有效值与系统最高相电压有效值之比；本文中谐振、操作过电压倍数，为谐振、操作过电压幅值与系统最高相电压峰值之比。 二，电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响： 电力系统中性点接地方式是涉及系统接地故障电流、过电压水平、运行可靠性等一项技术、经济的综合性问题。 --- 影响一次设备的制造水平，造价，进而影响电力系统的建设投资：如, 影响断路器的开断能力，影响变压器等的动, 热稳定性; --- 影响继电保护方式的选择性，影响故障的复杂程度, 影响电力系统的电磁暂态、机电暂态的发展和系统稳定，影响电力系统的运行费用； --- 影响二次系统，包括对继电保护, 通讯, 铁路信号, 自动化等的电磁干扰；--- 影响电力系统非对称接地故障引起的工频过电压, 进而影响电力系统的操作过电压水平和绝缘水平. 目前, 我国电力系统中性点接地方式有 1. 有效接地方式（3.1.1）： （此处括号内数字为DL/T620相应条款，以下雷同。） 有效接地方式，即系统在各种条件下应该使零序与正序电抗之比a = X0/X1为 正值并且不大于3,而其零序电阻与正序电抗之比RX i为正值并且不大于1。接地故障系数（ K = 故障时健全相工频电压/ 故障前工频相电压）不超过1.4 ，接地故障系数K乘以最大运行相电压为工频过电压。
接触网绝缘配合
接触网技术课程设计报告 班 级： 电气 082 学 号： 姓 名： 指导教师： 任丽苗 2012 年 2 月 24 日
1基本题目 1.1 题目 接触网绝缘配合。本次课程设计本人主要负责在技术上正确处理各种电压、各种限压措施（如装设避雷器）和接触网绝缘耐受能力三者之间的配合关系，并在经济上协调接触网建设投资费、运营维护费和事故损失费三者之间的关系。 1.2题目分析 接触网的绝缘配合，就是根据接触网所在的电气化铁路供电系统中所可能施加于接触网的各种电压，包括正常工作电压、操作过电压和大气过电压，并考虑保护装置的特性和接触网的绝缘特性，来确定接触网对所加电压的必要的耐受强度，以便把作用于接触网上的各种电压所引致的接触网绝缘损坏和影响接触网不间断正常供电的概率，降低到在经济上和铁路运营上所能接受的水平。良好的绝缘配合，就是要在技术上正确处理各种电压、各种限压措施（如装设避雷器）和接触网绝缘耐受能力三者之间的配合关系，并在经济上协调接触网建设投资费、运营维护费和事故损失费三者之间的关系。因此，对接触网的绝缘配合进行分析与研究是十分必要的。 2接触网绝缘配合的分析与研究 2.1接触网的绝缘部件 （1）绝缘子是接触网带电体与支柱设备或其他接地体保持电气绝缘的重要部件。接触网用的绝缘子多为悬式绝缘子和棒式绝缘子。悬式绝缘子主要用来悬吊或支撑接触悬挂，电气化铁路供电的额定电压是25kV，选用的绝缘子形式一般是由三片组成的绝缘子串，轻污染区采用三片普通型悬式绝缘子组成，重污染区采用四片均为防污型悬式绝缘子组成的绝缘子串。棒式绝缘子是根据电气化铁路接触网的工作条件而专门设计的一种瓷质的整体式绝缘子，根据使用环境及条件可分为普通型﹑防污型及双重绝缘三种类型。绝缘子的性能好坏，对接触网能否正常供电影响很大。 （2）绝缘子的机械性能 绝缘子在接触网中不仅起绝缘作用，而且还承受着机械负荷，特别是软横跨的承力索及下锚用的绝缘子承受着线索的全部张力，所以对绝缘子的电气及机械性能的要求都是极为严格的。 （3）绝缘子的电气强度 绝缘子在工作中要受到各种大气环境的影响，并可能受到工频电压、内部过电压和外部过电压的作用。因而，要求绝缘子在这三种电压作用及相应的环境之下能够正常工作或保持一定绝缘水平。绝缘子的电气性能，用干闪络电压﹑湿闪络电压和击穿电压表示。
过电压和绝缘配合资料全
第一章 过电压及其绝缘配合 电力系统的各种电气设备在运行中除了要承受正常的系统电压外，还会受到各种过电压的作用。因而，了解各种过电压产生的机理及其对电气设备的危害，研究防止产生或限制幅值的措施，对系统及电气设备绝缘水平的选定有决定性的意义。本章就各种过电压的发生机理作初步介绍。 第一节 理论基础 一、直流电源作用在LC 串联回路的过渡过程 从电路的观点看，电力系统中的各种电气设备都可以用R 、L 、C 三个典型元件的不同组合来表示。其中L 、C 为储能元件，是过电压形成的 因，是作为分析复杂电路过渡过程的基础。现在， 我们来研究直流电源作用于L 串联电路上的过渡过 程及由之产生的过电压。 如图1-1所示，根据电路第二定理可写出 E ＝L dt di +C 1∫idt (1-1) 在未合闸时，i ＝0，uc ＝0，变换一下形式，式(1-1) 可写为 LC 2 2dt uc d +uc=E (1-2) 当满足t ＝0时，i ＝0，uc ＝0，式(1-2)的解为 uc=E (1-cos ω0t) 式中，ω0＝LC 1 ，而电路的电则为 i=C dt duc =C L E sin ω0t (1-3) 若uc (0)≠0，那么uc 的解为 uc=E-[E-uc (0)]cos ω0t (1-4) 由上式可知，uc 可以看作是由两部分叠加而成：第一 部分为稳态值E ，第二部分为振荡部分，后者是由于起始 状态和稳定状态有差别而引起的，其幅值为(稳定值 一起始值)，见图1-2。因此，由于振荡而产生的过电压 可以用下列更普遍的式子求出 过电压＝稳态值+振荡幅值＝2×稳态值-起始值 (1-5) 利用上式，可以很方便地估算出由振荡而产生的过电 压值。当然，实际的振荡回路中，电阻总是存在的，电阻 的存在会使振荡波形最终衰减到稳态或甚至根本就振荡不
电力系统过电压及绝缘配合
电力系统过电压及绝缘配合方面存在的10个误导 中国电力科学研究许颖 近几年，阅读到文刊上关于电力系统过电压及其绝缘配合方面的文章，我认为其中有一些容易引起人们的误导，综合起来有10个问题，现提出来讨论。 1．误导一：把人工冲击电流波形命名自然雷电流标准波形 自然雷电流波形，世界各国实测得的对地放电雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲，一次放电过程常常包含多次先导至主放电的过程（分别为第一脉冲和随后脉冲）和后续电流，放电脉冲数目平均为2-3个，最多记录到42个。第一脉冲波前最大陡度达50kA/μs，平均陡度为32kA/μs，幅值可达200kA以上；第二脉冲波前陡度比第一脉冲大，可达100kA/μs以上，幅值比第一脉冲低，波尾都在100μs以上，也就是说，一次雷击中是一连串的波长100μs以上脉冲波。见图1。 在一些标准中或一些文献上，检验（计算）物体（如杆塔、引流线）上的压降，采用陡波前（波尾不规定）或1/4μs、1/10μs、2.6/50μs冲击电流波形：检验防雷保护器（如金属氧化物非线性电阻片，以下简称MOR）上残压，采用陡波（波前时间1μs）冲击电流和8/20μs 标称冲击电流；检验MOR通过雷电流能量能力，采用18/40μs，10/350μs，100/200μs冲击电流；验算变电所防雷保护可靠性时，传统采用雷击点反击导线上冲击波为直角波（波尾很长）的方法，这样做，达到了主要目的，是可以接受的。但这些人工冲击电流波形，都不是自然雷电流标准波形，与自然雷电流波形（图1）相差甚远。 有人仅从“雷电流标准波形”名词出发，使用很不当。例如，在验算变电所防雷保护可靠性时，采用1/10μs或2.6/50μs波形，特别是波尾太短，这与传统使用斜角波前无穷长波尾，验算结果相差甚远。又如，对MOR考核能量能力，有的仅用一次或两次的1/4μs或4/10μs冲击流，这与20次的18/40μs、10/350μs、100/200μs冲击电流效应相差甚远，偏低。 因此，人工冲击电流不能命名自然雷电流标准波形。 2．误导二：按电压等级对交流无间隙金属氧化物避雷器（简称WGMOA）分类
13. 防雷及过电压保护(习题)29页word文档
13. 防雷及过电压保护 一、单选题 1．下面给出了几组四种雷区平均年雷暴日数，按照标准对雷电活动强弱的分类，其中标准的规定值是( )。 A．少雷区≤10，中雷区10~20，多雷区20~40，特强区≥40： B．少雷区≤12，中雷区12~30，多雷区30~60，特强区≥60； C．少雷区≤15，中雷区15~40，多雷区40～90，特强区≥90； D．少雷区≤20，中雷区20~60，多雷区60~120，特强区~>120。2．在绝缘配合标准中，送电线路，变电所绝缘子串及空气间隙的绝缘配合公式均按标准气象条件给出。在下列各组气象条件数据中，标准气象条件(气压P、温度T、绝对湿度H)的一组数据是( )。 A．P=8.933kPa，T=10℃，H=8.5g／m3； B．P=8.933kPa，T=15℃，H=10g ／m3； C．P=101.325kPa，T=20℃，H=llg／m3； D．P=101.325Da，T=25℃，H=12 g／m3。 注ImmHg=133.322Pa。 DL/T620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 10 绝缘配合 10.1 绝缘配合原则 10.1.1 按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备绝缘水平，即进行绝缘配合时，应全面考虑设备造价、维修费用以及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。
不同系统，因结构不同以及在不同的发展阶段，可以有不同的绝缘水平。 10.1.2 工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合： a)工频运行电压下电气装置电瓷外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的爬电比距要求。 b)变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。 10.1.3 操作过电压下的绝缘配合： a)范围Ⅱ的架空线路确定其操作过电压要求的绝缘水平时，可用将过电压幅值和绝缘强度作为随机变量的统计法，并且仅考虑空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)过电压。 b)范围Ⅱ的变电所电气设备操作冲击绝缘水平以及变电所绝缘子串、空气间隙的操作冲击绝缘强度，以避雷器相应保护水平为基础，进行绝缘配合。配合时，对非自恢复绝缘采用惯用法；对自恢复绝缘则仅将绝缘强度作为随机变量。 c)范围Ⅰ的架空线路和变电所绝缘子串、空气间隙的操作过电压要求的绝缘水平，以计算用最大操作过电压为基础进行绝缘配合。将绝缘强度作为随机变量处理。 10.1.4 雷电过电压下的绝缘配合。 变电所中电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷电冲击强度，以避雷器雷电保护水平为基础进行配合。配合时，对非自恢复绝缘采用惯用法，对自恢复绝缘仅将绝缘强度作为随机变量。
最新DL-T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
D L-T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 Overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations DL/T620—1997 中华人民共和国电力工业部1997-04-21批准1997-10-01实施 前言 本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的SDJ7—79《电力设备过电压保护设计技术规程》和1984年3月颁发的SD119—84《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》，经合并、修订之后提出的。 本标准较修订前的两个标准有如下重要技术内容的改变： 1)增补了电力系统电阻接地方式，修订了不接地系统接地故障电流的阈值； 2)对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快暂态过电压保护等内容，对330kV系统提出新的操作过电压水平要求，修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等； 3)增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求； 4)增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SF6GIS变电所的防雷保护方式的内容；
5)充实并完善了3kV～500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法，给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。 本标准发布后，SDJ7—79即行废止；SD119—84除第六章500kV电网电气设备接地外也予以废止。 本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录，附录D、附录E和附录F是提示的附录。 本标准由电力工业部科学技术司提出。 本标准由电力工业部绝缘配合标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：电力工业部电力科学研究院高压研究所。 本标准起草人：杜澍春、陈维江。 本标准委托电力工业部电力科学研究院高压研究所负责解释。 1范围 本标准规定了标称电压为3kV～500kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求；提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均(50%)放电电压的选择程序，并给出了电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。 2定义 本标准采用下列定义。 2.1电阻接地系统Resistance grounded system 系统中至少有一根导线或一点(通常是变压器或发电机的中性线或中性点)经过电阻接地。
DLT620-97交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
DLT620-97交流电气装置的过电压保护和绝缘配合【DL/T620-97】《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 Overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations 中华人民共和国电力工业部1997-04-21批准 1997-10-01实施 前言 本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的SDJ7—79《电力设备过电压保护设计技术规程》和1984年3月颁发的SD 119—84《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》，经合并、修订之后提出的。 本标准较修订前的两个标准有如下重要技术内容的改变: 1)增补了电力系统电阻接地方式，修订了不接地系统接地故障电流的阈值; 2)对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快暂态过电压保护等内容，对330kV系统提出新的操作过电压水平要求，修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等; 3)增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求; 4)增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SFGIS变电所的防雷保护方式的内容; 6 5)充实并完善了3kV,500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法，给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。 本标准发布后，SDJ 7—79即行废止;SD119—84除第六章500kV电网电气设备接地外也予以废止。
本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录，附录D、附录E和附录F是提示的附录。 本标准由电力工业部科学技术司提出。 本标准由电力工业部绝缘配合标准化技术委员会归口。 本标准起草单位:电力工业部电力科学研究院高压研究所。 本标准起草人:杜澍春、陈维江。 本标准委托电力工业部电力科学研究院高压研究所负责解释。 【DL/T620-97】《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 1 范围 本标准规定了标称电压为3kV,500kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求;提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均(50%)放电电压的选择程序，并给出了电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。 2 定义 本标准采用下列定义。 2.1 电阻接地系统Resistance grounded system 系统中至少有一根导线或一点(通常是变压器或发电机的中性线或中性点)经过电阻接地。 注 1 高电阻接地的系统设计应符合R?X的准则，以限制由于电弧接地故障产生的瞬态过电0C0 压。一般采用接地故障电流小于10A。R是系统等值零序电阻，X是系统每相的对地分布容抗。 0C0
特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研究综述教学内容
特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研 究综述
特高压直流输电技术过电压和绝缘配合研究综述 摘要： 特高压直流输电具有大容量、远距离和低损耗等优点,特高压直流输电作为一个全新的输电电压等级,非常适合特大型能源基地向远方负荷中心输送电能。直流换流站的绝缘配合研究是直流输电工程实施中的关鍵技术之一,缘水平的高低直接关系到整个直流工程造价。本文从特高压换流站的避雷器布置方案的设计，确定换流站设备的过电压水平、绝缘裕度、关键设备的绝缘水平等方面概括总结了国内外工作者在特高压直流输电的过电压和绝缘配合方面所做的工作，并提出在以后的相关研究中可以进一步考虑的问题。 关键词：特高压直流换流站避雷器绝缘配合过电压 0引言 我国能源资源和经济发展具有分布不均的地域性特点,能源资源主要集中在西部地区,而负荷主要集中在中东部地区[1,2]。为了保证中东部地区的电力供应,必须采取相关技术措旅将能源送往负荷中心。特高压直流输电具有超大容量、超远距离、低损耗的特点,且具有灵活的调节性能,因此非常适合大型能源基地向远方负荷中心送电。我国已成为世界上直流输电容量最大、电压等级最高、发展最快的国家[3]。为了满足未来更大容量、更远距离的输电需求,有必要进一步研究更高电压等级的直流输电技术,±1100kV特高压直流输电是我国目前正在研究的一个全新输电电压等级。 特高压直流输电由于具有大容量、远距离和低损耗等优点,将在我国“西电东送”战略中发挥重要作用。±1100kV特高压直流输电作为一个全新的输电电压等级,电压等级更高、输送容量更大、输电距离更远,非常适合特大型能源基地向远方负荷中心输送电能。 1特高压直流输电背景 自20世纪70年代初期开始,美国、苏联、巴西等国家就开启了对特高压直流输电相关工作的研究,其中CIGRE、IEEE、美国EPRI、瑞典ABB等科研机构和制造厂商在特高压直流输电关键技术研究、系统分析、环境影响、绝缘特性和工程可行性等方面开展了大量研究,并取得了丰硕的成果。相关研究认为,±
组合式过电压保护器的选择
1引言 组合式过电压保护器是一种新型过电压保护装置，主要应用于35KV及以下电力系统中，用以限制雷电过电压、真空断路器操作过电压以及电力系统中可能出现的各种暂态过电压，可有效地保护电动机、变压器、开关、电容器、电缆、母线等电力设备的绝缘不受损害，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。真空断路器装置目前的广泛应用，使人们对由于操作过电压引起的危害越来越重视，而组合式过电压保护器的种类较多，使我们在应用选择上有很大的空间，但同时又会使我们选择更为慎重。本文旨在探讨真空断路器装置中组合式过电压保护器（组合式氧化锌避雷器）的选用问题。 2 组合式过电压保护器应用的由来 我国避雷器产品的发展历经普通阀型避雷器、磁吹避雷器和金属氧化物避雷器（MOA）几个阶段，近年来避雷器整体制造水平和质量都有了很大提高。随着真空断路器的广泛应用，为限制其操作过电压和避免受电设备绝缘损害，在限制过电压方面采取了许多措施。通常真空断路器装置操作过电压的保护装置有以下几类： （1）阻容吸收装置； （2）无间隙氧化锌避雷器； （3）带串联间隙氧化锌避雷器。 阻容吸收装置最大优点是能缓和入侵到被保护设备的过电压波的陡度，改善设备绕组上的电压梯度，但有体积大，无明显过电压限制值，吸收过电压能量容量小，会产生高次谐波污染等问题。无间隙氧化锌避雷器是一种较先进的过电压保护设备，与传统的碳化硅避雷器
相比，在保护特性、通断能力和抗污秽等方面均有优异的特性，其ZnO电阻片的非线性极其优异，使其在正常工作下接近绝缘状态。但它保护残压较高，无法满足在操作过电压下频繁动作的要求，存在工频老化和承受荷电率和热平衡条件的限制，这对于保护电动机类绝缘耐压水平的设备来说还存在不足的。带串联间隙氧化锌避雷器由于增加了串联间隙，MOA 可以用数量较少的ZnO电阻片，这时残压可以做的很低，如果火花间隙的放电电压也很低，则可使避雷器既有很低的保护水平又不致因为泄漏电流阻性分量大以及由此带来的劣化现象和功率损耗问题。有串联间隙的MOA与无间隙MOA相比，具有较高的耐受系统暂过电压能力，可在系统发生接地故障时保证自身安全，而且具有较低的雷电冲击放电电压和残压水平，可以为绝缘水平比较弱的设备提供良好的保护，特别适用于中性点非有效接地系统使用。 近几年来我国已研制开发了多种三相组合式有串联间隙或无间隙氧化锌避雷器，它们在相间和相地之间都连接有一定比例的ZnO电阻片或带火花间隙，是一种复合型避雷器，该过电压保护装置对相间过电压有比较好的保护作用。组合式过电压保护器因采用复合绝缘结构，所以在安装上受开关柜尺寸的影响较小，因此越来越被人们所认可。 3 组合式过电压保护器间隙结构和特点 组合式过电压保护器分无间隙和有带串联间隙两种，本文主要探讨带串联间隙氧化锌避雷器。组合式氧化锌避雷器由特殊间隙体和氧化锌阀片（ZnO）组成，根据生产厂家技术方案不同，间隙结构也不同，间隙主要有四间隙、三间隙、菱形间隙（单间隙），六间隙等，同时间隙上有并联电阻和无并联电阻两种。间隙的不同技术特点也不同。 （1）四间隙星形接法组合式过电压保护器
交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 Overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations DL/T620—1997 中华人民共和国电力工业部1997-04-21批准1997-10-01实施 前言 本标准是根据原水利电力部1979年1月颁发的SDJ7—79《电力设备过电压保护设计技术规程》和1984年3月颁发的SD119—84《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》，经合并、修订之后提出的。 本标准较修订前的两个标准有如下重要技术内容的改变： 1)增补了电力系统电阻接地方式，修订了不接地系统接地故障电流的阈值； 2)对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快暂态过电压保护等内容，对330kV 系统提出新的操作过电压水平要求，修订了限制500kV合闸和重合闸过电压的原则和措施等； 3)增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求； 4)增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SF6GIS变电所的防雷保护方式的内容； 5)充实并完善了3kV～500kV交流电气装置绝缘配合的原则和方法，给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。 本标准发布后，SDJ7—79即行废止；SD119—84除第六章500kV电网电气设备接地外也予以废止。 本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录，附录D、附录E和附录F是提示的附录。 本标准由电力工业部科学技术司提出。 本标准由电力工业部绝缘配合标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：电力工业部电力科学研究院高压研究所。 本标准起草人：杜澍春、陈维江。 本标准委托电力工业部电力科学研究院高压研究所负责解释。 1范围 本标准规定了标称电压为3kV～500kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求；提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均(50%)放电电压的选择程序，并给出了电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。 2定义 本标准采用下列定义。 2.1电阻接地系统Resistance grounded system 系统中至少有一根导线或一点(通常是变压器或发电机的中性线或中性点)经过电阻接
地铁直流牵引供电系统过电压保护与绝缘配合
第5卷 第20期 2015年7月 地铁直流牵引供电系统过电压保护与绝缘配合 张彤彤 天津保富电气有限公司 天津市 300384 摘 要：在我国城市发展之中，地铁有着重要的作用，如果出现大面积停电的话，就会产生十分严重的影响，本文笔者从实际出发，分析了地铁直流牵引供电系统过电压保护以及如何做好绝缘配合工作。 关键词：地铁；直流牵引；供电；过电压保护；绝缘 中图分类号：U231 文献标识码：A 引言： 地铁直流牵引供电系统设备采用绝缘安装,钢轨通过绝缘垫与大地绝缘,以减少杂散电流。每个车站上下行分别设置一台刚轨电位限制装置,每个牵引所设置有框架保护系统。地铁直流牵引系统框架保护是供电系统的重要保护,框架保护动作后将导致总共12个断路器的跳闸:本所所有的直流开关6个,本所33kV整流机组高压开关2个,连跳相邻所对故障所方向的直流开关4个。框架保护动作后断路器不会自动重合闸,会造成接触网大面积停电,影响客运。因此框架保护的正确动作对整个牵引供电系统来说尤为重要。钢轨点位限制装置用来监视钢轨电压并限制钢轨电压,保护人身安全。 1、直流牵引系统保护配置原则 对于不同的地铁牵引供电系统,直流牵引系统的保护配置可能不相同,但是保护的作用是相同的。只要能够满足保护要求,保证系统安全可靠地供电,系统应尽量少配置一些保护,因为保护装置配置得太多,一方面增大了系统投资,另一方面会增加保护配合的难度。对于以第三接触轨供电方式的地铁供电系统,由于供电电压为直流750V,因供电距离短但回路电阻相对较大,短路电流相对较小,有时会存在短路电流很难与列车牵引负荷电流区分开的情况。由于早期直流保护系统缺少性能优越的保护装置,一般仅设电流速断和过电流保护装置来切断故障,保护的效果往往不太理想。为了解决上述问题,一种方法是增加直流双边联跳保护。因为直流牵引系统正常情况下采用双边供电,当双边供电线路上出现短路故障时,往往相对于某一侧的牵引变电所为近端故障,短路电流较大,很容易使电流保护动作,而对于另一侧为远端故障,其短路电流往往不能引起直流断路器跳闸。若采用了直流双边联跳保护,则另一侧的直流断路器也会立即跳闸。另一种方法是采用直流双边联跳保护与低电压保护相配合,因为发生短路情况,总会引起直流电压下降。这样当电流大而过电流保护不能动作时,低电压保护可以做为上述保护的后备保护。对于采用架空接触网的牵引供电系统,供电电压为直流1500V。在牵引变电所近端发生故障时,短路电流很大,电流速断和过电流保护装置可以切断故障。但是,当故障发生在中、远端时,由于线路阻抗变大,短路电流相对变小,电流速断和过电流保护可能不会动作,目前一般采用能反应故障电流上升率di/dt和电流增量I的保护装置来使断路器跳闸。所以,如果在直流牵引供电系统中,配备大电流脱扣保护、电流上升率di/dt和电流增量I保护、直流双边联跳保护和低电压保护,无论怎样的牵引供电方式,直流系统保护均能保证安全、可靠供电的要求。 2、直流牵引系统框架保护原理 地铁直流牵引系统框架保护分为电流型保护和电压型保护,为了防止直流牵引供电设备内部绝缘降低时造成人身危险及设备损坏,每个牵引降压变电所内设置了一套直流系统框架泄漏保护装置,该保护包含反映直流泄漏电流的过电流保护还有反映接触电压的过电压保护。变电所内直流牵引系统设备(包括直流开关柜、负极回流柜、整流器柜)的外壳不直接接地,对地有一定的电阻;所有设备的外壳通过电缆接在一起(简称为框架)经过一个分流器再接到大地。当框架对地有泄漏时,电流经过分流器流向大地,这个电流产生一个电压,通过电流变换器转换成电压信号输入到保护装置内进行判断,如达到保护装置的整定值则保护输出动作使断路器跳闸,从而保证人身与设备的安全。同样,框架与负极(钢轨)间的电压信号,经过电压变换器转换成一个低电压信号输入保护装置,输入的电压信号经过保护装置内的程序判断,并与事先贮存的反时限延时曲线比较;当保护单元检测到输入的电压比较高,对应的框架与负极(钢轨)之间电压的已经达到或超过整定值时,输出信号使断路器跳闸。 3、过电压的概念、分类及其特点 3.1、概念 过电压是超过正常工作电压一定幅度的电压，这个幅度有大有小，小幅度的过电压仅会对设备保护部分造成一定的损害，只有长期积累才会造成明显伤害。但因为电气设备的管理人员会对设备进行日常维护，因此可以忽略不计。然而，对于那些超过幅度较大的过电压，将会对设备的绝缘部分造成毁灭性的伤害，失去了绝缘部分的保护，设备电路直接暴露在过电压的攻击下，直接造成设备损坏。 3.2、分类及其特点 过电压可以分为内部和外部两类过电压，其下还可以细分。1.外部过电压外部过电压多源于自然因素，如雷云放电。按照雷电的发展阶段可以分为雷击过电压、感应雷击过电压以及流动波过电压。外部过电压大小与雷击程度成正比，雷击越强，过电压也就越高。而电气设备的等级则与过电压大小没有关系。2.内部过电压内部过电压的产生原因源自电气系统的内部能量传递与转化，可以进一步细化为谐振过电压、工频过电压与操作过电压。谐振过电压是危害性较大的过电压状态，这种过电压会对电气设备造成极大的损坏。谐振过电压能够直接伤害中低压电网，使其运行异常。由于谐振过电压持续时间长，导致维护措施很难进行。目前针对谐振过电压的处理，一般都是在设计电路时对可能出现其中的问题级伤害程度进行预估，将谐振过电压造成的危害尽可能的削弱。操作过电压具有偶然性与短暂性，顾名思义，是因为操作原因形成的过电压。造成操作过电压的操作，一般是开关操作。操作过电压没有确切的规律，因此很难进行预防和控制。在某些特殊条件下，操作过电压的电压数值会成倍增长。工频过电压通常存在于有一定长度的电气电路中，多是由于电容效应或电网运行变化引起的。工频过电压对于电气设备的伤害，综合来讲弱于谐振过电压与操作过电压。尽管工频过电压的持续时间较长，但其过电压的倍数却不与持续时间成正比，一般处于设备绝缘部分的承受限度内，因此对于电气设备造成的伤害比较弱，是危险性较小的过电压状态。工频过电压只有处于超高压状态时，还有在远距离输电时，才会对电气设备造成比较直接的影响。 4、绝缘配置 在进行接地极线路绝缘配置时，接地极线路操作过电压和直流续流均是按最大值进行考虑的。出，接地极操作过电压和间隙电流均与计算点距接地极的距离成正比，两者的变化趋势一致。即操作过电压值较高的位置其击穿时流过间隙的电流也较大，从而两者对招弧角间隙的要求也是一致的。因此，从经济角度考虑，可对接地极线路进行差异化绝缘配置。即靠近换流站的位置，招弧角距离可取得较大，绝缘水平较高，同时间隙的熄弧能力也较强;而靠近接地极的位置，招弧角距离可取得较小，绝缘水平较低，同时间隙的熄弧能力也较低。工程设计时可根据线路沿线的过电压水平和直流续流大小，将线路划分为若干段，对每一段分别进行绝缘配置，实现经济最优化。接地极线路的直流续流I0与杆塔接地电阻Ｒg成反比，即提高杆塔的接地电阻可降低直流电弧的大小。但是，接地极线路耐雷水平很低，提高杆塔的接地电阻会使其耐雷水平进一步下降。考虑招弧角被击穿并建立起直流续流只在直流系统单极运行同时接地极线路遭受过电压击穿时发生(单极运行工况平均每年一般不超过3个月)，在靠近换流站区段内，由于操作过电压的要求，招弧角间隙及绝缘水平要求较高，雷电耐受水平相对其他区段较高，可适当提高杆塔接地电阻(牺牲一部分线路防雷性能)，以降低直流续流。 参考文献： [1]王艇.地铁直流牵引供电保护技术与系统实现[D].江苏大学,2006. [2]杜芳.地铁机车建模及直流牵引供电系统故障分析[D].北京交通大学,2010. [3]丁复华.地铁直流牵引供电系统的电气保护与定值[J].都市快轨交通,2005,04:151-155. [4]张栋梁.城市轨道交通直流牵引回流系统防护技术研究[D].中国矿业大学,2012. [5]肖涛古.地铁直流供电系统模型及直流短路分析[D].华南理工大学,2012. [6]裴顺鑫.地铁直流牵引供电系统框架泄漏保护的优化设计[J].城市轨道交通研究,2008,08:39-42. 文章被我刊收录，以上为全文。 此文章编码:2015J10100
中压和高压的过电压和绝缘配合
中压和高压的过电压和绝缘配合 绝缘配合是一门研究电气设备的技术方面和经济方面如何获得最大统一的学科，目的是保证人和设备免遭电气安装程中由于电网和雷电引起的过电压。 绝缘配合帮助我们确保电力的高安全可靠性,在高压电网，它的作用更加明显。为了控制绝缘配合，需解决以下三方面问题： 1、了解电网运行过程中可能发生的过电压水平。 2、有必要，需采用合适的保护装置。 3、各种不同电力装置需选用正确的耐压水平以满足不同的要求。 本篇的目的是为了让读者更好了解电压的干扰，耐压水平，采取何种措施限制它，以保证电能分配更安全，更优化。 本篇主要处理中压和高压的绝缘问题。
目录 第一章过电压 (3) 1.1电网工频过电压 (3) 1.2开关操作过电压 (4) 1.3雷电冲击过电压 (7) 第二章绝缘调整 (10) 2.1概述 (10) 2.2安全距离和耐受电压 (10) 2.3耐受电压 (10) 2.4绝缘调整原则 (12) 第三章过电压保护措施 (13) 3.1放电器 (13) 3.2避雷器 (13) 第四章标准和绝缘调整 (16) 4.1高压绝缘调整和IEC71标准 (16) 第五章电气设计安装中的调整 (18) 5.1崩溃后果 (18) 5.2降低过电压的危险和破坏程度 (18) 第六章结论 (20)
第一章 过电压 在电路的额定电压下,经常有电压的波动,它们主要发生在:电路相间和断路器,人们常称为不同相方式;带电体与外壳和地, 人们常称为同相方式。这种变化的、随机的现象使得他门很难分别，只能对电压波动的持续时间、振幅以及后果作一些统计，表一列出过电压的形式及特性。实际上，主要的危险是故障，设备的破坏以及由此造成的断电。这种现象在用户和电厂中会有发生。电压波动会导致：短时断开（在中压电网上端会自动合上）常时断开（为了更换造破坏的绝缘件或更换电力设备）电力保护装置将限制这些危险，它的运用将能够保持绝缘可靠及保护水平 此，有必要首先了解各种不同过电压的形式，这也是本章的目的。 1.1电网工频过电压 电网工频过电压包括工频在500 Hz 及以下这一范围,记住:大多数电网频率在50,60或400Hz 由于绝缘故障引起的过电压图二。当中性点不接地或由电阻接地时，由绝缘故障而引起的过电压主要发生在三相电网中。事实上，当相对地发生绝缘故障时，相间毫无疑问与地暂时短接，而另外两相受其影响，相电压上升为线电压，3V U =。更切地说，当A 相发生绝缘故障时，接地故障系数Sd 为B 相与C 相对地电压与电网中相间对中性点电压的比值，方程式如下 2) 1(32+++=k k k Sd 这里 Xd Xo k = Xd 表示从故障点算起电网直接电抗，而Xo 指零序电抗 分析如下： 当中性点完全不接地时，3:=∞=Sd Xo 当中性点完全接地时，;1:==Sd Xd Xo 一般情况下，当中性点不完全接地时，25.1:3≤≤Sd Xd Xo 长距离无负荷时的过电压 当在一段长距离电线通电而另一段没有连接时也会产生过电压，这是由于电
绝缘配合问题知识
变电所电气设备的绝缘配合 摘要：按照电力系统中出现的各种电压（工作电压和过电压）和保护装置的特性来确定电气设备的绝缘水平称为绝缘配合。绝缘水平是电气设备的试验电压值。 关键字：绝缘配合、工频电压操作过电压雷电过电压 0、引言： 随着电网的快速发展，电气设备的绝缘配合所涉及的内容是制造部门、设计部门、电力企业极为重视的问题，只有选用合理的绝缘配合设计方案和电气设备试验电压，并全面考虑设备造价、维护费和故障损失三方面的具体情况，才能最终达到合理、安全、经济、高质量发、供电的目地。 我们可以从以下方面充分了解变电所电气设备的绝缘配合 1、系统运行中出现在设备绝缘上的电压： 1.1、正常运行时的工频电压 1.2、暂时过电压（工频过电压、谐振过电压） 1.3、操作过电压 1.4、雷电过电压 1.5、系统最高电压3.5KV≤ Um≤252K 2、中性点接地方式对绝缘水平的影响： 电网中性点的接地方式对绝缘承受的电压有较大的影响。中性点 接地系统，相对地的绝缘所承受的最大工作电压为相电压，其选用的避雷器灭弧电压（额定电压）较低，其冲击放电电压和残压也较低，而中性点非接直接接地系统中允许单相接地故障运行0.5h或2h，它的最大工作电压为线电压。其选用的避雷器灭弧电压（额定电压）较高，其冲击放电电压和残压也较高，因此，中性点接地系统中，变电站电气设备的雷电过电压比非直接接地系统要低约20%。 操作过电压是在相电压的基础上产生的，另外因三相间的互相联系可能是在超过相电压甚至在线电压基础上产生的，所以中性点接地系统的操作过电压比中性点非直接接地系统约低20%~30%。 3、变电所电气设备与工频电压的绝缘配合： 3.1、工频运行电压下电气装置电瓷外绝缘的爬电距离应符合相 应环境污秽分级条件下的爬电比距要求：如表一： 表一：变电所各污秽等级下的爬电比距分级数值: