交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合

中文名稱(chēng)

絕緣配合慣用法

英文名稱(chēng)

conventional procedure of insulation coordination

定　　義

根據(jù)過(guò)電壓保護(hù)裝置特性，并考慮一些不利因素(如距離、波形的影響等)以決定可能作用于設(shè)備上的最大雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓。再將這一電壓乘上慣用配合因數(shù)以決定設(shè)備的絕緣水平，據(jù)此在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列中選取設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)耐受電壓。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），高電壓技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）

絕緣特性與絕緣水平

電工設(shè)備絕緣可分為自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣兩大類(lèi)。自恢復(fù)絕緣的絕緣性能破壞后可以自行恢復(fù)，一般是指空氣間隙和與空氣接觸的外絕緣。非自恢復(fù)絕緣放電后其絕緣性能不能自行恢復(fù)，通常是由固體介質(zhì)、液體介質(zhì)構(gòu)成的設(shè)備內(nèi)絕緣。

設(shè)備的絕緣強(qiáng)度與電極的形狀、絕緣材料、電極間的距離，電壓的波形等等因素有關(guān)，具有分散性。因此在實(shí)際工程中非常重視電工設(shè)備真型的絕緣試驗(yàn)。

電工設(shè)備的絕緣水平就是指該設(shè)備能夠耐受（不發(fā)生閃絡(luò)、放電或其他損壞）的試驗(yàn)電壓值。根據(jù)電工設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受到的各種作用電壓、保護(hù)裝置的特性以及設(shè)備絕緣對(duì)各種作用電壓的耐受特性，制定了一些表明設(shè)備基本絕緣水平的試驗(yàn)電壓值。它們是：①短時(shí)工頻耐受電壓值；②雷電沖擊耐受電壓值；③操作沖擊耐受電壓值；④長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓值。

上述試驗(yàn)電壓的波形、數(shù)值、試驗(yàn)電壓施加的方法、時(shí)間、次數(shù)等，在各國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有明確規(guī)定。

絕緣配合慣用法

按作用在設(shè)備絕緣上的最大過(guò)電壓和設(shè)備的最小絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行絕緣配合的方法。慣用法簡(jiǎn)單明了，但無(wú)法估計(jì)絕緣故障的概率以及概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán)。

按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過(guò)電壓”和設(shè)備的“最小絕緣強(qiáng)度”的概念進(jìn)行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過(guò)電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強(qiáng)度，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選擇一個(gè)配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補(bǔ)償在估計(jì)最大過(guò)電壓和絕緣最低耐受強(qiáng)度時(shí)的誤差及增加一定的安全逾度，最后確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。慣用法簡(jiǎn)單明了，但無(wú)法估計(jì)絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對(duì)非自恢復(fù)絕緣放電概率測(cè)定的費(fèi)用太高，因此只能使用慣用法。對(duì)220千伏及以下的電工設(shè)備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護(hù)。避雷器限制雷電過(guò)電壓的能力常用避雷器保護(hù)水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 (BIL)需高出避雷器的保護(hù)水平，兩者的比值稱(chēng)為配合系數(shù)。中國(guó)一般采用的配合系數(shù)值是1.4。對(duì)于500千伏變壓器，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)規(guī)定，配合系數(shù)需等于或大于1.2。

絕緣配合統(tǒng)計(jì)法

根據(jù)過(guò)電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統(tǒng)計(jì)法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。困難在于隨機(jī)因素較多，某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待認(rèn)識(shí)。

從過(guò)電壓幅值與絕緣抗電強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的事實(shí)出發(fā)，根據(jù)過(guò)電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，合理地確定絕緣水平。

這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究得比較多的是以過(guò)電壓幅值的概率分布為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)法。

在超高壓電力系統(tǒng)中降低絕緣水平有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。自恢復(fù)絕緣的絕緣強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性相對(duì)比較容易獲得。70年代以來(lái)，國(guó)際上推薦對(duì)超高壓電力系統(tǒng)的自恢復(fù)絕緣采用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行絕緣配合。

統(tǒng)計(jì)法的困難在于隨機(jī)因素較多，某些隨機(jī)因素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待積累資料與認(rèn)識(shí)，低概率密度部分的資料比較難取得。算出的故障率， 通常比實(shí)際的大很多，還有待在應(yīng)用中不斷完善。

絕緣配合簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法

為了便于計(jì)算，假定過(guò)電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計(jì)分布均服從正態(tài)分布。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）及中國(guó)國(guó)家絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，推薦采用出現(xiàn)的概率為 2%的過(guò)電壓作為統(tǒng)計(jì)（最大）過(guò)電壓Uw，再取閃絡(luò)概率為10%的電壓作為絕緣的統(tǒng)計(jì)耐受電壓Uw，在不同的統(tǒng)計(jì)安全系數(shù) γ=Uw/Us的情況下，計(jì)算出絕緣的故障率 R。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在成本與故障率間協(xié)調(diào)，定出可以接受的R 值 ，再根據(jù)相應(yīng)的γ及Us，確定絕緣水平。為了在實(shí)際應(yīng)用中便于計(jì)算，假定過(guò)電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計(jì)分布均服從正態(tài)分布。

簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法與慣用法同樣簡(jiǎn)單易行，并有現(xiàn)成曲線(xiàn)可查。雖然故障率的數(shù)值不一定很準(zhǔn)確,但便于在工程上作方案比較,因而應(yīng)用很廣泛。

研究絕緣配合的目的在于綜合考慮電工設(shè)施可能承受的作用電壓（工作電壓及過(guò)電壓）。

電工設(shè)備經(jīng)常在電力系統(tǒng)工作電壓下運(yùn)行，還會(huì)受到各種過(guò)電壓作用。電工設(shè)備絕緣對(duì)各種作用電壓都具有一定限度的耐受能力。當(dāng)絕緣性能被破壞時(shí)，會(huì)造成設(shè)備損壞甚至系統(tǒng)停電事故。為了避免上述損失，必須保證電工設(shè)備具有規(guī)定的絕緣強(qiáng)度，這就是絕緣水平。確定絕緣水平要求在技術(shù)上處理好作用電壓、限制過(guò)電壓的措施、絕緣耐受能力三者之間相互配合的關(guān)系，還要求在經(jīng)濟(jì)上協(xié)調(diào)投資費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用和事故損失費(fèi)用等之間的關(guān)系，以達(dá)到較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。