直流輸電系統(tǒng)絕緣配合簡(jiǎn)介

直流輸電系統(tǒng)絕緣配合（insulationcoordinationforDCtransmissionsystem）為使絕緣故障率降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上可以接收的水平，綜合考慮直流輸電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓、保護(hù)裝置的特性和設(shè)施的絕緣特性，以合理地確定各種設(shè)備與設(shè)施的絕緣水平為主要內(nèi)容的過(guò)電壓防護(hù)與絕緣的綜合設(shè)計(jì)。按設(shè)計(jì)對(duì)象來(lái)分，直流輸電系統(tǒng)絕緣配合包括直流輸電線路的絕緣配合和換流站的絕緣配合。

直流輸電線路絕緣配合直流架空線路的絕緣配合的主要內(nèi)容是：選擇線路絕緣子串的絕緣水平，確定線路絕緣子的型式與每串的片數(shù)，確定桿塔的空氣間距等。對(duì)于直流電纜線路，絕緣配合的內(nèi)容主要是選擇直流電纜本體及附件的絕緣水平。無(wú)論是哪一類線路，其絕緣水平均應(yīng)同時(shí)滿足線路上出現(xiàn)的長(zhǎng)期運(yùn)行電壓、內(nèi)部過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓三方面的要求。

換流站絕緣配合其主要內(nèi)容為：過(guò)電壓防護(hù)措施與避雷器配置方案的確定，各種避雷器特性參數(shù)的選擇，換流站內(nèi)各種設(shè)備絕緣水平的確定。

確定換流站過(guò)電壓防護(hù)措施和避雷器配置方案的原則是：①交流側(cè)產(chǎn)生的過(guò)電壓，盡量在交流側(cè)就地加以限制，主要由接在交流母線上的避雷器來(lái)實(shí)現(xiàn)；②從直流側(cè)侵入換流站的過(guò)電壓，先由直流線路避雷器，直流母線避雷器和中性母線避雷器加以限制；③由于換流站內(nèi)各種設(shè)備所受的電應(yīng)力不同，各點(diǎn)的對(duì)地電位也不同，有些設(shè)備還是串聯(lián)連接，為了降低設(shè)備造價(jià)并且實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的安全保護(hù)，換流站還配備了各種不同類型和規(guī)格的避雷器。（見換流站避雷器）

在研究換流站的絕緣配合時(shí)，對(duì)換流站中各種避雷器的保護(hù)水平和特性參數(shù)均需做出選擇。

氧化鋅避雷器具有非線性好，無(wú)放電間隙，伏秒特性平坦，保護(hù)水平低，通流能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小等優(yōu)點(diǎn)，在換流站得到廣泛地應(yīng)用。氧化鋅避雷器的保護(hù)水平取決于它在特定波形和幅值的沖擊電流下的殘壓。典型的電流波形有兩種：8/20μs（對(duì)應(yīng)于雷電流）和波前為30μs的沖擊電流（對(duì)應(yīng)于操作波）。由于波前大于30μs以后，波前對(duì)殘壓的影響很小，取30μs即可。

換流站設(shè)備的絕緣配合一般采用慣用法。首先根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行條件確定最大連續(xù)運(yùn)行電壓(MCOV)和避雷器的額定電壓；確定流過(guò)避雷器的配合電流和殘壓，從而確定了避雷器的保護(hù)水平；按照規(guī)定的絕緣裕度則可得到設(shè)備的絕緣水平。2100433B

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。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。

中國(guó)于1964年實(shí)施了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高壓電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)方法》。此標(biāo)準(zhǔn)由原第一機(jī)械工業(yè)部、水利電力部提出，經(jīng)中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)適用于3～220千伏電壓等級(jí)的交流三相電工設(shè)備。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)國(guó)內(nèi)許多單位的努力，1983年又制訂出高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局于同年12月26日發(fā)布,1985年10月1日開始實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為GB311-83,同時(shí)取代1964年實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。