1变电一次设计基本原则

'第1页变电站电气一次专业设计2013年5月 第2页1.1前言1.2电气主接线选择原则1.3电气总平面布置原则1.4电气设备、导体选择原则第一单元学习提纲1.5过电压保护及绝缘配合原则1.6接地设计原则 1.2.5小结本章主要内容：1、电气主接线的设计原则（可靠性、灵活性、经济性）2、常用的电气主接线方式和特点3、220kV变电站的电气主接线选择原则（典型接线、隔离开关、接地刀、互感器、避雷器的配置原则）4、500kV变电站的电气主接线选择原则（典型接线、隔离开关、接地刀、互感器、避雷器的配置原则）1.2电气主接线选择原则第3页 1.3.5小结本章主要内容：1、电气总平面布置的设计原则(节约用地、运行安全和操作巡视方便、便于检修和安装、降低造价）2、配电装置布置的基本要求（满足安全净距、施工运行和检修、噪声控制、静电感应、电晕无线电干扰控制等方面的要求）3、配电装置的布置形式（110kV和220kV、35kV（10kV)及500kV配电装置的典型布置形式）4、电气总平面布置(220kV、500kV变电站的电气总平面布置)1.3电气总平面布置原则第4页 第5页1.4电气设备、导体选择原则本章内容主要分为两大部分：1.4.1电气设备选择的一般要求1.4.2导体的选择和校验第5页 第6页1.4电气设备、导体选择原则1.4.1电气设备选择的一般要求1、设备选择的一般原则2、设备选择的技术条件3、设备选择的环境条件4、设备选择的环境保护第6页 第7页1.4电气设备、导体选择原则1.4.1电气设备选择的一般要求1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2）应按当地环境条件校核；3）力求技术先进和经济合理；4）与整个工程的建设标准应协调一致；5）同类设备应尽量减少品种；6）选用新产品应经正式鉴定合格。1、设备选择的一般原则第7页 第8页1.4电气设备、导体选择原则1.4.1电气设备选择的一般要求选择的电气设备应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。各种高压电气设备的一般技术条件见附表。1）长期工作条件要求●电压：设备允许最高工作电压Umax≥最高运行电压Ug●电流：设备额定电流Ie≥持续工作电流Ig●机械荷载：设备端子允许荷载>设备引线最大作用力2、设备选择的技术条件第8页 第9页1.4电气设备、导体选择原则2）短路稳定条件要求●设备应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验；设备的额定峰值耐受电流Ip≥最大可能的短路电流有效值Ich设备的额定短时耐受电流Ik>t秒内短路电流的热效应Qdt●用熔断器保护的设备可不验算热稳定。用熔断器保护的电压互感器回路可不验算动、热稳定。3）绝缘水平设备的绝缘水平是根据电网中出现的各种过电压和避雷器的保护水平来确定的，设备所承受的各种过电压均由避雷器来限制，亦即设备的绝缘水平取决于避雷器的保护性能。有关绝缘配合的原则详见下一节的内容。第9页 第10页1.4电气设备、导体选择原则1.4.1电气设备选择的一般要求1）温度选择导体和电器的环境温度宜采用下表数值：3、设备选择的环境条件第10页 第11页1.4电气设备、导体选择原则我国目前生产的电气设备，设计时取周围空气温度40℃作为计算值，若装置地点日最高气温高于＋40℃（但不超过＋60℃）时，每增高1℃，建议额定电流减少1.8%；当低于＋40℃时，每降低1℃，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过20％。第11页 第12页1.4电气设备、导体选择原则2）日照日照对屋外电器的影响，应由制造部门在产品设计中考虑。当缺乏数据时，可按电器额定电流的80%选择设备。计算导体日照的附加温升时，日照强度取0.1W/cm2，风速取0.5m/s。3）风速选择导体和电器时所用的最大风速，可取离地面10m高、30年一遇的10min平均最大风速。500kV电器宜采用离地面10m高、50年一遇10min平均最大风速。第12页 第13页1.4电气设备、导体选择原则4）冰雪在积雪、覆冰严重地区，应尽量采取防止冰雪引起事故的措施。隔离开关的破冰厚度（通常为10mm）应大于安装场所最大覆冰厚度。5）湿度选择导体和电器的湿度应采用当地湿度最高月份的平均相对湿度。当相对湿度超过一般产品使用标准时，应使用湿热带高压电器（即型号后面标有“YH”字样）。6）污秽线路和发电厂、变电站污秽等级共有5个等级，南网标设设备的外绝缘通常按Ⅲ级防污标准选择，个别污秽严重或沿海地区可按Ⅳ级防污标准选择。第13页 第14页1.4电气设备、导体选择原则7）海拔电器设备的一般使用条件为海拔高度不超过1000m。海拔超过1000m的地区称为高原地区。对安装在海拔高度超过1000m地区的电器可选用高原型产品或外绝缘提高一级的产品。在布置上则需考虑高海拔对安全净距的影响。8）地震地震对设备的影响主要是地震波的频率和地震振动的加速度。地震振动的加速度与地震烈度和地基有关，通常用重力加速度g的倍数表示。一般电器设备可以耐受地震烈度为8度的地震力。地震基本烈度为7度及以下地区的电器可不采取防震措施。在7度以上地区，设备应能承受地震力，可按下表所列加速度值和电器的质量进行计算。第14页 第15页1.4电气设备、导体选择原则1.4.1电气设备选择的一般要求1）电磁干扰无线电干扰主要来自电器设备的电流、电压突变和电晕放电。规范规定电器及金具在最高工作相电压下，晴天的夜晚不应出现可见电晕。110kV及以上电器户外晴天无线电干扰电压不应大于2500μV。110kV以下的电器一般可不校验无线电干扰电压。4、设备选择的环境保护第15页 第16页1.4电气设备、导体选择原则2）噪音为了减少噪音对工作场所和附近居民区的影响，所选电气设备在运行中或操作时产生的噪音，在距电气设备2m处不应大于下列水平：连续性噪音水平：85dB非连续性噪音水平：屋内90dB屋外110dB第16页 第17页1.4电气设备、导体选择原则1.4.2导体的选择和校验导体有硬导体和软导体之分，变电站常用的硬导体有矩形和管形，常用的软导体则有钢芯铝绞线、特轻型铝合金导线、耐热铝合金导线等。矩形母线通常用于变电站10kV、35kV屋内成套配电装置的主母线以及主变低压侧进线的母线。铝合金管母一般用于变电站110kV、220kV和500kV屋外配电装置的主母线以及跨路管母。铝合金管母有铝镁合金和铝锰合金两种，前者机械强度大，目前已得到广泛应用；后者虽载流量大，但强度较差，应用受限。半绝缘铜管母线用于主变10kV进线户外部分。软导体则广泛应用于110kV、220kV和500kV屋外配电装置。第17页 第18页1.4电气设备、导体选择原则1.4.2.1导体选择的基本规定●导体应按下列技术条件分别进行选择或校验：1）按回路持续工作电流选择截面2）按经济电流密度选择截面3）按电晕条件校验导体截面（非裸导体可不校验）4）按热稳定校验导体截面5）按动稳定或机械强度校验导体截面6）按允许电压降校验导体截面此外，尚应按下列使用环境条件校验：1）环境温度2）日照（当在室内使用时可不校验）3）风速（当在室内使用时可不校验）4）污秽（当在室内使用时可不校验）5）海拔高度第18页 第19页1.4电气设备、导体选择原则●载流导体一般选用铝、铝合金或铜材料，污秽对铝有较严重腐蚀的场所宜选铜导体，钢母线只在额定电流小而短路电动力大或不重要的场合下使用。●普通导体的正常最高工作温度不宜超过+70℃，在计及日照影响时，钢芯铝线及管形导体可按不超过+80℃考虑。当普通导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到+80℃。特种耐热导体的最高工作温度可根据制造厂提供的数据选择使用，但要考虑高温导体对连接设备的影响，并采取防护措施。第19页 第20页1.4电气设备、导体选择原则1.4.2.1软导体选择的要求●220kV及以下软导线宜选用钢芯铝绞线；500kV软导线宜选用双分裂导线。●220kV及以下双分裂导线的间距可取(100~200)mm，330kV及以上双分裂导线的分裂间距可取(200~400)mm。●载流量较小的回路，如电压互感器、耦合电容器等回路，可采用较小截面的导线。第20页 第21页1.4电气设备、导体选择原则1.4.2.2硬导体选择的要求●20kV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体;在(4000~8000)A时，宜选用槽形导体:在8000A以上时，宜选用圆管形导体。●110及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜用铝合金管形导体。●500kV硬导体可采用单根大直径圆管或多根小直径圆管组成的分裂结构，固定方式可采用支持式或悬吊式。●验算短路动稳定时，硬导体的最大应力不应大于下表所列数值。第21页 第22页1.4电气设备、导体选择原则硬导体的最大允许应力MPa第22页 第23页1.4电气设备、导体选择原则●屋外管形导体的微风振动，可按下式校验：式中：——管形导体产生微风共振的计算风速，m/sf——导体各阶固有频率，HzD——铝管外径，mA——频率系数，圆管可取0.214当计算风速小于6m/s时，可采用下列措施消除微风振动:1、在管内加装阻尼线;2、加装动力消振器，3、采用长托架。第23页 第24页1.4电气设备、导体选择原则●为消除220kV及以上管形导体的端部效应，可适当延长导体端部或在端部加装屏蔽电极。第24页 第25页1.4电气设备、导体选择原则●管形导体在无冰无风正常状态下的挠度，一般不大于(0.5~1)D(D为导体直径)。●在有可能发生不同沉陷和振动的场所，硬导体和电器连接处，应装设伸缩接头或采取防振措施。为了消除由于温度变化引起的危险应力，矩形硬铝导体的直线段一般每隔20m左右安装一个伸缩接头。对滑动支持式铝管母线一般每隔(30~40)m安装一个伸缩接头;对滚动支持式铝管母线应根据计算确定。第25页 1.4.3小结本章主要内容：1、电气设备选择的一般要求（一般原则、技术条件、环境条件、环境保护）2、导体的选择和校验1）导体选择的基本规定；2）软导体选择的要求；3）硬导体选择的要求。第26页1.4电气设备、导体选择原则 主要规程规范及技术参考资料：1、220kV~500kV变电所设计技术规程（DL/T5218-2005）2、导体和电器选择设计技术规定（DL/T5222－2005）3、220kV~500kV变电站电气技术导则（Q/CSG10011—2005）4、电力工程电气设计手册（一次部分，1989年第一版）5、35~500千伏铝管母线配电装置（蓝增珏袁达夫编）第27页1.4电气设备、导体选择原则 第28页本章内容主要分为五大部分：1.5.1电气设备的过电压1.5.2雷电过电压保护第28页1.5.3内过电压保护1.5.4配电装置的绝缘配合1.5过电压保护及绝缘配合原则1.5.5电气设备的绝缘配合 第29页1.5过电压保护及绝缘配合原则1.5.1电气设备的过电压电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时的电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种类型。按其产生原因可分为以下几大类：第29页 第30页电气设备承受的过电压分类第30页 第31页1.5.2雷电过电压保护一、直击雷过电压及其保护措施二、感应雷过电压及其保护措施三、侵入雷电波过电压及其保护措施第31页1.5过电压保护及绝缘配合原则 第32页1.5过电压保护及绝缘配合原则一、直击雷过电压及其保护措施带电的雷云与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，称作直击雷。当雷云通过线路或电气设备放电时，放电瞬间线路或电气设备将流过数十万安的巨大雷电流，此电流以光速向线路两端涌去，大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而将雷电流导入大地，这种过电压为直击雷过电压。直击雷电流（在短时间内以脉冲的形式通过）的峰值有几十kA，甚至上百kA，我国一般地区雷电流幅值超过150kA和180kA的概率分别为1.97和0.90%。变电站防止直击雷的措施是采取构架避雷针和独立避雷针作为接闪器，把雷电流接受下来，通过接地引下线和接地装置，将雷电流迅速而安全送到大地。第32页 第33页1.5过电压保护及绝缘配合原则广西是我国雷暴最多的地区之一，根据广西电网电力科学研究院的最新统计结果，广西全区及各地市雷暴日数如下表：第33页 第34页第34页220kV变电站防雷保护范围图构架避雷针不同保护高度的保护范围 第35页1.5过电压保护及绝缘配合原则二、感应雷过电压及其保护措施1．静电感应雷过电压当线路或设备附近发生雷云放电时，虽然雷电流没有直接击中线路或设备，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而出现过电压，称为静电感应雷过电压。一般由雷电引起局部地区感应过电压，在架空线路可达300～400kV，在低压架空线路上可达100kV，在通信线路上可达40～60kV。第35页 第36页1.5过电压保护及绝缘配合原则2．电磁感应雷过电压由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中的导体会感应出极大的电动势，使有气隙的导体之间放电，产生火花，引起火灾。解决的办法是将建筑物内的大型金属物品等，做良好的接地处理，使感应电荷能迅速流向大地，防止在缺口处形成高电压和放电火花。第36页 第37页1.5过电压保护及绝缘配合原则三、侵入雷电波过电压及其保护措施侵入雷电波过电压：直击雷或感应雷沿线路侵入发电厂或变电站的雷电过电压行波所形成的过电压。防止侵入雷电波的主要措施是采用进线保护段和配置避雷器。进线保护段即对未全线架设避雷线的35kV架空线路，在变电站1~2km的进线段架设避雷线，防止和减少近区雷击，并利用进线段的阻抗来限制雷电流幅值和利用进线段的电晕衰耗来降低雷电波陡度，保证电气设备绝缘不被高电压冲击击穿。500kV配电装置的侵入雷电波保护通常需根据工程的具体情况进行电磁暂态计算后确定避雷器的配置方案。第37页 第38页第38页为防止侵入雷电波，在主变三侧，220kV、110kV、35kV（10kV）母线以及主变中性点均安装氧化锌避雷器。限制侵入雷电波过电压措施——采用进线保护段和配置避雷器 第39页1.5.3内过电压保护一、工频过电压及其保护措施二、谐振过电压及其保护措施三、操作过电压及其保护措施第39页1.5过电压保护及绝缘配合原则 一、工频过电压及其保护措施工频过电压包括：长线电容效应过电压：由于线路导线的电容效应在线路末端所引起的工频电压升高。不对称接地故障过电压：在单相或两相不对称对地短路时，非故障相的电压一般都会升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值。甩负荷过电压：线路传输重负荷时，线路末端断路器跳闸，突然甩去负荷，造成线路的过电压。第40页 工频过电压的限制措施：220kV及以下电网一般不需要考虑限制措施，500kV变电站通常采取的措施有：1、装设并联电抗器在变电站线路侧装设并联电抗器，以减少发电机充电功率、削弱电容效应，此外尚对系统轻负荷时无功平衡、调相调压、系统并列、加速潜供电弧的熄灭等有一定作用。2、利用串联电容补偿装置线路上串接有串联电容补偿装置，相当于减少了线路感抗，削弱了电容电流引起的工频电压升高。第41页 限制工频过电压措施——在500kV变电站线路侧装设并联电抗器第42页并联电抗器的作用：削弱线路电容效应，减少发电机充电功率 第43页1.4电气设备、导体选择原则单项选择题：根据工频过电压的性质和特点，以下说法不正确的是（）。A.工频过电压的频率为工频或接近工频，幅值不高；B.工频暂态过电压持续时间不超过1s，过电压数值变化2%～3%；C.工频过电压在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统约为工频电压的√3倍；D.工频过电压对220kV及以下电网影响很大，需要采取措施予以限制。第43页D 二、谐振过电压及其保护措施电力系统中存在着许多电感和电容元件，当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统中某些部分（或元件）出现严重的谐振过电压。限制谐振过电压的基本方法，一是要在设计中做好预测，适当调整电网参数，避免谐振发生。二是缩短谐振存在的时间，降低谐振的幅值，削弱谐振的影响。谐振过电压包括：第44页1、线性谐振过电压2、铁磁谐振过电压3、参数谐振过电压 1、线性谐振过电压谐振回路由不带铁芯的电感元件（如线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈）和系统中的电容元件所组成。在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。在电力系统运行中可能出现的线性谐振，除了空载线路及不对称接地故障时的谐振之外，尚有消弧线圈补偿网络的谐振及某些传递过电压的谐振。对不对称接地故障、断路器非全相或不同期动作而出现的传递过电压最根本的防止措施，是尽量要求断路器三相同期动作。消除消弧线圈补偿网络谐振的方法是采取过补偿运行方式，保证在线路切除或线路断线时，容抗更大，不会产生谐振。对超高压线路谐振过电压则要求合理选择电抗器的容量，避开谐振区域，或在电抗器中性点与地之间串接小电抗，消除工频共振的条件。第45页 2、铁磁谐振过电压（非线性）谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振，。在电力系统运行中除了断线（导线折断、断路器非全相动作或严重的不同期操作、熔断器一相或两相熔断）引起的铁磁谐振过电压和电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压之外，尚有500kV串联补偿电网中的铁磁谐振过电压。对断线引起的铁磁谐振过电压，应采取措施保证断路器不发生非全相拒动，或在发生拒动时利用保护装置作用于上一级跳闸。在中性点接地电网，操作中性点不接地的负载变压器时，将变压器中性点临时接地。第46页 对电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压，可采取下列措施消除：1）选用励磁特性好的电磁式电压互感器，或只用电容式电压互感器。2）在零序回路中加阻尼电阻。对35kV及以下电网推荐用白炽灯泡代替电阻，35kV电网可接500W灯泡，10kV可接200W灯泡。3）增大对地电容，破坏谐振条件。可在10kV母线上装设电容器组或用一段电缆代替架空线，改变线路参数。4）在电压互感器一次绕组的中性点或开口三角绕组装设专用消谐器。第47页 500kV串补线路接有串联电容和并联电抗，当关合线路首端断路器、或在线路末端故障跳闸或投入串补电容时，都会引起回路的过渡过程和铁芯电感的涌流现象，从而激发谐振。限制这种过电压的措施有：1）利用串补装置的主保护间隙，在串补两端出现较高过电压时，瞬时击穿，将阻尼电阻接入回路中。2）并联电抗器的中性点经100Ω左右的电阻接地，可以阻尼谐振的产生。第48页 3、参数谐振过电压在含有周期性变化的电感回路中，当感抗周期性变化的频率为电源频率的偶数倍，并有一定的容抗配合时，可能出现谐振过电压，此即为参数谐振过电压。在电力系统中常见的参数谐振过电压有自励磁过电压。如：发电机带空载线路，在参数配合得当时，及时发电机励磁电流很小，也可激发工频参数谐振，引起发电机端电压和电流急剧上升，而产生自励磁过电压。由于变压器和发电机的磁饱和限制，这种过电压一般不超过1.5~2Uxg。限制措施：1）500kV变电站：可利用装在线路侧的并联电抗器来消除自励磁过电压。2）设置必要的自动装置或保护装置，保证对空载线路的充电合闸在大容量系统侧进行，不在孤立电机侧进行。第49页 第50页1.4电气设备、导体选择原则单项选择题：系统中引起谐振过电压原因是多方面的，下面（）不是引起谐振过电压的原因。A.设备绝缘配合错误；B.系统故障；C.元件参数组合不利；D.操作不当。第50页A 三、操作过电压及其保护措施电网中的电容、电感等储能元件，在发生故障或操作时，由于其工作状态发生突变，将产生充电再充电或能量转换的过渡过程，电压的强制分量形成操作过电压。其作用时间约在几毫秒到数十毫秒之间，过电压一般不超过4p.u.。电力系统常见的操作过电压有：第51页1、中性点不接地电网中的间歇电弧接地过电压3、开断电容性负载过电压，空载线路合闸过电压4、系统解列过电压2、开断电感性负载过电压 1、间歇电弧接地过电压中性点不接地电网发生单相接地时流过故障点的电流为电容电流。经验表明，在10kV电网电容电流超过30A、35kV电网的电容电流超过10A时，接地电弧不易自行熄灭，常形成熄灭和重燃交替的间隙性电弧。因而导致电磁能的强烈振荡，使故障相、非故障相和中性点都产生过电压。限制措施：在单相接地电流超过30A（10kV电网）或10A（35kV电网）时，可在中性点和大地之间接入消弧线圈，以减少单相接地电流，促成电弧自熄，防止发展成相间短路或烧毁设备。在10kV电网亦可采用间歇电弧接地过电压高电阻接地方式。第52页 第53页第53页消弧线圈的作用：抵消部分单相接地电流，促成电弧自熄，防止发展成相间短路或烧毁设备。限制间歇电弧接地过电压措施——在中性点和大地之间接入消弧线圈 2、开断电感性负载过电压1）开断空载变压器过电压空变的激磁电流很小，在开断时不一定在电流过零时熄弧，而在某一数值下被强制切断。此时，储存在电感线圈上的磁能将被转化成为充电于变压器杂散电容上的电能，并震荡不已，使变压器各电压侧均出现过电压。此过电压一般不超过3.0p.u.。限制措施：对220kV及以下变压器一般不需对开断空变过电压进行保护。对开断500kV空变仅需在各电压侧加装氧化锌避雷器即可获得可靠的保护效果，因为开断空变过电压的能量很小，其对绝缘的作用不超过雷电冲击波的作用。第54页 2）开断并联电抗器过电压开断并联电抗器和开断空变一样，都是开断感性负载，开断过程中如出现截流，就会产生过电压。不同的是：a）开断的电流为电抗器的额定电流，远比开断空变的激磁电流要大；b）切断电流时，断路器断口间的瞬态恢复电压固有频率不同，开断变压器的频率为数百Hz，开断电抗器却为数千Hz或更大，使断路器更难开断。限制措施：a）选用带分闸并联电阻的断路器。b）在断路器与并联电抗器之间装设避雷器。c）在500kV并联电抗器前不装设断路器，把并联电抗器视为线路的一部分，用线路断路器进行操作。第55页 3、操作电容负荷过电压1）关合（重合）空载长线过电压空载长线合闸于电源时，电压波行至终端产生发射，形成接近2倍末端电压的过电压。线路重合时，由于电源电势较高和线路上存在着残余电压，将使这种过电压更高。限制措施：a）降低工频暂态过电压：如装设并联电抗器，利用串联电容补偿装置。b）削弱线路残余电压：采用单相重合闸能够避免残余电压的影响；线路上若装有电磁式电压互感器，残余电荷可在0.04s以内基本泄入大地；断路器若装有数千欧的分闸并联电阻，会在开断过程中给残余电荷提供一个泄露途经；采用同期性能好的断路器，可减轻相间耦合电压。c）采用带合闸电阻的断路器：这是限制合闸过电压的主要措施，合闸电阻通常仅为数百欧，大大小于分闸电阻。d）采用氧化锌避雷器作为后备保护。e）同步合闸通过自动控制装置，实现断路器的断口间无电压合闸，使暂态过程降低到最微弱的程度。由于费用昂贵，很少采用。第56页 2）开断空载长线过电压空载长线相当于一个容性负载，在断路器开断工频电容电流过零熄弧后，便会有一个接近幅值的相电压被残留在线路上。若此时断路器触头发生重燃，相当于一次合闸，使线路重新获得能量。电压波的震荡反射，使过电压按重燃次数依次递增。限制措施：1）采用不重燃或重燃率较低的断路器。SF6断路器在开断220kV200km空载长线时重燃率较低。2）500kV断路器加装分闸并联电阻，该电阻在开断过程中短时接入回路，以泄放残留电荷、降低恢复电压，从而避免重燃或降低重燃过电压。3）线路侧接入电磁式电压互感器：由于电磁式电压互感器直流电阻约为3~15kΩ，通过它泄放残留电荷，可使重燃过电压降低30%左右。4）并联电抗器：并联电抗器的存在，可使线路电压震荡频率接近于工频，恢复电压上升速率下降，可避免重燃或降低重燃后的过电压幅值。通常不为限制这种过电压而专门设置并联电抗器。5）采用氧化锌避雷器作为最后一道防线。第57页 3）开断电容器组过电压开断电容器组产生过电压的原理与开断空载长线过电压类似，都是由于断路器重燃引起的。开断中性点不接地的电容器时，再加上断路器三相不同期，会在电容器端部、极间和中性点上都出现较高的过电压。限制措施：1）限制电容器组容量，当被切除的电容器容量相对于母线电容较小时，由于过电压起始值的降低，将降低重燃率或降低过电压幅值。2）选用不重燃或重燃率较低的断路器。3）装设避雷器保护。由于电容器的极间绝缘要比对地（外壳）绝缘弱，10s工频耐压仅为额定电压的2.15倍，应注意加强对极间绝缘的保护。只要能够保护住极间绝缘，中性点位移得到控制，断路器断口的恢复电压便会降低，重燃可能性大大减少，也就相应地解决了相对地保护问题。第58页 4、解列过电压解列过电压主要发生在两个电网的超高压联络线上，一般有两种情况：1）线路两端电源的电势相角差很大，超过120°甚至达到180°时，系统因失步解列使断路器两侧电压产生振荡。2）线路末端发生非对称接地短路，断路器断开时产生类似的过电压振荡。第59页 第60页1.5.4配电装置的绝缘配合一、绝缘配合方法三、配电装置的绝缘配合第60页1.5过电压保护及绝缘配合原则二、绝缘配合的目的和原则 第61页1.5过电压保护及绝缘配合原则一、绝缘配合方法第61页1、惯用法（确定性法）2、统计法3、简化统计法 1、惯用法（确定性法）是目前确定电气设备绝缘水平的主要方法。惯用法是按作用在绝缘上的最大过电压和最小的绝缘强度的概念进行配合。即首先确定设备上可能出现的最危险过电压，然后根据运行经验乘上一个考虑各种因素的影响和一定裕度的系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。第62页名词解释 2、统计法在允许一定的绝缘故障率的前提下，利用统计方法进行绝缘配合设计的一种方法。这种方法一般仅适用于自恢复绝缘。目前仅在确定超高压输电线路的绝缘水平时采用统计法。第63页名词解释 3、简化统计法在简化统计法中，对概率曲线的形状作了若干假设，然后，在统计冲击耐受电压和统计过电压之间选择一个裕度，即统计配合因数。统计过电压乘以统计配合因数即可确定统计耐受电压。目前仅500kV线路塔头绝缘配合设计采用简化统计法。第64页名词解释 第65页1.5过电压保护及绝缘配合原则二、绝缘配合的目的和原则（一）绝缘配合的目的绝缘配合就是根据系统中可能出现的各种电压和保护装置的特性，来确定设备的绝缘水平；或根据已有设备的绝缘水平，选择适当的保护装置，以便把作用于设备上的各种电压所引起的设备损坏和影响连续运行的概率，降低到在经济上和技术上都能接受的水平。换言之，绝缘配合是要正确处理各种电压、各种限压措施和设备绝缘耐受能力三者之间的配合关系，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。第65页 第66页1.5过电压保护及绝缘配合原则（二）绝缘配合的原则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。2、工频运行电压和暂时过电压下的绝缘配合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（Ⅲ级污秽区的爬电比距为25mm/kV，Ⅳ污秽区的爬电比距为31mm/kV）。2)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。第66页 第67页1.5过电压保护及绝缘配合原则3、操作过电压下的绝缘配合1）范围Ⅱ（Um＞252kV）的变电站电气设备操作冲击绝缘水平以及变电站绝缘子串、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。2）范围Ⅰ（3.6kV≤Um≦252kV）变电站绝缘子串、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。4、雷电过电压下的绝缘配合变电站中电气设备、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。第67页 第68页1.5过电压保护及绝缘配合原则5、标准中变电站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。当变电站因海拔高度引起气象条件变化而异于标准状态时，可按规范要求校正。6、范围Ⅰ的各电压级相对地计算用最大操作过电压的标幺值应该选取下列数值：35kV及以下低电阻接地系统3.266kV及以下（除低电阻接地系统外）4.0110kV及220kV3.03~220kV电力系统，相间操作过电压宜取相对地过电压的1.3~1.4倍。第68页 第69页1.5过电压保护及绝缘配合原则三、配电装置的绝缘配合（一）绝缘配合的一般特点1、不同电网，因结构不同以及在不同的发展阶段，采用了不同的保护设备，可以有不同的绝缘水平。2、谐振过电压（电磁式电压互感器饱和、消弧线圈补偿网络谐振等引起）对电气设备和保护装置的危害极大，应在设计和运行中避免和消除出现谐振过电压的条件。在绝缘配合中不考虑谐振过电压。3、由于过电压保护的方法不同，一般不考虑线路绝缘与配电装置绝缘之间的配合问题。5、污秽地区配电装置的外绝缘应按规定加强绝缘或采取其它措施。6、高海拔地区配电装置的外绝缘，宜首先采用加强保护的办法，选择性能优良的避雷器。其次再加强绝缘或选用高原电器。第69页 第70页1.5过电压保护及绝缘配合原则（二）220kV及以下（电压范围Ⅰ）配电装置的绝缘配合特点：1、一般由雷电过电压决定绝缘水平，并按避雷器的冲击保护水平进行选择。外绝缘通常是由泄露比距控制。在工程应用中，220kV、110kV设备的绝缘水平由雷电冲击耐压确定，以避雷器雷电冲击10kA残压为基准，配合系数取不小于1.4。220kV及以下配电装置的绝缘水平及保护水平配合系数表2、由于绝缘水平在正常情况下能够耐受操作过电压的作用，因此一般不采用专门限制内部过电压的措施，也不要求避雷器在内过电压下动作。第70页 第71页1.5过电压保护及绝缘配合原则（三）330kV及以上（电压范围Ⅱ）配电装置的绝缘配合特点：1、在绝缘配合中，操作过电压将起主导作用。因此，应对工频过电压和操作过电压采取措施。2、采用开断性能良好的断路器（或带并联电阻的断路器）和并联电抗器将操作过电压限制到预定水平，作为主保护。采用氧化锌避雷器作为后备保护。因此，避雷器作为确定绝缘水平的基础，并应具备防护内过电压的能力。500kV工程实例3、电气设备的绝缘水平，应同时具有耐受工频过电压、操作过电压和雷电过电压的能力。第71页 第72页1.5过电压保护及绝缘配合原则1.5.5电气设备的绝缘配合（一）电气设备绝缘配合的特点：1、电气设备的绝缘配合，是考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面决定设备的绝缘水平。2、设备在运行中可能受到的作用电压，按照作用电压的幅值、波形及持续时间，可分为：1）持续工频电压（其值不超过设备最高电压Um，持续时间等于设备设计的运行寿命）；2）暂时过电压（包括工频电压升高、谐振过电压）；第72页 第73页1.5过电压保护及绝缘配合原则3）缓波前（操作）过电压（详见《电工术语高电压试验技术和绝缘配合》；4）快波前（雷电）过电压；5）陡波前过电压。第73页 第74页1.5过电压保护及绝缘配合原则3、设备最高电压范围：范围Ⅰ：1kV≤Um≦252kV范围Ⅱ：Um＞252kV4、设备绝缘试验类型：1）短时（1min）工频试验；2）长时间工频试验；3）操作冲击试验；4）雷电冲击试验；5）陡波前冲击试验；6）联合电压试验。操作和雷电冲击试验可以是耐受试验，也可以是50%破坏性放电试验，它只适用于自恢复绝缘。短时工频是耐受试验。第74页 第75页1.5过电压保护及绝缘配合原则5、范围Ⅰ的设备所规定的短时工频耐受电压，一般均能满足在正常运行电压和暂时过电压下的要求。6、在所有情况下，进行操作过电压和雷电过电压绝缘配合时应考虑：设备安装点的预期过电压值、系统与设备的电气特性、类似的系统的运行经验以及所有保护装置的限压效果。设备的相对地绝缘的额定耐受电压是确定设备的相间绝缘和纵绝缘额定耐受电压的基础。7、额定操作和雷电冲击耐受电压宜从标准值中选取。第75页 第76页1.5过电压保护及绝缘配合原则（二）电气设备耐受电压的选择对3~500kV电气设备随其所在系统接地方式的不同、暂时过电压的差别及所选用的保护用避雷器型式、特性的差异，将有不同的耐受电压要求。海拔高度1000m及以下地区电气设备的耐受电压分别见下表：第76页 第77页1.5过电压保护及绝缘配合原则电压范围I（3.5kV＜Um≤252kV）电气设备选用的耐受电压第77页对范围Ⅰ的设备所规定的短时工频耐受电压，一般均能满足在正常运行电压和暂时电压下的要求。 第78页1.5过电压保护及绝缘配合原则电压范围Ⅱ（UIn＞252kV）电气设备选用的耐受电压第78页 第79页1.5过电压保护及绝缘配合原则电力变压器、高压并联电抗器中性点及其接地电抗器选用的耐受电压第79页 第80页1.5过电压保护及绝缘配合原则1.5.6小结本章主要内容：1、电气设备的过电压（内过电压、外过电压）2、雷电过电压保护（直击雷、感应雷、侵入雷电波过电压保护）3、内过电压保护（工频、谐振、操作过电压保护）4、配电装置的绝缘配合（绝缘配合的方法、目的和原则配电装置的绝缘配合）5、电气设备的绝缘配合（绝缘配合的特点、耐受电压的选择）第80页 第81页1.5过电压保护及绝缘配合原则主要规程规范及技术参考资料：1、220kV~500kV变电所设计技术规程（DL/T5218-2005）2、交流电气装置过电压保护和绝缘配合（DL/T620—1997）3、高压输变电设备的绝缘配合（GB311.1-1997）4、220kV~500kV变电站电气技术导则（Q/CSG10011—2005）4、电力工程电气设计手册（一次部分，1989年第一版）5、电力系统过电压（解广润编）第81页 第82页1.4电气设备、导体主要参数选择原则选择电气设备的一般技术条件第82页长期工作条件要求绝缘水平条件要求短路稳定条件要求 第83页1.4电气设备、导体选择原则单项选择题：对各种高压电器的选择最通用和最基本的条件是（　　）。A.按额定电压、额定开断电流选用；B.按额定电压、机械荷载、绝缘水平选用；C.按额定电流、额定容量和额定开断电流选用；D.要考虑短路稳定性。第83页B 第84页1.4电气设备、导体主要参数选择原则额定电压与设备最高电压（kV）第84页 第85页1.4电气设备、导体主要参数选择原则回路持续工作电流第85页 动稳定：短路电流、短路冲击电流通过导体时，相邻载流导体间将产生巨大的电动力，衡量电路及元件能否承受短路时最大电动力的这种能力，称作动稳定。动稳定电流现称额定峰值耐受电流Ip。热稳定：电流通过导体时，导体要产生热量，并且该热量与电流的平方成正比，当有短路电流通过导体时，将产生巨大的热量，由于短路时间很短，热量来不及向周围介质散发，衡量电路及元件在这很短的时间里，能否承受短路时巨大热量的能力为热稳定。热稳定电流现称额定短时耐受电流Ik。第86页名词解释 第87页1.4电气设备、导体主要参数选择原则线路和发电厂、变电站污秽等级第87页 第88页1.4电气设备、导体主要参数选择原则计算电器设备承受的地震力时用的加速度值第88页 第89页1.4电气设备、导体选择原则单项选择题：地震对电气设备的影响主要是（）。A.地震波的频率;B.地震振动的加速度;C.地震区的地质结构;D.A和B。第89页D 第90页1.4电气设备、导体选择原则导体长期持续工作电流Ixu≥回路持续工作电流Ig1）铜母线长期持续工作电流2）铝合金管母（铝镁硅系6063导电管母线）长期持续工作电流3）10kV半绝缘铜管母线：长期持续工作电流仅有4000A一种规格。裸导体载流量在不同海拔高度及环境温度下使用需乘以相应的修正系数。按回路持续工作电流选择第90页 第91页铜母线长期持续工作电流第91页 第92页铝合金管母（铝镁硅系6063管形母线）长期持续工作电流及计算用数据第92页 第93页裸导体载流量在不同海拔高度及环境温度下的综合校正系数第93页 第94页1.4电气设备、导体选择原则除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面宜按经济电流密度选择。供电单位母线的经济电流密度j可参照附图所列数值选取。Sj=Ig/j式中：Sj——经济截面mm2Ig——回路持续工作电流j——经济电流密度A/mm2当无合适规格导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。按经济电流密度选择截面第94页 第95页1.4电气设备、导体选择原则铜、铝母线经济电流密度图中曲线1适用于矩型铜母线。曲线2适用于共箱铜母线。曲线3适用于封闭母线。曲线4适用于铝锰合金及铝镁合金管形母线。曲线5适用于矩型铝母线及槽形母线。曲线6适用于铝绞线、钢芯铝绞线、防腐性钢芯铝绞线及轻型钢芯铝绞线，并同样适用于以上型号的分裂导线。曲线7适用于共箱铝母线。第95页 第96页1.4电气设备、导体选择原则110kV及以上导体的电晕临界电压应大于导体安装处的最高工作电压。单根导线和分裂导线的电晕临界电压可按下式计算:详见《导体和电器选择设计技术规定》（DLT5222－2005）。海拔高度不超过1000m的地区，在常用相间距离情况下，如导体型号或外径不小于下表所列数值时，可不进行电晕校验。按电晕条件校验截面第96页 第97页1.4电气设备、导体选择原则可不进行电晕校验的最小导体型号及外径第97页 第98页1.4电气设备、导体选择原则单项选择题：在海拔高度不超过1000m的地区，在常用相间距离情况下，220kV导体可不进行电晕校验的最小导体型号及外径为（）。A.LGJ－70，Ø18；B.LGJ－300，Ø30；C.2×LGJQ－300，Ø40；D.LGJ－185，Ø20。第98页B 第99页1.4电气设备、导体选择原则式中：S——导体载流截面mm2Qd——短路电流的热效应A2·sC——与导体材料及发热温度有关的系数短路前导体温度为+70℃时的热稳定系数C值按热稳定校验截面第99页 微风振动：当流体通过与流速方向垂直的圆柱或其它形状的柱体时，就会产生周期性的干扰力，当干扰力的周期与圆柱或其它形状柱体结构振动系统的自振频率相同时，就会引起横向振动，这种现象称为微风振动。当铝管母线发生微风振动时，不但会使铝管母线产生疲劳破坏，更重要的是使连接在铝管母线上的金具松动，使引线或单柱隔离开关静触头脱落，以及造成支柱绝缘子的疲劳断裂。这样会导致严重的事故，危及配电装置的安全运行。因此，避免和消除微风振动是铝管母线配电装置设计中要解决的主要问题之一。第100页名词解释 端部效应：管母线在伸出支柱绝缘子顶部不长时，其电场强度很不均匀，从而导致端部工频电晕电压起始值降低，特别在雷电作用下，终端绝缘子顶部附近将产生强烈的游离，使终端绝缘子易于放电。消除端部效应的方法：1、端部加装屏蔽电极2、适当延长母线端部。适当延长母线端部可改善电场分布，从而提高了终端支柱绝缘子的放电电压。一般以延长1m左右为宜。实验表明：端部延长的效果比加屏蔽电极的效果好。第101页名词解释 雷暴日：为了表示不同地区雷电活动的频繁程度，通常利用每年平均雷暴日为计量单位。雷暴日的定义是在一天内只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷暴日。在不同年份观测到的雷暴日数变化较大，一般是取多年的平均值，即年平均雷暴日。我国把年平均雷暴日不超过15的地区叫做少雷区；超过15但不超过40地区叫中雷区；超过40不超过90地区叫多雷区，超过90及根据运行经验雷害特殊重地区的叫强雷区。第102页名词解释 绝缘配合insulationco－ordination：考虑所采用的过电压保护措施后，根据可能作用的过电压、设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，合理地确定设备绝缘水平的过程。外绝缘externalinsulation空气间隙及设备固体绝缘的外露表面。它承受电压并受大气、污秽、潮湿、异物等外界条件的影响。内绝缘internalinsulation设备内部绝缘的固体、液体或气体部分。它基本上不受大气、污秽、潮湿、异物等外界条件的影响。第103页名词解释 自恢复绝缘self－restotinginsulation施加电压而引起破坏性放电后，能完全恢复其绝缘性能的绝缘。非自恢复绝缘non－self－restoringinsulation施加电压而引起破坏性放电后，即丧失或不能完全恢复其绝缘性能的绝缘。额定绝缘水平ratedinsulationlevel足以证明满足所需绝缘耐受能力的一组标准耐受电压。a．对设备最高电压等于或小于252kV的设备，额定绝缘水平用标准雷电冲击和标准短时工频耐受电压表示。b．对设备最高电压大于252kV的设备，额定绝缘水平用标准雷电冲击和操作冲击或短时工频耐受电压表示。第104页名词解释 限制开断并联电抗器过电压措施——在断路器与并联断路器之间装设避雷器第105页 限制开断并联电抗器过电压措施——500kV并联电抗器前不装设断路器第106页电抗器前不装设断路器 220kV电气设备的绝缘水平及保护水平配合系数表YH10W-204/532型氧化锌避雷器10kA雷电冲击残压：532kV10kA陡波冲击：594kV第107页设备的绝缘水平由雷电冲击耐压确定，以避雷器雷电冲击10kA残压为基准，配合系数取不小于1.4。 110kV电气设备的绝缘水平及保护水平配合系数表YH10W-108/281型氧化锌避雷器10kA雷电冲击残压：281kV10kA陡波冲击：315kV第108页 10kV电气设备和主变中性点的绝缘水平第109页 500kV变电站初步设计说明书摘录500kV绝缘配合根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合(DL/T620-1997)》中有关规定，采用下列配合系数：a）变压器内、外绝缘的全波额定雷电冲击耐压与变电站避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。b）高压电器、电流互感器、单独试验的套管、母线支柱绝缘子等的全波额定雷电冲击耐压与变电站避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。c）变压器、电流互感器截波额定雷电冲击耐压取相应设备全波额定雷电冲击耐压的1.1倍。d）电器设备内绝缘相对地额定操作冲击耐压与避雷器操作过电压保护水平间的配合系数不应小于1.15。第110页 e）电气设备外绝缘相对地干态额定操作冲击耐压与相应设备的内绝缘额定操作冲击耐压相同，淋雨时耐压可降低5％。变压器外绝缘相间干态额定操作冲击耐压与其内绝缘相间额定操作冲击耐压相同。f）关于电气设备同极断口间的额定绝缘水平，参照行业标准《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（DL/T593-2006）及《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）确定，雷电冲击耐压（峰值）为1550＋315（kV）；操作冲击耐压（峰值）为1050＋450（kV）；1分钟工频耐压（有效值）为790（kV）。本工程选用的500kV氧化锌避雷器与各主要电气设备冲击耐压标准值的配合系数见下表：第111页 500kV电气设备的绝缘水平及保护水平配合系数表第112页变压器内、外绝缘的全波额定雷电冲击耐压与变电站避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。高压电器、电流互感器、单独试验的套管、母线支柱绝缘子等的全波额定雷电冲击耐压与变电站避雷器标称电流下的残压间的配合系数取1.4。电器设备内绝缘相对地额定操作冲击耐压与避雷器操作过电压保护水平之间的配合系数不应小于1.15。'