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1、带电作业中的过电压及其绝缘配合,2010年5月,1.带电作业中的过电压2.带电作业绝缘配合原则,专题内容,1.带电作业中的过电压,在电力系统开展带电作业与电气设备长期挂网运行有较大的区别，一个是间歇性的工作条件，另一个则是长期承受各种电压的考验。尽管电气设备长期挂网运行其工作环境十分苛刻，但带电作业尽管是间歇性的工作状态，却直接涉及人身安全，对确保安全要求十分高，因此带电作业的环境及条件应考虑十分周全。不仅要考虑一般工作状态，同时需要将带电作业期间可能发生的各种不利状况都应考虑进去，以提高带电作业的安全可靠性，减少不必要的安全事故。,1.带电作业中的过电压,因此，带电作业时有可能遭遇的过电压以
2、及带电作业的绝缘配合，在考虑原则上应有别于电气装备的长期工作状态。所以带电作业中的过电压与绝缘配合，应根据带电作业的实际工况，留有足够安全裕度，向偏安全的方向考虑。因此，研究过电压水平及限制措施和绝缘配合的原则和方法，是带电作业技术研究的又一重要内容。,1.带电作业中的过电压,1.带电作业中的过电压过电压的类型内部过电压又分为操作过电压和暂时过电压，操作过电压是由系统内的正常操作、切除故障操作或因故障（弧光接地等）所造成的过电压。暂时过电压又称短时过电压，它包括工频电压升高和谐振过电压。一般将内部过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比，称为内部过电压倍数K0，K0与电网结构、系统中各元件的参数
3、、中性点运行方式、故障性质及操作过程等因素有关，并具有明显的统计性。,1.带电作业中的过电压,1）操作过电压操作过电压的特点是幅值较高，持续时间短，衰减快。电力系统中常见的操作过电压有中性点绝缘电网中的间歇电弧接地过电压；开断电感性负载（空载变压器、电抗器、电动机等）过电压；开断电容性负载（空载线路、电容器组等）过电压；空载线路合闸（包括重合闸）过电压以及系统解列过电压等。操作过电压的大小是确定带电作业安全距离的主要依据。间歇电弧接地过电压单相电弧接地过电压只发生在中性点不直接接地的电网（一般10kV系统都是中性点不直接接地），如发生单相接地故障时，流过中性点的电容电流，就是单相短路接地电流。
4、当电网线路的总长度足够长、电容电流很大时，单相接地弧光不容易自行熄灭，又不太稳定，出现熄弧和重燃交替进行的现象即间歇性电弧，这时过电压会较严重，所以一相接地多次发生电弧，不但会使另两相也短路接地，还会引起另两相对地电容的振荡。理论上如果间歇电弧一直发生，过电压会达到很高，而实际上，每次发弧不一定都在幅值，还有其它损耗衰减，所以一般不超过3Uxg，个别达3.5Uxg以上。,1.带电作业中的过电压,开断电感性负载过电压进行切断空载变压器、电抗器、电动机、消弧线圈等电感性负载的操作时，储存在电感元件上的磁能要转化为电场能量，而系统又无足够的电容来吸收磁能，而且开关的灭弧性太强，在0时，激磁电流变化率
5、（无穷大），将在激磁电感L上感应过电压。在中性点不直接接地电网中，一般不大于4Uxg；中性点直接接地电网中，一般不大于3Uxg。其过电压倍数和断路器结构、回路参数、变压器结构接线、中性点接地方式等因素有关。,1.带电作业中的过电压,空载线路切合（包括重合闸）过电压切合电容性负载,如空载长线路(包括电缆)和改善系统功率的电容器组,由于电容的反向充放电,使断路器触头断口间发生了电弧的重燃。这是因为纯电容电流在相位上越前电压900，过1/4周期电弧电流经0点时熄灭，但此时电压正好达到最大值，若开关断口弧隙的绝缘尚未恢复正常，电容电荷充积断口，U=Uxg，再经过半周期电压反向达到最大值，U=2Uxg，
6、并伴随高频振荡过程。按每重燃一次增加2Uxg，理论上过电压将按3、5、7、9倍相电压增加，而实际上过电压只有34 Uxg。因为断路器如果灭弧性能好，断口绝缘恢复快的，不一定都重燃，而每次重燃时也不一定是电压最大值时。母线有多条时比只有一条时过电压小一些，另外线路上也有电晕和电阻损耗起阻尼作用。一般中性点直接接地或经消弧线圈接地的系统过电压不大于3 Uxg，中性点不接地系统过电压的最大值达33.5 Uxg。,1.带电作业中的过电压,2）暂时过电压暂时过电压包括工频电压升高和谐振过电压。工频电压升高的幅值不大，但持续时间较长、能量较大，所以在考虑带电作业绝缘工具的泄漏距离时常以此为依据。造成工频电
7、压升高的原因主要为不对称接地故障、发电机突然甩负荷、空载长线路的电容效应等。不对称接地故障是线路常见的故障形式，其中以单相接地故障为最多，引起的工频电压一般也最严重。对于中性点绝缘的系统，单相接地时非故障相的对地工频电压可升高到1.9倍相电压，对于中性点接地的系统可升高到1.4倍。,1.带电作业中的过电压,电网系统内一系列的电气设备（线路、变压器、发电机等）组成复杂的电感、电容振荡回路。在正常的情况下，由于负载的存在或线路两端与系统电源连在一起，自由振荡不可能发生。在操作或故障时，不对称状态下（如断线、非全相拉合闸、PT饱和等），适当的参数组成了共振回路（），激发很高的过电压，其必要条件是电路
8、固有自振频率与外加电源频率相等f0=f(即)，或成简单分次谐波，电路中就出现了电压谐振。常见谐振过电压有参数谐振、非全相拉合闸谐振、断线谐振等。谐振过电压事故是最频繁的，在35kV330kV电网中都会发生，一般不会大于3Uxg。但持续时间比较长，会严重影响系统安全运行。,1.带电作业中的过电压,带电作业中的作用电压类型电气设备在运行中可能受到的作用电压有正常运行条件下的工频电压、暂时过电压（包括工频电压升高）、操作过电压与雷电过电压。在电业安全工作规程中规定：“雷电天气时不得进行带电作业”。因此，带电作业时除不必不考虑雷电过电压外，正常运行条件下的工频电压、暂时过电压（包括工频电压升高）与操作
9、过电压的作用在带电作业时均应仔细考虑。,1.带电作业中的过电压,正常运行条件下，工频电压会有某些波动，且系统中各点的工频电压并不完全相等，即网络中不同的点各不相同，系统中由于“长线容升效应”会使得某些点的电压比系统的标称电压高，但所有相关标准都规定：系统中各点的工频电压不得超过设备最高电压。由于各个电压等级下的电压升高系数不完全一样，一般220 kV及以下电压等级的电压升高系数为1.15（66 kV例外，为1.1），330 kV及以上电压等级的电压升高系数为1.1（但750kV为1.067，500kV直流系统则为1.03）。即设备最高电压与系统标称电压之比在约1.031.15的范围之间。,1.
10、带电作业中的过电压,前面所叙及的操作过电压种类中，带电作业不考虑线路合闸过电压。带电作业一般停用重合闸，在这种工况时，不考虑线路重合闸过电压；而带电作业没有停用重合闸时，则应考虑线路重合闸过电压。因此，带电作业时电力系统的运行状况是带电作业，进行绝缘配合和安全防护的重要依据。,2 带电作业中的绝缘配合,带电作业中的绝缘类型带电作业绝缘工具、装置和设备的绝缘一般可分为两类，一类为自恢复绝缘；另一类为非自恢复绝缘。严格说起来，带电作业中除塔头空气间隙、组合间隙为自恢复绝缘之外，一般带电作业绝缘工具、装置和设备的绝缘均为非自恢复绝缘，如绝缘操作杆、绝缘支拉吊杆、绝缘硬梯、绝缘软梯、绝缘托瓶架、绝缘斗
11、臂车的绝缘臂、带电清扫机的绝缘支架等。这类绝缘外表面为空气，当火花放电发生在固体绝缘的沿面时，火花放电过后，绝缘能自动恢复，也就是说，发生在自恢复绝缘中的破坏性放电能自恢复。而发生在固体绝缘内部的放电，则为不可逆的绝缘击穿。故可以认为，绝缘操作杆、绝缘支拉吊杆、绝缘硬梯、绝缘软梯、绝缘托瓶架、绝缘斗臂车的绝缘臂、带电清扫机的绝缘支架等带电作业绝缘工具、装置和设备为由自恢复绝缘和非自恢复绝缘组成的复合绝缘。,2 带电作业中的绝缘配合,绝缘耐受能力 对于绝缘操作杆、绝缘支拉吊杆、绝缘硬梯、绝缘软梯、绝缘托瓶架、绝缘斗臂车的绝缘臂、带电清扫机的绝缘支架等带电作业绝缘工具、装置和设备进行绝缘试验时，在
12、50放电电压下可能是非自恢复的，因为进行50放电电压试验时所施加的电压值较高，例如进行带电作业空气间隙的50放电电压试验，通常施加40次试验电压，其中约20次需闪络放电；而在额定耐受电压下是自恢复的，不允许发生任何放电。所以对空气间隙、组合间隙的绝缘等自恢复绝缘进行50的破坏性放电试验；而带电作业用的工具、装置和设备绝缘等自恢复与非自恢复的混合型复合绝缘则进行15次冲击耐压试验。,2 带电作业中的绝缘配合,作用电压与耐受电压之间的配合 在3kV220kV电压范围内的带电作业用工具、装置和设备，其基准绝缘水平是按额定雷电冲击耐受电压和额定短时工频耐受电压给出的。因此它能满足正常运行电压和暂时过电
13、压的要求。所以对3kV220kV电压范围内的带电作业用工具、装置和设备所进行的试验考核，只需进行短时工频电压试验，时间为1分钟。这一电压等级范围内不规定操作冲击耐受试验。,2 带电作业中的绝缘配合,在330kV750kV电压范围内的带电作业用工具、装置和设备需进行两种类型电压的试验的考核。其一，进行较长时间的工频电压试验（产品的型式试验的持续时间为5分钟、绝缘的预防性试验为3分钟），其原因是在这一电压范围内，绝缘应考虑暂时过电压的幅值及持续时间，同时考虑内绝缘的老化及外绝缘耐受污秽性能的适应性；其二，进行操作冲击电压试验，这里对空气间隙、组合间隙的绝缘等自恢复绝缘进行50的破坏性放电试验；而带
14、电作业用的工具、装置和设备绝缘等自恢复与非自恢复的混合型复合绝缘则进行15次冲击耐压试验，不允许发生任何闪络放电。这与一般电气设备的15次冲击耐压试验，允许不超过2次闪络放电的规定有较大不同。其中原因是带电作业直接涉及人身安全，对确保安全要求应高一点，换言之，即15次冲击耐压试验的耐受概率更高。,2 带电作业中的绝缘配合,绝缘配合方法的选择 绝缘配合方法有确定性法（惯用法）、统计法及简化统计法。确定性法（惯用法）按惯用法进行绝缘配合时，需要确定作用于工具、装置和设备上的最大过电压，工具、装置和设备绝缘强度的最小值，以及它们两者之间的裕度。在确定裕度时，应尽量考虑可能出现的不确定因素，这里并不要
15、求估计绝缘可能击穿的故障率。这种绝缘配合方法，类似于给出一定安全系数的做法。惯用法的适用范围，是非自恢复绝缘和220kV及以下电压等级的系统。,2 带电作业中的绝缘配合,惯用法是目前采用得最广泛的绝缘配合方法，其基本出发点是使带电作业间隙或工具的最小击穿电压值高于系统可能出现的最大过电压值，并留有一定的安全裕度。在绝缘配合惯用法中，系统最大过电压、绝缘耐受电压与安全裕度三者之间的关系为：,式中：A安全裕度；UW绝缘的耐受电压，kV；U0.max系统最大过电压，kV；UN系统额定电压（有效值），kV；Kr电压升高系数；K0系统过电压倍数。,2 带电作业中的绝缘配合,2 带电作业中的绝缘配合,2）
16、统计法 统计法的根据是假定过电压和绝缘强度的概率分布函数是已知的，以及通过试验得到的，可利用在大量统计资料的基础上的过电压概率密度分布曲线，得到绝缘放电电压的概率密度分布曲线，然后用计算的方法求出由过电压引起绝缘损坏的故障概率，将允许的最大故障率作为绝缘设计的一个安全指标。在技术经济比较的基础上，正确地确定绝缘水平。在带电作业中，通常将绝缘破坏的概率称为危险率。带电作业的危险率可由下式计算所得：,2 带电作业中的绝缘配合,式中：Po(U)为操作过电压幅值的概率密度分布函数Pd(U)为空气间隙在幅值为u的操作过电压下放电的概率分布函数,2 带电作业中的绝缘配合,运用上述数学模型可编制计算程序，根
17、据试验结果计算相应的带电作业危险率。在计算中，系统相对地最大操作过电压为U0.13%，操作过电压平均值Uav可由下式计算：式中：过电压相对标准偏差。,2 带电作业中的绝缘配合,简化统计法由于实际工程中采用统计法进行绝缘配合是相当繁琐和困难，因此，通常采用“简化统计法”。由IEC推荐的简化统计法，是对过电压和绝缘电气强度的统计规律作出一些合理的假设，如正态分布，并已知其标准偏差等等，这就使得过电压和绝缘电气强度的概率分布曲线可用与某一参考概率相对应的点来表示，称为“统计过电压”和“统计绝缘耐压”。在此基础上可以计算绝缘的故障率。统计法、简化统计法适用于330kV及以上系统带电作业空气间隙、组合间隙及工具、装置和设备的操作过电压的绝缘配合。,思考题,1.什么是带电作业的最小安全距离,带电作业一般考虑哪几种最小安全距离?2.控制最小安全距离的因素是什么?3.如何确定某条线路的带电作业最小安全距离?,27,谢谢,
