绝缘配合的设计方法

绝缘配合的设计方法

吴海华

吴海华

（中国机械设备工程股份有限公司）

摘要：依据基础安全标准，阐述变电站绝錄配合的日的、原则以及绝缘配合的方法.介绍了绝缘配合的概念和设计方法，着重分析了过电压类别对电气间隙设计的影响，并研究了变电站的绝缘配合、气候因责和地理环境对变电站设备外绝绿的影响.

关键词:压缘配合过电压类别电气间隙

一般情况下，变电站设备除了长期受到工频电压的作用外，在某些特殊条件下，还会受到操作过电压、暂时过电压和雷电过电压等过电压的短时作用，这就要求要对设备进行绝缘配合，否则这些过电压会破坏设备的绝缘，严重时会威胁人身及设备的安全。

1变电站绝缘配合的目的和原则

1.1变电站绝缘配合的目的

变电站绝缘配合就是根据变电站设备可能出现的各种极端电压以及保护装置的特性，来确定变电站设备的绝缘水平；或者在现有的变电站设备绝缘水平基础上，选择能够将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和技术上能接受的水平的保护装置。

1.2变电站绝缘配合的原则

①不同的变电站，若处于不同的电网，采用了不同的保护设备，可以有不同的绝缘水平。

②变电站在设计绝缘时，需满足工频电压、暂时过电压、操作过电压及雷电过电压作用下的绝缘强度。在各种过电压的波形作用下，配电装置中的自恢复和非自恢复绝缘的绝缘强度，均要高于被保护设备的保护水平，同时要考虑其他各种因素，留有一定的裕度，不同绝缘间的相互配合不列入考虑范围。

③对于雷电引起的过电压，绝缘配合以避雷器雷电保护水平作为基础，对于非自恢复绝缘还说，一般采用惯用法；对自恢复绝缘来说，通常的做法是将绝缘强度作为随机变量进行绝缘配合。

④对于操作引起的过电压，220kV及以下变电站，其绝缘配合是以最大操作过电压的理论计算值为基础，绝缘子串和空气间隙的绝缘强度为随机变量来进行配合的。对于330～500kV变电站，其绝缘配合以上述雷电引起的过电压的绝缘配合来进行。

⑤对于电气设备，一般要求其能承受一定幅值及时间的工频过电压和谐振过电压，同时在过电压的情况下，其外绝缘爬电距离应满足该环境下污秽条件的爬电比距要求。

⑥在污秽严重的地区，变电站配电设备外绝缘如果没有比较有效的措施来降低污秽程度的话，则需严格按照有关规定进行绝缘加强。

⑦在海拔比较高的地区，变电站配电设备外绝缘应下先考虑加强保护，选取高性能的避雷器，然后应再加强绝缘以及选择适用高原的电器。

2电气间隙的设计

2.1过电压类别

电气间隙的尺寸应保证设备不被瞬态过电压和内部产生的峰值电压击穿。电气间隙应以承受所要求的冲击电压来确定。如果稳态有效值、再现峰值或暂态过电压比冲击耐受电压所要求的电气间隙更大，则应采用GB16935.1-1997的附录A表A1中交流（50/60Hz）峰值栏内的相应值。要确定电气间隙可能承受的最大冲击电压，就要考虑产生在电气间隙两端的瞬态过电压。瞬态过电压有两种来源：

a)来自外部系统的瞬态过电压，外部系统是与设备接线端子相连接的（例如电源过电压、通信网络过电压和雷击过电压）；

b)设备自身产生的瞬态过电压（例如操作过电压）。电子设备一般可分为直接由低压电网供电的设备和非直接由低压电网供电的系统和设备。对于直接由低压电网供电的设备，设备可能承受来自外部系统的瞬态过电压，与设备在电力系统中的安装位置直接相关。根据

设备在电力系统中的分布位置（即过电压条件），将瞬态过电压条件用数字表示，就是设备的过电压类别，又称安装类别。根据设备在电力系统中的分布位置，其过电压类别可分为以下四种：

a)过电压类别IV的设备，是使用在配电装置电源端的设备；注：例如电表和前级过电流保护设备。

b)过电压类别III的设备，是安装在配电装置中的设备，以及设备的使用安全（工作可靠）性和适用性必需符合特殊要求的设备；注：例如安装在配电装置中的开关电器和永久连接至配电装置的工业用设备。

c)过电压类别II的设备，是由配电装置供电的耗能设备；注：例如器具、可移动式工具及其家用和类似用途负载。

d)过电压类别I的设备是连接至具有限制瞬态过电压至相当低水平措施电路的设备。注：例如具有过电压保护的电子电路。

2.2额定冲击电压

额定冲击电压是制造厂对设备或其部件规定的冲击耐受电压值，以表征其绝缘规定的抗瞬态过电压耐受能力。额定冲击电压应按表1（引自GB/T16935.1-1997的表1）用相应的过电压类别和该设备额定电压来选定。1）现有不同低压电网及其标称电压见GB/T16935.

1-1997的附录B。2）三相四线配电系统用符号“/”表示，较低值为线对中性点电压，较高值为线对线电压，仅有一个值的表示三相三线系统，并规定为线对线值。

2.3电气间隙值

当设备绝缘上的额定冲击电压选定后，就要根据环境条件的影响确定电气间隙，并通过耐压试验考核该绝缘是否能承受相应的冲击电压。

电气间隙应从GB/T16935.1-1997的表2中选取，且必须考虑以下因素：

a)对应绝缘等级（功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘和加强绝缘）的冲击耐受电压；

b)电场条件，包括非均匀电场和均匀电场；

c)海拔，表2规定的电气间隙仅适用于2000m以下的设备，对于高于海拔2000m的设备应考虑海拔修正系数（见GB/T16935.1-1997的表A2）；

d)微观环境，包括污染等级和机械影响等。对于承受不超过GB/T16935.1-1997所规定的II类设施瞬态过电压的设备，适用GB4943-2001的表2H、表2J和表2K确定的最小电气间隙要求值。对于承受II类设施以外的其他类别瞬态过电压的设备，在确定最小电气间隙时，要考虑以上影响电气间隙的诸多因图1过电压类别图解素，并根据基础安全标准和相应产品技术规范的要求确定最小的电气间隙值。

3爬电距离的设计

爬电距离的尺寸应使绝缘在给定的工作电压和污染等级下不会产生闪络或击穿（起痕）。确定其尺寸是以作用在跨接爬电距离两端的长期电压有效值为基础的。此电压为实际工作电

压、额定绝缘电压或额定电压。瞬态过电压通常不会影响漏电起痕现象，可忽略不计；但对暂态过电压和功能过电压，如果他们的持续时间和出现的频度对漏电起痕有影响，则必须要考虑。爬电距离应从GB/T16935.1-1997的表4中选取，且必须考虑以下影响因素：

a)电压（实际工作电压、额定绝缘电压或额定电压）；

b)微观环境，包括污染等级等；

c)爬电距离的方向和位置；

d)绝缘表面的形态（如横向设置的筋或槽）；

e)绝缘材料，是指根据相比漏电起痕指数CTI划分的材料组别I、II、IIIa、IIIb；注：相比漏电起痕指数用于表示污染条件下，绝缘材料具有形成漏电痕迹的趋向性。

f)电压作用的时间，一般情况下，爬电距离不能小于相关的电气间隙。

4固体绝缘的设计

用于基本绝缘、附加绝缘和加强绝缘的固体绝缘应能持久地承受电场强度和机械应力的作用，并能在设备的预期寿命期间承受可能产生的发热影响和环境的影响，包括耐受电压能力、承受短期热应力、承受长期热应力、承受机械应力、承受湿度应力和承受其他应力（如辐射、化学作用、霉菌）的影响。固体绝缘应满足：

a)其尺寸应保证设备不被瞬态过电压和内部产生的峰值电压击穿；

b)其构造应限制薄层绝缘上针孔重叠的可能性；固体绝缘的厚度与绝缘失效之间基本上没有关系，所以只有通过试验才能评估绝缘材料的性能，仅规定用固体绝缘的最小厚度以求得其长期耐电能力是不合适的。设备应根据所处的环境条件，进行预处理（如发热、潮湿）后再进行抗电强度试验，以考核其固体绝缘的性能。

5变电站绝缘配合的方法

为确定变电站设备的绝缘水平，采用的方法有惯用法、统计法、半统计法和简化统计法。

5.1惯用法

惯用法是一种传统的方法，适用于非自恢复绝缘，是我国目前确定变电站设备绝缘水平的主要方法。惯用法是在极端条件的作用下对绝缘配合进行考虑，即最大过电压作用在最小绝缘强度的条件下进行绝缘配合的考虑。由于极端情况出现的概率较低，所以按这一原则选定绝缘水平通常会留有较大的裕度。

5.2统计法

统计法把过电压和绝缘强度都看做是随机变量，并试图对其故障率进行定量。它有可能按故障后果来选取变电站不同设备的安全水平，有可能进行优化选择。由于需要采集许多统计数据和确定某些参数的分布规律，并考虑到其使用效果，由于尚未确定最优的允许故障率指标，所以目前使用的统计法还不是很完善。

5.3半统计法

半统计法仅把绝缘强度作为随机变量，确认绝缘放电电压的效应曲线为正态分布。目前，对超高压配电装置的自恢复绝缘采用半统计法。

5.4简化统计法

简化统计法假设：①过电压遵从正态分布；②单个间隙上所加电压与其它并联间隙上所加电压之间不相关。这样就可把统计法的计算大为简化。计算方法类似惯用法，但计算本质兼有统计法的一些优点，它是IEC推荐的用于自恢复绝缘的计算方法。

6结语

通过以上的分析可以发现,影响变电站各种绝一缘的因素繁杂,并且各因素之间都是相互作用、相互影响的,对其进行分析时要避开简单化和孤立化.因此,在处理变电站绝全象配合问题时要力求综合.全面分析,选取合理的方法.尽量避免错误,影响变电站的正常运行.

参考文献

[1]朱德恒.高电压绝錄p11I].北京:清华大学出版社.1992.

[2]顾乐观.电力系统的污移绝结[M].重庆:重庆大学出版社.1988.

[3]中华人.民共和国电力工业部.交流电气装置的过电压保护和绝録配合[1M].北京:中国电力出版社.19'97.

作者简介

吴海华，1978.5.26，男，汉族，天津市，工程师，中国机械设备工程股份有限公司。