高电压技术论文

1南京工业大学高电压论文题目：电力系统的过电压保护与绝缘配合学院：自动化与电气工程学院班级：电气0903学号：1502090318姓名：韩亮二○一二年六月1电力系统的过电压保护与绝缘配合引言………………………………………………………………………2(一)特高压电网的绝缘与绝缘配合综述………………………………3(二)系统最高工作电压范围及中性点接地方式………………………3(三)运行时作用于绝缘上的过电压及保护……………………………43.1雷电过电压及电力系统的保护…………………………………………43.2暂时过电压…………………………………………………………………53.3操作过电压…………………………………………………………………63.4过电压的限制与防护………………………………………………………7(四)不同过电压下的绝缘配合…………………………………………84.1绝缘配合的基本要求……………………………………………84.2绝缘配合的方法…………………………………………………84.3过电压下的绝缘配合……………………………………………94.3.1工频运行电压及暂时过电压下的绝缘配合…………………………94.3.2操作过电压下的绝缘配合……………………………………………94.3.3雷电过电压下的绝缘配合…………………………………………10(五)参考文献…………………………………………………………122引言经过近几个星期的学习，我对《高电压技术》这门课程有了一定的了解和认识。《高电压技术》是以试验研究为基础的面向应用的技术，其主要研究在高电压作用下各种绝缘介质的性能和不同类型的放电现象，高电压设备的绝缘结构设计，高电压试验和测量的设备及方法，电力系统的过电压、高电压或大电流产生的强电场、强磁场或电磁波对环境的影响和防护措施，以及高电压、大电流的应用等。随着大功率远距离输电要求的提高，输电电压已由高压（HV）提高到超过220KV的超高压（EHV），目前世界上最高的交直流输电电压等级已经达到更高。我国作为一个在装机容量和年发电量居世界第二位的电力大国，在高电压方面有更多的应用。我们学习好这门技术对以后国家的发展有更大贡献。首先，我们谈到高电压，就必然想到绝缘问题，这也是高电压技术要重要解决的问题只一。通常我们所了解的“绝缘”，就是输电线路外包的那一层绝缘橡胶，电器设备的绝缘外壳，如此之类的。其实这只是绝缘的一小部分，它包括的东西还很多。直到我学完了《高电压技术》，我才知道我的理解有多么的片面。电力系统的绝缘包括发电厂、变电所电力设备的绝缘以及输电线路的绝缘。它们在运行中将承受正常工作时的工作电压,以及各种原因引起的过电压:操作过电压、谐振过电压、大气过电压等。电气设备的作用、电压等级等因素将决定设备的绝缘与这些电压的关系,或者说将决定绝缘水平主要依据哪种电压确定,即绝缘配合的问题。电力系统绝缘配合包括输电线路的绝缘配合和变电所的绝缘配合。所谓绝缘配合,就是综合考虑系统中可能出现的各种电压,保护装置特性及设备的绝缘特性,确定设备的水平,从而使设备的绝缘故障率降低到技术、经济上都可以接受的水平。一方面,在正常工作时系统将承受工频电压,设备绝缘水平要保证设备在工频电压作用下正常工作;而过电压幅值一般都超过工频电压,这就要求设备绝缘应能在保护设备配合下保证设备安全。所以,设备绝缘水平以哪种电压为依据设计就是一个需要综合考虑多方面因素的课题。另一方面,绝缘水平与投资是成正比的。绝缘水平越高,投资越大。降低绝缘水平也就降低了设备的造价。为了节约投资,如何在较低的绝缘水平上保证设备在工频电压及各种过电压作用下的安全,就成为系统经济技术对比的重要内容之一。正确处理电网中各个电气设备的绝缘水平和运行中设备绝缘上可能出现的各种电压（过电压）之间的关系，是绝缘配合所要解决的问题，是关系到电网建设以及安全、经济运行的重要问题。本文就该问题所涉及的基本内容作简要的阐述。3(一)、特高压电网与绝缘配合的综述二十多年来、美国、原苏联、日本、加拿大、意大利及巴西等国，先后在特高压输电技术方面的研究工作已经取得重大进展，一些国家已从论证特高压基本特性的研究阶段，进入特高压电力设备的研制、特高压输电的工业性试验和实际建设与运行阶段。原苏联已建成1200KM的1150KV特高压输电线路。有些国家都已计划在2000左右建成1000~1500KV的特高压电网，目前特高压输电已经在世界范围内呈现广泛发展趋势。国际上研究特高压电网过电压，工频暂时过电压在1.2~1.4pu范围内；断路器并联电阻在300~750欧姆范围内；操作过电压在1.6~1.8pu范围内；雷电过电压保护水平在1.7~2.1pu范围内；设备绝缘水平：操作在1.85~2.15pu范围内，雷电在2.2~2.8pu范围内。国际上特高压(VHV)指1000kV及以上的电压;±800kV以上称为特高压直流(DHVDC)。我国特高压输电正在开发建设1000kV交流电压和±800kV直流电压输电工程和技术。我国晋东南—南阳—荆门1000kV示范工程已开工。我国目前绝大多数电网来说，高压电网指的是110kV和220kV电网；超高压电网指的是330kV，500kV和750kV电网。特高压输电指的是正在开发的1000kV交流电压和±800kV直流电压输电工程和技术。特高压电网指的是以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网。特高压电网的绝缘实践表明:电网电气停电事故主要原因是绝缘的闪落或击穿,为了保证电网具备一个可以接受的合理性指标,科学合理的选择绝缘水平至关重要。电网中电气装置的绝缘,在运行中会受到(a)工作电压(b)暂时过电压(c)操作过电压(d)雷电过电压作用。电网中电气设备的绝缘,在上述电压作用下要有相应的绝缘强度,要科学合理的选择电网中电气装置的绝缘水平。(二)、系统最高工作电压范围及中性点接地方式交流电力系统的最高工作电压分为两个范围：范围Ⅰ3.5kV≤Um≤252kV范围ⅡUm＞252kV4这两个电压范围最重要的区别是中性点接地方式。中性点接地方式是涉及电网过电压水平、单相接地电流、通信干扰、人身安全、设备绝缘水平、系统动态稳定性能以及继电保护可靠性等诸多方面的综合问题。由于中性点接地方式的不同，过电压类型、过电压保护方式和绝缘配合的原则将有很大区别。(1)范围Ⅰ电网中性点接地方式有以下几种形式：1)3～10kV不直接和发电机相连的电网以及35kV、66kV电网，当单相接地故障电容电流不超过10A时（某些情况可放宽），中性点采用不接地方式。当超过此值并有需要在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式，它可使单相接地电流大为减小，并使高幅值的过电压出现的概率减小。2)6～35kV主要由电缆线路构成的电网，电容电流大，运行方式多变，消弧线圈很难调整，发生单相接地故障的时间长，往往可能发展成两相短路，可用中性点经低电阻接地的方式。3)6kV和10kV配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小时，为防止谐振、间歇性电弧过电压等对设备的损害，可采用高电阻接地方式。4)110kV和220kV系统采用中性点有效接地方式。有些110kV和220kV系统为了减少单相接地电流，部分变压器的中性点可以不接地，但要采取放电间隙等保护措施，也可以在部分变压器中性点采用经低阻抗接地的方式。(2)范围Ⅱ电网中性点接地:针对330kV和500kV系统必须采用有效接地方式，不允许变压器的中性点不接地运行。(三)、运行时作用于绝缘上的过电压及保护系统在运行中可能受到的电压归纳起来有：①正常运行时的工频电压；②雷电过电压；③暂时过电压（包括工频过电压和谐振过电压）；④。操作过电压正常运行时的工频电压，是设备正常运行时，长期作用于设备绝缘上的工作电压。工频电压的作用随着电压等级的提高显得越来越重要。设备绝缘和无间隙金属氧化物避雷器等保护装置的长期运行性能以及绝缘的寿命取决于此。过电压标幺值的基准值是用设备最高运5行相电压表示的。工频过电压(kV，有效值)谐振过电压和操作过电压(kV，峰值)(1)雷电过电压作用在输电线路上的雷电过电压是由于雷电直击于导线、塔顶或避雷器线后，造成对导线的反击而形成的过电压。当雷击线路及其附近的地面时，由于电磁场的激烈变化而产生的感应过电压对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。由于变电所内电气设备上的雷电过电压绝大多数是由输电线路的侵入波引起的，所以雷直击于设备的可能性极小。a、架空线路的防雷保护架空线路防雷保护方式与线路的电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动的强弱、地形地貌、土壤电阻率以及当地已有线路的运行经验等因素有关。雷击近处在线路上引起的感应过电压，最大值可达300～400kV，一般仅对35kV及以下线路的绝缘有一定威胁。雷直击导线形成的过电压易导致线路绝缘闪络，架设避雷线可有效减少雷直击导线的概率。因雷击架空线路的避雷线、塔顶而形成作用于线路绝缘上的反击过电压，与雷电参数、杆塔型式、高度和接地电阻等有关，尽可能降低杆塔接地电阻是降低反击过电压的重要措施之一。对各级电压的架空线路，一般应尽可能装设自动重合闸，以减小停电的概率。各级电压架空线路一般采取下列防雷保护方式：1)330kV和500kV线路应全线架设双避雷线，并采用较小的保护角。2)220kV线路宜全线架设双避雷线，少雷区宜架设单避雷线。3)110kV线路一般全线架设避雷线，在山区和雷电活动特别强烈的地区宜架设双避雷线。在少雷区可不沿全线架设避雷线，但应装设自动重合闸。4)66kV线路，负荷重要且所经地区平均雷暴日在30天以上的，宜全线架设避雷线。5)35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。6)除少雷区外，3～10kV钢筋混凝土杆配电线路，宜采用瓷横担，如用铁横担，对供电可靠性要求高的线路宜采用高一电压等级的绝缘子，并应尽可能快地切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。b、直击雷保护对于发变电所内的各种配电装置包括母线和连接导线；火电厂的烟囱、冷却塔、输煤系统；油处理室、易燃材料仓库；乙炔发生站、制氧站、露天氢气罐等都应采用避雷针或避雷线进行直击雷保护。应按照有关规程的要求进行计算和设计，使被保护物体处于保护范围内，6同时还要求当雷击避雷针或避雷线时，不应对被保护物体发生反击。c、雷电侵入波保护除了直击雷以外，由于雷击输电线路的导线或雷击杆顶（避雷线）反击导线形成雷电侵入波，使变电所内设备的绝缘受到威胁。对于雷电侵入波保护应防止或减少近区雷击闪络，做好进线段的保护，正确选择避雷器的型式和参数；合理确定防雷保护接线方式、避雷器的台数和装设位置等。除了有关规程对侵入波保护有不少是具体要求外，对于电压等级高、重要的变电所可以用电磁暂态计算程序进行分析计算，得出有针对性的侵入波保护方案。(2)暂时过电压（包括工频过电压和谐振过电压）a、工频过电压系统中的工频过电压一般是由线路空载、接地故障和甩负荷等原因引起的。1)范围Ⅱ（Um＞252kV）的工频过电压是一个很重要的参数。它是确定避雷器额定电压的主要依据，因此它也就成为决定设备绝缘水平的基本参数之一。在设计时可结合实际条件加以预测，并对可能出现的过高的工频过电压加以限制和降低。一般主要采用在线路上安装并联电抗器来限制工频过电压。2)110kV及220kV系统工频过电压一般不会超过1.3p.u.；3～10kV系统一般不超过p.u.；35～66kV系统一般不超过p.u.。应该避免在110kV及220kV有效接地系统中偶然形成的不接地系统，从而产生较高的工频过电压。b、谐振过电压谐振过电压包括线性谐振、非线性（铁磁）谐振、参数谐振过电压。一般因为操作原因或故障引起系统中电感和电容元件参数出现不利组合，形成各种不同的振荡回路而产生持续时间较长的不同频率的过电压。(3)操作过电压由于断路器的正常操作和各类故障使系统的运行状态发生突然变化，导致系统内部电感和电容元件之间电磁能量互相转换。此过渡过程具有幅值高、存在