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电力系统过电压及其防护


第七讲 电力系统内部过电压及其防护 第七讲:电力系统内部过电压及其防护
? 电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长 期工作电压的作用外 还会受到各种比工 期工作电压的作用外,还会受到各种比工 作电压高得多的过电压的作用。 过电压的概念:指电力系统中出现的对 过电压的概念 指电力系统中出现的对 绝缘有危险的电压升高和电位差升高。

过电压分类:

/>内部过电压 电力系统 过电压 雷电过电压 感应雷击过电压

直接雷击过电压

工频电压升高 暂时 过电压

空载长线的电容效应 不对称短路 突然甩负荷 线性谐振 铁磁谐振 参数谐振

内部 过电压
操作 过电压

谐振过电压 切断空载线路 切断空载变压器 空载线路合闸 间歇电弧接地

一. 概述
在电力系统中,除了雷电过电压外,还经常出现另一 类过电压:内部过电压。顾名思义,它的产生根源 在电力系统内部 通常都是因为系统内部电磁能量 在电力系统内部,通常都是因为系统内部电磁能量 的积累和转换而引起。按照产生的原因,内部过电 压可以分为操作过电压和暂时过电压。 般操作过 压可以分为操作过电压和暂时过电压。一般操作过 电压持续时间在0.1s以内,而暂时过电压持续时间 要长得多。

工频电压升高 暂时 过电压

空载长线的电容效应 不对称短路 突然甩负荷 线性谐振 铁磁谐振 参数谐振

内部 过电压
操作 过电压

谐振过电压 切断空载线路 切断空载变压器 空载线路合闸 间歇电弧接地

操作过电压所指的操作并非狭义的开关倒闸操作,而 应理解为“电网参数突变”,它可以因倒闸操作, 也可以因发生故障而引起 也可以因发生故障而引起。

操作过电压:在电力系统运行中由于运行状态 的突然变化,如正常操作或故障操作,会 导致系统内电感和电容元件间电磁能的互 相转换,引起振荡性的过渡过程,因而在 某些设备或局部电网上出现的过电压。 某些设备或局部电网上出现的过电压

内部过电压的能量来源于电网本身,所以它的幅值大 小与电 的 作电 大致上有 定的比例关系 通 小与电网的工作电压大致上有一定的比例关系,通 常用工作电压的倍数来表示比较合适,也就是用标 么值表示,其基准值取电网的最大工作相电压(峰 值)。

内部过电压倍数与电网结构、系统容量和参数、中性点 内部过电压倍数与电网结构 系统容量和参数 中性点 接地方式、断路器性能、母线上的出线数目以及电 网运行接线 操作方式等因素有关 网运行接线、操作方式等因素有关。

内部过电压通常以标幺值pu(per unit)表示 基准取:

U? = k

2U n 3
系统的最大工作电压 系统额定电压

U n —系统额定电压有效值 k —容许电压偏离系数
对220kV及以下系统:k = 1 . 15 对330~500kV 330 500kV系统: 系统 k = 1 . 1

第二节. 工频电压升高
一. 空载长线的电容效应
L T 2
R T 2

L

Ls Rs

T 2

R

T 2

~

e(t )

CT

I

?

R
UR
?

L
UL
?

UL

?

UR

?

~

E

?

UC

?

C
?

I

?

E UC

?

UC > E

& =U & +U & +U & = RI & + jX I & ? jX I & E R L C L C
一般R要比XL、XC小得多,而工 频下空载线路的XC比XL大

Xs
L0 dx

& u
L0dx
C0 dx

&2 u

E

C0 dx

dx

x

线路π 型等值电路 距线路末端距离为 x 处的电压为:

x=0

E cos ? ux = cos αx cos(αl + ? )

Xs ω ,α = 其中 ? = arctan Z v E cos ? 末端电压 u2 = cos(αl + ? )

如果系统的容量为无穷大,即 X s = 0, ? = 0 则:

u2 1 = E cos αl
线路长度越长,线路末端电压比首端升高得越多; 电源容量越小( 源容 越小 Xs越大 越大),工频电压升高越严重; 频 压升高越严 ;

二. 不对称短路引起的工频电压升高

? X0 ? ? X0 ? ? +? ? +1 ? ?X ? ?X ? ? 1? ? 1? K= 3 ? X0 ? ? ?+2 ?X ? ? 1?
K —单相接地系数

2

表示单相接地故障 时健全相的最高对 地工频电压有效值 与无故障时对地电 压有效值之比。

①中性点绝缘,X0取决于线路容抗,呈负值, 健全相上工频电压升高约为1.1Un
110%避雷器

②中性点经消弧线圈接地,过补偿下X0为很大 正值 健全相上工频电压升高接近Un 正值,健全相上工频电压升高接近
100%避雷器

③中性点直接接地 X0为为不大正值, ③中性点直接接地, 为为不大正值 健全相上工频电压升高不大于0.8Un
80%避雷器

三. 突然甩负荷引起的工频电压升高
当输电线路在传输较大容量时,断路器因某种原因 突然甩掉负荷时,会在发电机和原动机内引起 系 突然甩掉负荷时,会在发电机和原动机内引起一系 列机电暂态过程,造成工频电压升高。

四. 限制工频电压升高的措施 在220kV及以下系统中,不需要采取特殊措施,在 及以下系统中 不需要采取特殊措施 在 330~500kV超高压电网中,采用并联电抗器或静止补 偿装置(SVC),将工频电压升高限制在1.3~1.4pu以下

第三节:几种典型的操作过电压 3.1 切除小电感负荷过电压 截流现象:断路器在电流自然过零点
i I0
之前强行切断电弧

0

a b

t

一. 产生过电压的基本过程
i
QF

A
iC
CT

u ~
QF 闭合时: 闭合时

iL LT

uC

i = i L + iC ≈ i L

工频电压下, 频电 iC<<iL

设截流瞬间激磁电流为I0,电容上电压为U0,则:

W = WL + WC

1 1 2 = L T I 0 + C T U 02 2 2

当全部磁场能量转化为电场能量时:

1 1 1 2 2 2 W = C T U max = LT I 0 + C T U 0 2 2 2

?

U max =

LT 2 I 0 + U 02 CT

忽略截流时电容上储存的能量,则:

U max ≈ I 0 ZT = LT CT

LT = ZT I0 CT

—变压器的特性阻抗

LT 2 2 I >> U 在一般变压器中 在 般变压器中,ZT很大,因而 很大 因而 0 0 CT 所以在近似计算中,完全可以忽略 1 2 CT U 0 2

切空变时过电压:

u

i

U?
f = 50 Hz

I0

iL t0
1 2π LT CT

t

U0

f =

uC = u L

U max

二. 影响过电压的因素
1. 断路器的性能 2. 变压器特性

过电压幅值大,通常 为2~3pu 3 ,有 有10%左 右可能超过3.5pu。

三. 限制过电压的措施
1. 断路器的主触头上并电阻
高值电阻,数万欧;

2. 减小变压器的特性阻抗 采用纠结式绕组增大CT、 采 用 优 质 铁 芯 减 小 I L 或 LT 3 采用避雷器保护 3.
ZnO避雷器效果很好

3.2 切断小电容负载过电压
一. 产生过电压的过程 (以切空载长线为例) QF

~
C
T

Z

等值电路:

Ls
QF

1 2

LT

1 2

LT

i

L

QF A B
CT

~ u

CT

?

~ u

uC

1 L = Ls + LT 2 L s —发电机和变压器的漏感之和 u = U ? cos ω t
C T—线路对地电容 L T —线路电感

QF 闭合时:



1 ω L << ωC

∴电流 i 为容性, u C ≈ u

u
i t

i
0

i
t1

t2 t3

t4 t5

t6 t7

t

u
u
0

5U ? U?

t
? 3U ?
? 7U ?

U max = U 稳态 + ( U 稳态 ? U 起始 ) = 2U 稳态 ? U 起始
U C 1 = 2 ( ? U ? ) ? U ? = ? 3U ? 第一次重燃: U C 1 = 2U ? ? ( ? 3U ? ) = 5U ? 第二次重燃:

二. 影响过电压的因素
1. 断路器的性能 2. 电网中性点接地方式 3. 其他

三. 限制过电压的措施
1. 采用不重燃断路器 采用不重燃断路 2. 触头加装并联分闸电阻 3. 线路首末端装设避雷器保护 Q2 Q1 Q2 Q1

R

R
分闸过程:

装有分闸电阻时,过 p 电压不超过2.28pu

主Q1先断开 →R抑制回路振荡 → 1.5~2周期后,辅Q2分闸

3.3 空载线路合闸过电压
一. 产生过电压的基本过程 1. 正常合闸
1 2

L s QF

LT

1 2

LT

L QF
CT

~ u

CT

?

~ u

uC

1 L = Ls + LT 2

u = U ? cos ω t

由等值电路:

初始条件:

di L + uC = u dt du C i = CT dt

u C (0) = 0

?

du C = 0 t = 0 : i = CT dt u C = U ? (cos ω t ? cos ω 0 t )
LC T >> ω

ω0 = 1/

?

U C = 2U ?

实际电网中:

u C = U ? (cos ( ωt ? e

?δt

cos ω 0 t )

uC

≈ 2U ?

0

t

2.自动重合闸

u C = U ? (cos ( ω t ? Ae A
u C (0 ) A =1? U?


?δt

cos ω 0 t )

u C ( 0 ) = ?U ?
U C = 3U ?

uC
≈ 3U ?

0

t

二. 影响过电压的因素
1. 合闸相角 2. 残余电压 3. 回路损耗

三. 限制过电压的措施
1. 控制合闸相角 2 加装并联合闸电阻 2. 3. 线路首末端装设避雷器
动作过程:

同步开关(Synchronous Switching)

Q1

Q2

R

辅Q2先合 → 串入R,抑制回路振荡,希望R大

→ 8~15ms 8 15 后,主 后 主Q1合,短接 合 短接R,希望 希望R小
一般R取400~1000Ω,属低值电阻。

四. 限制超高压线路合闸过电压的新技术-相控 超高 线 过 技术 开关技 技 术(phasing controlled circuit breaker) 从理论分析可见,合闸相位的不同将直接影 响过电压幅值。电源的合闸相角是一个随机量, 与断路器的特性及合闸过程中出现的预击穿特性 有关 有关。 要在较有利的情况下合闸,一方面需要改进高压 断路器的机械特性,提高触头运动速度,防止触头间 预击穿的发生,另 方面通过专门的控制装置选择合 预击穿的发生,另一方面通过专门的控制装置选择合 闸相位,使断路器在触头间电位极性相同或电位差接 近零时完成合闸 这就是相控开关技术的思想 近零时完成合闸,这就是相控开关技术的思想。

1. 相控开关的基本工作原理

原理框图

线路电流

断路器同步关合时序

动作过程如下: tc为关合命令输入时刻, 为关合命令输入时刻 t0为参考电压零点, 为参考电压零点 tclosing为开 关合闸时间,tp为选择的目标关合相位(三相可以具有 不同的目标关合相位),tm为开关触头金属接触时刻。 当就地或远动随机关合命令输入时,同步开关控制器 在tc时刻确认操作命令,并与参考电压信号的下一个零 点t0同步;由开关的合时间 同步 由开关的合时间tclosing和目标关合相位tp获得 延迟合闸时间td,同步开关控制器延时td后,触发合闸 线圈,开关触头在时刻tm闭合,实现电压过零同步关 合

3.4 间歇电弧接地过电压
1 发展过程 1.
UC
? ?

C B A
C1 C2 C3 I2
? ?

N S
?

UB
?

UA

I

I3

U BA

?

UB
?

?

UC

?

U CA

?

I3 U A IC I2
? ?

?

?

UN

I 2 = I 3 = 3ωCU?
故障点接地电流 故障点接地电流:

I jd = I C = 3I 2 = 3ωCU? ∝ U n ? l

电弧自熄过程: ① I jd 很大→弧道电离程度高、介质恢复慢 很大→弧道电离程度高 介质恢复慢 ∴电弧过零时不能熄灭,稳定燃烧,不会引起振荡 ② I jd 很小→弧道电离程度低、介质恢复快 ∴过零时电弧熄灭后不重燃 永久熄弧 ∴过零时电弧熄灭后不重燃,永久熄弧 ③ I jd 中等(数安 中等(数安~数百安) 数百安) 电弧过零时暂时熄灭,工频半个周期后再度击穿 ∴产生强烈振荡 故障相和健全相都产生过电压 ∴产生强烈振荡,故障相和健全相都产生过电压

35~66kV电网, I C > 10 A 6~10kV电网, 电网 I C > 30 A

难自熄,形成间歇电弧

第一次 第 次 发弧 故障相:通过弧道泄放电荷,无振荡,泄能

健全相:通过电源充电到线电压,有振荡,储能

U max = U 稳态 + ( U 稳态 ? U 起始 ) = 2U 稳态 ? U 起始
半个工频周期后熄弧:三相电容上电荷重新分配→中性点电 压位移,此过程无振荡 再经半个工频周期后电弧重燃:健全相再次充电到线电压, 有振荡 产生过电压 有振荡,产生过电压

?

工频熄弧→健全相 3.5pu 故障相 2.0pu 2 0pu →故障相

实际电网中过电压 受多种因素影响 受多种因素影响, 一般在3.0pu以下

危害:持续时间长,遍布全网;配电系统绝缘弱点多,
可能发展为相间短路

2. 防护措施
① . 在110kV 及以上电网中采用中性点有效接地方式运行; ② . 在66kV 66 及以下电网中,根据情况采用中性点经消弧线圈 及以下电网中 根据情况采用中性点经消弧线圈 的接地方式运行、或采用中性点绝缘方式运行;

消弧线圈:是在电网中性点与地之间接入的带气隙 铁心、电感可调的电抗器。 作用:补偿接地点容性电流 降低接地点恢复电压速度 接消弧线圈后: 促进电弧自熄

& =I & +I & I jd C L

U? / ωL I 1 L 补偿度: K = = = I C 3ωCU? 3ω 2 LC
脱谐度 脱谐度: γ = 1? K

<1 欠补偿 =1 全补偿 >1 过补偿

3.5 各种操作过电压在不同电压等级系统中的相对重要性 1 在电压等级较低的6~10kV,35~66kV 1. 35 66kV中性点绝缘的系 统中,间歇电弧接地过电压非常常见,对系统的影响 较大; 较大 防护措施:系统中性点经消弧线圈接地 为克服消弧线圈接地的一些弊端,近年来在我国一些地 区6~10kV,甚至35kV系统的中性点采用了低电阻、 中电阻、或高电阻的接地方式。

2. 对于110~220kV电压等级的中性点直接接地系统,切 空载变压器过电压和空载线路分闸过电压的影响比较 突出。
防护措施:切空变过电压幅值大,通常为2~3pu,有10%左右可能 超过3.5pu,但持续时间短,能量小,可用避雷器进行限制; 20世纪70年代以前,在 年代以前 在110~220kV系统中,由于断路器的重燃问题 系统中 由于断路器的重燃问题 没有得到很好的解决,致使切空线过电压可高达3pu,持续时间 长达0.5 0 5~1个工频周期,因此切空线过电压成为当时决定操作冲 个工频周期 因此切空线过电压成为当时决定操作冲 击绝缘水平的主要依据。随着断路器灭弧能力的改进以及断路器 采用并联电阻,断路器在切断小电流时基本不重燃,切空线过电 压已经得到有效的限制。

3 在330~500kV 3. 330 500kV的超高压系统中,空载线路合闸过电压 的超高压系统中 空载线路合闸过电压 已成为最重要的操作过电压。它对决定超高压系统中 电气 备绝 电气设备绝缘水平,起着决定性的作用; 起着 性的作
防护问题:与许多别的操作过电压相比,合闸过电压的倍数其实并 不大,最严重的重合闸过电压可达3pu,但在现代超高压输电系 统中,由于采取了种种措施将其它幅值更高的操作过电压一一加 以限制和降低,而这种合闸过电压却很难找到限制保护措施,因 而它在超高压系统的绝缘配合中上升为主要矛盾,成为选择超高 压系统绝缘水平的决定性因素

三. 限制操作过电压的主要措施(小结) 1. 断路器灭弧能力加强,提高动作同期性; 2 加装触头并联电阻; 2. 3. 避雷器保护;

为了限制分合闸过程中的过电压,在断路器主触头上并联一个大 容量电阻,并在主触头外串联一个辅助触头,将分合闸过程分 为两个阶段进行 缩小了每 阶段过渡过程的起始值与稳态值 为两个阶段进行,缩小了每一阶段过渡过程的起始值与稳态值, 从而减小了每一阶段的过电压,大容量电阻的阻尼加速了振荡 过程的衰减 从而有效抑制了合分闸过电压 过程的衰减,从而有效抑制了合分闸过电压。

Q1

Q2
为了兼顾两个触头恢复 电压的需要,并考虑R 的热容量 这种分闸电 的热容量,这种分闸电 阻为中值电阻,一般为 1k~3kΩ。 。

R
分闸过程:

Q1先断开 →R抑制回路振荡 抑制回路振荡 → 1.5~2周期后 周期后,辅 辅Q Q2分闸 主Q

合闸过程: 合闸过程 辅Q2先合 → 串入R,抑制回路振荡,希望R大

→ 8~15ms 后,主Q1合,短接R,希望R小 Q1 Q2

R
一般 般R取400~1000Ω,合闸电阻属低值电阻。 ,合闸电阻属低值电阻

对于保护操作过电压用的避雷器的一些特殊要求: 1. 操作过电压下流过避雷器的电流一般均小于雷电 流 但持续时间长 因而对阀片通流容量要求较高; 流,但持续时间长,因而对阀片通流容量要求较高; 2. 在操作过电压下,避雷器可能多次动作,因而对阀 片和火花间隙的要求比较苛刻;
在几种常见的操作过电压中,以合空线或重合闸过电压下,避雷 器动作时受到的考验最为严峻 此时线路与电源相连 过电压能 器动作时受到的考验最为严峻,此时线路与电源相连,过电压能 量可以从电源中得到补充,因而要求避雷器阀片具有较高的通流 能力。

普通阀式避雷器通流能力和热容量有限 不能作操作过电压保护 普通阀式避雷器通流能力和热容量有限,不能作操作过电压保护, ZnO避雷器无间隙、动作电压低、残压低、通流容量大、是目前 较理想的保护装置 可同时保护雷电过电压和操作过电压 较理想的保护装置,可同时保护雷电过电压和操作过电压

电力系统绝缘配合
§1.1 绝缘配合的基本概念

绝缘配合的含义
具体地说,就是根据电气设备所在系统中可 能出现的各种电气应力(工作电压和各种过电 压) 并考虑保护设备的保护性能和绝缘的电 压),并考虑保护设备的保护性能和绝缘的电 气特性,适当选择设备的绝缘水平,使之在各种 电气应力的作用下,绝缘故障率和事故损失均处 于经济上和运行上都能接受的合理范围内。

一. 绝缘配合的根本任务和核心问题 根本任务:正确处理过电压和绝缘这一对矛盾, 以达到优质、安全、经济供电的目。 技术上 各种作用电压 限压措施 设备耐受能力 投资费用 维护费用 事故损失

经济上

核心问题:确定各种电气设备的绝缘水平; 用设备绝缘在各种耐压试验中能承受(不发生 闪络、放电或其它损坏)的试验电压值表示。

是绝缘设计的首要前提,由于任何一种电气设备在 运行中都不是孤立存在的,首先它们一定和某些过 电压保护装置一起运行并接受后者的保护;其次是 各种电气设备绝缘之间、甚至各种保护设备之间在 运行中都是互相影响的,所以在选择绝缘水平值时, 需要考虑的因素很多。 需要考虑的因素很多

二. 绝缘配合实例 1. 架空线与变电所之间的绝缘配合 2 同杆架设的双回线路之间的绝缘配合 2. 3 电气设备内绝缘与外绝缘之间的绝缘配合 3. 4 各种外绝缘之间的绝缘配合 4. 5 各种保护装置之间的绝缘配合 5. 6 保护装置与被保护绝缘之间的绝缘配合 6.

三. 绝缘配合的发展过程 1. 采用多级配合阶段( 采用多级 合阶段 1940年以前) 年以前 2 两级配合(惯用法) 2.
即各种绝缘都接受避雷器的保护,仅仅与避雷器 进行绝缘配合,而不再在各种绝缘之间寻求配合。 阀式避雷器的保护特性成为绝缘配合的基础,只 要将它的保护水平乘上 个综合考虑各种影响因 要将它的保护水平乘上一个综合考虑各种影响因 素和必要的裕度的系数,就能确定绝缘应有的耐 压水平,从这一原则出发,发展成今天广泛采用 的绝缘配合惯用法。

Ub
内绝缘

FV

外绝缘 >操作过电压

tb

存在的主要问题:内绝缘水平抬得太高

3. 采用绝缘配合统计法
在惯 法中 在惯用法中,以过电压的上限与电气强度的下限作绝缘 过电 的上 与电气 度的 作绝 配合,而且还有留出足够的裕度,以保证不发生绝缘故 障。这种做法不符合优化总经济指标的原则。从20世纪 60年代开始,国际上提出一种新的绝缘配合方法,即统 计法。主要思想是:电力系统的过电压和绝缘的电气强 度都是随机变量,要求绝缘在过电压下不发生任何闪络 或击穿现象,未免太过于保守和不合理了,正确的作法 是规定出某 可以接受的绝缘故障率 容许冒 定的风 是规定出某一可以接受的绝缘故障率,容许冒一定的风 险。总之,应该用统计的观点及方法来处理绝缘配合问 题 以求获得优化的总体经济指标 题,以求获得优化的总体经济指标。

§1.2 绝缘配合惯用法
将全电压等级分为两个范围:

Ⅰ: Ⅱ:

3 . 5 kV ≤ U m ≤ 252 kV

U m > 252 kV

系统最大工作电压,指线电压

一. 雷电过电压下的绝缘配合 基本冲击绝缘水平BIL:

BIL = K L U U
p(L)

p(L)

Basic Impulse Level

: 阀式避雷器在雷电过电压下的
保护水平
常用配合电流下的残压代替

K L : 雷电过电压下的配合系数 1 .2 ≤ K L ≤ 1 .4
我国 我国: BIL = (1 . 25 ~ 1 . 4 )U R

二. 操作过电压下的绝缘配合 1. 变电所内装设的阀式避雷器只用作 雷电过电压保护 对范围Ⅰ的各级系统, 操作冲击绝 水 SIL: 操作冲击绝缘水平

Switching Impulse Level 最大工作相电压幅值

SIL = K s K 0U φ
操作过电压下 的配合系数 操作 操作过电压计算倍数, 压计算倍数 见表10-1

2. 对范围Ⅱ的电力系统

SIL = K s U

p(s)

K s = 1 . 15 5 ~ 1 . 25 5
对磁吹避雷器,等于

操作过电压下的配合系数

UP(S)— 对ZnO等于规定的操作冲击电流下的残压值; max(标准操作冲击电压下的放电电压、 (标准操作冲击电压下的放电电压 规定的操作冲击电流下的残压值)

三. 工频绝缘水平的确定 ▲为了检验设备的绝缘是否已达到其相应的BIL和 SIL,对 对330kV及以上的超高压电气设备,要进行 及以上的超高压电气设备 要进行 雷电和操作冲击耐压试验;对于220 kV及以下的 高压电气设备,常用1min工频耐压试验等效检验 绝缘耐受雷电和操作冲击电压的能力。

避雷器雷电冲 击保护水平 雷电 过电压
÷(β L
2)

雷电与操作冲击系数

×K L

BIL

等值工 频耐压 max 等值工 频耐压

÷(β s 最大操作 × K s SIL 过电压

2)

绝缘的短时工 频耐压

§1.3 输电线路的绝缘配合
1. 绝缘子串的确定 在 作电压下不发生污闪 在工作电压下不发生污闪 要求 在操作过电压下不发生湿闪 足够的雷电冲击绝缘水平, 足够的雷 冲击 缘水平 线路耐雷水平和雷击跳闸率满足要求

选择程序:

按机械负荷和 环境条件选型号 按操作过电压要 求确定片数 n2

按工作电压要 求确定片数 n1

max
校验线路的耐 雷水平与雷击 跳闸率

2. 空气间距的选择 (1)导线对地面 (2)导线之间 (3)导线、地线之间 (4)导线与杆塔之间 线与杆 之

安全距离; 对地面物体静电感应 相间过电压作用、弧垂最低点在 风力下异步摆动时间隙要承受工 作电压的作用 雷击档距中央避雷线时导、地间 雷击档距中央避雷线时导 地间 隙不击穿

要考虑风力使绝缘子串偏斜,

§1.3 绝缘配合统计法
采用统计法作绝缘配合的前提是充分掌握作为随机变量的 各种过电压和各种绝缘电气强度的统计特性(概率密度、 分布函数等)
设过电压幅值的概率密度函数为 f (U ),绝缘的击穿(或闪 f (U ) 与 P (U ) 互不相关 络)概率分布函数为 P(U ) ,
f (U 0 )dU

U0 P(U 为在过电压 ) U 的 为过电压在 附近的 dU 范围内出现的概率, 作用下绝缘的击穿概率 则出现这样高的过电压并且使绝缘出现 作用下绝缘的击穿概率,则出现这样高的过电压并且使绝缘出现 击穿的概率为:
0

0

P (U 0 ) f (U 0 )dU=dR

f (U ) P(U )

P (U )

绝缘故障率 绝缘故障率:
P(U 0 )
f (U )

R = ∫ dR
∞ U?

f (U 0 )dU
P(U 0 ) f (U 0 )dU

= ∫ P (U ) f (U )dU

O

U0

U

绝缘故障率的估算

从图中可以看到,增加绝缘强度,即曲线 从图中可以看到 增加绝缘强度 即曲线p(U)右移,绝缘 右移 绝缘 故障率将减小,但投资成本将增加。因此统计法可能需要 进行一系列试验性设计与故障率的估算 进行 系列试验性设计与故障率的估算,根据技术经济的 根据技术经济的 比较,在绝缘成本和故障率之间进行协调,在满足预定的 故障率的前提下,选择合理的绝缘水平。 利用统计法进行绝缘配合时,绝缘裕度不是选定的某个固定 值,而是与绝缘故障率的一定概率对应的。

统计法的主要困难是随机因素较多,而且各种统计数据的 统计法的主要困难是随机因素较多 而且各种统计数据的 概率分布有时并非已知。为此IEC又推荐了一种简化统计 法 以利实际应用 法,以利实际应用。 在简化统计法中,对过电压和绝缘电气强度的统计规律 做 某些假设 例如假定它们均遵循政态分布 并 做了某些假设,例如假定它们均遵循政态分布,并已知它 它 们的标准偏差。这样一来,它们的概率分布曲线就可以用 U ” 与某一概率相对应的点来表示 分别称为“统计过电压 与某一概率相对应的点来表示,分别称为 统计过电压 U W ”。它们之间也由一个称为“统计安全 和“统计绝缘耐压 系数 K ”联系着。 联系着
s

s

UW K s= Us

上式的表达形式与惯用法十分相似,可以认为:简化统计 上式的表达形式与惯用法十分相似 可以认为 简化统计 法实质上是利用有关参数的概率统计特性,但沿用惯用法 计算程序的一种混合绝缘配合方法 计算程序的 种混合绝缘配合方法。在此基础上可以计算 在此基础上可以计算 出在不同的统计安全系数下的绝缘故障率。 对非自恢复绝缘进行绝缘放电概率的测定,因为一件试品 只能提供一个数据,代价太高,所以仍采用惯用法 只能提供 个数据,代价太高,所以仍采用惯用法。只有 只有 当降低绝缘水平具有显著的经济效益,特别是操作过电压 成为控制因素时,统计法才特别具有意义,因此只有在 330kV以上的超高压自恢复绝缘的配合中,才有采用简化 统计法进行绝缘配合的工程实例。


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