1、高压输变电设备的绝缘配合知识 高压输变电设备的绝缘配合 前言：在GB311.2“使用导则”中详尽阐明了本标准中给出的绝缘配合的所有规则，特别是设备最高电压与标准额定耐受电压之间的关系。如果同一设备最高电压对应几组标准额定耐受电压时，给出了选取最佳一组标准额定耐受电压的导则。第1部分：定义，原则和规则11概述11.1范围本标准建议选择的耐受电压应与设备的最高电压相关联。该关联仅是为了绝缘配合的目的。本标准中不包括对人员安全的要求。 本标准适用于设备最高电压在1kV以上的三相交流系统，规定了这些系统中的高压输变电设备和设施的相对地绝缘、相间绝缘和纵绝缘的额定耐受电压的选择原则，并给出了标准耐受电压
2、列表，应从该列表中选择额定耐受电压。尽管本标准的原则也适用输电线路的绝缘，但其耐受电压值可以与标准额定耐受电压不同。在制定各设备标准时，应根据本标准的要求，规定适合于该类设备的额定耐受电压和试验程序。适用范围本标准适用于设备最高电压在1kV以上三相交流电力系统中使用的下列户内和户外输变电设备。a）变压器类：电力变压器、并联电抗器、消弧线圈和电磁式电压互感器；b）组合式（箱式）变电站；c）电力电容器、耦合电容器（包括电容式电压互感器）、并联电容器、交流滤波电容器；d）高压电力电缆；e）变电站绝缘子、穿墙套管；f）避雷器绝缘外套。g）高压电器：断路器、隔离开关、负荷开关、接地短路器、熔断器、限流电
3、抗器、电流互感器、封闭式开关设备、封闭式组合电器、组合电器等；不适用范围a）安装在严重污秽或带有对绝缘有害的气体、蒸汽、化学沉积物的场合下的设备；b）相对湿度较高且易出现凝露场合的户内设备。11.2规范性引用标准下列标准所包含的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。GB 156 标准电压GB/T 16927.1 高电压试验技术第1部分：一般定义和试验要求GB 7327 交流系统用碳化硅阀式避
4、雷器GB 2900.19 电工术语 高电压试验技术和绝缘配合GB/T 16927.2 高电压试验技术第2部分：测量系统GB 11032 交流无间隙金属氧化物避雷器正常和特殊使用条件11.3正常环境条件涉及到绝缘配合以及通常可以从表2和表3中选取耐受电压的正常环境条件如下：a)周围空气温度不超过40 且24 h内测到的平均值不超过35 。最低周围空气温度，对于“-10 户外”为-10 ；对于“-25 户外”为-25 以及对于“-40 ”为-40 。b)海拔不超过1 000 m。c)周围空气没有显著地被灰尘、烟雾、腐蚀性气体、蒸汽或盐雾污染。污秽不超过级污秽GB/T311.2的表1中的中等。d)通
5、常会出现凝露和沉积。考虑了以露水、凝露、雾、雨、雪或积霜形式出现的沉积物。1注： 沉积物的绝缘特性见GB/T16927.1，其他特性见GB/T311.2。11.4标准参考大气条件标准化的耐受电压适用的标准参考大气条件为：a）温度：=20 b）压力：=101.3 kPa（1 013 mbar）c）绝对湿度：。11.5特殊环境条件2.3.1 对周围环境空气温度高于40 C处的设备，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应取本标准的额定耐受电压值乘以温度校正因数Kt式中，T环境空气温度， C。2.3.2 对于海拔高于1000 m，但不超过4000 m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100 m，
6、绝缘强度约降低1%，在海拔不高于1000 m的地点试验时，其试验电压应按本标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数Ka式中，H设备安装地点的海拔高度， m。指数m与电压类型有关：工频、雷电和相间操作冲击电压 m=1；纵绝缘操作冲击电压 m=0.9；相对地操作冲击电压 m=0.75。2.4 设备适用于电力系统中性点的接地方式，最高电压110 kV以下为非有效接地系统或有效（直接）接地系统，最高电压126kV及以上应为有效（直接）接地系统。12术语和定义为了便于本标准的使用，下列术语和定义适用。12.1绝缘配合 insulation co-ordination考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上
7、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确定设备的绝缘强度。GB2900.19-1994，修改过2注： 所谓设备的“绝缘强度”指的是分别按3.35和3.36中定义的额定绝缘水平或标准绝缘水平。12.2外绝缘 externa insulation 空气间隙及设备固体绝缘外露在大气中的表面，它承受作用电压并受大气和其它现场的外部条件，如污秽、湿度、虫害等的影响。GB2900.19-19943注： 外绝缘可以是气候防护的或者非气候防护的，分别设计运行在掩体的内部或外部。12.3内绝缘 internal insulation不受大气和其它外部条件影
8、响的设备的固体、液体或气体绝缘的内部间隙。GB2900.19-199412.4自恢复绝缘 self-restoring insulation在试验期间的破坏性放电后，经过短的时间，完全可恢复其绝缘特性的绝缘。GB2900.19-1994，修改过4注： 此类绝缘一般是外绝缘，但不是必须的。12.5非自恢复绝缘 non selfrestoring insulation在试验期间的破坏性放电之后，丧失或不能完全恢复其绝缘特性的绝缘。GB2900.19-19945注： 3.4和3.5的定义仅适用于绝缘试验期间由试验电压的作用而引起的放电。然而，在运行时产生的放电可能引起自恢复绝缘部分或完全丧失其原来的
9、绝缘特性。12.6绝缘结构端子 insulation configuration terminal可将电压施于绝缘上的任何两个端子间的任一端子。端子的种类有：a）相端子：运行时在其和中性点之间施加系统的相对中性点电压；b）中性点端子：相当于系统中性点或是接到系统的中性点的端子（变压器的中性点端子等）；c）接地端子：在运行中总是固定接地的端子（变压器的箱体，隔离开关的基座，杆塔的构架，接地板等）。12.7绝缘结构 insulation configuration运行中由绝缘体和全部端子组成的绝缘的完整的几何结构。它包括影响介电特性的全部元件（绝缘件和导电件）。绝缘结构分以下几类：3.7.1三相绝
10、缘结构 three-phase insulation configuration具有三个相端子、一个中性点端子和一个接地端子的结构。3.7.2相对地（p-e）绝缘结构 phase-to-earth(p-e)insulation configuration不计两个相端子的一个三相绝缘结构，且除特殊情况外，中性点端子是接地的。3.7.3相间（p-p）绝缘结构 phase-to-phase(p-p)insulation configuration不计一个相端子的一个三相绝缘结构。在特殊情况下，中性点端子和接地端子也忽略不计。3.7.4纵（t-t）绝缘结构 longitudinal(t-t)insul
11、ation configuration具有两个相端子和一个接地端子的绝缘结构。（两个）相端子属于三相系统中的同一相，其被暂时地分为两个独立的带电部分（例如，分闸的开关装置）。属于其它两相的四个端子不计或接地。在特殊情况下，认为两个相端子之一是接地的。12.8系统的标称电压 nominl voltag of a system 用于表示或识别系统的合适而近似的电压值。GB2900.19-199412.9系统的最高电压 Us highest voltage of a system在正常运行条件下，系统中任一点在任一时刻所出现的相间运行电压（ r.m.s.）的最高值。GB2900.19-1994，修改
12、过12.10设备的最高电压 highest voltage for equipment Um 根据设备绝缘以及其与相关的设备标准关联的其它特性设计的相间电压的最高有效值。在正常运行条件下由相关的设备委员会规定，该电压可以连续施加到设备上。GB2900.19-1994，修改过12.11中性点绝缘系统 isolated neutral system除了用于保护或测量的目的而经高阻抗接地外，中性点无意与地连接的系统。GB2900.19-199412.12中性点固定接地系统 solidly earthed neutral system中性点直接接地的系统。GB2900.19-199412.13（中性点
13、）阻抗接地系统 impedance earthed(neutral)system为限制接地故障电流，中性点通过阻抗接地的系统。GB2900.19-199412.14（中性点）谐振接地系统 resonan earthed(neutral)system一个或多个中性点通过能够近似补偿单相接地故障电流的容性分量的电抗器接地的系统。GB2900.19-19946注： 谐振接地系统中流过故障点的残余电流被限制到空气中弧光故障通常能够自熄的程度。12.15接地故障因数 earth faul factor K 在一给定系统结构的三相系统的给定点上，在对系统任一点的一相或多相均有影响的故障期间，健全相的相对地
14、最高工频电压有效值与无故障时该点相对地工频电压有效值之比。GB2900.19-1994 12.16过电压 overvoltage任何电压：- 一相导体和地之间或者纵绝缘的电压峰值超过系统最高电压除以；GB2900.19-1994，修改过，或者- 相导体之间的电压峰值超过系统最高电压的幅值。GB2900.19-1994，修改过7注： 除非另有明确说明，例如对于避雷器，过电压值用p.u.（等于）表示。12.17电压和过电压分类 classificatio of voltae and overoltage按其波形和持续时间，电压和过电压可分为下列几种：8注： 表1中也给出了关于下述六个第一电压和过电
15、压更详细的情况。3.17.1持续（工频）电压 continuous(power frequency)voltage有着恒定r.m.s.值、持续地加在某一绝缘结构的任一对端子上的工频电压。3.17.2暂时过电压 temporary overvoltage较长持续时间的工频过电压。GB2900.19-1994，修改过9注： 过电压可能是无阻尼的或弱阻尼的。在某些情况下，其频率可能比工频低数倍或高数倍。3.17.3瞬时过电压 transient overvoltage几毫秒或更少的短持续时间的过电压，通常是高阻尼振荡的或非振荡的。 GB2900.19-199410注： 瞬态过电压可能直接跟在暂时过电
16、压后出现，在这种情况下，认为这两种过电压是两个独立的过程。瞬时过电压分为：3.17.3.1缓波前过电压 slow-front ovevoltage SFO一种瞬态过电压，通常为单向的，到达峰值的时间为20 s5 000 s，而波尾持续时间20 ms。3.17.3.2快波前过电压 fast-front overvoltage FFO一种瞬态过电压，通常为单向的，到达峰值时间为0.1 s20 s，波尾持续时间300 s。3.17.3.3陡波前过电压 very-fast-front overvoltage VFFO 一种瞬态过电压，通常为单向的，到达峰值的时间0.1 s，有或者没有叠加的振荡，其振荡
17、频率在30 kHz100 MHz之间。3.17.4联合过电压 combined voltage由同时施加于相间（或纵）绝缘的两个相端子的每一个和地之间的两个电压分量组成。它被归于具有较高峰值分量（暂时、缓波前、快波前和陡波前）的一类。12.18用于试验的标准电压波形 standard voltage shapes for test下列电压波形是标准化的：11注： 关于下述三个第一标准电压更详细的情况在GB/T16927.1以及表1中给出。3.18.1标准短时工频电压 standard short-duration power-frequency voltage具有频率在48 Hz到62 Hz之
18、间，持续时间为60s的正弦电压。3.18.2标准操作冲击电压 standard switching impulse具有峰值时间为250 s和半峰值时间为2 500 s的冲击电压。3.18.3标准雷电冲击电压 standard lightning impulse具有波前时间为1.2 s和半峰值时间为50 s的冲击电压。3.18.4标准联合操作冲击电压 standard combined switching impulse对于相间绝缘，有着相等峰值和相反极性的两个分量的联合冲击电压。正极性分量是标准操作冲击电压，而负极性分量是峰值时间和半峰值时间不应小于正极性冲击电压的对应值的操作冲击电压。两个冲
19、击应在同一瞬间到达峰值。因而联合电压的峰值是这些分量峰值之和。3.18.5标准联合电压 standard combined voltage对纵绝缘，联合电压是一个端子上为标准冲击电压，另一个端子上为工频电压。冲击分量施加于反极性工频电压的峰值。12.19典型过电压repesentative overvoltage Urp 假设在绝缘上产生与在运行时由于各种原因产生的某一给定种类的过电压相同介电效应的过电压。它们由这种类别的标准波形的电压组成并可以用表示运行条件特性的一个数值或一组数值或某一频率分布值来定义。12注： 此定义也适用于表示运行电压对绝缘影响的连续工频电压。12.20过电压限制装置
20、overvoltage limiting device用来限制过电压的峰值或持续时间或两者都限制的装置。它们可以分为防护装置（如预接入电阻器）或保护装置（如避雷器）。12.21雷电（或操作）冲击保护水平 Upl或Ups lightning(or switching)impulse protective level在规定条件下，保护装置的端子上承受雷电（或操作）冲击的最大允许电压峰值。GB2900.19-9412.22性能指标 peformance criterion选择绝缘的基准，以使得作用于设备上的各类电压所引起损伤设备的绝缘或影响连续运行的概率降低到经济上和运行上可接受的水平。通常用术语绝
21、缘结构可接受的故障率（每年故障数，两次故障之间年数，故障风险率等）来表示这个指标。12.23耐受电压 withstand voltage在规定的条件下进行耐压试验时施加的试验电压值，在耐压试验期间规定击穿放电次数是允许的。规定的耐受电压为：a）惯用的设定耐受电压，当允许的破坏性放电的次数为零时。认为其相对应的耐受概率100。b）统计耐受电压，当允许的破坏性放电次数与规定的耐受概率有关时。本标准中规定的概率90。13注： 在本标准中，对非自恢复绝缘规定用惯用的设定耐受电压；而对自恢复绝缘规定用统计耐受电压。12.24配合耐受电压 co-ordination withstand voltage U
22、cw在实际运行条件下，对每类电压，绝缘结构的耐受电压值满足性能指标。12.25配合因数 co-ordination factor Kc为了得到配合耐受电压值，必须与典型过电压值相乘的因数。12.26标准参考大气条件 standard reference atmospheric conditions标准耐受电压适用的大气条件（见5.9）。12.27要求的耐受电压 required withstand voltage Urw 在标准耐受试验中，绝缘必须耐受的试验电压以保证绝缘满足实际运行条件下和整个运行期间内承受一给定种类过电压时的性能指标。要求的耐受电压具有配合耐受电压的波形，并规定参照所选择的
23、全部标准耐受试验的条件来检验它。12.28大气校正因数 atmospheric correction factor Kt用于配合耐受电压的因数，用来考虑运行时平均大气条件和标准参考大气条件之间的差别。对于所有的海拔，此因数仅适用于外绝缘。1注 1：考虑了试验期间实际的大气条件和标准参考大气条件之间的差异，系数Kt允许对试验电压进行修正。对于系数Kt，考虑的大气条件有大气压力、温度和湿度。2注 2：为了绝缘配合的目的，通常仅需要考虑空气压力修正。12.29海拔修正系数 altitude correction factor Ka用于配合耐受电压的的因数，用来考虑运行时海拔相应的平均压力和标准参考压
24、力之间绝缘强度的差异。14注： 海拔修正系数Ka是大气修正系数Kt的一部分。12.30安全因数 safety factor Ks用于配合耐受电压的总的因数，应用大气校正因数后（如果需要）得到要求的耐受电压，用来考虑使用寿命期间的运行条件和标准耐受点试验时的条件之间绝缘强度的所有其它差异。12.31设备和绝缘结构的实际耐受电压 bactual withstand voltage of an equipment or insulation configuration Uaw 标准耐受电压试验中能够施加到设备和绝缘结构上的试验电压最高可能的值。12.32试验转换系数 test conversion
25、fctorKtc对于给定的设备和绝缘结构，在选择的耐受电压试验的标准耐受波形是不同类别的过电压的波形时，用于给定过电压类别要求的耐受电压的系数。15注： 对一给定的设备和绝缘结构：标准电压波形（a）到标准电压波形（b）的转换系数必须高于或等于标准电压波形（a）的实际耐受电压和标准电压波形（b）的实际耐受电压的比值。12.33额定耐受电压 rated withstand voltage标准耐受电压试验中施加的试验电压值，证明绝缘满足一个或多个要求的耐受电压。是设备绝缘的额定值。12.34标准额定耐受电压 standard rated withstand voltage Uw 本标准规定了额定耐受
26、电压的标准值（见5.6和5.7）。12.35额定绝缘水平 rated insulation level表示绝缘介电强度的一组标准耐受电压。12.36标准绝缘水平 standard insulation level本标准中规定的与Um有关的一组标准额定耐受电压（见表2和表3）。12.37标准耐受电压试验 standard withstand voltage test在规定条件下，为了验证绝缘满足标准额定耐受电压所进行的绝缘试验。3注 1：本标准包括：- 短时工频电压试验；- 操作冲击试验；- 雷电冲击试验；- 联合操作冲击试验；- 联合电压试验。4注 2：在GB16927.1中给出有关标准耐受电
27、压试验更详细的资料（试验电压波形亦可见表1）。5注 3：如有要求，陡波冲击标准耐受电压试验应由相关设备委员会规定。13符号和缩写13.1概述本清单仅包含了对于绝缘配合有用的、最频繁使用的符号和缩写。13.2下标p-e 与相对地有关的t-t 与纵绝缘有关的max 最大的（IEC 60633）p-p 与相间有关的13.3字母符号 频率 接地故障系数 大气修正系数 海拔修正系数 配合系数 安全系数 试验转换系数 耐受概率 波前时间 降低电压的半值时间 峰值时间 总的过电压持续时间 设备和绝缘结构的实际耐受电压 配合耐受电压 设备的最高电压 系统的标称电压 避雷器的雷电冲击保护水平 避雷器的操作冲击保
28、护水平 典型过电压 要求的耐受电压 系统的最高电压 标准额定耐受电压13.4缩写FFO 快波前过电压ACWV 设备或绝缘结构的标准额定短时工频耐受电压LIPL 避雷器的雷电冲击保护水平SIPL 避雷器的操作冲击保护水平LIWV 设备或绝缘结构的标准额定雷电冲击耐受电压SFO 缓波前过电压SIWV 设备或绝缘结构的标准额定操作冲击耐受电压TOV 暂态过电压VFFO 陡波前过电压14绝缘配合14.1绝缘配合方法绝缘配合方法有确定性法（惯用法）、统计法及简化统计法。由于在试验时设备绝缘需要施加的冲击电压次数较多，电压幅值会超过额定耐受电压值，并需对系统的过电压进行广泛深入的研究，故绝缘配合统计法在实
29、际应用上受到某些限制，但用于各种因素影响的敏感度分析是很有效的。当降低绝缘水平具有显著经济效益，特别是当操作过电压成为控制因素时，统计法才特别有价值。因此，在本标准中统计法仅用于范围II的设备的操作过电压下的绝缘配合。在所有电压范围内，当设备绝缘主要是非自恢复型时，为检验耐受强度是否得到保证，一般只能加有限次数的冲击（如在给定条件下加3次），因此，尚不能考虑将绝缘故障率作为定量的设计指标，统计法至今仅用于自恢复型绝缘。绝缘配合方法的选择统计法设备绝缘故障具有统计特性，统计法旨在对绝缘故障率定量并将其作为绝缘设计中的一个性能指标。当对某种过电压计算绝缘故障率时，需要给出此过电压及设备的绝缘特性两
30、者各自的分布规律。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定（如已知标准偏差的正态分布），从压”，其概率不大于2%，而在耐受电压曲线中则称该点的纵坐计冲击耐受电压”，设备的冲击耐受电压的参考概率取为90%。绝缘配合的简化统计法是对某类过电压在统计冲击耐受电压和统计过电压之间选取一个统计配合系数，使所确定的绝缘故障率从系统的运行可靠性和费用两方面来看是可以接受的。额定操作和雷电冲击耐受电压宜从本标准5.8条的标准值中选取。确定性法（惯用法）绝缘配合的确定性法（惯用法）的原则是在惯用过电压（即可接受的接近于设备安装点的预期最大过与耐受电压之间，按设备制造和电力系统的运行经验选取适宜的配合系数，相应的耐受电压宜从5.7和5.8的标准值中选取。持续工频电压和暂时过电压下的绝缘配合对范围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过电压下的要求。为检验设备老化对内绝缘性能、污秽对外绝缘性能的影响所进行的长时间工频试验，应在有关设备标
