关于中压配电网过电压保护与绝缘配合标准的研究

陈耀孙

【摘 要】配电网是一个复杂而庞大的系统，对于普及供电有着重要的作用，其在输电供电过程中，主要起到的作用就是分配电能。配电网上装备许多个精密仪器，各个仪器有着其各自的作用，不能产生干扰，所以各仪器间的绝缘配合十分重要，为防止出现过电压的问题，本研究就中压配电网的过电压保护与绝缘配合进行简要阐述。

【关键词】中压配电网；过电压；绝缘配合

0 引言

过电压和绝缘配合对于大多数人来说是一个相对陌生的概念，所以本研究先从概念讲起，简要阐述一些过电压和绝缘配合常见的种类和分类方法，以及过电压的危害等一系列的内容，对于从事相关职业的人员来说，这是一份有关基础知识的简单总结，对于普通人来讲，可以当作科普简要了解。

1 常见过电压种类

1.1 过电压的概念

过电压是配电网上常见的一种现象，从定义上来讲，过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象。过电压在配电网上是一种需要被预防或者被消除的现象，因为过电压的存在有很大的危害，变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，主要危害是引起电动机磁路饱和。对于电动机来说，电压过高必然使电动机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从而引起电动机温升过高。第二，损害电动机绝缘。中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电动机绝缘寿命有很大的影响。第三，对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定的允许范围内，一旦其电压超过限定值，变频器的过电压保护动作。过电压的出现通常是负荷投切的瞬间的结果。正常使用时在感性或容性负载接通或断开情况下发生。因此，在预防过电压的产生时，应该避免出现负电荷投切效果。电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。研究各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。

1.2 雷电过电压

外过电压？又称雷电过电压、大气过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起的。分直击雷过电压和感应雷过电压两种。雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。直击雷过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。雷闪击中带电的导体？，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。

1.3 振谐过电压

内过电压？电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压？，又称工频电压升高。常见的有：①空载长线电容效应（费兰梯效应）。在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高。②不对称短路接地。三相输电线路a相短路接地故障时？，b、c？相上的电压会升高。③甩负荷过电压，输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，常见的有：①空载线路合闸和重合闸过电压。②切除空载线路过电压。③切断空载变压器过电压。④弧光接地过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。一般按起因分为：①线性谐振过电压。②铁磁谐振过电压。③参量谐振过电压。

2 绝缘配合常用的方法

2.1 绝缘配合简介

作用在电工设备上的电压是指正常运行条件下的工作电压和各种过电压，后者包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等。为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压。绝缘水平是电工设备能够耐受的试验电压值：①短时工频耐受电压值。②雷电冲击耐受电压值。③操作冲击耐受电压值。④长时间工频试验电压值。这些试验电压的波形、数值、施加方法、时间、次数等，各国都有国家标准明确规定。

2.2 绝缘配合简介

按作用在设备绝缘上的“最大过电压”和设备的“最小绝缘强度”的概念进行绝缘配合的习惯方法。首先需确定设备上可能出现的最危险的过电压和设备绝缘最低的耐受强度，然后根据运行经验，选择一个配合系数作为这两种电压的比值，以补偿在估计最大过电压和绝缘最低耐受强度时的误差及增加一定的安全逾度，最后确定设备绝缘应能耐受的电压水平。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及此概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。由于对非自恢复绝缘放电概率测定的费用太高，因此只能使用惯用法。目前，对220千伏及以下的电工设备，通常仍采用惯用法。例如，电力变压器都用避雷器保护。避雷器限制雷电过电压的能力常用避雷器保护水平表示。变压器耐受雷电冲击的绝缘水平 （BIL）需高出避雷器的保护水平，两者的比值称为配合系数。中国一般采用的配合系数值是1.4。对于500千伏变压器，国际电工委员会（IEC）规定，配合系数需等于或大于1.2。

2.3 统计法

根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，合理地确定绝缘水平。统计法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。困难在于随机因素较多，某些统计规律还有待认识。从过电压幅值与绝缘抗电强度都是随机变量的事实出发，根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，在技术经济比较的基础上，合理地确定绝缘水平。这种方法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可以按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。目前研究得比较多的是以过电压幅值的概率分布为基础的统计法。在超高压电力系统中降低绝缘水平有顯著的经济效益。自恢复绝缘的绝缘强度统计特性相对比较容易获得。70年代以来，国际上推荐对超高压电力系统的自恢复绝缘采用统计法进行绝缘配合。

统计法的困难在于随机因素较多，某些随机因素的统计规律还有待积累资料与认识，低概率密度部分的资料比较难取得。目前算出的故障率，通常比实际的大很多，还有待在应用中不断完善。

3 结束语

绝缘配合的统计法还有简化版，简化版的数据比较容易收集和分析，故操作难度比较小，但是统计法简化版的缺点是重要问题在于精度不高，所以并没有完全代替统计法使用。中压配电网的过电压保护以及绝缘配合是一种很重要的维护手段，如果出现过电压现象而没有及时处理好，很有可能导致某些仪器甚至整个配电网寿命的缩短，而配电网通常处于室外，所以，做好绝缘配合是一件非常重要的事情。

【参考文献】

[1]李美玉.中压配电网过电压现象分析[J].线路电路，2016，（65）.

[2]张磊.中压配电绝缘配合简析[J].电路安全，2016，（27）.

[责任编辑：张涛]endprint