中华人民共和国国家标准 高压输变电设备的绝缘配合使用导则 UDC 621.316.9 Application guide for insulation co-ordination ：621.311 of high voltage transmission and GB 311.7—88 transformation equipment 国家标准局1988-06-20批准 1989-01-01实施 1 范围及引用的现行标准 1.1 范围 本导则是执行GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》的指导性文件，只适用于设备的 相对地绝缘，其目的在于给出合理地、经济地确定交流输变电设备电气强度、选择过电压保 护装置(如避雷器、放电间隙等 )及过电压限制措施等问题的指导原则，而不是要给出有关绝 缘配合和绝缘设计的严格规定。 由于对非正规设计的设备或电力系统中具有例外的特性时，需要进行专门的研究，故 本导则主要考虑的是一些基本情况。 本导则以其出版时使用的输变电设备型式及其额定值为基础，故当设备及其特性有新 的改善并经验证时，应允许使用。 与GB 311.1相对应，本导则按额定电压分下列两个范围论述。 a.3～220kV； b.330～500kV。 1.2 引用标准 GB 311.1 高压输变电设备的绝缘配合 GB 311.2 高电压试验技术 第一部分 一般试验条件和要求 GB 311.3 高电压试验技术 第二部分 试验程序 GB 311.4 高电压试验技术 第三部分 测量装置 GB 4876 交流高压断路器的线路充电电流开合试验交流系统用碳化硅阀式避雷器 GB 5582 高压电力设备外绝缘污秽等级 2 运行中的作用电压 2.1 作用电压类型 设备在运行中可能受到下述各类电压的作用： a.正常运行条件下的工频电压； b.暂时过电压(包括工频电压升高)； c.操作过电压； d.雷电过电压。 在GB311.1中主要按电压波形将过电压分类，因为电压波形决定了对设备绝缘和保护 装置的影响。 “暂时过电压”是指其频率为工频或某谐波频率，且在其持续时间范围内无衰减或衰 减慢的过电压。 “操作过电压”、“雷电过电压”通常分别由操作 (或故障)及雷电放电所引起，但未必 总是如此。例如，当变压器一侧有雷电波作用时，经绕组间耦合的电感性传递过电压，会有接近于操作过电压的长波前；而当单相接地时，依靠相间的电、磁耦合，可在正常相上 产生接近于雷电过电压的短波前。同时，作用电压对绝缘和保护装置的影响，主要取决于 其波形、幅值和持续时间，故在本导则中的所谓“操作过电压”和“雷电过电压”是指可 分别用长波前的操作 冲击和短波前的雷电 冲击来代表的过电压。 当过电压用标 么值(p.u.)表示时，其基准值是设备 最高电压的。 2.2 正常运行条件下的工频电压 对设备绝缘和某些过电压保护装置 (如无串联间隙的金属氧化物避雷器)长期运行性能 的要求取决于 这一电压，避雷器 动作后，其瞬时值对作用于设备上的过电压 亦有影响。工 频电压的作用 随电压等级的 提高愈益重要。 正常运行条件下，工频电压会有某些波 动，且系统中各 点的工频电压并不 完全相等， 但不会超过设备最高电压。故在本导则中 把工频电压 看作是常数且等于设备 最高电压。 2.3 暂时过电压 暂时过电压的严 重程度取决于其幅值和持续时间。在进行绝缘配合时，应 首先考虑暂 时过电压，因为： a.在避雷器 安装点的暂时过电压的幅值和持续时间对其额定电压 (它决定了避雷器的保 护水平)的选择很重要。 b.持续时间 较长的暂时过电压， 即使其幅值 较其他过电压为 低，也可能决定设备内、外 绝缘(如污秽表面)的设计， 危及设备的 安全运行。 c.通常，如暂时过电压的幅值 较大，操作过电压的幅值 也较大。 为限制操作和雷电过电压，以 降低设备的绝缘 水平，有时需对暂时过电压进行限制。 暂时过电压的起因主要是： a.接地故障； b.负载突变； c.谐振。 2.3.1 接地故障引起的暂时过电压 因单相接地故障出现的 概率最大，且这一概率随系统额定电压的上升而 增加，故主要 考虑这一情况。系统中某一选定的故障 点处正常相的暂时过电压与系统中性 点的接地方式 有关，其计 算方法及有关的 说明见附录D。 2.3.2 负载突变引起的暂时过电压 当突然切除大的有功、无功负载时，会出现暂时过电压，其幅值及持续时间与 失去负 载后的系统配置和电 源特性(电站的短路容量、发电机的调速及调压装置的特性)有关。 在长线末端突然失去全部负载时，由于短时间内 发电机的转速增加和费兰梯(长线电 容)效应等，这种电压升高可能特别严 重，会影响到设备的 安全运行。在 超高压系统运行的 初期，对这种过电压的严 重性应给予充分重视。 2.3.3 谐振引起的暂时过电压 谐振可能是线性的， 也可能是非线性的。 这里非线性谐 振是指铁磁谐振。 仅当系统中有故障或非 全相操作，且 参数又匹配时线性谐 振才有可能发生。 例如：在 架空线、电缆的系统内，单相接地 后，由故障 点望入，系统的 零序电抗X0， 正序电抗X1，满足X0+2X1=0；非全相操作时，由开关断 口望入，系统的 零序电抗X0，正序 电抗X1，满足X0+2X1=0(单相合闸)或2X0+X1=0(单相开断)。 非线性谐 振时，其谐 振频率可能是电 源频率(基频谐振)、 或其分数(分次谐波谐振)、 或其 一定的倍数(偶次或奇次谐波谐振)。 在有大电容元件(如串联补偿电容器、电缆等)和具有非线性磁化特性的电感 元件(如变 压器等)的回路内，由于操作或 负载突变，可能 激发起不同类型的非线性谐 振过电压，其持 续时间与 激发的起因、 回路本身的特性有关，或 者是稳定的，或 仅持续一定时间。 此类过电压出现的情况 较为繁杂，在本导则中只能 扼要说明一些最典型的例子。 2.3.3.1 基频铁磁谐振 例如，在非有 效接地系统中，当 空载母线合闸或单相接地，且由于各相电磁式电压 互 感器的饱和程度不同，可能产生基频 铁磁谐振。又如，带有空载或轻载变压器的线路中， 非全相操作或断线，形 成电容与非线性电感的 串联电路，且 该回路总阻抗为容性时，过电 压将较高。 基频铁磁谐振过电压通常为 铁芯饱和所限制。 2.3.3.2 分次谐波谐振 在串联补偿电容器和并联电抗器的串联回路和电磁式电压 互感器与母线对地电 容的并 联回路内，如作用电压、 回路参数(电容值、含铁芯电感线圈线性部分的电感值、电 阻值、饱 和后的磁链—电流特性)满足一定条件时，可因操作而 激发起分次谐波谐振过电压(一般为 1/2次谐波)。 2.3.3.3 高次谐波谐振 由变压器 供电的轻负载线路，如 果由变压器或电磁式电压 互感器的激磁支路望出，系 统的线性部分的 自振频率恰与变压器 激磁电流的某一谐波频率相等时，会出现 奇次谐波谐 振过电压。 由于电感的 周期性变化，在一定条件下可能 激发起基频、 偶次谐波谐振。 含铁芯电感线圈接入电源或开断故障时，其磁路内将有过 渡过程和非 周期性磁链出现， 这将使激磁电流内有 偶、奇次谐波，如其外的系统 之线性部分的 自振频率恰与激磁电流的 某一谐波频率相等时，会出现 偶次、奇次谐波谐振过电压。 为避免谐振过电压出现，应进行专门的研究，力 图避免可能引起谐 振的操作或 破坏可 能发生谐振的条件。 2.4 操作过电压 如前述，所谓操作过电压的特 点是：波头部分等值频率 低，不对称，也不是重复的， 通常只有一个 极性的一个 峰值及其波前时间在选择绝缘时必 须考虑。它们在设备绝缘各部 分的分布大致与工频电压时相同。 操作过电压的起因通常是： a.线路合闸与重合闸； b.故障与切除故障； c.开断容性电流和开断 较小或中等的感性电流； d.负载突变。 注：①异步运行时的 解列过电压有时幅值 较高。 ②操作过电压与电 网结构、 设备特性，特别是开关设备的特性有关。 由于许 多随机 因素的影响，其波形 参数、幅值都是随机的(其结果不能预先确知)变数，但由大量的计算、 模拟试验或在系统中实测可以给出 它们位于一定范围内的 概率。限制操作过电压的措施 很 多，以a为例，就有装并联电抗器，断路器中装合 闸电阻，装避雷器以及 重合前释放线路 残余电荷等。究竟采用何种限压措施，需进行 全面的技术，经济 比较。对限压措施的具 体要 求，应由专门的计 算来确定。 2.4.1 线路合闸和重合闸产生的操作过电压 线路合闸和重合闸(单相或三相)时，由于设备、线路对地等值电 容上的初始电压与操作 所引起的过 渡过程结束后的强制电压可能不相等，将在强制电压上 叠加一个幅值为强制与初始电压之差，且有一定