輸變電標準講解資料交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合（DL/T620-1997）2008年 8月 目 錄一， 引言 二， 電力系統中性點接地方式及其對過電壓的影響三， 暫時過電壓及其限制四， 操作過電壓及其保護五， 雷電過電壓及其防護六， 金屬氧化物避雷器MOA七, 絕緣配合 一， 前言 ：1，本標準規定了標稱電壓為3500 kV交流系統中電氣裝置過電壓保護的方法和要求；提供了相對地、相間絕緣耐受電壓或平均(50%)放電電壓的選擇程序，并給出電氣設備通常選用的耐受電壓和架空送電線路與高壓配電裝置的絕緣子、空氣間隙的推薦值。本標準是根據原水利電力部1979年1月頒發的電力設備過電壓保護設計技術規程SDJ 7-79和1984年3月頒發的500 kV電網過電壓保護絕緣配合與電氣設備接地暫行技術標準SD 119-84，經合并、修訂之后提出的。2，標準的適用范圍：本標準與修訂前標準的主要差別：1)， 增補了電力系統中性點電阻接地方式；修訂了不接地系統接地故障電流的閾值；2)， 對暫時過電壓和操作過電壓保護，補充了有效接地系統偶然失地保護和并聯補償電容器組、電動機操作過電壓保護及隔離開關操作引起的特快瞬態過電壓保護等內容；對330kV系統提出新的操作過電壓水平要求、修訂了限制500kV合閘和重合閘過電壓的原則和措施等；3)，增加了金屬氧化物避雷器參數選擇的要求；4)，增加了變電所內金屬氧化物避雷器最大保護距離和SF6 GIS變電所的防雷保護方式的內容；5)，充實并完善了3500kV交流電氣裝置絕緣配合的原則和方法。給出架空線路、變電所絕緣子串、空氣間隙和電氣設備絕緣水平的推薦值。注：本文中工頻過電壓倍數，為工頻過電壓有效值與系統最高相電壓有效值之比；本文中諧振、操作過電壓倍數，為諧振、操作過電壓幅值與系統最高相電壓峰值之比。二， 電力系統中性點接地方式及其對過電壓的影響：電力系統中性點接地方式是涉及系統接地故障電流、過電壓水平、運行可靠性等一項技術、經濟的綜合性問題。- 影響一次設備的制造水平，造價，進而影響電力系統的建設投資：如,影響斷路器的開斷能力，影響變壓器等的動,熱穩定性;- 影響繼電保護方式的選擇性，影響故障的復雜程度,影響電力系統的電磁暫態、機電暫態的發展和系統穩定，影響電力系統的運行費用；- 影響二次系統，包括對繼電保護,通訊, 鐵路信號,自動化等的電磁干擾；- 影響電力系統非對稱接地故障引起的工頻過電壓, 進而影響電力系統的操作過電壓水平和絕緣水平.目前,我國電力系統中性點接地方式有:1. 有效接地方式(3.1.1)：（此處括號內數字為DL/T620相應條款，以下雷同。）有效接地方式，即系統在各種條件下應該使零序與正序電抗之比= X0/X1 為正值并且不大于3，而其零序電阻與正序電抗之比R0/X1為正值并且不大于1。接地故障系數 ( K = 故障時健全相工頻電壓/故障前工頻相電壓)不超過1.4，接地故障系數K乘以最大運行相電壓為工頻過電壓。 由于這種接地方式的過電壓水平和絕緣水平相對比較低，我國 110 - 500kV系統中性點均采用有效接地方式.110和220kV變壓器中性點在系統規模不大時，一般采用直接接地方式。但當系統發展、電源容量較大時，過小的零序電抗將會導致單相短路電流大于三相短路電流，給運行帶來諸多問題.。為了提高零序阻抗，減少短路電流，我國東北220kV系統采用了將部分變壓器中性點不接地的措施。110kV、220 kV變壓器中性點采用分級絕緣,絕緣水平僅為線端絕緣水平的一半,這就出現了中性點過電壓保護的問題。當操作變壓器的斷路器出現非全相時，可能出現系統中性點局部失地,甚至會引起諧振過電壓,導致中性點避雷器爆炸。后來，專門又在該避雷器旁并聯接入一個保護用棒間隙。這就使得保護和運行維護很復雜.本標準對超高壓系統專門規定其變壓器中性點不得不接地運行。然而，超高壓變壓器，當系統規模發展擴大后，也會出現類似問題。是仿照220 kV模式？還是尋求新的解決辦法？葛洲壩水電站500 kV升壓站主變共7臺，每臺中性點均接地時，短路電流巨大。經過研究分析論證，最后采用了每臺變壓器中性點經電抗值為變壓器零序電抗1/3的接地電抗器接地的措施。這樣，兩臺變壓器運行時，總零序電抗與原來中性點僅一臺接地和另一臺不接地是相同的。這樣作的優點是降低變壓器中性點的絕緣水平(由不接地時的220 kV電壓級水平，降至60 kV電壓級水平)、避免了中性點不接地時的諸多缺點。最重要的是，較之部分接地方式在發生接地故障時，流過變壓器的短路電流減少一半。這對減輕短路電流電動力對變壓器繞組的損害，有重大作用。2 不接地方式：我國3-66kV配電系統當接地故障電容電流不大時，可采用中性點不接地方式。 雖然這種接地方式時的過電壓水平和絕緣水平相對比較高，但對電壓等級比較低的3-66kV配電系統，其技術經濟影響并不大；而優點是屬小電流接地系統，發生單相接地時，系統仍可向用戶供電。它的敝病是當接地故障電容電流較大時，因電弧的延伸可能波及到結構緊湊的戶內開關柜的鄰相，從而造成相間短路跳閘。其次電流較小時有可能引起間歇性弧光接地過電壓，導致異地異相設備絕緣損壞。最后還易出現電磁型電壓互感器飽和導致的諧振以及電壓互感器熔絲熔斷等。正是基于此種運行經驗，本標準，對原規程中不接地系統接地故障電容電流的閾值對10kV系統由30A降低至10A。其原因是：國內現場試驗表明10kV變電站支柱絕緣子在12A電流時已不能滅弧、國外標淮也作了相應修訂。3 消弧線圈接地方式：為了克服不接地系統的缺陷，對3-66kV等級當接地故障電流大于下列閾值時，應采用消弧線圈接地方式 ： 10kV鋼筋混凝土電桿或金屬桿塔的架空線路 10A 35-66kV 10A。使用消弧線圈接地方式，應注意的問題：- 保證變壓器中性點長期電壓位移 15% 相電壓;- 采用過補償，脫諧度 10%;- 保證單相接地時的殘流 kA ）- 穩定燃弧；當接地故障電容電流很小 ( 電磁感應:* （線路外，S處落雷）： 其中： - 與線路的距離； - 導線高度； - 導線上的感應電壓； - 雷電流幅值。* （雷直擊塔頂及其附近）：。 感應過電壓不高，對110KV及以上架空線路已不起作用。(2), 架空線路上的直擊雷：架空線路上的直擊雷分三種情況：1），雷直擊塔頂及其附近:其中： - 塔頂電位； - 桿塔沖擊接地電阻； - 桿塔等值電感； - 雷放電電流。計算結果表明桿塔沖擊接地電阻起決定作用。對于高桿塔，應按波過程計算。2), 雷直擊檔距中央避雷線:- ， （）；其中： - 避雷線上的過電壓； - 半檔避雷線的電感； - 雷放電電流； - 雷電流陡度； - 檔距。- （kV）, 檔距中央避雷線與導線之間的空氣距離 ：.“規程”規定： ， （m）.3），雷繞過避雷線直擊導線:其中： - 導線上的過電壓； - 雷電流幅值； - 線路波阻抗。500KV架空線路， 15KA雷擊 ，線路絕緣閃絡。 架空線路應采用避雷線屏蔽。繞擊率 ： ， （對平地線路）； ， （對山區線路）。其中： - 保護角； - 桿塔高度。(3), 避雷線的作用: 1). 屏蔽,防雷直擊導線;2). 雷直擊桿塔分流;3). 耦合效應 - 降低感應電壓.(4), 架空線路防雷的基本原則及措施： 確定架空線路的防雷方式時，應全面考慮： - 線路電壓等級； - 線路負荷性質； - 系統運行方式； - 當地原有線路運行經驗； - 雷電活動強弱； - 地形，地貌特點； - 土壤電阻率高低； ，根據技術、經濟比較，采取合理的措施.并不是要求所有的雷擊線路絕緣都不準閃絡,要有一定的耐雷水平，保證一定的雷擊跳閘率.- 避雷線是基本措施；- 降低桿塔接地電阻是最經濟的方法；- 自動重合閘是重要的防雷措施；- 特殊情況加耦合地線,減少雷擊跳閘率40-50%;- 適當加強線路絕緣; - 雙回路環網， 提高供電可靠性; - 采用線路避雷器.(5).繞擊 - 擊距（幾何分析模型）理論:1），繞擊電氣幾何分析模型以等擊距假設為依據：* 雷電先導電位: （MV）（kA）;其中： - 雷電先導頭部電位； - 主放電電流。圖4 分析線路繞擊的幾何作圖法圖中： b - 避雷線； d - 導線* 長間隙放電電壓( - 極性 ) 放電距離 ,（m）;* 定位曲面： 一定的主放電電流 ，對應于一定的擊距 ；* 臨界擊距 ： 不可能發生繞擊相對應的最小擊距。此點與避雷線和地面的距離相等（而與導線的距離小），均為臨界擊距 。相對應的雷電流為臨界電流 。大于臨界電流 時，因與導線的距離大，則不發生繞擊；* 允許擊距 ：相對應于線路耐雷水平 的擊距。小于耐雷水平 的繞擊，線路不會閃絡；* 有效屏蔽： 適當采用某一保護角 (通常為負保護角)使允許擊距 大于臨界擊距 ，則實際上將不發生繞擊，這種情況稱為有效屏蔽；* 部分屏蔽： 如允許擊距 小于臨界擊距 ，則稱為部分屏蔽。2），擊距理論的動態分析：- 空氣濕度對長間隙放電特性的影響； - 先導放電通道是游離的氣體，空氣流動可能會嚴重影響先導發展方向；- 地形地貌（山脊，山坡）對保護角的影響。（5），高壓輸電線路防雷保護用避雷器（PMOA）：傳統的輸電線路防雷保護措施對提高耐雷水平降低跳閘率起到了明顯的作用。但是，對有些地區或地形地貌特殊的地區，上述措施即使綜合使用，跳閘率依然居高不下，建議采用線路用復合外套金屬氧化物避雷器。1）線路用PMOA的類型：-. 無間隙型 （不宜采用）-. 帶串聯間隙型：（a）絕緣子支撐間隙（b）純空氣間隙2）線路用避雷器的運行工況和主要技術要求：a. 系統正常運行電壓、工頻暫時電壓、操作過電壓下，避雷器間隙不應動作；b. 雷電過電壓下，避雷器應可靠動作，并將絕緣子兩端的電壓鉗制至絕緣子的伏秒特性以下（包括避雷器雷電沖擊放電電壓和殘壓），動作之后，并應在規定的時間內可靠熄弧；c. 避雷器應有足夠的通流容量和大電流沖擊耐受能力，大電流沖擊后，電阻片的穩定性良好；d. 線路避雷器安裝后，空氣間距應滿足塔頭絕緣配合的要求；e. 線路避雷器及其外露金屬件、連接線的局部放電量和無線電干擾水平應符合線路規范的要求；f. 安裝方便。3）線路避雷器安裝位置的選擇：使用PMOA，可以提高線路耐雷水平，降低跳閘率。線路避雷器的安裝位置一般應選在線路的易擊段，易擊點和易擊相。因此，決定線路避雷器的安裝位置時應參考如下數據：a. 線路自然狀況的統計；b. 歷年雷電事故統計及雷電定位系統實測參數統計；c. 計算分析繞擊、反擊；d. 現場察勘。3. 變電站的雷電過電壓防護：變電站是電力系統的樞紐，一次二次設備集中的地方。（1），變電站的直擊雷防護：變電站的直擊雷保護的可靠性應比侵入波保護的可靠性高10倍或更高。* 保護對象-戶外配電裝置；-高構架建筑；-易燃易爆對象。* 避雷針，線，帶 - 引雷作用：保護范圍 - 實驗室的試驗結果并未得到科學界的公認；安全距離 - 避免反擊：避雷針與被保護物之空氣距離：避雷針接地裝置與被保護物接地裝置之地下距離：。* 避免對二次，通信，低壓系統的感應干擾。（2）變電站的雷電侵入波保護：1），線路落雷頻繁，沿線路侵入變電站的雷電過電壓行波很多。線路絕緣水平比變電設備高，所以，侵入波是造成變電站雷害的主要原因。2），采取的主要措施:- 安裝避雷器MOA；- 在變電站的進線段采取輔助措施。3），避雷器保護距離,保護效果:* 設備上的最大過電壓：，其中： - 被保護設備上最大過電壓； - 避雷器的雷電殘壓； - 侵入波陡度； - 避雷器與被保護設備之間的距離； - 侵入波傳播速度。* 考慮變壓器入口電容 ：，其中：， - 變壓器入口電容； - 聯線單位長度的電容。* 影響避雷器保護距離的因素:- 避雷器殘壓越小（取決于放電電流的幅值和陡度），保護效果越好；- 侵入波的幅值和陡度；- 多組避雷器的聯合作用：電流能量分流，但不平衡；開關外側（線路側）避雷器的作用；- 多路進線的影響：侵入波折射系數小，侵入波的幅值和陡度降低。三路進線比二路進線保護距離大20%。4），變電站的防雷性能-危險波曲線：- 即模擬分析整個變電站對雷電侵入波的響應特性。* 配置一定,固定運行方式,改變侵入波的陡度 (固定侵入波幅值)，計算變電站各設備上的過電壓，確定危險點；* 配置一定,固定運行方式,改變侵入波的幅值(固定侵入波陡度)，計算變電站各設備上的過電壓，確定危險點。從而判明離變電站多遠處線路上發生繞擊、反擊時會對變電站構成威脅，并算出變電站的耐雷指標(多少年發生一次雷擊事故()。必要時加強變電站的進線段保護。圖5 變電站的危險波曲線（3）變電站的進線段保護:據統計,變電站的侵入波雷害事故 : 50%由 內雷擊線路引起 ；71%由 內雷擊線路引起 。所以，加強變電站的進線段保護,提高耐雷水平,是減少變電站近區雷擊事故, 提高變電站的耐雷指標的有力措施。所謂變電站的進線段是指變電站附近2KM長的一段有避雷線的線段。變電站的進線段除線路防雷之用外，還有：1）減少繞擊，反擊，減少變電站近區雷擊的可能性：所謂變電站的異常近區雷擊，就是在變電站外12公里的范圍內，輸電線路發生繞擊或反擊，進入變電站的侵入波幅值高，陡度大。這種情況，被保護設備絕緣承受的電氣應力增加很多，避雷器的雷電通流負擔加重。此時，通過避雷器的電流可能達到GB11032-2000表17大電流沖擊耐受值。如果達到上述值，避雷器的殘壓可能高達1.4倍標稱電流下的殘壓值。考慮適當的進線段耐雷水平，降低進線段桿塔接地電阻，保證保護角，可以避免或盡量減少進線段內發生反擊和繞擊；2），避免或減少危險波 - 進線段對侵入波幅值和陡度的影響：* 限制侵入波幅值：- 單進單出,遠方落雷(忽略波的反射)，通過避雷器的放電電流： ，其中： - 流進避雷器的雷電流； - 線路絕緣放電電壓； - 避雷器的雷電殘壓； - 線路波阻抗。 * 限制侵入波陡度：主要考慮沖擊電暈及導線和大地電阻的阻尼衰減作用。 （）其中： - 原始波前時間，（） ； - 進線段長度，（） ； - 進線段導線平均高度，（）； - 侵入波幅值，（）； - 分裂導線影響系數，（4）變壓器中性點保護：由于系統不對稱故障產生的操作過電壓，及多相雷電過電壓侵入波，變壓器非直接接地的中性點應采用避雷器加以保護。由于不會出現大的放電電流，中性點用避雷器的標稱放電電流通常取1.5KA，因而，避雷器的雷電沖擊保護水平也相對降低，絕緣配合系數 1.25 (緊靠時)。 中性點用避雷器的能量吸收能力至少等于相-地避雷器的要求或更高。選擇中性點用避雷器的額定電壓時，注意變壓器中性點處的工頻穩態過電壓等于故障期間的零序電壓。我國在110-500KV有效接地系統的電網中，選擇一部分變壓器的中性點不直接接地,以增大零序阻抗，減小系統單相接地故障電流。如果發生單相接地，暫時過電壓通常不大于60% （最大運行相電壓）因此，中性點用避雷器的額定電壓至少為相-地避雷器額定電壓的60%。但是，對于單，雙電源供電的網絡，當系統某些部位的設備發生故障時，斷路器非全相操作，可能造成局部失地，轉變為帶單相接地的非有效接地系統。暫時過電壓可能高達1-2 ，如果在這種情況下發生諧振，則情況更加嚴重。應當避免這種運行方式。目前，采取的措施包括：1), 加棒間隙,限制非全相過電壓;2), 操作中性點不接地的變壓器時,臨時先投快速接地開關;3), 變壓器中性點加小電抗.（5）三繞組變壓器，自耦變壓器保護：對于多繞組變壓器經常不運行的低壓側開路繞組，接地電容小，侵入波時，靜電感應分量大，應在盡量靠近變壓器的開路繞組三相上安裝避雷器以防止傳遞過電壓損害變壓器的絕緣。（6），GIS雷電侵入波保護：1). GIS的絕緣特性及波阻抗：- 全 特性平坦(均勻電場)；- 負極性擊穿電壓小于正極性擊穿電壓；- 雷電過電壓下的BIL 操作過電壓下的 BSIL；- 波阻抗 Z = 60100，為架空線路的 1/5, 侵入波折射系數小； - 設備的間距小。2),GIS保護接線：針對GIS變電所與引入架空線路連接方式-直接或經一電纜段或全線經電纜線路引入，分三種情況作出相應的規定。需注意的問題：線路入口處避雷器的接地引下線一定以最短路徑接至GIS的外殼，這樣可防止避雷器接地電阻上的電壓降也施加于被保護設備上。對于單芯電纜屏蔽層的一端必須選用合適的電纜護層保護器接地。（7） 發電機雷電侵入波保護：1），* 發電機是電力系統的心臟，非常重要；* 發電機雷擊短路，定子燒毀，修復比較困難；* 發電機絕緣性能差，沖擊系數接近于1；* 發電機絕緣易受潮，污穢及臭氧侵蝕，運轉機械應力及磨擦，易老化。所以，雷電過電壓通過升壓變壓器繞組傳遞到低壓發電機側，有可能需要對發電機加以保護。2），保護發電機的避雷器殘壓相對比較高，絕緣配合很困難，必須采取綜合措施，降低侵入波的幅值和陡度。 （8）， 配電系統的雷電過電壓保護：雷擊絕緣導線斷線的原因-雷擊使桿塔處絕緣導線通過絕緣子對地閃絡，而該處存在于絕緣導線內的相間短路電流電弧弧根無法移動，致使電弧弧根處的高溫將絕緣導線熔斷。其防止措施-在桿塔處絕緣子旁適當位置安裝引弧且耐弧的保護金具。六，金屬氧化物避雷器MOA：1， MOA的主要技術特性參數無間隙金屬氧化物避雷器的特性可分為保護特性和運行特性。其保護特性僅由保護水平決定。其運行特性包括動作負載穩定性和運行壽命特性（長持續時間運行電壓下的壽命及過電壓下的壽命）等。反映這些特性的主要技術特性參數有：（1）持續運行電壓UC；（2）額定電壓UR；（3）標稱放電電流(In)；（4）避雷器的保護水平；（5）大電流沖擊耐受能力；（6）長持續時間電流沖擊耐受能力；（7）壓力釋放等級；（8）耐污穢性能。2， MOA的 選擇：（1），概述從使用的觀點出發，避雷器的保護特性和運行特性是互相制約的。當系統條件一定，閥片性能一定的條件下，若提高避雷器額定電壓，則避雷器的持續運行電壓，避雷器工頻過電壓的耐受能力，以及避雷器的能量吸收能力亦隨之提高，但過電壓下的保護裕度減小了（即殘壓高了）。相反，避雷器的額定電壓降低，耐受工頻電壓能力，及能量吸收能力降低，但保護裕度增大了（即殘壓低