电气设备故障诊断技术资料课件.ppt

第一章 绪论,为什么需要故障诊断技术？,全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本得不到电力供应。 美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。 发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。,我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。 中国电力工业分为7个跨省(区)电力集团: 东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网: 山东、福建、新疆、海南、西藏 (未包括台湾和港澳地区)。 电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统”。 发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。 电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。 电力系统的稳定性问题 发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。,19811990年间，我国主要电网有近1/3的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五”期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的26.3%， 可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。 现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其绝缘的可靠性。 安全第一 “不求有功，但求无过” 是电力运行单位的宗旨。 但要实现这一消极的目的，需要非常积极的态度。,现行维修体制定期维修:预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有40年的使用经验。 预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。 定期维修制的种种弊端: 1. 维修周期频繁 2. 预防性试验项目过多 3. 经济性差 4. 增大不安全因素 5. 过度维修 6. 维修不足 7. 预防性试验条件与实际运行工况不同。,第一节 故障诊断技术的产生及其作用,作用：它能实现设备在带负载、不停机的情况下，通过使用先进的技术手段，对设备状态参数进行监测和分析，判断设备是否存在异常或故障、故障的部位和原因以及故障的恶劣趋势等，以确定合理的检修时间和方案。,一、产生与发展背景,二十世纪60年代首先在美国出现，其最初的目的是用于航天、核能、军事装备等进行早期异常检测。 随着计算机和电子技术等的发展，生产设备不断向着大型化、高速化、连续化和自动化方向发展，因而设备复杂性加剧，成本昂贵，出现事故损失大，影响大。即使正常维修，维修量和费用也很大。,二、设备维修方式的变革,1.事后维修：等到设备无法正常工作时再进行维修。2.预防维修：预先制定计划，定期进行检修和更换。3.状态维修：根据设备状态来确定维修工作的内容和时间、制定维修方案。,三、延长了设备服役寿命,1. 初期阶段：故障率较高。原因：1、必然会暴露出制造、安装和调试中的遗留问题；2、相关人员对设备的操作和维护还需要有一个适应和熟悉的过程。2稳定期：初期遗留问题得到解决，故障率很低，一般是突发性故障。3. 劣化期：设备逐渐老化，故障率开始上升。,第二节 故障诊断技术在国内外的发展简况,随着计算机和电子技术等的发展，生产设备不断向着大型化、高速化、连续化和自动化方向发展，因而设备复杂性加剧，成本昂贵，出现事故损失大，影响大。即使正常维修，维修量和费用也很大。 生产设备的这些特点和要求有力的促进了故障诊断技术的发展。,一、国外发展概况,1967年由美国宇航局创导，成立了美国机械故障预防小组；随后英国及欧洲其他国家也相继开展了此项工作；亚洲的日本也积极开展故障诊断方面的研究工作，许多技术得到了成功的应用。,二、国内发展概况,我国的故障诊断技术研究始于二十世纪70年代末，在政府的大力支持下，我国的故障诊断技术经过20多年的发展，故障诊断技术也趋于成熟。,第三节故障诊断技术的构成与发展趋势,一、故障诊断技术的构成 它以可靠性理论、信息论、控制理论和系统论为理论为基础，以现代测试仪器和计算机为技术手段，结合各种诊断对象的特殊规律而逐步形成为一门新兴学科,三部分组成,（1）故障诊断机理的研究：即故障诊断物理、化学过程的研究。（2）故障诊断信息学的研究：主要研究故障信号的采集、选择、处理和分析过程。（3）诊断逻辑和数学原理方面的研究：主要是通过逻辑方法、模型方法、推论方法及人工智能方法等。,四项技术,（1）检测技术：准确采集反映设备状态的信号和参数。（2）信号处理技术：将现场采集到的各种信号，进过各种变换，把反映设备状态的真正信息提取出来。（3）识别技术：根据掌握的故障征兆和状态参数，判断各种并找出原因。（4）预测技术：对以识别出来的故障进行预测，预测故障的发展趋势和设备的剩余寿命。,二、故障诊断与状态监测的关系,根据故障诊断的功能和作用，要实现有效而灵敏的故障诊断，就必须对反应设备或系统工作状态的信息进行全面监测和分析，实时掌握设备的基本工作状态，即进行工况监测，实际上就是状态监测。 状态监测和故障诊断构成了设备诊断的两个阶段，状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是状态监测的深化和提升，二者紧密相连。,三、故障诊断技术的发展趋势,实现故障诊断：以故障信息源和所采用的诊断方法为前提。故障诊断技术的发展，呈现出一种与当代前沿科学相融合的发展趋势。例如：与人工智能、数学、信息融合技术相结合。,一、电气设备什么是电气设备？ 主要指电力系统中承担发电、变电、输电及用电作用的高压设备，如发电机、变压器、断路器、电压互感器、电容器、高压管套、避雷器以及各种发电机。 电气设备一般由电路、磁路、绝缘、机械、通风和散热等多个部分组成。,第四节电气设备故障诊断技术,二、故障诊断系统与继电保护的区别,电气设备的状态可以简单分为以下情况：（1）正常：设备具备其应有的功能，没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度仍处于容限范围内。（2）异常：缺陷有了进一步的发展，设备状态发生变化，性能恶化，但仍能维持工作。（3）故障：缺陷发展到使设备性能和功能都有所丧失的程度。（4）事故：功能完全丧失，无法进行工作的状态。,三、电气设备故障诊断技术的发展趋势,随着这项技术的不断实施、推广以及逐步成熟和完善，故障诊断技术将成为电力系统综合自动化的一个重要组成部分。,2.1.9气体中沿固体绝缘表面的放电,2.1.9.1界面电场分布的典型情况,2.1.9.2均匀电场中的沿面放电,2.1.9.3极不均匀电场中的沿面放电,2.1.9.4受潮表面的沿面放电,1.表面凝露对沿面放电的影响2.表面淋雨对沿面放电的影响,2.1.9.5脏污绝缘表面的沿面放电,污闪： 户外绝缘子常会受到工业污秽或自然界盐碱、飞尘等污染。干燥情况下，对闪络电压没多大影响。但当绝缘子表面污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄漏电流急剧增加。绝缘子的闪络电压（污闪电压）大大降低，甚至有可能在工作电压下发生闪络。,线路和发电厂、变电所污秽等级,2.1.9.5.4防止污闪的措施,（1）定期或不定期的清扫 （2）使用防污闪涂料或进行表面处理（3）加强绝缘和采用耐污绝缘子 （4）使用其他材质的绝缘子,第二节 液体介质的击穿,纯净液体介质的击穿理论 工程用变压器油的击穿过程及其特点 变压器油击穿电压的影响因素及其提高的方法,一旦作用于固体和液体介质的电场强度增大到一定程度时，在介质中出现的电气现象就不再限于前面介绍的极化、电导和介质损耗了。与气体介质相似，液体和固体介质在强电场(高电压)的作用下，也会出现由介质转变为导体的击穿过程。液体介质主要有天然的矿物油和人工合成油及蓖麻油等植物油。工程中使用的油含有水分、气体、固体微粒和纤维等杂质，它们对液体介质的击穿有很大的影响。,一、纯净液体介质的击穿理论,(一)电子碰撞电离理论（电击穿理论）在外电场足够强时，电子在碰撞液体分子可引起电离，使电子数倍增，形成电子崩。同时正离子在阴极附近形成空间电荷层增强了阴极附近的电场，使阴极发射的电子数增多，导致液体介质击穿。,纯净液体介质的击穿理论与气体放电汤逊理论中的 、 作用有些相似。但液体密度比气体密度大得多，电子的平均自由行程很小，必须大大提高场强才开始碰撞电离。,(二)气泡击穿理论（小桥理论）,液体中出现气泡，在交流电压下，串联介质中电场强度的分布与介质的r 成反比。由于气泡的r 最小，其电气强度又比液体介质低很多，所以气泡必先发生电离。气泡电离后温度上升、体积膨胀、密度减小，这促使电离进一步发展。电离产生的带电粒子撞击油分子，使它又分解出气体，导致气体通道扩大。许多电离的气泡在电场中排列成气体小桥，击穿就可能在此通道中发生。,二、工程用变压器油的击穿过程及其特点,可用气泡击穿理论来解释击穿过程，它依赖于气泡的形成、发热膨胀、气泡通道扩大并积聚成小桥，有热的过程，属于热击穿的范畴。 由于水和纤维的r很大，易沿电场方向极化定向，并排列成杂质小桥。 发生两种情况：,(1)杂质小桥尚未接通电极时，则纤维等杂质与油串联，由于纤维的r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电离增强，这样下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。,(2)如果杂质小桥尚未接通电极，因小桥的电导大而导致泄漏电流增大，发热会促使汽化，气泡扩大，发展下去会出现气体小桥，使油隙发生击穿。判断变压器油的质量，主要依靠测量其电气强度、tg和含水量。其中最重要的实验项目就是测量油的工频击穿电压。,三、变压器油击穿电压的影响因素及其提高的方法,(一)水分和其他杂质水在变压器油中有两种状态： 溶解状态:高度分散、且分布非常均匀；悬浮状态:呈水珠状一滴一滴悬浮在油中。,图3-16表示在常温下油的含水量对均匀电场油间隙工频击穿电压的影响。当油中含水量达十万分之几时，对击穿电压就有明显影响。当油中还含有其他杂质时，击穿电压的下降程度随杂质的种类和数量而异。,(二)油温,击穿电压与温度的关系比较复杂，随电场的均匀度、油的品质以及电压类型的不同而异。均匀电场油间隙的工频击穿电压与温度的关系如图3-18所示；,在极不均匀电场中，随温度上升，工频击穿电压下降，如图3-19所示：不论在均匀电场中还是不均匀电场中，随温度上升，冲击击穿电压均单调地稍有下降。,(三)电场均匀度,优质油：保持油不变，而改善电场均匀度，能使工频击穿电压显著增大，也能大大提高其冲击击穿电压。品质差的油：改善电场对于提高其工频击穿电压的效果较差。在冲击电压下，由于杂质来不及形成小桥，故改善电场总是能显著提高油隙的冲击击穿电压，而与油的品质好坏几乎无关。,(四)电压作用时间,油隙的击穿电压会随电压作用时间的增加而下降，加电压时间还会影响油的击穿性质。从图320的两条曲线可以看出：在电压作用时间短至几个微秒时击穿电压很高，击穿有时延特性，属电击穿；,电压作用时间为数十到数百微秒时，杂质的影响还不能显示出来，仍为电击穿，这时影响油隙击穿电压的主要因素是电场的均匀程度；电压作用时间更长时，杂质开始聚集，油隙的击穿开始出现热过程，于是击穿电压再度下降，为热击穿。,(五)油压的影响,不论电场均匀度如何，工业纯变压器油的工频击穿电压总是随油压的增加而增加，这是因为油中气泡的电离电压增高和气体在油中的溶解度增大的缘故,经过脱气处理的油，其工频击穿电压几乎与油压无关。 从以上讨论中可以看出，油中杂质对油隙的工频击穿电压有很大的影响，所以对于工程用油来说，应设法减少杂质的影响，提高油的品质。 通常可以采用过滤、防潮、祛气等方法来提高油的品质，在绝缘设计中则可利用“油屏障”式绝缘(例如覆盖层、绝缘层和隔板等)来减少杂质的影响，这些措施都能显著提高油隙的击穿电压。,小 结,纯净液体介质的击穿可用以下理论来解释：电子碰撞电离理论 气体小桥理论 用气泡击穿理论来解释工程用变压器油击穿过程 变压器油击穿电压的影响因素 水分和其他杂质 油温 电场均匀度 电压作用时间 油压的影响,第三节 固体介质的击穿,固体介质的击穿理论 电击穿理论 热击穿理论 电化学击穿 影响固体介质击穿电压的主要因素 电压作用时间 电场均匀程度 温度 受潮 累积效应,电过程（电击穿） 热过程（热击穿） 电化学过程（电化学击穿）介质本身的特性； 绝缘结构形式； 电场均匀性； 实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂的，常取决于以下多种因素：在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿：,外加电压波形； 外加电压时间； 工作环境（周围媒质的温度及散热条件） 常用的有机绝缘材料，如纤维材料(纸、布和纤维板)以及聚乙烯塑料等，其短时电气强度很高，但在工作电压的长期作用下，会产生电离、老化等过程，从而使其电气强度大幅度下降。 所以，对这类绝缘材料或绝缘结构，不仅要注意其短时耐电特性，而且要重视它们在长期工作电压下的耐电性能。,一、固体介质的击穿理论(一)电击穿理论1、固体介质的电击穿是指仅仅由于电场的作用而直接使介质破坏并丧失绝缘性能的现象。2、在介质的电导很小，又有良好的散热条件以及介质内部不存在局部放电的情况下，固体介质的击穿通常为电击穿，击穿场强可达105-106kV/m。,3、电击穿的主要特征： 与周围环境温度有关； 除时间很短的情况，与电压作用时间关系不大； 介质发热不显著； 电场均匀程度对击穿有显著影响。,(二)热击穿理论 固体介质会因介质损耗而发热，如果周围环境温度高，散热条件不好，介质温度将不断上升而导致绝缘的破坏，如介质分解、熔化、碳化或烧焦，从而引起热击穿。,为简单起见，以图3-21中的平板状固体介质为例，对热平衡问题进行讨论。,设平板电极和介质的面积都足够大，介质以及介质中的电场都是均匀的 ，于是介质发热均匀;介质损耗产生的热量主要沿垂直于电极的方向（x轴方向）流向介质表面和平板电极。在这种条件下，固体介质沿厚度2h的双向散热可看作是沿厚度h的单向散热。,电介质的损耗率（单位体积的功率损耗）,（W/cm3）,式中： -电介质的电导率，S/cm,E-电介质的电场强度，V/cm,f-外加电场的频率，Hz,设在1cm介质中单位时间内产生的热量为Q0， Q0可直接由上式求得。于是在x轴方向厚度为h、横截面为1cm的一条状介质中，单位时间产生的热量为：,（J/s）,另: 单位时间内电极上1cm面积所逸出的热量为：,如图所示，在三个电压下(U1U2U3)有发热曲线1、2、3，4为散热曲线。,曲线1，Q1Q2，介质一定击穿；曲线2，与散热曲线4交于k点，它是不稳定的平衡点，ttk时，介质温度不断上升，直至击穿。 曲线3和曲线4有a、b两个交点，a为稳定的热平衡点，b为不稳定的热平衡点， ttb 时，介质发生击穿。,可达到以下几点结论：,热击穿电压会随着周围媒质温度t0的上升而下降，这时直线4会向右移动； 热击穿电压并不随介质厚度成正比增加，因厚度越大，介质中心附近的热量逸出越困难，所以固体介质的击穿场强随h的增大而降低； 如果介质的导热系数大，散热系数也大，则热击穿电压上升； f 或 增大时都会造成Q1增加，使曲线1、2、3向上移动。曲线2上移表示临界击穿电压下降。,(三)电化学击穿 固体介质在长期工作电压作用下，由于介质内部发生局部放电等原因，使绝缘劣化，电气强度逐步下降并引起击穿的现象称为电化学击穿。 局部放电是介质内部的缺陷（如气隙或气泡）引起的局部性质的放电。局部放电使介质劣化、损伤、电气强度下降的主要原因为：1)产生活性气体对介质氧化、腐蚀； 2)温升使局部介质损耗增加； 3)切断分子结构，导致介质破坏。,电化学击穿电压的大小与施加电压时间的关系非常密切，但也因介质种类的不同而异。图323是三种固体介质的击穿场强随施加电压的时间而变化的情况：,曲线l、2下降较快，表示聚乙烯、聚四氟乙烯耐局部放电的性能差； 曲线3接近水平，表示硅有机玻璃云母带的击穿场强随加电压时间的增加下降很少。,可见无机绝缘材料耐局部放电的性能较好。,在电化学击穿中，还有一种树枝化放电的情况，这通常发生在有机绝缘材料的场合。当有机绝缘材料中因小曲率半径电极、微小空气隙、杂质等因素而出现高场强区时，往往在此处先发生局部的树枝状放电，并在有机固体介质上留下纤细的沟状放电通道的痕迹，这就是树枝化放电劣化。,在交流电压下，树枝化放电劣化是局部放电产生的带电粒子冲撞固体介质引起电化学劣化的结果。 在冲击电压下，则可能是局部电场强度超过了材料的电击穿场强所造成的结果。,二、影响固体介质击穿电压的主要因素,(一)电压作用时间 如果电压作用时间很短(例如0.1s以下)，固体介质的击穿往往是电击穿，击穿电压当然也较高。,不过二者有时很难分清，例如在工频交流1min耐压试验中的试品被击穿，常常是电和热双重作用的结果。电压作用时间长达数十小时甚至几年才发生击穿时，大多属于电化学击穿的范畴。随着电压作用时间的增长，击穿电压将下降，如果在加电压后数分钟到数小时才引起击穿，则热击穿往往起主要作用。,在图324中，以常用的油浸电工纸板为例，以lmin工频击穿电压(峰值)作为基准值，纵坐标以标么值来表示。电击穿与热击穿的分界点时间约在105106us之间，作用时间大于此值后，热过程和电化学作用使得击穿电压明显下降。,不过lmin击穿电压与更长时间(图中达数百小时)的击穿电压相差已不太大，所以通常可将lmin工频试验电压作为基础来估计固体介质在工频电压作用下长期工作时的热击穿电压。 许多有机绝缘材料的短时间电气强度很高，但它们耐局部放电的性能往往很差，以致长时间电气强度很低，这一点必须予以重视。 在那些不可能用油浸等方法来消除局部放电的绝缘结构中(例如旋转电机)，就必须采用云母等耐局部放电性能好的无机绝缘材料。,(二)电场均匀程度处于均匀电场中的固体介质，其击穿电压往往较高，且随介质厚度的增加近似地成线性增大； 若在不均匀电场中，介质厚度增加使电场更不均匀，于是击穿电压不再随厚度的增加而线性上升。当厚度增加使散热困难到可能引起热击穿时，增加厚度的意义就更小了。,如果经过真空干燥、真空浸油或浸漆处理，则击穿电压可明显提高。,常用的固体介质一般都含有杂质和气隙，这时即使处于均匀电场中，介质内部的电场分布也是不均匀的，最大电场强度集中在气隙处，使击穿电压下降。,(三)温度,固体介质在某个温度范围内其击穿性质属于电击穿，这时的击穿场强很高，且与温度几乎无关。超过某个温度后将发生热击穿，温度越高热击穿电压越低；如果其周围媒质的温度也高，且散热条件又差，热击穿电压更低。因此，以固体介质作绝缘材料的电气设备，如果某处局部温度过高，在工作电压下即有热击穿的危险。,不同的固体介质其耐热性能和耐热等级是不同的，因此它们由电击穿转为热击穿的临界温度一般也是不同的。,(四)受潮受潮对固体介质击穿电压的影响与材料的性质有关。 对不易吸潮的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等中性介质，受潮后击穿电压仅下降一半左右； 容易吸潮的极性介质，如棉纱、纸等纤维材料，吸潮后的击穿电压可能仅为干燥时的百分之几或更低，这是因电导率和介质损耗大大增加的缘故。 所以高压绝缘结构在制造时要注意除去水分，在运行中要注意防潮，并定期检查受潮情况。,(五)累积效应 固体介质在不均匀电场中以及在幅值不很高的过电压、特别是雷电冲击电压下，介质内部可能出现局部损伤，并留下局部碳化、烧焦或裂缝等痕迹。多次加电压时，局部损伤会逐步发展，这称为累积效应。显然，它会导致固体介质击穿电压的下降。,在幅值不高的内部过电压下以及幅值虽高、但作用时间很短的雷电过电压下，由于加电压时间短，可能来不及形成贯穿性的击穿通道，但可能在介质内部引起强烈的局部放电，从而引起局部损伤。,主要以固体介质作绝缘材料的电气设备，随着施加冲击或工频试验电压次数的增多，很可能因累积效应而使其击穿电压下降。因此，对这些电气设备进行耐压试验，加电压的次数和试验电压值应考虑这种累积效应，而在设计固体绝缘结构时，应保证一定的绝缘裕度。,小 结,在电场作用下，固体介质的击穿可分为电击穿、热击穿和电化学击穿； 实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂的，常取决于介质本身的特性、绝缘结构形式和电场均匀性。,第四节 组合绝缘的特性,第六节 电力系统绝缘配合,绝缘配合的基本概念绝缘配合惯用法输变电设备以及输电线路的绝缘配合绝缘配合统计法,绝缘配合的基本概念绝缘配合的任务、原则和问题绝缘配合中存在的问题举例绝缘配合的发展过程,一、绝缘配合的任务、原则和问题根本任务：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾，以达到优质、安全、经济供电的目的；基本原则：综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种电压、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备绝缘故障引起的事故的损失，达到经济上和安全运行上总体效益最高的目的。 权衡技术、经济两方面。技术：作用电压、限压措施、设备绝缘耐受能力经济：投资费用、维护费用、事故损失费用,核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平（首要前提）。绝缘水平：电气设备能承受的试验电压值。试验电压：短时（1min）工频试验：检测设备在工频运行电压和暂时过电压下的绝缘性能长时间（12h）工频试验：检测内绝缘老化和外绝缘污秽对工频运行电压及过电压下性能的影响雷电冲击试验操作冲击试验,二、绝缘配合中存在问题举例1、架空线路和变电所之间的绝缘配合 现代输电线路的绝缘水平较变电设备绝缘水平高，主要有了避雷器的保护。降低变电设备的绝缘水平技术可行而且效益显著。2、同杆架设的双回线路之间的绝缘配合 双回线路的绝缘水平不平衡，一边的绝缘子数量较多，另一边较少，两回线路绝缘水平的差距大小，为绝缘配合问题。3、电气设备内绝缘和外绝缘之间的绝缘配合 在没有获得现代避雷器的可靠保护之前，曾将内绝缘水平取得高于外绝缘水平，因为内绝缘击穿的后果远比外绝缘闪络更为严重。,4、各种绝缘之间的绝缘配合 有部分设备的外绝缘不止一种，它们之间也有绝缘配合问题，如杆塔空气间隙和绝缘子串放电电压。5、各种保护装置之间以及与被保护绝缘之间的绝缘配合 如变电所防雷接线中的阀式避雷器与断路器外侧的管式避雷器放电特性之间的关系就是不同保护装置之间的绝缘配合。三、绝缘配合的发展过程1、多级配合阶段（1940以前） 由于当时所用的避雷器保护性能及电气特性较差，不能把它的特性作为绝缘配合的基础，因此采用多级配合的方法。多级配合的原则：价格越昂贵、修复越困难、损坏后果越严重的绝缘结构，其绝缘水平应选的越高。,2、两级配合（惯用法）阶段 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，而不在各种绝缘之间寻求配合。 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一个系数，就能确定该绝缘应有的耐压水平，该原则为现在仍广泛使用的绝缘配合原则。3、绝缘配合统计法阶段 电力系统中的过电压和绝缘的电气强度都是随机变量，要求绝缘在过电压的作用下不发生任何的闪络或击穿，未免过于保守和不合理，正确做法为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，用统计的观点及方法来处理绝缘配合问题，以求获得优化的总经济指标。,绝缘配合惯用法雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合工频绝缘水平的确定长时间工频高压实验 绝缘配合惯用法即由两级配合原则出发，避雷器的保护水平就是确定电气设备绝缘水平的基础，其值就是避雷器上可能出现的最大电压。 绝缘配合时，将电压分为两个电压等级：范围：3.5kVUm252kV范围：Um252kV,一、雷电过电压下的绝缘配合 基本冲击绝缘水平（BIL）：表示电气设备在雷电过电压下的绝缘水平。BIL=KLUp(L)Up(L)：阀式避雷器在过电压下的保护水平，即URKL：雷电过电压下的配合系数，1.21.4，若电气设备与避雷器相距很远，KL为1.4，若较近KL为1.25；BIL=(1.251.4)UR,二、操作过电压下的绝缘配合（SIL）1.避雷器不动作（FD，范围）SIL=KsK0UphKs：操作过电压下的配合系数（1.15）K0：操作过电压计算倍数Uph：相电压2.避雷器动作（MOA、FCD，范围）SIL=KsUP(s)=1.151.25UP(s）Uph(s）：MOA等于规定的操作冲击电流下的残压；FCD等于以下两个电压的较大者，一是250/2500us标准操作冲击电压下的放电电压，二是规定的操作冲击电流下的残压值。,三、工频绝缘水平的确定,为了检验电气设备绝缘是否达到了以上所确定的BIL和SIL，就需要进行雷电冲击和操作冲击耐压试验。它们对试验设备和测试技术提出了很高的要求。对于330kV及以上的超高压电气设备来说，这样的试验是完全必需的，但对于220kV及以下的高压电气设备来说，应该设法用比较简单的高压试验去等效地检验绝缘耐受雷电冲击电压和操作冲击电压的能力。,短时（1min）工频耐压试验所采用的试验电压值往往要比额定相电压高出数倍，它的目的和作用是代替雷电冲击和操作冲击耐压试验、等效地检验绝缘在这两类过电压下的电气强度。,凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行。,凡是合格通过工频耐压试验的设备绝缘在雷电和操作过电压作用下均能可靠地运行（220kV及以下）。为了更加可靠和直观，国际电工委员会（IEC）规定：,1、对于300kV以下的电气设备 （1）绝缘在工频工作电压、暂时过电压和操作过电压下的性能用短时（1min）工频耐压试验来检验； （2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。2、对于300kV及以上的电气设备 （1）绝缘在操作过电压下的性能用操作冲击耐压试验来检验； （2）绝缘在雷电过电压下的性能用雷电冲击耐压试验来检验。,四、长时间工频高压试验,当内绝缘的老化和外绝缘的污染对绝缘在工频工作电压和过电压下的性能有影响时，需作长时间工频高压试验。 由于试验目的不同，长时间工频高压试验时所加的试验电压值和加压时间均与短时工频耐压试验不同。 我国国家标准对各种电压等级电气设备以耐压值表示的绝缘水平作出了规定。,输变电设备以及输电线路的绝缘配合输变电设备的绝缘配合雷电过电压下的绝缘配合操作过电压下的绝缘配合架空输电线路的绝缘配合绝缘子串中绝缘子片数的确定空气间距的选择,一、输变电设备的绝缘配合实质：变压器的绝缘水平与避雷器的保护水平的配合就代表了输变电设备的绝缘配合。1、雷电过电压下的绝缘配合BIL=(1.251.4)UR当电气设备与避雷器紧靠时，取1.25当电气设备与避雷器有一定距离时，取1.42、操作过电压下的绝缘配合 采用FCD保护的变压器的SIL应与避雷器的保护水平相配合。SIL=KsUP(s)=1.151.25UP(s）,3500kV输变电设备的基准绝缘水平,二、架空输电线路的绝缘配合1、绝缘子片数的选择线路绝缘子串应满足三方面的要求：在工作电压下不发生污闪；雨天时在操作过电压下不发生闪络（湿闪）；具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平和线路跳闸率。选择顺序按机械负荷和环境选择绝缘子型号；按工作电压所要求的泄漏距离决定绝缘子片数，按操作过电压要求选择片数，取其中较大者；校验该线路耐雷水平与雷击跳闸率是否符合规定要求。,（1）按工作电压要求 为防止绝缘子串在工作电压下不发生污闪，绝缘子应有足够的沿面爬电距离（总爬电比距）。,n：绝缘子片数L0：每片绝缘子的几何爬电距离（cm）Um：系统最高工作电压有效值（kV）Ke：绝缘子爬电距离有效系数。,为了避免污闪事故，所需的绝缘子片数应为：,（2）按操作过电压要求 绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压，通常取10的裕度。则n2绝缘子的工频或操作湿闪电压为 ：,K0：操作过电压计算倍数 可用经验公式计算UW与n2之间关系,因此按操作过电压确定的每串绝缘子片数为：,n0：零值绝缘子片数,（3）按雷电过电压要求 一般情况下，大气过电压对确定绝缘子串的片数影响是不大的，因为耐雷水平不完全取决于绝缘子片数，而主要取决于各项防雷措施的综合效果，因此它仅作验算条件。即使耐雷水平达不到规程的下限值，也不一定必须增加绝缘子的片数，因为还可以采用降低杆塔接地电阻等措施来提高线路的耐雷水平。在特殊高杆塔或高海拔地区，雷电过电压则成为确定绝缘子片数的决定因素。,2、空气间隙的选择 输电线路的空气间隙主要有：导线对大地：在选择其空气间距时主要考虑地面车辆和行人等的安全通过、地面电场强度及静电感应等问题。导线对导线：由导线弧垂最低点在风力作用下，发生异步摇摆时耐受工作电压的最小间隙确定，一般在低电压下不碰线为原则。导线对架空地线：按雷击于档距中央避雷线上时不至于引起导、地线间气隙击穿这一条件来选定。导线对杆塔及横担：这将是下面要探讨的重点内容。,间隙承受电压：工作电压内部过电压雷电过电压作用时间：工作电压内部过电压雷电过电压,绝缘子串风偏角及其对杆塔的距离示意图,（1）按工作电压确定Sp Sp的工频击穿电压幅值：,K1：安全系数（2）按操作过电压确定Sa 为保证间隙在操作过电压下不发生闪络，其等值工频放电电压为：K0：操作过电压计算倍数K2：空气间隙配合操作系数，取1.03（）或1.1（）。,（3）按雷电过电压确定SL 通常取SL的50雷电冲击电压等于绝缘子串的50雷电冲击闪络电压UCFO的85，即,当确定上述三个量后，便可以求得绝缘子串处于垂直状态时对杆塔应有的水平距离：,导线与杆塔的水平距离为：,一般情况下，对空气间隙的确定起决定作用的是雷电过电压。,绝缘配合统计法1、惯用法的特点优点：适用于自恢复能力绝缘和无自恢复能力绝缘缺点：在超高压系统中，绝缘投资较大2、统计法 利用已知的过电压概率分布函数和绝缘强度的概率分布函数，得出绝缘放电电压的概率分布曲线，并根据过电压的概率分布和绝缘放电电压的概率分布得出绝缘损坏的故障概率：,f(U)：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数,阴影部分面积Ra：绝缘故障率减小故障率的措施：P(U)向右移结果：故障率减小但是成本增加适用范围：330kV及以上的超高压自恢复绝缘,f(U)：过电压概率密度函数P(U)：绝缘的放电概率函数,