行
业
产
品
功
能
北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/29 0:01:00
10.2架空送电线路的绝缘配合10.2.10级污秽区线路绝缘子串：a)每串绝缘子片数应符合工频电压的爬电距离要求，同时应符合操作过电压要求。1)由工频电压爬电距离要求的线路每串绝缘子片数应符合下式要求：(23)式中：m——每串绝缘子片数；Um——系统最高电压，kV；λ——爬电比距，330kV及以上为1.45，220kV及以下为1.39，cm/kV；L0——每片悬式绝缘子的几何爬电距离，cm；Ke——绝缘子爬电距离的有效系数，主要由各种绝缘子爬电距离在试验和运行中提高污秽耐压的有效性来确定；并以XP—70型绝缘子作为基础，其Ke值取为1。几何爬电距离290mm的XP—160型绝缘子的Ke暂取为1。采用其它型式绝缘子时，Ke应由试验确定。2)操作过电压要求的线路绝缘子串正极性操作冲击电压波50放电电压应符合下式的要求：s.l.i≥K1U0(24)式中：U0——对范围Ⅱ为线路相对地统计操作过电压，采用空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)中的较高值；对范围Ⅰ为计算用最大操作过电压，kV；K1——线路绝缘子串操作过电压统计配合系数，对范围Ⅱ取1.25，对范围Ⅰ取1.17。10.2.2线路(受风偏影响的)导线对杆塔的空气间隙：绝缘子串风偏后，导线对杆塔的空气间隙应分别符合工频电压要求［见式(25)］、操作过电压要求［见式(26)］及雷电过电压要求。悬垂绝缘子串风偏角计算用风压不均匀系数按附录B确定。a)风偏后线路导线对杆塔空气间隙的工频50放电压i.s应符合下式的要求：i.s≥K2um／(25)式中：K2——线路空气间隙工频电压统计配合系数，对范围Ⅱ取1.40；对110kV及220kV取1.35，对66kV及以下取1.20。风偏计算用的风速取线路设计最大风速。b)风偏后线路导线对杆塔空气间隙的正极性操作冲击电压波50放电电压s.l.s应符合下式的要求：s.l.s≥K3U0(26)式中：K3——线路空气间隙操作过电压统计配合系数，对范围Ⅱ取1.1；对范围Ⅰ取1.03。风偏计算用的风速取线路设计最大风速的0.5倍。c)风偏后线路导线对杆塔空气间隙的正极性雷电冲击电压波50放电电压，可选为绝缘子串相应电压的0.85倍(污秽区该间隙可仍按0级污秽区配合)。风偏计算用的风速，对于线路设计最大风速小于35m/s的地区，一般采用10m/s；最大风速在35m/s及以上以及雷暴时风速较大的地区，一般采用15m/s。10.2.3送电线路采用V型绝缘子串时，V型串每一分支的绝缘子片数应符合式(23)的要求。导线对杆塔的空气间隙应符合以下三种电压要求：a)工频电压。按式(25)确定，但K2对范围Ⅱ取1.50；对110kV及220kV取1.40，对66kV及以下取1.30。b)操作过电压。按式(26)确定，但K3对范围Ⅱ取1.25；对范围Ⅰ取1.17。c)雷电过电压。应符合6.1.3线路耐雷水平的要求。10.2.4海拔不超过1000m地区架空送电线路绝缘子串及空气间隙不应小于表15所列数值。在进行绝缘配合时，考虑杆塔尺寸误差、横担变形和拉线施工误差等不利因素，空气间隙应留有一定裕度。表15线路绝缘子每串最少片数和最小空气间隙cm系统标称电压kV
20
35
66
110
220
330
500
雷电过电压间隙
35
45
65
100
190
230(260)
330(370)
操作过电压间隙
12
25
50
70
145
195
270
工频电压间隙
5
10
20
25
55
90
130
悬垂绝缘子串的绝缘子个数
2
3
5
7
13
17(19)
25(28)
注1绝缘子型式：一般为XP型；330kV、500kV括号外为XP3型。2绝缘子适用于0级污秽。污秽地区绝缘加强时，间隙一般仍用表中的数值。3330kV、500kV括号内雷电过电压间隙与括号内绝缘子个数相对应，适用于发电厂、变电所进线保护段杆塔。
10.2.5范围Ⅱ的线路绝缘在操作过电压下的闪络率的计算方法可参照附录E。10.2.6具有一般高度杆塔的架空送电线路，雷击跳闸率可按附录C计算。10.3变电所绝缘子串及空气间隙的绝缘配合10.3.1变电所绝缘子串。清洁区变电所绝缘子串应同时符合以下三种电压要求：a)由工频电压爬电距离要求的变电所每串绝缘子片数参照式(23)确定。其中爬电比距λ，对Ⅰ级污秽区取同级线路的1.1倍。b)变电所操作过电压要求的变电所绝缘子串正极性操作冲击电压波50放电电压s.s.i应符合下式的要求且不得低于变电所电气设备中隔离开关、支柱绝缘子的相应值：(27)式中：Up.l——对范围Ⅱ为线路型避雷器操作过电压保护水平；对范围Ⅰ则代之以计算用最大操作过电压［式(29)、式(30)和式(33)同此］,kV；σs——绝缘子串在操作过电压下放电电压的变异系数，5；K4——变电所绝缘子串操作过电压配合系数，取1.18。c)雷电过电压要求的变电所绝缘子串正极性雷电冲击电压波50放电电压l应符合下式的要求，且不得低于变电所电气设备中隔离开关、支柱绝缘子的相应值：1≥K5UR(28)式中：UR——避雷器(对范围Ⅱ为线路型)在标称雷电流下的额定残压值(对500kV、330kV和220kV以及3kV～110kV分别取标称雷电流为20kA、10kA和5kA)，kV；K5——变电所绝缘子串雷电过电压配合系数，取1.45。10.3.2变电所导线对构架的空气间隙。空气间隙受导线风偏影响时，各种电压下用于绝缘配合的风偏角计算风速的选用原则与送电线路相同。变电所导线对构架的受风偏及不受风偏影响的空气间隙应符合下列各项要求：a)变电所相对地空气间隙(包括不受风偏影响的间隙)与工频电压的配合和送电线路相同，见10.2.2a)。b)变电所相对地空气间隙的正极性操作冲击电压波50放电电压s.s.s应符合下式的要求：(29)(30)式中：σs.s——变电所相对地空气间隙在操作过电压下放电电压的变异系数，5；K6——变电所相对地空气间隙操作过电压配合系数，有风偏间隙取1.1［式(29)］，无风偏间隙取1.18［式(30)］。c)变电所相对地空气间隙的正极性雷电冲击电压波50放电电压l.s应符合下式的要求：l.s≥K7UR(31)式中：K7——变电所相对地空气间隙雷电过电压配合系数，有风偏间隙取1.4；无风偏间隙取1.45。10.3.3变电所相间空气间隙：a)变电所相间空气间隙的工频50放电电压i.p.s应符合下式的要求：i.p.s≥K2Um(32)b)范围Ⅱ变电所相间空气间隙的50操作冲击电压波放电电压s.p.s应符合下式的要求：(33)式中：σs.p——相间空气间隙在操作过电压下放电电压的变异系数，3.5；K8——相间与相对地过电压的比值，对范围Ⅱ取1.7，对范围Ⅰ取1.4；K9——变电所相间空气间隙操作过电压配合系数，对范围Ⅱ取1.9，对范围Ⅰ取1.6。c)变电所的雷电过电压相间空气间隙可取相应对地间隙的1.1倍。10.3.4变电所的最小空气间隙：a)海拔不超过1000m地区变电所工频电压要求的最小空气间隙如表16所示。其中对于330kV和500kV为参考值。b)对于海拔不超过1000m地区变电所操作和雷电过电压要求的最小空气间隙如表17所示。其中对于330kV和500kV为参考值。表16变电所工频电压要求的最小空气间隙cm系统标称电压kV
相对地
相间
35
15
15
66
30
30
110
30
50
220
60
90
330
110
170
500
160
240
表17变电所操作和雷电过电压要求的间隙cm系统标称电压kV
操作过电压
雷电过电压
相对地
相间
相对地
相间
35
40
40
40
40
66
65
65
65
65
110
90
100
90
100
220
180
200
180
200
330
230
270
220
240
500
350
430
320
360
表183kV～20kV高压配电装置的空气间隙cm系统标称电压kV
户外
户内
3
20
7.5
6
20
10
10
20
12.5
15
30
15
20
30
18
注：相对地、相间取同一值。
c)海拔不超过1000m地区3kV～20kV高压配电装置的最小户外、户内的相对地、相间空气间隙如表18所示。10.4变电所电气设备的绝缘配合10.4.1变电所电气设备与工频电压的配合：a)Ⅰ级污秽区变电所电气设备户外电瓷绝缘的爬电比距λ不应小于1.60cm/kV(户外电瓷绝缘的瓷件平均直径Dm＜300mm)。不同Dm的爬电距离按下式计算：L≥KdλUm(34)式中：L——电气设备户外电瓷绝缘的几何爬电距离，cm；Kd——电气设备户外电瓷绝缘爬电距离增大系数。Kd与瓷件直径Dm有关，对应不同的Dm，宜采用如下的爬电距离增大系数Kd：Dm＜300mmKd＝1.0300mm≤Dm≤500mmKd＝1.1Dm＞500mmKd＝1.2断路器同极断口间灭弧室瓷套的爬电比距不应小于对地爬电比距要求值的1.15(252kV)或1.2(363kV、550kV)倍。b)为保证变压器内绝缘在正常运行工频电压作用下的工作可靠性，应进行长时间工频耐压试验。变压器耐压值为1.5倍系统最高相电压。10.4.2变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过电压。10.4.3范围Ⅱ变电所电气设备与操作过电压的绝缘配合：a)电气设备内绝缘：1)电气设备内绝缘相对地额定操作冲击耐压与避雷器操作过电压保护水平间的配合系数不应小于1.15。2)变压器内绝缘相间额定操作冲击耐压应取其等于内绝缘相对地额定操作冲击耐压的1.5倍。3)断路器同极断口间内绝缘额定操作冲击耐压Us.d应符合下式的要求：Us.d≥1.15Up.l＋Um／(35)b)电气设备外绝缘：1)电气设备外绝缘相对地干态额定操作冲击耐压与相应设备的内绝缘额定操作冲击耐压相同。淋雨耐压值可低5。2)变压器外绝缘相间干态额定操作冲击耐压与其内绝缘相间额定操作冲击耐压相同。3)断路器、隔离开关同极断口间外绝缘额定操作冲击耐压与断路器断口间内绝缘的相应值相同。10.4.4变电所电气设备与雷电过电压的绝缘配合。a)变压器内、外绝缘的全波额定雷电冲击耐压与变电所避雷器标称放电电流［参见10.3.1c)］下的残压间的配合系数取1.4。b)并联电抗器、高压电器、电流互感器、单独试验的套管、母线支持绝缘子及电缆和其附件等的全波额定雷电冲击耐压与避雷器标称放电电流［参见10.3.1c)］下的残压间的配合系数取1.4。c)变压器、并联电抗器及电流互感器截波额定雷电冲击耐压取相应设备全波额定雷电冲击耐压的1.1倍。d)断路器同极断口间内绝缘以及断路器、隔离开关同极断口间外绝缘的全波雷电冲击耐压Ul.d应符合下式：Ul.d≥Ul.e＋Um／(36)式中：Ul.e——断路器、隔离开关全波额定雷电冲击耐压，kV。10.4.5电气设备耐受电压的选择。对3kV～500kV电气设备随其所在系统接地方式的不同、暂时过电压的差别及所选用的保护用阀式避雷器型式、特性的差异，将有不同的耐受电压要求。以下各表所列耐受电压数据适用于海拔高度1000m及以下地区的电气设备。a)电压范围Ⅰ(3.5kV＜Um≤252kV)电气设备选用的耐受电压。表19给出了相应数据。表19电压范围Ⅰ电气设备选用的耐受电压系统标称电压kV
设备最高电压kV
设备类别
雷电冲击耐受电压kV
短时(1min)工频耐受电压(有效值)kV
相对地
相间
断口
相对地
相间
断口
断路器
隔离开关
断路器
隔离开关
3
3.6
变压器
40
40
—
—
20
20
—
—
开关
40
40
40
46
25
25
25
27
6
7.2
变压器
60(40)
60(40)
—
—
25(20)
25(20)
—
—
开关
60(40)
60(40)
60
70
30(20)
30(20)
30
34
10
12
变压器
75(60)
75(60)
—
—
35(28)
35(28)
—
—
开关
75(60)
75(60)
75(60)
85(70)
42(28)
42(28)
42(28)
49(35)
15
18
变压器
105
105
—
—
45
45
—
—
开关
105
105
115
—
46
46
56
—
20
24
变压器
125(95)
125(95)
—
—
55(50)
55(50)
—
—
开关
125
125
125
145
65
65
65
79
35
40.5
变压器
185/200
185/200
—
—
80/85
80/85
—
—
开关
185
185
185
215
95
95
95
118
66
72.5
变压器
350
350
—
—
150
150
—
—
开关
325
325
325
375
155
155
155
197
110
126
变压器
450/480
450/480
—
—
185/200
185/200
—
—
开关
450、550
450、550
450、550
520、630
200、230
200、230
200、230
225、265
220
252
变压器
850、950
850、950
—
—
360、395
360、395
—
—
开关
850、950
850、950
850、950
950、1050
360、395
360、395
360、395
410、460
注1分子、分母数据分别对应外绝缘和内绝缘。2括号内和外数据分别对应是和非低电阻接地系统。3开关类设备将设备最高电压称作“额定电压”。
b)电压范围Ⅱ(Um＞252kV)电气设备选用的耐受电压。表20给出了相应数据。c)电力变压器、高压并联电抗器中性点及其接地电抗器选用的耐受电压。表21给出了相应数据。表20电压范围Ⅱ电气设备选用的耐受电压系统标称电压kV
设备最高电压kV
雷电冲击耐受电压kV
操作冲击耐受电压kV
短时(1min)工频耐受电压(有效值)kV
相对地
断口
相对地
相间
断口
相对地
断口
330
363
1050
1050 205
850
1300
850 295
460
520
1175
1175 205
950
1425
510
580
500
550
1425
1425 315
1050
1675
1050 450
630
790
1550
1550 315
1175
1800
680
790
表21电力变压器、高压并联电抗器中性点及其接地电抗器选用的耐受电压系统标称电压kV
系统最高电压kV
中性点接地方式
雷电全波和截波耐受电压
短时工频耐受电压(有效值)kV
110
126
—
250
95
220
252
直接接地经接地电抗器接地不接地
185185400
8585200
330
363
直接接地经接地电抗器接地
185250
85105
500
500
直接接地经接地电抗器接地
185325
85140
注：中性点经接地电抗器接地时，其电抗值与变压器或高压并联电抗器的零序电抗之比小于等于1/3。
附录A(标准的附录)变电所电气设备耐受工频过电压、谐振过电压的要求A1国产500kV电气设备要求对变压器、并联电抗器、电容式电压互感器及耦合电容器等耐受工频过电压、谐振过电压的要求分别见表A1及表A2。表A1变压器、电容式电压互感器及耦合电容器耐受电压标么值及允许时间时间
连续
8h
2h
30min
1min
30s
变压器
1.1
—
—
1.2
1.3
—
电容式电压互感器
1.1
1.2
1.3
—
—
1.5
耦合电容器
—
—
1.3
—
—
1.5
注：变压器耐受电压以相应分接头下额定电压为1.0标么值，余以设备最高相电压为1.0标么值。
表A2并联电抗器耐受电压标么值及允许时间时间
120min
60min
40min
20min
10min
3min
1min
20s
3s
备用状态下投入
1.15
—
1.20
1.25
1.30
—
1.40
1.50
—
运行状态
—
1.15
—
1.20
1.25
1.30
—
1.40
1.50
注：电压1.0标么值为设备最高相电压。
A2前苏联国家标准对运行中电气设备要求A2.1运行中变电所电气设备耐受工频过电压、谐振过电压的要求见表A3。当过电压为工频正弦波时，表中过电压标么值对于相间或相对地分别为设备最高电压或设备最高相对地电压的倍数；当过电压含有谐波电压分量而与工频正弦波形有区别时，表中标么值对于相间或相对地则分别为设备最高电压峰值或设备最高相对地电压峰值的倍数。A2.2在满足表A3的条件下，对过电压出现次数有如下规定：a)过电压持续时间在1s及以下时，次数不作规定；b)过电压持续时间20s时，在电气设备使用期限内(无具体规定时，按25年考虑)，不应大于100次，但一年内不得多于15次，一昼夜不得多于两次；c)过电压持续时间20min时，一年内不应超过50次；d)对于20s和20min的情况，两次之间的时间间隔应不小于1h。如某处已发生两次(间隔大于1h)每次持续20min的过电压，第三次这种过电压的出现不得在24h之内，在事故情况下，也不得在20h内出现。A2.3过电压持续时间大于0.5s且介于表A3的两个时间之间时，过电压标么值按表中较大时间的相应过电压标么值考虑。持续时间大于0.1s而小于或等于0.5s时，过电压可按U1＋0.03×(U0.1-U1)计算。其中U1和U0.1分别为表A3中1s、0.1s时的过电压标么值。注：来源自前苏联ГОСТ1516.1—76《3～500kV交流电气设备绝缘强度要求》，1980。表A3变电所电气设备耐受工频过电压、谐振过电压(标么值)的要求时间
20min
20s
1s
0.1s
部位
相间
相对地
相间
相对地
相间
相对地
相间
相对地
变压器(包括自耦变压器)
1.10
1.10
1.25
1.25
1.50
1.90
1.58
2.00
并联电抗器
1.15
1.15
1.35
1.35
1.50
2.00
1.58
2.08
高压电器、电容式电压互感器、电流互感器、耦合电容器、母线支柱绝缘子
1.15
1.15
1.6
1.6
1.7
2.20
1.8
2.40
附录B(标准的附录)架空线路悬垂绝缘子串风偏角计算用风压不均匀系数悬垂绝缘子串风偏角计算用风压不均匀系数α按下式计算：α＝5.543(vsinθ)－0.737式中：v——设计采用的10min平均风速(大于20时，仍采用20)，m/s；θ——风向与线路方向的夹角。表B1给出了θ＝90°时几种风速下的风压不均匀系数。表B1风压不均匀系数设计风速(m/s)
≤10
15
20
＞20
α
1.0
0.75
0.61
0.61
附录C(标准的附录)雷电过电压计算的一些参数和方法C1雷电流幅值的概率：a)除b)所述地区以外的我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按下式求得：(C1)式中：P——雷电流幅值概率；I——雷电流幅值，kA。b)陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区(这类地区的平均年雷暴日数一般在20及以下)雷电流幅值较小，可由下式求得：(C2)C2雷击点电压的计算，系假设数值和形状都保持不变的雷电流通过与该点连接的全部阻抗，例如通过杆塔、杆塔的接地装置以及通向相邻杆塔的避雷线等。雷击导线或避雷线档距中央，其电位的计算系假设雷击瞬间电流幅值减小为雷电流幅值的二分之一。然后由于来自相邻杆塔的电波反射，使电流增大；同时假设避雷线或导线上的电流经过雷击点时没有任何反射。在耐雷水平计算中，波阻抗也可以用集中电感代替，这与用多次反射法算得的结果相近。C3雷击杆塔时，单根导线和避雷线的波阻取400Ω，两根避雷线的波阻取250Ω。这些数字是当杆塔上导线和避雷线的位置在标准情况下取得的，同时假设由于电晕的作用，波阻降低20～30。不需要在各种情况下单独确定这些数字。雷击杆塔时，导线和避雷线的电位较低，电晕作用较小，波的传播速度等于光速。雷击避雷线档距中间时的电位比雷击杆塔时高许多。电晕作用较大，在计算中取避雷线的波阻等于350Ω，计算用电波传播的相速取光速的75。导线和避雷线间的耦合系数k因电晕效应而增大，可按下式计算：k＝k1k0(C3)式中：k0——导线和避雷线间的几何耦合系数，决定于导线和避雷线的几何尺寸及其排列位置；k1——电晕效应校正系数。雷直击塔顶时，校正系数k1可参考表C1所列数值。表C1雷直击塔顶时的校正系数k1标称电压kV
20～35
66～110
220～330
500
双避雷线
1.1
1.2
1.25
1.28
单避雷线
1.15
1.25
1.3
—
雷击避雷线档距中间时，校正系数可取1.5。导线波阻和几何耦合系数应按下列方法计算。a)多根平行线(图C1)中，线1的自波阻为：(C4)式中：r1——线1的半径；h1——线1的平均高度。线1与线3的互波阻为：(C5)式中：d13——线1和线3间的距离；d13′——线1与线3的镜像3′间的距离。d12、d12′和d23′的意义类推。线1对线3的几何耦合系数为：(C6)线1和线2共同对线3的几何耦合系数为：(C7)b)杆塔的波阻及等值电感可取表C2所列数值。表C2杆塔的波阻和电感的参考值杆塔型式
杆塔波阻Ω
杆塔电感μH/m
无拉线钢筋混凝土单杆
250
0.84
有拉线钢筋混凝土单杆
125
0.42
无拉线钢筋混凝土双杆
125
0.42
铁塔
150
0.50
门型铁塔
125
0.42
有两条引下线的门型木杆
250
0.84
有四条引下线的AH型木杆
180
0.60
C4雷击杆塔时，不仅有雷电流通过杆塔并在塔顶产生电位utop，同时，空中迅速变化的电磁场还在导线上感应一相反符号的感应过电压ui。在无避雷线时，对一般高度的线路，感应过电压的最大值可按下式计算：ui·m＝ahc(C8)式中：ui·m——雷击杆塔时感应过电压最大值，kV；hc——导线平均高度，m；a——感应过电压系数，其值等于以kA/μs计的雷电流陡度值。无避雷线的杆塔，绝缘承受的过电压瞬时值为：ul.i＝ua ui(C9)式中：ul.i——绝缘承受的过电压瞬时值；ua——横担高度处杆塔电压。有避雷线的杆塔，绝缘承受的过电压瞬时值为：(C10)式中：hg——避雷线对地平均高度，m。C5地面落雷密度(γ)，即每平方公里、每雷电日(d)的地面落雷次数，世界各国取值不同。我国各地平均年雷暴日数(Td)不同的地区γ值也不相同。一般，Td较大的地区，其γ值也随之变大。本标准对Td＝40的地区γ值取0.07。Td＝40的地区避雷线或导线平均高度为h的线路，每100km每年的雷击次数为：NL＝0.28(b 4h)(C11)式中：b——两根避雷线之间的距离，m。C6电晕对雷电波波形的影响。变电所一般用避雷线保护送电线路的进线段，以限制进入变电所的雷电波的幅值和陡度。降低电波的陡度，主要依靠电晕效应使波头拉长，从而允许增大阀式避雷器与变压器及电器等被保护设备间的最大电气距离。雷电波因电晕效应变形后，波头的长度可按下式计算：(C12)式中：τ——进线保护段末端变形后斜角波波头的长度，μs；τ0——进线保护段首端斜角波波头的长度，μs；lp——进线保护段长度，km；Uw——进行波的幅值，kV。对两分裂导线，可将式(C13)计算结果减10。C7雷击有避雷线路杆塔顶部时耐雷水平的确定。雷击杆塔顶部时，有避雷线线路杆塔上绝缘承受的过电压最大值为：(C13)式中：ul.i.m——杆塔上绝缘承受的过电压最大值，kV；utop.m——杆顶电压最大值；ua.m——横担高度处杆塔电压最大值。杆塔顶部电位的瞬时值与通过杆塔的电流瞬时值有关，而通过杆塔的电流瞬时值与总雷电流的关系可用下式表示：it＝βI(C14)式中：it——通过杆塔的电流瞬时值，kA；i——总雷电流瞬时值，kA；β——杆塔分流系数，可由图C2的电路算出。Lg为杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值，μH。对单避雷线Lg约等于0.67l，对双避雷线，约等于0.42l。l为档距长度，m。Lt为杆塔电感，μH。Ri为杆塔冲击接地电阻，Ω。
图C2计算杆塔分流系数用的电路如取雷电流波头为斜角波，则杆塔中的雷电流波头也可近似取为斜角波，杆塔分流系数β为：(C15)式中：τt——雷电流波头长度，取2.6μs。对一般长度的档距，β可参考表C3所列数值。表C3一般长度的档距的线路杆塔分流系数β系统标称电压kV
避雷线根数
β值
系统标称电压kV
避雷线根数
β值
110
单避雷线双避雷线
0.900.86
330
双避雷线
0.88
220
单避雷线双避雷线
0.920.88
500
双避雷线
0.88
雷击杆塔顶部时，杆塔横担高度处杆塔电位最大值为：(C16)式中：ht——杆塔高度，m；ha——横担对地高度，m。将式(C6)和(C15)代入式(C12)，得到杆塔上绝缘承受的过电压最大值为：
如ul.i.m大于绝缘子串的50冲击放电电压u50，则将发生闪络。取ul.i.m＝u50，即可求出雷击杆塔顶部时的耐雷水平I1。如取固定波头长度τt＝2.6μs，则，此时耐雷水平为：(C17)C8绕击率的确定。线路运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及线路经过地区的地形、地貌、地质条件有关。平原和山区线路的绕击率与保护角和杆塔高度的关系曲线见图C3。
图C3绕击率与保护角和杆塔高度的关系
图C4建弧率与平均运行电压梯度的关系图中的绕击率曲线也可用下式表示：对平原线路：(C18)对山区线路：(C19)式中：α——避雷线对边导线的保护角。山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，或相当于保护角增大8°的情况。C9建弧率的确定。绝缘子串和空气间隙在冲击闪络之后，转变为稳定的工频电弧的概率与沿绝缘子串和空气间隙的平均运行电压梯度有关。图C4中的建弧率曲线是根据实验室试验数据和线路运行经验的分析结果绘出的。建弧率与平均运行电压梯度的关系也可用下式表示：η＝(4.5E0.75－14)×10-2(C20)式中：η——建弧率；E——绝缘子串的平均运行电压(有效值)梯度，kV/m。对有效接地系统，有：(C21)对中性点绝缘、消弧线圈接地系统，有：(C22)式中：li——绝缘子串的放电距离，m；lm——木横担线路的线间距离，对铁横担和钢筋混凝土横担线路，lm＝0。如E≤6kV(有效值)/m，建弧率接近于0。C10有避雷线线路的雷击跳闸率的确定。在下列情况下，线路将要跳闸：a)雷击杆塔顶部发生闪络并建立电弧；b)雷绕过避雷线击于导线发生闪络并建立电弧。运行经验证明，雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极罕见的，可不予考虑。雷绕击导线时，耐雷水平I2可由下式求出：(C23)有避雷线线路的跳闸率可按下式计算：N＝NLη(gP1 PαP2)(C24)式中：N——跳闸率，次/(100km·a)；η——建弧率；g——击杆率；P1——超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率；P2——超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；P0——绕击率(包括平原和山区)。击杆率g与避雷线根数和地形有关，一般可采用表C4所列数据。表C4击杆率避雷线根数
1
2
平原
1/4
1/6
山丘
1/3
1/4
a)110kV单避雷线线路(图C5)：
图C5110kV钢筋混凝土单杆1)避雷线平均高度：
2)下导线平均高度：
3)避雷线对下导线的几何耦合系数：4)电晕下的耦合系数：k＝k1k0＝1.25×0.114＝0.1435)杆塔电感：Lt＝19.5×8.4＝16.4(μH)6)雷击杆塔时的分流系数：β＝0.907)雷击杆塔时耐雷水平(当用7×X－4.5或6×X－7以及Ri＝7Ω时)：8)雷电流超过I1的概率：P1＝199)绕击率(当α＝25°时)：平原地区Pα＝0.238山丘地区Pα＝0.8210)雷绕击于导线时的耐雷水平：
11)雷电流超过I2的概率：P2＝83.312)建弧率：η＝0.8513)跳闸率：平原地区：图C6220kV酒杯型铁塔山丘地区：
b)220kV双避雷线线路(图C6)。1)避雷线平均高度：
2)导线平均高度：
3)双避雷线对外侧导线的几何耦合系数：
4)电晕下的耦合系数：k＝k1k0＝1.25×0.237＝0.2965)杆塔电感：Lt＝29.1×0.5＝14.5(μH)6)雷击杆塔时分流系数：β＝0.887)雷击杆塔时耐雷水平(当用13×X－4.5及Ri＝7Ω时)：
＝110.2(kA)8)雷电流超过I1的概率：P1＝5.69)绕击率(当α＝16.5°时)：平原地区：Pα＝0.144山丘地区：Pα＝0.510)雷绕击于导线时的耐雷水平：
11)雷电流超过I2的概率：P2＝73.112)建弧率：η＝0.8013)跳闸率：平原地区：
山丘地区：
图C7500kV酒杯型铁塔c)500kV双避雷线线路(图C7)。1)避雷线平均高度：
2)导线平均高度：
3)双避雷线对外侧导线的几何耦合系数：
4)电晕下的耦合系数：k1＝kk0＝1.28×0.223＝0.2855)杆塔电感：Lt＝34×0.5＝17(μH)6)雷击杆塔时的分流系数：当Ri＝7Ω时，β＝0.865；当Ri＝15Ω时，β＝0.822。7)雷击杆塔时的耐雷水平(25片绝缘子，每片高160mm，当Ri＝7Ω时)：
＝176.6(kA)8)雷电流超过I1的概率：当Ri＝７Ω时，P1＝0.98；当Rt＝15Ω时，P1＝3.8。9)绕击率(当α＝14°时)；平原地区Pα＝0.112山丘地区Pα＝0.39710)雷绕击导线时的耐雷水平：
11)雷电流超过I2的概率：P2＝57.112)建弧率：η＝1.013)跳闸率：平原地区：
山丘地区：当Ri＝7Ω时，
当Ri＝15Ω时，
C12110kV～500kV架空送电线路典型杆塔的耐雷水平和雷击跳闸率(表C5)C13大档距导线与避雷线间距离的确定线路档距中央导线与避雷线间的距离按雷击档距中央避雷线时不致击穿导线与避雷线间的间隙来确定。对于不很长的档距，在雷电流未达到最大值之前，从杆塔接地装置反射回来的负波已达到雷击点，因而限制了雷击点的电位升高。在这种情况下，导线与避雷线间的距离按式(14)计算。对于较大的档距，在档距l＞υ′τtm时(υ′——波的传播相速，取225m/μs；τt——波头长度)，来自杆塔的负波，在雷电流达到最大值之前尚未达到雷击点，此时，雷击点的电压最大值为：(C25)式中：U——雷击点的电压最大值，kV；I——耐雷水平，kA。表C5110kV～500kV架空送电线路典型杆塔的耐雷水平和雷击跳闸率标称电压kV
500
330
220
110
杆塔型式
保护角
14°
20°
16.5°
25°
保护方法
双避雷线
双避雷线
双避雷线
单避雷线
杆塔绝缘
绝缘子个数
25×XP－160
19×CP－10
13×X-4.5
7×X-4.5
50冲击放电电压(正极性)kV
2138
1645
1200
700
档距长度m
400
400
400
300
冲击接地电阻Ω
7～15
7～15
7～15
7～15
雷击杆塔时耐雷水平kA
177～125
155～105
110～76
63～41
建弧率
100
100
91.8
85
平原线路
绕击率
0.112
0.238
0.144
0.238
击杆率
1/6
1/6
1/6
1/4
跳闸率
0.081
0.12
0.25
0.83
山区线路
绕击率
0.40
0.84
0.5
0.82
击杆率
1/4
1/4
1/4
1/3
跳闸率
0.17～0.42
0.27～0.60
0.43～0.95
1.18～2.01
注：跳闸率栏，平原对应Ri＝7Ω，山区两数据分别对应Ri为7Ω和15Ω。
取导线与避雷线间空气间隙的平均击穿强度为700kV/m，有电晕时的耦合系数k1k0＝0.2，则导线与避雷线间的距离可按下式计算：(C26)附录D(提示的附录)外绝缘放电电压的气象条件校正D1外绝缘放电电压试验数据通常以标准气象条件给出。标准气象条件是：气压101.325kPa；温度20℃；绝对湿度11g/m3。注：1mmHg＝133.322Pa，760mmHg＝101.325kPa。D2外绝缘所在地区气象条件异于标准气象条件时，放电电压可按下式校正：(D1)式中：u0——标准气象条件下绝缘放电电压；kV；u——实际放电电压，kV；δ——相对空气密度，标准气象条件下为1，不同海拔时可按表D1(或实测数据)决定；H——空气湿度校正系数，由式(D2)、式(D3)决定；n——指数，与绝缘长度有关，由式(D4)决定。表D1不同海拔高度的气象参数海拔高度海拔高度m
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
相对气压
1
0.945
0.888
0.835
0.786
0.741
0.695
0.655
相对空气密度δ
1
0.955
0.9085
0.865
0.824
0.784
0.745
0.708
空气绝对湿度hg/m3
11
9.17
7.64
6.37
5.33
4.42
3.68
3.08
D2.1空气湿度校正系数H：a)工频交流电压：H＝1＋0.0125(11－h)(D2)式中：h——空气绝对湿度，g/m3，不同海拔高度时可按表D1(或实测数据)决定(本式中3≤h≤11)。b)雷电及操作冲击电压波：H＝1＋0.009(11－h)(D3)D2.2指数n：a)工频交流电压、正极性操作冲击电压波：n＝1.12－0.12li(D4)式中：li——绝缘的长度(对绝缘子即串的净长，对空气间隙即间距)，m。式(D4)适用于1≤li≤6。对于另外的li，取n＝1。b)正极性雷电冲击电压波：n＝1附录E(提示的附录)计算操作过电压下线路绝缘闪络率的近似统计法E1近似统计法单个绝缘在幅值为u的操作过电压作用下发生闪络的概率P(u)为：(E1)式中：uf——单个绝缘在操作冲击电压波下的50放电电压；σf——单个绝缘放电电压的标准偏差。如线路上操作过电压服从正态分布，且其均值及标准偏差分别为及σ0，那么在一次操作中幅值为u与u＋du间的过电压出现的概率为：(E2)于是受到操作过电压分布整体作用的单个绝缘闪络概率Ps为：(E3)式中的1/2为忽略负极性操作过电压的闪络引入。(E4)式(E4)括号内为正态概率积分函数，可由数表查出，其中标准变量λ′为：(E5)如令K为操作过电压统计配合系数，且：(E6)式中：，为统计操作过电压。那么λ′也可由下式算得：(E7)受到同一操作过电压作用的N个绝缘的闪络概率P′z为：P′z≈1－(1－Ps)N(E8)E2计算例500kV线路全长300km，档距长度400m，海拔高度1000m。线路上最高的统计操作过电压为2.0p.u.。假定全线过电压相同，服从正态分布，标准偏差σ0＝0.120。只计算绝缘子串闪络，由于塔窗中相绝缘子串正极性操作冲击电压波的放电电压比边相低10，故仅计算中相，于是绝缘子串总数Z＝750。σf＝0.05f。计算过程及结果示于表E1。表E1500kV线路绝缘子串在操作过电压下的闪络率(闪络次数/100次操作)计算操作过电压
统计过电压U0kV
900
2.0
变异系数
0.12
绝缘子
高度mm
155
160
几何爬电距离mm
290
360
片数
28
25
50放电电压
kV
1520
1390
放电电压变异系数
0.05
0.05
统计配合系数
1.689
1.544
1515
1.379
标准化变量λ′［式(E7)］
-5.814
-4.87
单个绝缘闪络概率Ps
≈0
2.1×10-7
多个绝缘闪络概率P′z
≈0
2.1×10-4
操作过电压闪络率(闪络次数/100次操作)
≈0
0.021
E3当过电压为其他分布或需计算包括空气间隙在内的线路操作过电压闪络率时，可另行研究确定。附录F(提示的附录)部分超高压绝缘子串、空气间隙绝缘强度的仿真型塔(构架)试验数据F1说明a)所列数据均为由仿真型塔(构架)试验获得，并换算至标准气象条件。b)用于试验的操作冲击电压波波形均为250×2500μs，正极性。c)用于试验的雷电冲击电压波波形为1.5×40μs，正极性。d)除特别注明外，试验均是在户外进行的。F2杆塔上绝缘子串及空气间隙的放电电压a)绝缘子串的放电电压见表F1。b)空气间隙的放电电压见表F2。表F1杆塔上绝缘子串在冲击电压波下的放电电压电压种类
操作冲击
雷电冲击
每串片数
湿
数据1
数据2
数据1
数据2
数据3
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
u50kV
σi/u50
24
1443
4.8
1523
2.3
1457
8.6
—
—
—
—
530l＋35(3.5m＜l＜5m)
0.93～1.94
531l(3.72m≤l≤6.2m)
1.4～4.4
25
—
—
—
—
1560
10.5
中相1393边相1547
4.14.7
边相2138
6.3
26
1532
2.6
1618
7.0
—
—
—
—
—
—
28
1604
7.0
1681
3.1
1681
3.6
—
—
—
—
30
1690
4.4
—
—
—
—
—
—
—
—
塔头形状
绝缘子
XP—160型和改进型(爬电距离330mm，高155mm)
XP3—160
XP—160型和改进型(爬电距离330mm，高155mm)
XP—160型
来源
注1
注2
注2
注1
注3
注1保定变压器厂、清华大学高压教研组、北京电力设计院、北京电力试验研究所：500kV晋京线输电杆塔绝缘电气特性试验报告，《北京电力技术》，1979.1。2电力科学研究院：第二代500kV输电线路杆塔塔头的绝缘试验，1983.4。3电力科学研究院：500kV输电线路塔头绝缘的试验研究，《电网技术》，1982.1。
表F2杆塔上空气间隙的放电电压电压种类
工频交流
操作冲击
雷电冲击
数据
数据1
数据2
数据1
数据2
数据3
数据4
数据1
数据2
数据3
u50kV
图F1
443l＋80(1.0m＜l＜2.5m)
图F2曲线1、2
图F2曲线1、2
图F3曲线2、3
图F3曲线4
531.25l＋31(2.5m＜l＜5.5m)
555l(3.0m＜l＜4.5m)
图F2曲线3
σs/u50
2
0.5～1.3
2.75～5.4
3.0～5.4
中相3.58～4.98边相5.0～5.13
3.0～4.77
—
1.22～1.76
—
塔头形状
—
门型(取半即边相)
酒杯型
来源
注3
注1
注2
注1
注4
注4
注5
注1
注2
注1同表F1注1。2同表F1注2。3J.G.安德生等：345kV及以上超高压输电线路，电力工业出版社，1981年6月。4保定变压器厂、北京电力试验研究所：500kV输电杆塔中相绝缘操作波试验，《北京电力技术》，1979.10。5日本500kV输电线路绝缘的实尺寸试验，《IEEE》PAS—88，No.2,1969。
1—导线—塔柱；2—导线—导线图F1空气间隙在工频交流电压下的50放电电压F3500kV变电所仿真型构架(或设备)在操作冲击电压波下空气间隙的放电电压F3.1二分裂软导线(φ51mm间距400mm)变电所门型构架模型：由两根直径φ426mm的半圆柱体组成的人字柱，横梁宽1.8m，长13m～18m，对地高度为16.5m。导线对构架空气间隙50放电电压的数据见表F3。σj／u50＝4.5～6F3.2电气设备隔离开关对构架及车辆空气间隙的50放电电压数据见表F4及表F5。δf/u50＝4.5～6车辆模型的尺寸：长×宽×高为10.8m×2.5m×3.5m。F3.3悬吊式硬导线硬导线为φ150(内φ136)mm铝管。变电所构架为由φ426mm半圆柱两根组成的人字柱。横梁对地高20m。导线悬挂方式见图F4。不同的双V型绝缘子串布置方式下无均压环的50放电电压数据见表F6。有均压环时，对于间隙距离为3.0m～4.2m的情况，间隙距离需增加5.5。表F3导线对构架空气间隙在操作冲击电压波下的50放电电压(二分裂软导线)高压电极
有无均压环
对接地电极距离m
绝缘子悬挂方式及片数
u50kV
对横梁
对人字柱l
导线
无
3.8
2.55～6.55**
耐张串32×XP—16
846l0.33
导线
无
4.2
2.55～6.55**
耐张串32×XP—16
820l0.38
导线
无
4.2
4.2～6.2*
耐张串32×XP—16
1195l0.16
导线
无
4.2
5.2～3.2*
跳线风偏
698l0.61
导线
无
4.2
5.05～3.65**
跳线风偏
573l0.61
导线
有
4.06
3.2～6.2**
V串32×XP—7
844l0.29
导线
有
3.94
2.7～6.2**
V串34×XP—7
785l0.34
注*导线与人字柱侧面间隙。**导线与人字柱正面间隙。
表F4隔离开关对构架空气间隙在操作冲击电压波下的50放电电压高压电极
隔离开关状态
对接地电极(人字柱)距离lm
u50kV
GW6动触头
合
4.9～6.75**
767l0.4
GW6动触头
分
5.1～6.75**
723l0.41
GW7静触头
合
2.1～5.1*
600l0.53
GW7静触头
分
2.7～4.1*
559l0.7
注*GW7中心线对人字柱中心线距离为6.0m。**无人检修状态。
表F5隔离开关对车辆空气间隙在操作冲击电压波下的50放电电压高压电极
隔离开关状态
对车辆距离m
u50kV
对车尾
对侧边l
GW6动触头
合
4.2
4.99～5.67
891l0.32
注：数据来源自电力科学研究院：A值的试验研究(阶段报告)，1982年8月。表F3、表F4同此。
表F6导线对构架空气间隙在操作冲击电压波下的50放电电压(悬吊式硬导线)高压电极
对接地电极距离m
绝缘子片数
u50kV
对横梁Y对
人字柱l
导线
3.82
2.7～6.35
35×XP—10
632l0.51
导线
4.3
2.7～6.35
35×XP—10
705l0.46
导线
4.56
2.7～6.35
35×XP—10
687l0.49
导线
4.86
2.7～6.35
35×XP—10
754l0.43
导线
5.8
2.7～8.85
42×XP—10
804l0.42
注：数据来源自电力科学研究院：悬吊式铝管母线操作冲击放电特性(阶段报告)，1981年。
图F2500kV线路酒杯塔(ZB3型)塔头空气间隙在操作、雷电冲击波下的50放电电压
1—边相导线—塔柱；2—门型塔中相；3—门型塔边相图F3500kV门型塔、酒杯塔等塔头空气间隙在操作冲击波下的50放电电压
图F4悬吊式硬导线的布置(a)单V型串悬吊方式；(b)双V型串悬吊方式
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