高压输变电设备的绝缘配合.docx

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高压输变电设备的绝缘配合

电力工业标准汇编

电气卷

1997

中国电力企业联合会标准化部编

中国电力出版社

汇编说明

为使已出版的《电力工业标准汇编》具有连续性，中国电力企业联合会标准化部从1996年起，按综合、电气、火电、水电四卷每年将编辑、出版上年度标准汇编，以满足当前电力系统广大技术人员的需要。

本卷为《电力工业标准汇编·电气卷1997》。

本标准汇编收集了1997年颁布的有关电力工程设计、建设、生产运行等方面的国家标准、行业标准及相应标准的编制说明和条文说明，还收录了以前汇编中遗漏的几个标准。

本标准汇编中所有的标准都是最新颁布的，其名称和编号均采用已颁布标准最新版本的用名和编号，并按顺序号列出，以方便查检、使用。

但是，在有的标准内容中引用的标准，其编号可能不是最新的，请读者在使用时注意。

凡本年度标准汇编中收入的标准与在此以前出版的《电力工业标准汇编》中的标准重复时，以本年度标准为最新有效版本，并替代原标准，被修订或被替代的标准即废止。

此外，在汇编各标准时，对原标准内容中的编校、印刷方面的疏漏、错误也尽可能地进行了改正。

此卷的编辑、出版工作，是在电力工业部标准化领导小组的指导下进行的。

中国电力企业联合会标准化部

1998年4月

高压输变电设备的绝缘配合

Insulationco-ordinationforhighvoltage

transmissionanddistributionequipment

GB311.1—1997

中华人民共和国国家标准

高压输变电设备的绝缘配合

GB311.1—1997

Insulationco-ordinationforhighvoltage

transmissionanddistributionequipment

国家技术监督局1997-07-03批准1998-05-01实施

前言

本标准是非等效国际电工委员会IEC71-1：

1993《绝缘配合第1部分：

定义、原理和原则》对GB311.1—83《高压输变电设备的绝缘配合》进行修订的。

主要的修订内容有：

1）标准中除设备的相对地绝缘外，还增列了相间绝缘和纵绝缘；

2）设备上的作用电压增加了“陡波前过电压”和“联合过电压”，前者主要是由GIS中隔离开关操作引起的，后者则分别作用于相间绝缘和纵绝缘。

相应的试验电压类型增加了“陡波前冲击试验”（在考虑中）和“联合电压试验”；

3）据IEC71-1给出了各类作用电压的典型波形（图1）；

4）对10kV和35kV的设备的外绝缘干状态下短时工频耐受电压的数值分别提高到42kV和95kV，但这并不意味着对外绝缘的要求或绝缘水平提高，因为在此电压范围内，绝缘水平主要是由雷电冲击耐受电压决定的；

5）据IEC71-1增加3/9次冲击耐受电压试验程序（6.3.2）；

6）对变压器类设备的截断冲击，提高了跌落时间，一般不大于0.7μs，截波过零系数不大于0.3的要求，这样的规定和同类国际标准一致，技术上比较合理。

本标准和IEC71-1的主要内容和技术要求基本上是一致的，但也存在某些差异，包括：

①IEC71-1：

1993为说明绝缘配合的过程引入了多个“耐受电压”的术语和配合程序图，这虽对理解绝缘配合过程有一定帮助，但过于烦琐，未于采用；②Um＜72.5kV设备的外绝缘干状态短时工频耐受电压比IEC71-1中的规定值高；③范围Ⅱ的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压的反极性工频电压的幅值为

，IEC71-1中规定仅为

，也偏高。

故本标准只能为非等效采用IEC71-1。

本标准自实施之日起，代替GB311.1—83。

本标准由中华人民共和国机械工业部提出。

本标准由全国高压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会归口。

本标准由西安高压电器研究所和武汉高压研究所负责起草。

本标准主要起草人：

冯昌远、朱家骝、谷定燮、王秉钧、潘炳宇、郁祖培、弋东方。

1主题内容与适用范围

1.1主题内容

本标准规定了三相交流系统中的高压输变电设备的相对地绝缘、相间绝缘和纵绝缘的额定耐受电压的选择原则，并给出了供通常选用的标准化的耐受电压值。

在制定各设备标准时，应根据本标准的要求，规定适合于该类设备的额定耐受电压和试验程序。

1.2适用范围

1.2.1本标准适用于设备最高电压大于1kV的三相交流电力系统中使用的下列户内和户外输变电设备。

a）变压器类：

电力变压器、并联电抗器、消弧线圈和电磁式电压互感器；

b）高压电器：

断路器、隔离开关、负荷开关、接地短路器、熔断器、限流电抗器、电流互感器、封闭式开关设备、封闭式组合电器、组合电器等；

c）组合式（箱式）变电站；

d）电力电容器：

耦合电容器（包括电容式电压互感器）、并联电容器、交流滤波电容器；

e）高压电力电缆；

f）变电站绝缘子、穿墙套管；

g）阀式避雷器绝缘外套。

1.2.2本标准不适用于：

a）安装在严重污秽或带有对绝缘有害的气体、蒸汽、化学沉积物的场合下的设备；

b）相对湿度较高且易出现凝露场合的户内设备。

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB156—1993标准电压

GB/T16927.1—1997高电压试验技术第一部分：

一般试验要求

GB/T16927.2—1997高电压试验技术第二部分：

测量系统

GB11032—89交流无间隙金属氧化物避雷器

GB7327—87交流系统用碳化硅阀式避雷器

GB2900.19—94电工术语高电压试验技术和绝缘配合

GB311.7—88高压输变电设备的绝缘配合使用导则

3使用条件

3.1标准参考大气条件

标准参考大气条件为：

——温度t0=20℃

——压力p0=101.3kPa

——绝对湿度h0=11g/m3

本标准规定的额定耐受电压均为相应于标准参考大气条件下的数值。

3.2正常使用条件

本标准规定的额定耐受电压，适用于下列使用条件下运行的设备：

a）周围环境最高空气温度不超过40℃；

b）安装地点的海拔高度不超过1000m。

3.3对周围环境空气温度高于40℃处的设备，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应取本标准的额定耐受电压值乘以温度校正因数Kt

Kt=1+0.0033（T-40）

式中：

T——环境空气温度，℃。

3.4对用于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100m，绝缘强度约降低1%，在海拔不高于1000m的地点试验时，其试验电压应按本标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数Ka

式中：

H——设备安装地点的海拔高度，m。

3.5设备适用的电力系统中性点的接地方式，最高电压72.5kV及以下为非有效接地系统或有效（直接）接地系统，最高电压126kV及以上应为有效（直接）接地系统。

4绝缘配合基本原则

4.1绝缘配合

考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。

4.2设备上的作用电压

设备在运行中可能受到的作用电压，按照作用电压的幅值、波形及持续时间，可分为：

——持续工频电压（其值不超过设备最高电压Um，持续时间等于设备设计的运行寿命）；

——暂时过电压（包括工频电压升高、谐振过电压）；

——缓波前（操作）过电压；

——快波前（雷电）过电压；

——陡波前过电压；

——联合过电压。

各类作用电压的典型波形如图1。

图1各类作用电压的典型波形

4.3设备最高电压Um的范围

范围Ⅰ：

1kV≤Um≤252kV

范围Ⅱ：

Um＞252kV

4.4绝缘试验

4.4.1绝缘试验类型

本标准中考虑了下述几类绝缘试验：

a）短时（1min）工频试验；

b）长时间工频试验；

c）操作冲击试验；

d）雷电冲击试验；

e）陡波前冲击试验；

f）联合电压试验。

操作和雷电冲击试验可以是耐受试验，也可以是50%破坏性放电试验，此时，绝缘对额定冲击耐受电压的耐受能力可由其50%破坏性放电电压的测量值中推出，它只适用于自恢复绝缘。

短时工频试验是耐受试验。

短时工频、操作和雷电冲击以及联合电压试验之额定耐受电压值均在本标准中规定。

但对长时间工频耐受电压仅给出一般规定，供制定各类设备标准时考虑。

4.4.2绝缘试验类型的选择

在本标准中，对不同的电压范围，选用不同类型的绝缘试验。

设备的类型也会影响试验类型的选择。

4.4.2.1范围Ⅰ的设备在持续工频电压、暂时过电压和操作过电压下的相对地和相间绝缘性能，一般用短时工频和雷电冲击电压试验来检验。

在雷电过电压下，设备的相对地和相间绝缘性能用雷电冲击试验检验。

当内绝缘的老化和外绝缘的污秽对持续工频电压及暂时过电压下的设备绝缘性能有影响时，宜作长时间工频电压试验，并测量局部放电量。

长时间工频电压试验在有关设备标准中规定。

注：

220kV变压器一般要作长时间工频电压试验。

4.2.2.2范围Ⅱ的设备在持续工频电压、暂时过电压和操作过电压下的绝缘性能用不同类型的试验予以检验。

在持续工频电压及暂时过电压下，设备对老化或污秽的适应性宜用长时间工频试验检验，并测量局部放电量。

长时间工频电压试验在有关设备标准中规定。

在操作过电压下设备的绝缘性能用操作冲击试验检验。

在雷电过电压下设备的绝缘性能用雷电冲击试验检验。

设备的相间绝缘性能用操作冲击试验检验。

4.4.2.3开关设备的纵绝缘，按不同的电压范围，选用不同的绝缘试验类型：

a）范围Ⅰ的开关设备的纵绝缘性能用短时工频电压和雷电冲击电压或联合电压试验检验。

b）范围Ⅱ的开关设备的纵绝缘性能用雷电、操作冲击电压和工频电压的联合电压试验检验。

4.4.2.4设备在陡波前过电压下的绝缘性能用陡波前冲击电压试验检验。

关于陡波前冲击试验的规定，在考虑中。

4.5绝缘配合方法的选择

绝缘配合方法有确定性法（惯用法），统计法及简化统计法。

由于在试验时对设备绝缘需要施加的冲击电压次数较多，电压幅值会超过额定耐受电压值，并需对系统的过电压进行广泛深入的研究，故绝缘配合统计法在实际应用上受到某些限制，但用于各种因素影响的敏感度分析是很有效的。

当降低绝缘水平具有显著经济效益，特别是当操作过电压成为控制因素时，统计法才特别有价值。

因此，在本标准中统计法仅用于范围Ⅱ的设备的操作过电压下的绝缘配合。

在所有电压范围内，当设备绝缘主要是非自恢复型时，为检验耐受强度是否得到保证，一般只能加有限次数的冲击（如在给定条件下加3次），因此，尚不能考虑将绝缘故障率作为定量的设计指标，统计法至今仅用于自恢复型绝缘。

4.5.1统计法

设备绝缘故障具有统计特性，统计法旨在对绝缘故障率定量并将其作为绝缘设计中的一个性能指标。

当对某种过电压计算绝缘故障率时，需要给出此过电压及设备的绝缘特性两者各自的分布规律。

4.5.2简化统计法

在简化统计法中，对概率曲线的形状作了若干假定（如已知标准偏差的正态分布），从而可用与一给定概率相对应的点来代表一条曲线。

在过电压概率曲线中称该点的纵坐标为“统计过电压”，其概率不大于2%；而在耐受电压曲线中则称该点的纵坐标为“统计冲击耐受电压”，设备的冲击耐受电压的参考概率取为90%。

绝缘配合的简化统计法是对某类过电压在统计冲击耐受电压和统计过电压之间选取一个统计配合系数，使所确定的绝缘故障率从系统的运行可靠性和费用两方面来看是可以接受的。

额定操作和雷电冲击耐受电压宜从本标准5.2条的标准值中选取。

4.5.3确定性法（惯用法）

绝缘配合的确定性法（惯用法）的原则是在惯用过电压（即可接受的接近于设备安装点的预期最大过电压）与耐受电压之间，按设备制造和电力系统的运行经验选取适宜的配合系数，相应的耐受电压宜从5.1，5.2的标准值中选取。

4.6持续工频电压和暂时过电压下的绝缘配合

对范围Ⅰ的设备所规定的短时工频耐受电压，一般均能满足在正常运行电压和暂时过电压下的要求。

为检验设备老化对内绝缘性能、污秽对外绝缘性能的影响所进行的长时间工频试验，应在有关设备标准中规定，下面仅给出应遵循的一般规则。

4.6.1对正常运行条件，绝缘应能长期耐受设备最高电压。

4.6.2设备在预期的寿命期内不致因局部放电而使绝缘显著劣化以及在最苛刻的工况下，绝缘不会失去热稳定性。

为尽可能符合实际，应用工频电压试验检验，试验时所加电压可高于

，而持续时间由系统工况决定。

同时应使所有元件上的作用电压与运行时的值成比例。

4.6.3在有关设备标准中可规定设备耐受工频电压升高的允许时间，并确定有关的试验程序、试验电压及试验条件。

4.7操作和雷电过电压的绝缘配合

在所有情况下，进行绝缘配合时应考虑：

设备安装点的预期过电压值、系统与设备的电气特性、类似的系统的运行经验以及所有保护装置的限压效果。

设备的相对地绝缘的额定耐受电压是确定设备的相间绝缘和纵绝缘额定耐受电压的基础。

4.7.1雷电过电压下的绝缘配合

4.7.1.1相对地绝缘

对受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc计算选定。

4.7.1.2相间绝缘

在所有电压范围内，相间绝缘的额定雷电冲击耐受电压均取相应的相对地绝缘的耐受电压值。

4.7.1.3开关设备的纵绝缘

a）范围Ⅰ的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压一般等于相对地绝缘的耐压值，但隔离断口的耐受电压可高于相应的相对地的数值，宜在开关设备标准中规定。

b）范围Ⅱ的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压由两个分量组成，一为相对地的额定雷电冲击耐受电压；另一为反极性的工频电压，其幅值为

。

4.7.2操作过电压下的绝缘配合

4.7.2.1相对地绝缘

a）范围Ⅰ的设备

根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性，并取一定的配合因数Kc计算、选取额定短时工频耐受电压。

b）范围Ⅱ的设备

根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性并取一定的配合因数Kc计算、选取设备的额定操作冲击耐受电压。

4.7.2.2相间绝缘

a）范围Ⅰ的设备的相间绝缘额定短时工频耐受电压取相应的相对地绝缘的耐受电压值。

应保证两类绝缘均满足要求。

b）范围Ⅱ的设备的相间绝缘的额定操作冲击耐受电压等于相应的相对地绝缘的耐受电压值乘以系数Kpe，通常Kpe≥1.5。

4.7.2.3开关设备的纵绝缘

a）范围Ⅰ的设备的纵绝缘的额定短时工频耐受电压一般取相应的相对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相应的相对地的数值，宜在开关设备标准中规定。

b）范围Ⅱ的设备的纵绝缘的额定操作冲击耐受电压（表2栏7）由两个分量组成，其一为相对地的额定操作冲击耐受电压，另一为反极性的工频电压，其幅值为

。

4.7.3配合因数Kc

选取Kc时应考虑到下列因素：

绝缘类型及其特性；性能指标；过电压幅值及分布特性；大气条件；设备生产、装配中的分散性及安装质量；绝缘在预期寿命期间的老化，试验条件及其他未知因素。

对雷电冲击：

根据我国情况，一般取Kc≥1.4；

对操作冲击：

一般取Kc≥1.15。

5绝缘水平

5.1额定短时工频耐受电压的标准值（有效值），kV

10202838507095140185230275

325360395460510570630680740

5.2额定冲击耐受电压的标准值（峰值），kV

2040607595125145170250325450

550650750850950105011751300

14251550167518001950210022502400

5.3高压输变电设备的额定绝缘水平

5.3.1范围Ⅰ的设备的绝缘水平列于表1

在此电压范围内选取设备的绝缘水平时，首先应考虑雷电冲击作用电压，和每一设备最高电压相对应，给出了设备绝缘水平的两个耐受电压，即：

a）额定雷电冲击耐受电压；

b）额定短时工频耐受电压。

5.3.2范围Ⅱ的设备的绝缘水平列于表2

在此电压范围内，选取设备的绝缘水平时，要考虑操作冲击和雷电冲击作用电压，和每一设备最高电压相对应，给出了设备绝缘水平的两个耐受电压，即：

a）额定雷电冲击耐受电压；

b）额定操作冲击耐受电压。

在表2中给出了设备相对地绝缘和相间绝缘的额定操作冲击耐受电压的组合。

5.3.3设备的绝缘水平与所考虑的设备类型有关，并且无论用统计法或用惯用法，这些绝缘水平都可选用。

5.3.4对同一设备最高电压，有的在表1和表2中给出两个及以上的绝缘水平。

在选用设备的额定耐受电压及其组合时应考虑到电网结构及过电压水平、过电压保护装置的配置及其性能、设备类型及绝缘特性、可接受的绝缘故障率等。

5.3.5在某些情况下，可能需要规定不同于表1或表2中的额定耐受电压值，此时宜从本标准5.1和5.2的标准值中选取。

5.4各类输变电设备，可取与变压器相同的或高一些的绝缘水平，应在有关设备标准中规定。

为便于制定有关设备标准，表3和表4分类给出设备的额定耐受电压值。

5.4.1各类设备的额定雷电冲击耐受电压列于表3。

对变压器类设备应作雷电冲击截波耐受电压试验，其幅值可比额定雷电冲击耐受电压值高10%左右。

截断冲击试验系统的构成应使记录的冲击截波的跌落时间尽量短。

截波过零系数不大于0.3；截断跌落时间一般不大于0.7μs。

5.4.2各类设备的短时工频耐受电压列于表4。

5.4.3范围Ⅱ的开关设备的纵绝缘的耐受电压列于表2。

5.4.4分级绝缘电力变压器中性点的绝缘水平列于表5。

表1电压范围Ⅰ（1kV＜Um≤252kV）的设备的标准绝缘水平kV

系统标称电压

（有效值）

设备最高电压

（有效值）

额定雷电冲击耐受电压（峰值）

额定短时工频耐受电压（有效值）

系统Ⅰ

系统Ⅱ

3.5

6.9

11.5

30/423）；35

17.5

105

40；45

23.0

125

50；55

40.5

185/2001）

80/953）；85

72.5

325

140

110

126

450/4801）

185；200

220

252

（750）2）

（325）2）

850

360

950

395

（1050）2）

（460）2）

注：

系统标称电压3～15kV所对应设备的系列Ⅰ的绝缘水平，在我国仅用于中性点直接接地系统。

1）该栏斜线下之数据仅用于变压器类设备的内绝缘。

2）220kV设备，括号内的数据不推荐选用。

3）为设备外绝缘在干燥状态下之耐受电压。

表2电压范围Ⅱ（Um＞252kV）的设备的标准绝缘水平kV

系统标称电压

（有效值）

设备最高电压

（有效值）

额定操作冲击耐受电压（峰值）

额定雷电冲击耐受电压

（峰值）

额定短时工频耐受电压

（有效值）

相对地

相间

相间与相

对地之比

纵绝缘2）

相对地

纵绝缘

相对地

103）

330

363

850

1300

1.50

950

850

（+295）1）

1050

见4.7.1.3条的规定

（460）

950

1425

1.50

1175

（510）

500

550

1050

1675

1.60

1175

1050（+450）1）

1425

（630）

1175

1800

1.50

1550

（680）

1675

（740）

1）栏7中括号中之数值是加在同一极对应相端子上的反极性工频电压的峰值。

2）纵绝缘的操作冲击耐受电压选取栏6或栏7之数值，决定于设备的工作条件，在有关设备标准中规定。

3）栏10括号内之短时工频耐受电压值，仅供参考。

表3各类设备的雷电冲击耐受电压kV

系统标称电压

（有效值）

设备最高电压

（有效值）

额定雷电冲击（内、外绝缘）耐受电压（峰值）

截断雷电冲击耐受电压

（峰值）

变压器

并联

电抗器

耦合电容器、电压互感器

高压电力

电缆2）

高压电器

母线支柱绝缘子、穿墙套管

变压器类设备的内绝缘

3.5

—

6.9

—

11.5

—

17.5

105

115

23.0

125

140

40.5

185/2001）

200

185

220

72.5

325

360

350

385

110

126

450/4801）

450

530

550

220

252

850

935

950

1050

950

1050

330

363

1050

1175

1300

1175

1300

500

550

1425

1550

1675

1）斜线下之数据仅用于该类设备的内绝缘。

2）对高压电力电缆是指热状态下的耐受电压值。

表4各类设备的短时（1min）工频耐受电压（有效值）kV

系统标称电压

（有效值）

设备最高电压

（有效值）

内、外绝缘（干试与湿试）

母线支柱绝缘子

变压器

并联电抗器

耦合电容器、高压电器、电压互感器和穿墙套管

高压电力电缆

湿试

干试

31）

41）

52）

62）

3.5

18/25

6.9

23/

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