路径: 主页 > GB/T > 第536页 > GB/T 24842-2018 | 标准编号 | GB/T 24842-2018 (GB/T24842-2018) | | 中文名称 | 1 000 kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合 | | 英文名称 | Overvoltage and insulation coordination of 1 000 kV UHV AC transmission project | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | F20 | | 国际标准分类 | 29.240 | | 字数估计 | 58,575 | | 发布日期 | 2018-07-13 | | 实施日期 | 2019-02-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 24842-2018
Overvoltage and insulation coordination of 1 000 kV UHV AC transmission project
ICS 29.240
F20
中华人民共和国国家标准
代替GB/Z 24842-2009
1000kV特高压交流输变电工程
过电压和绝缘配合
2018-07-13发布
2019-02-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 符号 2
5 线路和设备上的作用电压 3
5.1 系统接地方式 3
5.2 作用电压类型 3
5.3 暂时过电压和操作过电压标幺值的基准电压 3
6 暂时过电压及限制 3
6.1 暂时过电压类型 3
6.2 工频过电压 3
6.3 谐振过电压 4
7 操作过电压及保护 4
7.1 操作过电压水平限制值 4
7.2 空载线路合闸及单相重合闸过电压 5
7.3 单相接地故障过电压 5
7.4 故障清除过电压 5
7.5 无故障甩负荷过电压 6
7.6 振荡解列过电压 6
7.7 投切空载变压器操作过电压 6
7.8 主变压器110kV侧开断并联电容器组过电压 6
7.9 主变压器110kV侧开断并联电抗器过电压 6
8 雷电过电压及保护 7
8.1 雷电过电压分类 7
8.2 线路雷电过电压 7
8.3 变电站的雷电过电压 8
9 特快速瞬态过电压(VFTO)及防护 9
9.1 VFTO的特性 9
9.2 VFTO的防护 9
10 绝缘配合 9
10.1 绝缘配合基本原则 9
10.2 绝缘配合的方法 10
10.3 1000kV金属氧化物避雷器 11
10.4 架空线路绝缘子、导线对杆塔的空气间隙的绝缘配合 11
10.5 变电站绝缘子串及空气间隙的绝缘配合 12
10.6 变电站电气设备的绝缘配合 13
附录A(资料性附录) 各类作用电压和标准试验电压的波形 17
附录B(资料性附录) 1000kV架空线路和变电站雷电性能的计算方法 18
附录C(规范性附录) 外绝缘放电电压或耐受电压的气象校正 22
附录D(规范性附录) 1000kV变电站金属氧化物避雷器的主要电气参数 24
附录E(资料性附录) 1000kV线路和变电站绝缘配合的计算方法 25
附录F(资料性附录) 操作过电压下线路闪络率的计算方法 29
附录G(资料性附录) 1000kV线路杆塔空气间隙和变电站空气间隙放电电压试验数据 32
附录H (规范性附录) 1000kV电气设备承受一定时间暂时过电压的要求 51
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替 GB/Z 24842-2009《1000kV 特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合》,与
GB/Z 24842-2009相比,主要技术性差异如下:
---增加了取消线路断路器合闸电阻的判据(见10.4.2.5);
---增加了特快速瞬态过电压(VFTO)及其防护和绝缘配合相关内容(见10.6.4);
---增加了特高压杆塔结构对空气间隙工频放电电压影响的试验数据(见G.2.4);
---增加了特高压线路分裂导线相间长波前操作冲击放电电压试验数据(见G.2.5);
---增加了1000kV变电站空气间隙长波前操作冲击放电电压试验数据(见G.3)。
本标准由中国电力企业联合会提出。
本标准由全国特高压交流输电标准化技术委员会(SAC/TC569)归口。
本标准起草单位:国家电网公司、中国电力科学研究院有限公司。
本标准主要起草人:舒印彪、陈维江、杜澍春、谷定燮、周沛洪、王绍武、葛栋、陈勇、张翠霞、戴敏、
林集明、班连庚、王晓刚、何慧雯、李振强、霍锋、李志军、项祖涛、张刘春、韩彬、王磊、陈秀娟、王晓彤。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/Z 24842-2009。
1000kV特高压交流输变电工程
过电压和绝缘配合
1 范围
本标准规定了1000kV输变电工程中限制过电压的措施和采用限制措施之后的过电压水平;推荐
了架空线路和变电站雷电性能的计算分析方法;提供了根据1000kV输电线路和变电站设备的绝缘特
性以及可能的影响因素,从安全运行和经济合理两方面来确定设备绝缘水平和空气间隙距离的原则、方
法和推荐值。
本标准适用于标称电压为1000kV(系统最高电压为1100kV)交流输变电工程的过电压与绝缘
配合。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 311.2-2013 绝缘配合 第2部分:使用导则
GB/T 2900.1 电工术语 基本术语
GB/T 2900.12 电工术语 避雷器、低压电涌保护器及元件
GB/T 2900.19 电工术语 高电压试验技术和绝缘配合
GB/T 2900.20 电工术语 高压开关设备和控制设备
GB/T 2900.50 电工术语 发电、输电及配电 通用术语
GB/T 2900.94 电工术语 互感器
GB/T 2900.95 电工术语 变压器、调压器和电抗器
GB/T 50064 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范
3 术语和定义
GB/T 2900.1、GB/T 2900.12、GB/T 2900.19、GB/T 2900.20、GB/T 2900.50、GB/T 2900.94和
GB/T 2900.95界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
地闪密度 groundflashdensity;GFD
每平方公里、每年的地面落雷次数。
3.2
保护角 shieldingangle
通过地线的垂直平面与地线和被保护受雷击的外侧子导线平面之间的夹角。
3.3
气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)和复合电器(HGIS,即Hybrid-GIS)的隔离开关操作或接地故障
时,所产生的频率为数百千赫至数十兆赫的高频振荡过电压。
3.4
假设在绝缘上产生的等同于系统在运行时由于不同原因产生的某一给定类型过电压的作用效果的
过电压。在本标准中,代表性过电压一般通过仿真计算获得。
3.5
串入母线回路中用于降低VFTO行波陡度的母线段,在VFTO作用下其感抗值较大,正常运行时
工频感抗值很小可忽略。
4 符号
下列符号适用于本文件。
A1':变电站导线对构架的最小空气间隙距离(m)
A1″:变电站设备对构架的最小空气间隙距离(m)
A2:变电站相间最小空气间隙距离(m)
d:空气间隙放电电压试验间隙距离(m)
F(u):操作过电压下线路闪络率计算中,操作过电压的概率分布
H:海拔高度(m)
hc.av:导线对地平均高度(m)
I:雷电流幅值(kA)
ka:海拔校正因数
kc:配合因数
ks:安全因数
m:绝缘配合中并联间隙数(个)
rc:雷电对导线的击距(m)
rg:雷电对大地的击距(m)
rs:雷电对地线的击距(m)
Um:系统最高电压(kV)
Uph:导线上工作电压瞬时值(kV)
Upl:避雷器雷电过电压保护水平(kV)
Ups:避雷器操作过电压保护水平(kV)
Urp:代表性过电压(kV)
Urw:耐受电压要求值(p.u.)
Urw.l:雷电冲击耐受电压要求值(p.u.)
Urw.s:相对地操作冲击耐受电压要求值(p.u.)
Us:线路相对地统计(2%)操作过电压(kV)
UW:额定耐受电压(有效值)(kV)
U50:50%放电电压(kV)
u50.1.r:单个间隙的50%放电电压要求值(kV)
α:负极性操作冲击分量与相间操作冲击电压的两个分量(正极性U+和负极性U-)之和的比值
βg:击距修正系数
ρ:土壤电阻率(Ω·m)
σ1:单个绝缘放电电压的标准偏差
σ*1:单间隙的放电电压变异系数
σ*m:并联多间隙放电电压变异系数
5 线路和设备上的作用电压
5.1 系统接地方式
1000kV系统采用有效接地方式,不允许1000kV变压器中性点不接地运行。
1000kV变压器的低压侧(110kV)采用不接地方式。
5.2 作用电压类型
变电站设备和线路在运行中可能受到的作用电压,按照作用电压的起因和幅值、波形及持续时间,
可分为:
a) 持续运行电压(其值不超过系统最高电压Um,持续时间等于设备设计的运行寿命);
b) 暂时过电压(包括工频过电压、谐振过电压);
c) 操作(缓波前)过电压;
d) 雷电(快波前)过电压;
e) 特快速瞬态过电压(VFTO)。
各类作用电压的典型波形参见附录A。
5.3 暂时过电压和操作过电压标幺值的基准电压
工频过电压的基准电压是Um/3;谐振过电压、操作过电压的基准电压是 2Um/3。
6 暂时过电压及限制
6.1 暂时过电压类型
暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压,与系统结构、容量、参数、运行方式、地线的类型和接地
方式以及继电保护和自动调节装置特性等有关。工频过电压、谐振过电压除增大绝缘所需承受的电压
外,对选择避雷器等过电压保护装置参数也有重要影响。暂时过电压特性由其幅值、波形和持续时间
确定。
6.2 工频过电压
6.2.1 工频过电压主要由线路空载、甩负荷和接地故障引起。通常情况下甩负荷和接地故障两种故障
组合引起的工频过电压比较严重。对工频过电压,应结合工程条件加以预测。
6.2.2 预测工频过电压,主要考虑下列故障类型:
a) 对单回输电线路通常考虑正常输电状态下甩负荷和在线路单相接地故障情况下甩负荷两类故
障。单回两相接地引起线路一端三相分闸的故障发生概率很小,可酌情考虑。
b) 对同塔双回输电线路需考虑双回线路运行和一回线路停运的工况。双回线路同名或异名两
相接地故障发生概率很小,可酌情考虑此故障情况下的甩负荷。双回线路6相甩负荷可酌情
考虑。
6.2.3 限制工频过电压的主要措施是装设线路高压并联电抗器。
6.2.4 工频过电压持续时间对避雷器额定电压和设备绝缘能力的选择起着十分重要的作用。为了缩
短工频过电压的持续时间,线路两端断路器宜采用继电保护实现联动分闸。
6.2.5 工频过电压水平不宜超过下列数值:
a) 线路断路器的变电站侧 1.3p.u.(持续时间不大于0.5s);
b) 线路断路器的线路侧 1.4p.u.(持续时间不大于0.5s)。
6.3 谐振过电压
6.3.1 产生的原因
谐振过电压包括线性谐振、非线性(铁磁)谐振过电压和参数谐振。带大容性元件(长线路、串联补
偿线路)和有非线性激磁特性的感性元件(变压器、并联电抗器)的回路合闸(或作为甩负荷的结果),可
能因线性谐振和铁磁谐振产生谐振过电压。应采取防止措施,避免出现谐振过电压的条件,或用继电保
护装置限制其幅值和持续时间。在选择避雷器额定电压或绝缘设计时,通常不考虑谐振过电压。
6.3.2 发电机自励磁过电压
同步发动机带容性负荷(如空载线路)条件下,发电机电感参数周期性变化与系统电容参数配合不
当时,可能引起发电机自励磁(参数谐振)过电压。不发生自励磁的判据见式(1):
WN >QcX*d (1)
式中:
WN---发电机额定容量,单位为兆伏安(MVA);
Qc---线路充电功率(需考虑高压并联电抗器和低压并联电抗器的影响),单位为兆乏(Mvar);
X*d ---发电机等值同步电抗标幺值(包括升压变压器,以发电机容量为基准)。
当发电机容量小于上述值时,应避免单机带空载长线运行。对可能出现的发电机自励磁过电压可
以采用并联电抗器或过电压保护装置切除线路。
6.3.3 非全相谐振过电压
6.3.3.1 装有并联电抗器的线路处于非全相状态时,由于健全相和断开相之间的相间电容耦合,可在断
开相上引起非全相谐振过电压。
6.3.3.2 在高压并联电抗器的中性点接入一接地电抗器,可有效地防止这种过电压。该接地电抗器的
电抗值宜按接近完全补偿线路的相间电容的原则来选择,同时也应考虑限制潜供电流的要求和对并联
电抗器中性点绝缘水平的要求。对于同塔双回线路,回路之间的耦合会影响接地电抗器电抗值的选择。
6.3.3.3 在计算非全相谐振过电压时,需注意以下因素:
a) 线路参数设计值和实际值的差异;
b) 高压并联电抗器和接地电抗器的阻抗设计值与实测值的偏差;
c) 故障状态下的电网频率变化。
6.3.4 合空载变压器谐振过电压
6.3.4.1 合空载变压器操作的过渡过程使变压器铁芯磁饱和,引起励磁涌流以及使电感作周期性变化,
当励磁涌流谐波频率与系统的自振频率相匹配时,可能产生高次谐波谐振过电压,对此过电压应予以
预测。
6.3.4.2 应尽量避免产生谐波谐振的运行方式和操作方式。断路器装合闸电阻,有利于减小合空载变
压器的过电压幅值及励磁涌流,限制效果与不同运行方式下的系统特性有关。采用过电压继电保护,可
以缩短合空载变压器谐振过电压的持续时间。
7 操作过电压及保护
7.1 操作过电压水平限制值
线路沿线最大的相对地统计操作过电压不宜大于1.7p.u.。
变电站最大的相对地统计操作过电压不宜大于1.6p.u.,最大的相间统计操作过电压不宜大于2.9
p.u.。
对操作过电压,应结合工程加以预测。
7.2 空载线路合闸及单相重合闸过电压
7.2.1 预测条件
7.2.1.1 空载线路合闸、单相重合闸会产生操作过电压。操作过电压幅值取决于多种因素,包括断路器
类型(有无合闸电阻、选相合闸装置等)、合闸线路电源侧的系统特性、合闸线路长度与无功补偿情况等。
7.2.1.2 预测线路合闸操作过电压时的合闸侧电压有以下控制条件:
a) 由孤立电源合闸空载线路,线路合闸后的沿线电压不应超过系统最高电压;
b) 由与系统相连的变电站合闸空载线路,线路合闸前的变电站母线电压为相应运行方式下的母
线实际电压,线路合闸后,沿线电压不宜超过系统最高电压。
7.2.1.3 单相重合闸过电压一般不高于空载线路合闸过电压。对于特殊的系统结构,例如容量较小的
电源送出系统中,较长线路的单相重合闸过电压可能高于空载线路合闸过电压。
7.2.1.4 对于同塔双回线路,主要考虑单回线路的单相接地故障后的单相重合闸过电压。双回同名相
或异名相接地故障情况下的分相重合闸过电压可能高于单回单相接地故障后的单相重合闸过电压,但
出现的概率极低。
7.2.2 主要限制措施
限制线路合闸和单相重合闸过电压的主要措施,一是断路器采用合闸电阻;二是装设金属氧化物避
雷器。也可使用选相合闸等措施。对于较短的特高压线路,可经过过电压核算后决定是否取消断路器
合闸电阻。
7.3 单相接地故障过电压
线路单相接地故障时在健全相上出现的过电压,主要是指相对地过电压,相间过电压可以忽略。
接地故障过电压的大小和线路长度、故障点的位置等因素有关。
7.4 故障清除过电压
7.4.1 故障线路健全相过电压
此过电压为线路单相接地,故障相两侧线路断路器分闸后,在故障线路健全相上产生的过电压,其
幅值较低。
7.4.2 相邻线路过电压
此过电压为线路故障接地,故障相两侧线路断路器分闸后,在故障线路的直接相邻或间接相邻线路
上产生的过电压。
随着接地故障相数的增加该过电压幅值呈升高的趋势。一般考虑单相接地故障的条件加以预测并
作为工程的设计条件。对于出现概率很小的两相短路、两相或三相接地故障,可根据预测结果酌情采取
相应限制措施。
7.4.3 单相接地三相分闸过电压
带电作业时,若单相重合闸退出,单相接地会引起三相分闸。单相接地故障,单相重合闸不成功也
会引起三相分闸。
单相接地三相分闸时,可能在故障线路的健全相或相邻线路上产生较高的过电压。
7.4.4 故障清除过电压及限制措施
变电站和开关站有避雷器保护,故障清除过电压不高,不会损坏站内设备。对于线路上较高的故障
清除过电压,可在线路中部装设金属氧化物避雷器或在断路器上装分闸电阻予以限制。
此外也可采用继电保护的措施进行限制。
7.5 无故障甩负荷过电压
无故障甩负荷过电压与线路长度、线路无功补偿情况及线路潮流等有关,一般采用金属氧化物避雷
器限制。
7.6 振荡解列过电压
在系统振荡状态下解列,将产生振荡解列过电压。
应对可能出现的振荡解列操作下的过电压进行预测。预测该过电压时,线路送受端电势功角差宜
按系统可能出现的严重工况选取。
应当注意校核线路两端的金属氧化物避雷器的吸收能量。
7.7 投切空载变压器操作过电压
投切空载变压器产生的操作过电压,一般采用金属氧化物避雷器限制。
7.8 主变压器110kV侧开断并联电容器组过电压
主变压器110kV侧开断并联电容补偿装置,若断路器发生单相重击穿时,电容器组对地过电压可
能超过4.0p.u.。开断前电源侧有单相接地故障时,该过电压将更高。开断时如发生两相重击穿,电容
器组极间过电压可能超过2.52Un.C(Un.C指电容器组的额定电压)。
投切并联电容补偿装置,应采用重击穿概率极低的断路器。为安全起见,仍宜按图1所示布置方式
装设金属氧化物避雷器至紧靠电容器组高压端位置。以限制单相重击穿过电压。一般可不考虑断路器
发生两相重击穿。
图1 并联电容补偿装置的避雷器保护接线
7.9 主变压器110kV侧开断并联电抗器过电压
主变压器110kV侧开断并联电抗器时,应采用金属氧化物避雷器限制断路器强制熄弧(截流)产
生的过电压。
8 雷电过电压及保护
8.1 雷电过电压分类
雷电过电压包括线路雷电绕击、反击过电压和变电站直击、雷电侵入波过电压。
输电线路和变电站的防雷设计,应结合当地已有线路和变电站的运行经验、地区雷电活动强度、地
闪密度、地形地貌及土壤电阻率等因素,通过计算分析和技术经济比较,采用合理的差异化防雷保护措
施,线路和变电站雷电性能的计算方法参见附录B。
8.2 线路雷电过电压
8.2.1 线路雷电性能特点
线路绝缘水平很高,雷击地线或塔顶发生反击闪络的可能性很低;线路杆塔较高,较易发生绕击。
8.2.2 一般线路的保护
8.2.2.1 1000kV线路应沿全线架设双地线。
8.2.2.2 杆塔上地线保护角应符合如下要求:
a) 单回线路:平原和丘陵地区,一般不宜大于6°;山区,一般不宜大于-4°。
b) 同塔双回线路:平原和丘陵地区,一般不宜大于-3°;山区,一般不宜大于-5°。
c) 线路耐张转角塔的跳线:平原单回线路不宜大于6°;山区单回线路和同塔双回线路不宜大
于0°。
对雷电活动较强烈的地区可根据工程实际条件进一步减小地线保护角。
8.2.2.3 杆塔上两根地线之间的距离不应超过导线与地线垂直距离的5倍。
8.2.2.4 在一般土壤电阻率地区(500Ω·m及以下),线路的反击耐雷水平不宜低于200kA。
8.2.2.5 线路每基杆塔在不连接地线情况下的工频接地电阻,在雷季干燥时,不宜超过表1所列数值。
如土壤电阻率超过2000Ω·m,接地电阻很难降低到30Ω时,可采用6根~8根总长不超过500m的
放射形接地体,或采用连续伸长接地体,接地电阻不受限制。
表1 1000kV线路杆塔的工频接地电阻
土壤电阻率ρ
Ω·m
ρ≤100 100< ρ≤500 500< ρ≤1000 1000< ρ≤2000 ρ >2000
接地电阻
10 15 20 25 30
8......
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