9.2 特高压绝缘配合方法

绝缘配合方法可分为两类：一类是根据运行经验，考虑各种因素的影响，利用一系列配合系数来确定绝缘水平，称为惯用法。另一类是根据自恢复绝缘的闪络电压是一个随机变量，而作用于绝缘的过电压也是一个随机变量的情况，通过概率方法设计设备绝缘，称为统计法。

惯用法对有自恢复能力的绝缘（气体绝缘）和无自恢复能力绝缘（液体或固体绝缘）都是适用的。由于统计法需要大量绝缘击穿数据，实际应用中很难获得，因此只适用于自恢复绝缘。

1）惯用法

惯用法是按照作用于绝缘上的最大过电压和设备最小绝缘强度的概念进行绝缘配合的。这种方法首先确定电气设备绝缘上可能出现的最危险过电压，然后再根据经验乘上一个考虑各种因素影响的裕度系数，从而决定绝缘应耐受的电压水平。即

式中，Uj——设备的绝缘水平；

Ugmax——系统中的最大过电压幅值；

k——配合系数通常大于1。

惯用法的优点是简单、直观，但缺点也十分明显。采用这一原则决定绝缘水平时，通常要留有较大的裕度，这常常会使确定的绝缘水平偏高。对于特高压电网，惯用法虽然可以保证系统有较高的安全性，但会大幅提高设备造价；另外，采用惯用法也不能定量地估计出设备可能出现事故的概率。由于惯用法的这些缺陷，统计法和简化统计法在特高压电网的外绝缘设计中得到逐步推广和应用。

2）统计法

统计法是根据过电压幅值和绝缘的耐受强度都是随机变量的情况，在已知过电压幅值和绝缘放电电压的概率分布后，用计算方法求出绝缘放电的概率和线路跳闸率，最终在技术经济比较的基础上，合理确定绝缘水平。

设过电压概率密度函数为f（U），绝缘的击穿概率分布函数为P（U），且f（U）与P（U）互不相关。如图9-1所示，f（U0）dU为过电压在U0附近dU范围内出现的概率，P（U0）为在过电压U0作用下绝缘击穿的概率。可得出现这样高的过电压并使绝缘击穿的概率为

式中，dR又称为微分故障率，它对应于图9-1中斜线阴影部分的那一小块面积。

习惯上，在对过电压进行统计时，一般只按过电压的绝对值进行统计，而不再区分极性（可以认为正负极性各占一半），这样，可以得到过电压幅值的分布范围应为Uxg～∞（Uxg为系统最大工作相电压幅值），将放电概率积分得

式中，R即为绝缘在过电压作用下被击穿并造成事故的概率，即故障率。

由式（9-3）可知，故障率R就是图9-1中的阴影部分总面积。若增加绝缘强度，即曲线P（U）向右方移动，该阴影面积将缩小，绝缘故障率降低，但同时设备投资成本将增大。因此，采用统计法可根据需要对某些关键性的因素进行调整，通过技术、经济比较在绝缘成本和故障率之间进行协调，在满足预定故障率指标的前提下，选择合理的绝缘水平。但使用中应注意，采用统计法进行绝缘配合，必须知道设备绝缘放电电压的概率分布，而这在实际中是很难获得的。目前，统计法（包括简化统计法）通常只在特高压电网的外绝缘设计中使用。

3）简化统计法

实际工程中采用统计法进行绝缘配合，过程比较繁琐，为此，国际电工委员会（IEC）推荐了一种“简化统计法”以方便实际运用。简单地说，简化统计法就是将统计法和惯用法的思想结合起来后形成的简化计算方法。

在简化统计法中，假定过电压和绝缘放电概率均服从正态分布，并已知它们各自过电压（或过电压倍数）的数学期望和标准偏差。根据这些假定，过电压和绝缘电气强度的整个概率分布就可以用与某一参考概率相对应的点来表示。IEC绝缘配合标准推荐采用出现概率为2 %的过电压值为“统计过电压US”，推荐放电概率为10%，即耐受概率为90%的耐受电压值为绝缘的“统计耐受电压UW”。

采用上述“统计过电压US”和“统计耐受电压UW”分别替代惯用法中的最大过电压Ugmax和绝缘最低耐受电压Uj，并把“统计耐受电压UW”与“统计过电压US”之间的比值定义为“统计安全系数KS”，从而使惯用法在原来的基础上得到改进，如式（9-4）所示。

显然，在过电压保持不变的情况下，如果提高绝缘水平，其统计耐受电压和统计安全系数均相应增大，绝缘故障率减少。

式（9-4）的表达形式与惯用法十分相似，可以认为：简化统计法实质上是一种利用过电压和绝缘电气强度的概率统计特性，但又沿用惯用法计算公式的混合型绝缘配合方法。

综上所述，在特高压电网的绝缘配合中，对于架空输电线路和变电站设备外绝缘水平的确定，主要采用统计法，力求在保证一定稳定性的前提下降低设备的绝缘造价。对于变电站设备的内绝缘，由于特高压设备的重要性，则采用惯用法，力求变电站的运行有较高稳定性。