150 kV屋外配電裝置最小安全凈距的計算分析

黃江寧，朱 玲，黃旭亮

（1.國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310001；2.四川省電力設計院，成都 610072）

150 kV屋外配電裝置最小安全凈距的計算分析

黃江寧1，朱 玲2，黃旭亮1

（1.國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310001；2.四川省電力設計院，成都 610072）

以150 kV屋外配電裝置為例，探討了屋外高壓配電裝置最小安全凈距的計算取值方法。此外，提出屋外高壓設備訂貨時應確定套管干弧距離這個重要參數的建議，為今后非標電壓等級屋外配電裝置設計及設備參數選擇，提供了可靠合理的選型支持。

150 kV；配電裝置；絕緣水平；安全凈距；干弧距離

0 引言

近年來，許多中國企業到國外總承包電力工程項目，由于各國采用的標準、規范和電網的電壓等級各不相同，當遇到國外電壓等級與國內不同時，其設備參數選擇、設計安裝均沒有現成的規范可以參照。

絕緣配合是電氣配電裝置設計中的重要內容，而確定配電裝置的安全凈距則是絕緣配合中的一個重要組成部分。在國外電力工程中，有些合同中對配電裝置的最小安全凈距并未提出明確要求，需要承包方與業主溝通后確定。安全凈距的選取不僅影響到配電裝置的建設成本，還關乎配電裝置的運行安全，因此需要兼顧安全性與經濟性兩方面的要求，科學、合理地確定配電裝置的安全凈距。

以下主要討論非標準電壓下配電裝置最小安全凈距取值和電氣設備參數的選擇問題。以150 kV屋外配電裝置為例，探討了屋外高壓配電裝置最小安全凈距的計算取值方法。

1 屋外配電裝置最小安全凈距的計算

配電裝置中帶電部分與接地部分之間的最小安全凈距為A1值 ，不同相帶電部分最小安全凈距為 A2值，兩者的統稱為A值，它是整個配電裝置最小電氣距離的基礎。

以下重點討論在合同中對最小安全凈距未有明確要求情況下，150 kV中性點有效接地系統的屋外配電裝置最小安全凈距的取值，其他不同電壓等級時的取值也可參考以下4種方法確定。

1.1 采用線性插值法進行計算

參照國內標準，需要確定大氣過電壓、內過電壓和工頻過電壓3種狀態下的A值，選取最大的A值作最小安全凈距值。

此處考慮采用插值法計算，是利用函數f（x）在某區間中插入若干點的函數值，做出適當的特定函數，在這些點上取已知值，在區間的其他點上用這特定函數的值作為函數f（x）的近似值。根據DL/T 5352-2006《高壓配電裝置設計技術規程》中屋外配電裝置的最小安全凈距規定，考慮中性點有效接地系統，在220 kV系統中，A1為1 800 mm，A2為2 000 mm；在110 kV系統中，A1為900 mm，A2為1 000 mm。

假設各種電壓等級下最小安全凈距是線性或者趨于線性的關系，采用插值法推算150 kV屋外配電裝置的A1值，見式（1）：

同理可推A2值，見式（2）。

1.2 根據標準額定雷電沖擊耐受電壓的最大值進行計算

參照IEC國際標準，按IEC 60071-2006《In sulation Co-ordination》（絕緣配合）要求，設備的標準最高電壓范圍分為2個范圍：1 kV以上到245 kV（包括245 kV在內），屬于范圍“Ⅰ”；245 kV以上，屬于范圍“Ⅱ”。

當設備的最高電壓為170 kV時，標準額定短時工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓見表1[1]。

表1 短時工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓 kV

當設備的最高電壓在范圍“Ⅰ”時，對于額定雷電沖擊耐壓，相對地和相間的空氣間隙是通過表2來確定的。當標準額定雷電沖擊耐壓與標準額定短時工頻耐壓的比值大于1.7時，標準額定短時工頻耐壓可以忽略不計。

按照IEC 60071標準，設備標準最高工作電壓為170 kV時，對應的標準額定雷電沖擊耐受電壓最高值為750 kV，按表2所示，相對地與相對相最小空氣距離（A1，A2）均為1 500 mm；若選用電氣設備的標準額定雷電沖擊耐受電壓值為650 kV，則相對地與相對相最小空氣距離（A1，A2）均為1 300 mm。

表2 標準額定雷電沖擊耐壓和最小空氣間隙之間的關系

1.3 采用避雷器殘壓的絕緣配合值進行計算

設備的絕緣水平實際上是與避雷器的殘壓相配合的，當采用性能優良、殘壓水平低的避雷器時，就可以降低所要求的設備絕緣水平，從而降低A1，A2的值。

當設備最高電壓不超過252 kV時，在絕緣配合中起決定作用的是被保護設備的雷電沖擊耐受電壓，要求不小于避雷器雷電殘壓的1.4倍；若超過252 kV時，還需滿足被保護設備的操作沖擊耐受電壓不小于避雷器操作殘壓的1.15倍[2]。

此處考慮額定電壓為150 kV（最高電壓為170 kV）的設備與避雷器的殘壓進行絕緣配合，因此起決定作用的是被保護設備的雷電沖擊耐受電壓。以阿爾斯通的150 kV避雷器為例，其雷電沖擊下的殘壓為372 kV，由此可反推保護設備的雷電沖擊耐受電壓的取值，應大于等于式（3）值。

當選取設備的雷電沖擊耐受電壓650 kV時，按照表2，滿足與避雷器殘壓相配合的相對地及相對相最小空氣距離（A1，A2）均為1 300 mm。

1.4 國外150 kV配電裝置安全凈距的計算方法

在設計中可以根據工程的實際情況，對設備雷電沖擊耐受電壓進行選擇，然后根據表2得出相應的相對地及相對相最小空氣距離A1，A2值。

以印尼某150 kV變電站為例，海拔高度< 1 000 m，150 kV設備的雷電沖擊耐受電壓選為750 kV，150 kV屋外配電裝置參照IEC 60071標準，選取的相對地最小空氣距離A1=1 500 mm，相對相最小空氣距離A2=1 500 mm。

根據現有規范[3]，可采取相應計算求得屋外配電裝置的安全凈距值B1（柵狀遮攔至絕緣體和帶電部分之間）、B2（網狀遮攔至帶電部分之間）、C（無遮攔裸導體至地面之間）、D（帶電部分與建筑物、構筑物的邊沿部分之間），見式（4）—式（7）。

2 設備套管干弧距離的選擇

在進行屋外配電裝置設備參數選擇時，設計通常對設備的使用環境、電流電壓、絕緣水平、爬電距離等技術參數提出要求，而設備套管的干弧距離則由廠方提供。GB/T 2900.8-1995中第3.1.3條給出了“干弧距離（也稱電弧距離）”的定義：“正常施加有運行電壓的兩金屬部件間沿絕緣子外部空氣的最短距離。當絕緣子是由若干元件串聯組成時，此電弧距離指上述兩電極間最短距離或是各元件兩端金屬附件間沿元件外部空氣的最短距離之和，二者中較小者。”

在實際中，設備套管的干弧距離是一個相當重要的參數，因為它涉及到設備的相對地最短空氣距離。

在某國外工程中曾發生干弧距離參數不滿足要求的情況。當時設計選用的是國內某知名大企業的170 kV斷路器，該產品已通過國外相關機構的型式試驗，廠方提供了該產品的參數及圖紙。經檢查發現，廠方提供的斷路器雷電沖擊耐受電壓為750 kV，能滿足耐壓要求，但其引出接線端子的低端僅為1 370 mm，與斷路器套管底部的實際絕緣距離不滿足IEC 60071標準（設備的雷電沖擊耐受電壓750 kV時，要求相對地最小空氣距離≥1 500 mm）。經多方協商，在延誤了一定工期后，設備廠方對設備進行整改，最終滿足了設計要求。

3 結語

以150 kV屋外配電裝置為例，探討了屋外高壓配電裝置最小安全凈距的計算取值方法，并結合實例推薦150 kV屋外配電裝置A，B，C，D取值，為工程人員在非標準電壓下的設備選型提供了參考。此外，建議在變壓器、電流電壓互感器、避雷器等設備訂貨時，不僅設備的技術參數需滿足要求，還應明確套管的干弧距離，尤其是對非標產品，以免設備生產后才發現絕緣距離沒達到設計要求，給工程帶來不利影響。

[1]IEC 60071-1-2006 Insulation Co-ordination，絕緣配合[S]．

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S]．北京：中國電力出版社，1997

[3]DL/T 5352-2006高壓配電裝置設計技術規程[S]．北京：中國電力出版社，2006.

[4]國家電網公司．輸變電設備評價標準（試行）[M]．北京：中國電力出版社，2006．

[5]國家電力公司東北公司，遼寧省電力有限公司．電力工程師手冊[M]．北京：中國電力出版社，2002．

[6]車文俊．500 kV金屬氧化物避雷器均壓電容選用探討[J]．電力設備，2005，6（4）∶48-50．

（本文編輯：陸 瑩）

Calculation and Analysis of Minimum Safety Net Distance of 150 kV Outdoor Power Distribution Equipment

HUANG Jiangning1，ZHU Ling2，HUANG Xuliang1
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310001，China；2.Sichuan Electric Power Design Institute，Chengdu 610072，China）

Taking 150 kV outdoor power distribution equipment as an example，this paper discusses the calculation of minimum safety net distance of 150 kV outdoor power distribution equipment.Moreover，the paper suggests determining dry-arc distance of bushing during ordering outdoor HV equipment，providing reliable and reasonable type selection support for non-standard voltage class outdoor power distribution equipment design and parameter selection in the future.

150 kV；distribution equipment；insulation level；safety net distance；dry-arc distance

TM866

B

1007-1881（2015）07-0020-03

2015-02-13

黃江寧（1988），男，碩士，工程師，研究方向為電力系統分析及繼電保護。