GBT 50064 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范

GBT 50064 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 UDC 中华人民共和国国家P GB/T 50064-201X交流电气装置的过电压保护和绝缘 配合设计规范 Code for design of overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations (报批稿)201X-XX-XX 发布 201X-XX-XX 实施 中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 联合发布 中华人民共和国国家标准交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 Code for design of overvoltage protection and insulation coordination for AC electrical installations GB/T 50064-201X 主编部门: 中 国 电 力 企 业 联 合 会 批准部门: 中华人民共和国住房和城乡建设部 施行日期: 2 0 1 X 年 X X 月 X X 日 ×××××出 版 社 201X 北 京 前 言 本规范根据建设部“关于印发《二??四年工程建设国家标准制订、修订》的通知”(建标200467 号)要求，由中国电力科学研究院对原国家标准 GBJ 64-83《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》修订而成。本规范在修订过程中，修订组经过调查研究，广为搜集近年来对电气工程中交流电气装置过电压保护和绝缘配合技术提出的新要求以及相关科研成果和工程的实践经验， 在原有标准的基础上增添了许多新的内容。 本规范共分 6 章和 7 个附录，主要技术内容包括:总则，术语，系统中性点接地方式和电气装置绝缘上作用的电压，暂时过电压、操作过电压及限制，雷电过电压及保护以及绝缘配合等。 本规范修订的主要内容为: 1.对适用范围作了修订，由适用于 35kV 及以下，扩大到适用于6kV,750kV 电压等级; 2.根据条文内容的修订，适当增加了术语; 3.了系统中性点接地方式和运行中电气装置绝缘上作用的电压; 4.对暂时过电压工频过电压、谐振过电压和操作过电压及其限制作出了规定; 5.对高压架空线路、发电厂变电站、配电系统和旋转电机的雷电过电压保护作出了规定; 6.提出了绝缘配合原则以及架空线路、变电站绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘配合的要求与。 本规范由住房和城乡建设部负责管理， 由中国电力企业联合会负责日常管理，由中国电力科学研究院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送中国电力科学研究院(地址:北京市海淀区小营东路 15 号，邮编:100192)。 本规范主编单位、主要起草人和主要审查人员: 1主 编 单 位:中国电力科学研究院主要起草人员:杜澍春 陈维江 葛 栋 高克利 张翠霞 殷 禹 林集明 班连庚 周沛洪 戴 敏 张刘春 陈秀娟 沈海滨主要审查人员:李永双 方 静 王立天 蔡汉生 吕金壮 杨 林 杨建军 韩敬军 时卫东2 目 次1 总 则 ................................................................................................. 12 术 语 ................................................................................................. 23 系统中性点接地方式和电气装置绝缘上作用的电压 .................. 4 3.1 系统中性点接地方式 ............................................................................4 3.2 电气装置绝缘上作用的电压 ................................................................64 暂时过电压、操作过电压及限制 .................................................. 8 4.1 暂时过电压工频过电压、谐振过电压及限制 ..................................8 4.2 操作过电压及限 制 ..............................................................................12 4.3 VFTO 及限 制 ........................................................................................15 4.4 限制操作过电压用 MOA 的基本要求 ...............................................155 雷电过电压及保护........................................................................ 18 5.1 一般规 定 ..............................................................................................18 5.2 避雷针和避雷线的 保护范围 ..............................................................18 5.3 高压架空输电线路的雷电过电 压保护...............................................24 5.4 发电厂和变电站的雷电过电压保 护...................................................29 5.5 配电系统的雷电过电压保 护 ..............................................................42 5.6 旋转电机的雷电过电压保 护 ..............................................................426 绝缘配 合........................................................................................ 46 6.1 绝缘配合原 则 ......................................................................................46 6.2 架空输电线路的绝缘配 合 ..................................................................47 6.3 变电站绝缘子串及空气间隙的绝缘 配合 ...........................................50 6.4 变电站电气设备的绝缘配 合 ..............................................................53附录 A 各类作用电压和标准试验电压的 波形 .............................. 58附录 B 外绝缘放电电压的海拔校 正 .............................................. 59附录 C 架空线路悬垂绝缘子串风偏角计算用风压 不均匀系数 .. 61附录 D 操作过电压下线路绝缘闪络率的计算方法 ...................... 62 1附录 E 架空线路和变电站雷电性能的分析计算方法 .................. 65附录 F 电 气设备承受一定幅值和时间暂时过电压的要求 ........... 71附录 G 超高压架空线路 和变电站空气间隙的放电电压数据 ...... 73本规范用词说 明................................................................................ 88引用标准名 录.................................................................................... 89附:条文说 明.................................................................................... 902 Contents1 General provisions…………………………………………………12 Terms………………………………………………………………23 System neutral point treatment and voltage stresses on insulation of AC electrical installations…………………………………………4 3.1 System neutral point treatment………………………………………....4 3.2 Voltage stresses on insulation of AC electrical installations…………...74 Temporary overvoltage switching overvoltage and protection……8 4.1 Temporary overvoltagepower frequency overvoltage、resonance and forroresonance overvoltage and protection……………………………8 4.2 Switching overvoltage and protection………………………………...12 4.3 VFTO and protection…………………………………………………15 4.4 Basic requirement of MOA to suppress switching overvoltage………165 Lightning overvoltage and protection…………………………….18 5.1 Basic requirement……………………………………………………..18 5.2 Protected volume of lightning rod or shield wire……………………..18 5.3 Lightning overvoltage protection of overhead transmission line……..24 5.4 Lightning overvoltage protection of power plant and substation……..29 5.5 Lightning overvoltage protection of distribution systems……………42 5.6 Lightning overvoltage protection of rotating electric machine……….436 Insulation coordination…………………………………………...46 6.1 Principles of insulation coordination…………………………………46 6.2 Insulation coordination of overhead transmission line……………….47 6.3 Insulation coordination of insulator string and clearance in substation50 6.4 Insulation coordination of electrical equipments in substation……….53Appendix A Voltage shapes of various voltage stresses and standard withstand voltage test………………………………...58Appendix B Atmospheric correction of discharge voltage for external 3 insulation ……………………………………………59Appendix C Uneven factor of wind speed for calculation on angle of wind deflection of suspension insulator string on overhead line ………………………………………61Appendix D Calculation methods of insulation flashover rate for switching overvoltage ……………………………62Appendix E Estimation methods of lightning performance of overhead line and substation ………………………65Appendix F Requirement on duration of temporary overvoltage for electrical equipments …………………………………71Appendix G Flashover voltage test results for air clearances of extra high voltage overhead line and substation ………73Explanation of wording in this code ……………………………88List of quoted standards ……………………………………………89Addition: Explanation of provisions ……………………………904 1 总 则1.0.1 为使交流电气装置的过电压 保护和绝缘配合设计做到安全可靠、技术先进、经济合理，制定本规范。1.0.2 本规 范适用于交流标称电压 6kV,750kV 电力系统中发电、变电、输电、配电电气装置 和旋转电机的过电压保护和绝缘配合设计。1.0.3 交流电气装置的过电压保护和绝缘 配合，应结合电网结构、地区雷电活动特点、地闪密度及运行经验等，通过计算分 析和技术经济比较，进行差异化的设计。1.0.4 交流电气装置的过电压保护和绝缘配 合设计，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。 1 2 术 语2.0.1 中 性点高电阻接地方式 high-resistance neutral groundingmothod 系统中至少有一根导 线或一点通常是变压器或发电机的中性线或中性点经过高电阻接地。高电阻接地的 系统符合 R0?XC0 的准则，以限制由于电弧接地故障产生的瞬态过电压。 一般采 用接地故障电流 R小于 10A。 0 是系统等值零序电阻， C0 是系统每相的对地分 布容抗。 X2.0.2 中性点低?缱杞拥胤绞?low-resistance neutral groundingmothod 系统 中至少有一根导线或一点通常是变压器或发电机的中性线或中性点经过低电阻接 地。低电阻接地的系统可获得快速选择性继电保护所需的足够电流。对于一般系统， R0 与 X0 之比不小于 2(X0是系统等值零序感抗)，使瞬态过电压受到限制。2.0.3 中性点谐振接地方式 resonant neutral grounding mothod 系统中至少有一根导线或 一点通常是变压器或发电机的中性线或中性点经过电感接地，用于补偿系统单相对 地故障电流的容性分量。2.0.4 特快速瞬态过电压 very fast transient overvoltage VFTO 气 体 绝 缘 金 属 封 闭 开 关 设 备 GIS 和 复 合 电 器 HGIS ， 即 Hybrid-GIS的隔离开关在某些操作方式下，产生频率为数百 kHz 至数 MHz 的高频 振荡过电压，称为特快速瞬态过电压。2.0.5 地闪密度 ground flash density GFD 每 平方公里、每年地面落雷次数。2.0.6 少雷区 less thunderstorm region 平均年雷暴日 数不超过 15 的地区。2.0.7 中雷区 middle thunderstorm region 平均年雷暴日数超 过 15 但不超过 40 的地区。22.0.8 多雷区 more thunderstorm region 平均年雷暴日 数超过 40 但不超过 90 的地区。2.0.9 强雷区 strong thunderstorm region 平均年雷 暴日数超过 90 以及根据运行经验雷害特殊严重的地区。2.0.10 保护角 shielding angle 地线对导线的保护角指杆塔处、不考虑风偏，地线对水平面的垂线和地线与 导线(对分裂导线为最外侧子导线)的连线之间的夹角。 3 3 系统中性点接地方式 和电气装置绝 缘上作用的电压 3.1 系统中性点接地方式3.1.1 中性点有效接地方 式应符合下列规定: 1 110kV,750kV 系统中性点应采用有效接地方式。 在各种 条件下系统的零序与正序电抗之比X0/X1为正值并且不大于 3，而其零序电阻与正 序电抗之比R0/X1不大于 1。 2 110kV 及 220kV 系统中变压器中性点可直接接地;系统中部分变压器中性点由于限制短路电流原因不能直接接地时，如符合第3.1.1 条第 1 款时也可采用不接地方式。220kV 采用低阻抗接地方式，在技术经济方面更具优越性。 3 330kV,750kV 系统变压器中性点应直接接地或经低阻抗接地。3.1.2 中性点非有效接地方式可分为中性点不接地方式、中性点低电阻接地方式、中性点高电阻接地方式和中性点谐振接地方式。3.1.3 中性点不接地方式应符合下列规定: 1 6kV,20kV 不直接连接发电机、由钢筋混凝土杆或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有 35kV、66kV 系统，当单相接地故障电容电流不超过 10A 时，中性点可采用不接地方式;当超过 10A 又需在接地故障条件下运行时，应采用谐振接地方式。 2 不直接连接发电机的 6kV,20kV 电缆线路构成的系统， 当单相接地故障电容电流不超过 10A 时可采用中性点不接地方式;当超过 10A 又需在接地故障条件下运行时，宜采用中性点谐振接地方式。 3 发电机额定电压 6.3kV 及以上的系统，当发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，如单相接地故障电容电流不大于43.1.3 的电流允许值时，可采用中性点不接地方式;大于该允许值时，应采用中性点谐振接地方式，且故障点残余电流也不得大于该允许值。中性点谐振接地方式采用的消弧装置可装在厂用变压器中性点上，也可装在发电机中性点上;发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用中性点高电阻接地方式，电阻器一般接在发电机中性点变压器的二次绕组上。 表 3.1.3 发电机单相接地故障电流允许值 发电机 发电机 发电机 发电机 电流允许值 电流允许值 额定电压 额定容量 额定电压 额定容量 A A kV MW kV MW 6.3 ?50 4 13.8,15.75 125,200 2 10.5 50,100 3 ?18 ?300 1注:对额定电压为 13.8kV,15.75kV 的氢冷发电机，电流允许值为 2.5A。3.1.4 6kV,35kV 主要由电缆线路构成的配电系统、发电厂厂用电系统、风力发电场集电系统和除矿井的工业企业供电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点低电阻接地方式。此系统单相接地故障立即跳闸，电气设备、电缆可采用较低的绝缘水平。变压器中性点电阻器的电阻，在满足单相接地继电保护可靠性和过电压绝缘配合的前提下宜选较大值。3.1.5 6kV 和 10kV 配电系统以及发电厂厂用电系统，单相接地故障电容电流较小(?7A)时，可采用中性点高电阻接地方式。此系统单相接地故障不立即跳闸，故障总电流应不大于 10A。3.1.6 6kV,66kV 系统中，当单相接地故障电容电流超过本条各款的相应规定值时，宜采用中性点谐振接地方式，并应符合下列要求: 1 谐振接地系统，宜采用具有自动跟踪补偿功能的消弧装置。 2 正常运行情况下，自动跟踪补偿消弧装置应确保中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的 15。 3 系统发生接地故障时，自动跟踪补偿消弧装置应使故障点的残余电流不超过 10A。必要时可将系统分区运行。 4 自动跟踪补偿消弧装置消弧部分的容量应根据系统远景年 5的发展规划确定，并应按下式计算: U W 1.35 I c n 3.1.6 3式中:W ——自动跟踪补偿消弧装置消弧部分的容量 kVA; Ic ——接地电容电流 A; Un ——系统标称电压 kV。 5 自动跟踪补偿消弧装置装设地点应符合下列要求: 1 应保证系统在任何运行方式下，断开一、二回线路时，仍不致失去补偿。 2 不宜将多套自动跟踪补偿消弧装置集中安装在系统中的同一位置。 3 自动跟踪补偿消弧装置的消弧部分宜接于 YN，d 或 YN，yn，d 接线的变压器中性点上，也可接在 ZN，yn 接线的变压器中性点上。 接于 YN，d 接线的双绕组或 YN，yn，d 接线的三绕组变压器中性点上的消弧部分的容 量，不应超过变压器三相总容量的 50，并不得大于三绕组变压器的任一绕组的容量。 yn 如需将自动跟踪补偿消弧装置消弧部分接于 YN， 接线的变压器中性点，其容量不应超过变压器三相总容量的 20，但不应将自动跟踪补偿消弧装置消弧部分接于零序磁通经铁芯闭路的 YN， 接线yn的变压器，如外铁型变压器或三台单相变压器组成的变压器组。 4 如电源变压器无中性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器以连接自动跟踪补偿消弧装置， 其容量应与后者消弧部分的容量相配合。对新建变电站接地变压器还应计及站用电的需要，兼作站用变压器。 3.2 电气装置绝缘上作用的电压3.2.1 电气装置绝缘上作用的电压的典型波形见附录 A，按照作用电压的起因、幅值、波形及持续时间，可分为以下几类: 1 持续运行电压(其值不超过系统最高电压，持续时间等于设6备设计的运行寿命); 2 暂时过电压(包括工频过电压、谐振过电压); 3 操作(缓波前)过电压; 4 雷电(快波前)过电压; 5 特快速瞬态过电压(VFTO)。3.2.2 相对地暂时过电压和操作过电压标么值的基准电压应符合下列规定: 1 工频过电压的基准电压是 U m / 3 1.0p.u.， U m (有效值)为系统最高电压; 2 谐振过电压、操作过电压和特快速瞬态过电压的基准电压是 2U m / 3 1.0p.u.。3.2.3 系统最高电压的范围分为以下二类: 1 范围?，7.2kV?Um?252kV; 2 范围?，252kV,Um?800kV。 7 4 暂时过电压、操作过电压及限制 4.1 暂时过电压工频过电压、谐振过电压及限制4.1.1 范围?中的不接地系统工频过电压一般不超过 1.1 3p.u. 。中性点谐振接.