Page 256 - 电气自动化下电力生产技术及安全管理

电气自动化下电力生产技术及安全管理

（四） 电力系统过电压及其防护

研究电力系统中各种过电压，以便合理确定其绝缘水平是高电压技术的重要内容之
一。电力系统的过电压包括雷电过电压（又称大气过电压）和内部过电压。雷击除了威胁
输电线路和电气设备的绝缘外，还会危害高建筑物、通信线路、天线、飞机、船舶和油
库等设施的安全。目前，人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，基本措施就是加
装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈和自动重合闸
等防雷保护装置。避雷针和避雷线用于防止直击雷过电压。避雷器用于防止沿输电线路
侵入变电所的感应雷过电压，有管型和阀型两种。现在广泛采用金属氧化物避雷器
（又称氧化锌避雷器）。电力系统对输电线路，发电厂和变电所的电气装置都要采取防雷

保护措施。
电力系统内过电压是因正常操作或故障等原因使电路状态或电磁状态发生变化，引
起电磁能量振荡而产生的。其中，衰减较快、持续时间较短的称为操作过电压；无阻尼
或弱阻尼、持续时间长的称为暂态过电压。
过电压与绝缘配合是电力系统中一个重要的课题，首先需要清楚过电压的产生和传
播规律，然后根据不同的过电压特征决定其防护措施和绝缘配合方案。随着电力系统
输电电压等级的提高，输变电设备的绝缘部分占总设备投资的比重越来越大。因此，
采用何种限压措施和保护措施，使之在不增加过多的投资前提下，既可以保证设备安
全使系统可靠地运行，又可以减少主要设备的投资费用，这个问题归结为绝缘如何配
合的问题。

二、高电压与绝缘技术的发展

（一） 天然材料的出现拉开了电机绝缘的帷幕

最初的电机绝缘材料多是由天然材料构成，包括纤维素、丝、麻、棉等纤维制品、
精炼石油、石蜡和沥青等树脂或是由砂、云母、石棉等材料磨成的天然填料。考虑到天
然材料的局限性，刚开始的电机绝缘工作只采用了最低的设计标准，无论是对运行环境
的要求还是整个绝缘技术的力学性能、电气性能都位于一个较低的水平，但优点也是显
而易见的。以 1947 年国际广泛采用的粉云母纸绝缘材料为例，其主要成分是铝硅酸盐，
具有较优秀的基面剥离性，即能够从一个方向剥离成大量薄而韧的弹性叠层，在保障了
较高材料利用率的同时也不会对环境产生较大的污染。因此，对环境无污染的天然材料
的出现拉开了电机绝缘的帷幕，但其较低的性能也促进着绝缘技术不断向前发展。

（二） 合成聚合物的应用使环境污染问题日益严重
合成聚合物研制的本意并不是用于绝缘技术，但随着 1978 年 24kV 的汽轮发电
机首次应用合成聚合物，合成聚合物开始在高电压外绝缘技术中得到了广泛的应用。

20 世纪后期，合成聚合物和树脂的种类有了迅速的增加，聚酯、聚酰亚胺、二苯醚等

- 246-