前言

本标准是非等效国际电工委员会IEC 71-1：1993《绝缘配合 第1部分：定义、原理和原则》对GB 311.1-83《高压输变电设备的绝缘配合》进行修订的。主要的修订内容有：

1）标准中除设备的相对绝缘外，还增列了相间绝缘和纵绝缘；

2）设备上的作用电压增加了“陡波前过电压”和“联合过电压”，前者主要是由GIS中隔离开关操作引起的，后者则分别作用于相间绝缘和纵绝缘。相应的试验电压类型增加了“陡波前冲击试验”（在考虑中）和“联合电压试验”；

3）据IEC 71-1给出了各类作用电压的典型波形（图1）；

4）对10kV和35kV的设备的外绝缘干状态下短时工频耐受电压的数值分别提高到42kV和95kV，但这并不意味着对外绝缘的要求或绝缘水平提高，因为在此电压范围内，绝缘水平主要是由雷电冲击耐受电压决定的；

5）据IEC 71-1增加3/9次冲击耐受电压试验程序（6.3.2）；

6）对变压器类设备的截断冲击，提高了跌落时间，一般不大于0.7us，截波过零系数不大于0.3的要求，这样的规定和同类国际标准一致，技术上比较合理。

本标准和IEC 71-1的主要内容和技术要求基本上是一致的，但也存在某些差异，包括：①IEC 71-1：1993为说明绝缘配合的过程引入了多个“耐受电压”的术语和配合程序图，这虽对理解绝缘配合过程有一定帮助，但过于烦琐，未于采用；②Um<72.5kV设备的外绝缘干状态短时工频耐受电压比IEC71-1中的规定值高；③范围II的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压的反极性工频电压的幅值为（0.7~1.0） Um，IEC 71-1中规定仅为0.7 Um，也偏高。故本标准只能为非等效采用IEC 71-1。

本标准自实施之日起，代替GB 311.1-83。

本标准由中华人民共和国机械工业部提出。

本标准由全国高压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会归口。

本标准由西安高压电器研究所和武汉高压研究所负责起草。

本标准主要起草人：冯昌远、朱家骝、谷定燮、王秉钧、潘炳宇、郁祖培、戈东方。

  

中华人民共和国国家标准

高压输变电设备的绝缘配合

Insulation co-ordination for high voltage transmission and distribution equipment

GB 311.1-1997

neq IEC 71-1:1993

代替GB 311.1-83

1   主题内容与适用范围

1.1   主题内容

本标准规定了三相交流系统中的高压输变电设备的相对地绝缘、相间绝缘和纵绝缘的额定耐受电压的选择原则，并给出了供通常选用的标准化的耐受电压值。

在制定各设备标准时，应根据本标准的要求，规定适合于该类设备的额定耐受电压和试验程序。

1.2   适用范围

1.2.1   本标准适用于设备最高电压大于1kV的三相交流电力系统中使用的下列户内和户外输变电设备。

a）变压器类：电力变压器、并联电抗器、消弧线圈和电磁式电压互感器；

b）高压电器：断路器、隔离开关、接地短路器、熔断器、限流电抗器、电流互感器、封闭式开关设备、封闭式组合电器、组合电器等；

c）组合式（箱式）变电站；

d）电力电容器：耦合电容器（包括电容式电压互感器）、并联电容器、交流滤波电容器；

e）高压电力电缆；

f）变电站绝缘子、穿墙套管；

g）阀式避雷器绝缘外套。

1.2.2   本标准不适用于：

a）安装在严重污秽或带有对绝缘有害的气体、蒸汽、化学沉积物的场合下的设备；

b）相对湿度较高且易出现凝露场合的户内设备。

2   引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB 156-1993   标准电压

GB/T 16927.1-1997   高电压试验技术   第一部分：一般试验要求

GB/T 16927.2-1997   高电压试验技术   第二部分：测量系统

GB 11032-89   交流无间隙金属氧化物避雷器

GB 7327-87   交流系统用碳化硅阀式避雷器

GB 2900.19-94   电工术语   高电压试验技术和绝缘配合

GB 311.7-88   高压输变电设备的绝缘配合使用导则

3   使用条件

3.1   标准参考大气条件

标准参考大气条件为：

——温度   t0=20℃

——压力   p0=101.3kPa

——绝对湿度   h0=11g/m3

本标准规定的额定耐受电压均为相应于标准参考大气条件下的数值。

3.2   正常使用条件

本标准规定的额定耐受电压，适用于下列使用条件下运行的设备：

a）周围环境最高空气温度不超过40℃

b）安装地点的海拔高度不超过1000m。

3.3   对周围环境空气温度高于40℃处的设备，其外绝缘在干燥状态下的试验电压应取本标准的额定耐受电压值乘以温度校正因数Kt

式中：T——环境空气温度，℃。

3.4   对用于海拔高于1000m，但不超过4000m处的设备的外绝缘及干式变压器的绝缘，海拔每升高100m，绝缘强度约降低1%，在海拔不高于1000m的地点试验时，其试验电压应按本标准规定的额定耐受电压乘以海拔校正因数Ka

式中：H——设备安装地点的海拔高度，m。

3.5   设备适用的电力系统中性点的接地方式，最高电压72.5kV及以下为非有效接地系统或有效（直接）接地系统，最高电压126kV及以上应为有效（直接）接地系统。

4   绝缘配合基本原则

4.1   绝缘配合

考虑的采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。

4.2   设备上的作用电压

设备在运行中可能受到的作用电压，按照作用电压的幅值、波形及持续时间，可分为：

——持续工频电压（其值不超过设备最高电夺Um，持续时间等于设备设计的运行寿命）；

——暂时过电压（包括工频电压升高、谐振过电压）；

——缓波前（操作）过电压；

——快波前（雷电）过电压；

——陡波前过电压；

——联合过电压。

各类作用电压的典型波形如图1。

4.3   设备最高电压Um的范围

范围I：1kV≤Um≤252kV

范围II：Um>252kV

4.4   绝缘试验

4.4.1   绝缘试验类型

图1   各类作用电压的典型波形

本标准中考虑了下述几类绝缘试验：

a)短时(1m血)工频试验；

b)长时间工频试验，

c)操作冲击试验；

d)雷电冲击试验；

e)陡波前冲击试验；

f)联合电压试验。

操作和雷电冲击试验可以是耐受试验，也可以是50%破坏性放电试验，此时，绝缘对额定冲击耐受电压的耐受能力可由其50%破坏性放电电压的测量值中推出，它只适用于自恢复绝缘。

短时工频试验是耐受试验，

短时工频、操作和雷电冲击以及联合电压试验之额定耐受电压值均在本标准中规定。但对长时间工频耐受电压仅给出一般规定，供制定各类设备标准时考虑。

4.4.2   绝缘试验类型的选择

在本标准中，对不同的电压范围，选用不同类型的绝缘试验。设备的类型也会影响试验类型的选择。

4.4.2.1   范围I的设备在持续工频电压、暂时过电压和操作过电压下的相对地和相间绝缘性能，一般用短时工频和雷电冲击电压试验来检验。

在雷电过电压下，设备的相对地和相间绝缘性能用雷电冲击试验检验。

当内绝缘的老化和外绝缘的污秽对持续工频电压及暂时过电压下的设备绝缘性能有影响时，宜作长时间工频电压试验，并测量局部放电量。长时间工频电压试验在有关设备标准中规定。

注：220kV变压器一般要作长时间工频电压试验。

4.4.2.2   范围II的设备在持续工频电压、暂时过电压和操作过电压下的绝缘性能用不同类型的试验予以检验。在持续工频电压及暂时过电压下，设备对老化或污秽的适应性宜用长时间工频试验检验，并测量局部放电量。长时间工频电压试验在有关设备标准中规定。

在操作过电压下设备的绝缘性能用操作冲击试验检验。

在雷电过电压下设备的绝缘性能用雷电冲击试验检验。

设备的相间绝缘性能用操作冲击试验检验。

4.4.2.3   开关设备的纵绝缘，按不同的电压范围，选用不同的绝缘试验类型：

a)范围I的开关设备的纵绝缘性能用短时工频电压和雷电冲击电压或联合电压试验检验。

b)范围II的开关设备的纵绝缘性能用雷电、操作冲击电压和工频电压的联合电压试验检验。

4.4.2.4   设备在陡波前过电压下的绝缘性能用陡波前冲击电压试验检验。关于陡波前冲击试验的规定，在考虑中。

4.5   绝缘配合方法的选择

绝缘配合方法有确定性法(惯用法)，统计法及简化统计法。

由于在试验时对设备绝缘需要施加的冲击电压次数较多，电压幅值会超过额定耐受电压值，并需对系统的过电压进行广泛深入的研究，故绝缘配合统计法在实际应用上受到某些限制，但用于各种因素影响的敏感度分析是很有效的。

当降低绝缘水平具有显著经济效益，特别是当操作过电压成为控制因素时，统计法才特别有价值。因此，在本标准中统计法仅用于范围Ⅱ的设备的操作过电压下的绝缘配合。

在所有电压范围内，当设备绝缘主要是非自恢复型时，为检验耐受强度是否得到保证，一般只能加有限次数的冲击(如在给定条件下加3次)，因此，尚不能考虑将绝缘故障率作为定量的设计指标，统计法至今仅用于自恢复型绝缘。

4.5.1   统计法

设备绝缘故障具有统计特性，统计法旨在对绝缘故障率定量并将其作为绝缘设计中的一个性能指当对某种过电压计算绝缘故障率时，需要给出此过电压及设备的绝缘特性两者各自的分布规律。

4.5.2   简化统计法

在简化统计法中，对概率曲线的形状作了若干假定(如已知标准偏差的正态分布)，从而可用与一给定概率相对应的点来代表一条曲线。在过电压概率曲线中称该点的纵坐标为“统计过电压”，其概率不大于2%，而在耐受电压曲线中则称该点的纵坐标为“统计冲击耐受电压”，设备的冲击耐受电压的参考概率取为90%。

绝缘配合的简化统计法是对某类过电压在统计冲击耐受电压和统计过电压之间选取一个统计配合系数，使所确定的绝缘故障率从系统的运行可靠性和费用两方面来看是可以接受的。

额定操作和雷电冲击耐受电压宜从本标准5.2条的标准值中选取。

4.5.3   确定性法(惯用法)

绝缘配合的确定性法(惯用法)的原则是在惯用过电压(即可接受的接近于设备安装点的预期最大过电压)与耐受电压之间，按设备制造和电力系统的运行经验选取适宜的配合系数，相应的耐受电压宜从5.1.5.2的标准值中选取。

4.6   持续工频电压和暂时过电压下的绝缘配合

对范围I的设备所规定的短时工频耐受电压，一般均能满足在正常运行电压和暂时过电压下的要求。

为检验设备老化对内绝缘性能、污秽对外绝缘性能的影响所进行的长时间工频试验，应在有关设备标准中规定，下面仅给出应遵循的一般规则。

4.6.1   对正常运行条件，绝缘应能长期耐受设备最高电压。

4.6.2   设备在预期的寿命期内不致因局部放电而使绝缘显著劣化以及在最苛刻的工况下，绝缘不会失去热稳定性。为尽可能符合实际，应用工频电压试验检验，试验时所加电压可高于 ，而持续时间由系统工况决定。同时应使所有元件上的作用电压与运行时的值成比例。

4.6.3   在有关设备标准中可规定设备耐受工频电压升高的允许时间，并确定有关的试验程序、试验电压及试验条件。

4.7   操作和雷电过电压的绝缘配合

在所有情况下，进行绝缘配合时应考虑：设备安装点的预期过电压值、系统与设备的电气特性、类似的系统的运行经验以及所有保护装置的限压效果。

设备的相对地绝缘的额定耐受电压是确定设备的相间绝缘和纵绝缘额定耐受电压的基础。

4.7.1   雷电过电压下的绝缘配合

4.7.1.1   相对地绝缘

对受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压由避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc计算选定。

4.7.1.2   相间绝缘

在所有电压范围内，相间绝缘的额定雷电冲击耐受电压均取相应的相对地绝缘的耐受电压值。

4.7.1.3   开关设备的纵绝缘

a)范围I的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压一般等于相对地绝缘的耐压值，但隔离断口的耐受电压可高于相应的相对地的数值，宜在开关设备标准中规定。

b)范围II的设备纵绝缘的额定雷电冲击耐受电压由两个分量组成，一为相对地的额定雷电冲击耐受电压；另一为反极性的工频电压，其幅值为 。

4.7.2   操作过电压下的绝缘配合

4.7.2.1   相对地绝缘

a）范围I的设备

根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性，并取一定的配合因数Kc计算、选取额定短时工频耐受电压。

b）范围II的设备

根据设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性并取一定的配合因数Kc计算、选取设备的额定操作冲击耐受电压。

4.7.2.2   相间绝缘

a）范围I的设备的相同绝缘额定短时工频耐受电压取相应的相对地绝缘的耐受电压值。应保证两类绝缘均满足要求。

b）范围II的设备的相间绝缘的额定操作冲击耐受电压等于相应的相对地绝缘的耐受电压值乘以系数Kpe，通常Kpe≥1.5。

4.7.2.3   开关设备的纵绝缘

a）范围I的设备的纵绝缘的额定短时工频耐受电压一般取相应的相对地绝缘的耐受电压值，但隔离断口的耐受电压可高于相应的相对地的数值，宜在开关设备标准中规定。

b）范围II的设备的纵绝缘的额定操作冲击耐受电压（表2栏7）由两个分量组成，其一为相对地的额定操作冲击耐受电压，另一为反极性的工频电压，其幅值为 。

4.7.3   配合因数Kc

选取Kc时应考虑到下列因素：绝缘类型及其特性；性能指标；过电压幅值及分布特性；大气条件；设备生产、装配中的分散性及安装质量；绝缘在预期寿命期间的老化，试验条件及其他未知因数。

对雷电冲击：根据我国情况，一般取Kc≥1.4；

对操作冲击：一般取Kc≥1.15；

5   绝缘水平

5.1   额定短时工频耐受电压的标准值（有效值），kV

10   20   28   38   50   70   95   140   185   230   275

325   360   395   460   510   570   630   680   740

5.2   额定冲击耐受电压的标准值（峰值），kV

20   40   60   75   95   125   145   170   250   325   450

550   650   750   850   950   1050   1175   1300

1425   1550   1675   1800   1950   2100   2250   2400

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