变电站空气间隙包括导线对构架的最小电气距离，变电站设备对构架的最小电气距离和变电站相间的最小电气距离。空气间隙应能承受工频过电压、操作过电压和雷电过电压的作用。
9.3.1.1 工频过电压下空气间隙确定
1）相地间隙
变电站相地间隙多数不受风偏的影响，在确定间隙距离时以变电站相对地最大工频暂时过电压Up（1.4p.u.）作为代表性工频过电压进行校核。
变电站相地间隙的50%工频放电电压要求值应满足下式要求：
U50.1.r=kskcUp=1.05×1.06×1.4p.u.=1399（kV）
式中，ks为安全因数，取1.05；kc为配合系数，取1.06。下文中间隙工频放电曲线为工频峰值电压放电曲线，50%放电电压为工频峰值电压。
海拔高度为1000m时的大气校正因数ka为1.131。可得海拔1000m下空气间隙在标准大气条件下要求耐受电压为1582kV。
在得到设备间隙工频放电电压要求值后，对照设备相地间隙的工频放电电压曲线可以得到间隙距离。
相地间隙工频放电电压曲线[1]如图9-2所示：
图9-2 变电站相地空气间隙工频放电电压曲线
注：a为软导线对构架柱工频放电曲线，b为管型母线对构架柱工频放电曲线，c为均压环对构架柱工频放电曲线。
根据工频放电电压要求，查上述相关放电电压曲线，可得出变电站相地间隙的工频放电间隙距离，如表9-1所示。
表9-1 工频电压下变电站相地间隙距离
标准规定海拔不超过1000m时变电站工频下相地间隙推荐距离如表9-2所示。
表9-2 工频电压下变电站相地间隙最小空气距离
注：导线对构架包含软导线对构架柱，管型母线对构架柱，设备对构架包含均压环对构架柱。
根据放电电压曲线得出的设备对构架间隙距离为4.6m，而文献[1]中推荐的设备对构架间隙距离为4.2m。二者之间有一定的偏差，但这并不会影响该空气间隙距离的最终选取结果。因为设备对构架的间隙距离还需要综合考虑操作冲击与雷电冲击，根据9.3.1.2小节分析，操作冲击下设备对构架空气间隙推荐7.5m，明显高于工频电压下的间隙距离要求。因此，本节根据放电曲线得出的设备对构架间隙距离与推荐值之间存在一些偏差并不会影响最终结果。
2）相间间隙
相间电压最大值发生在双回线路无故障分闸时，此时相间电压Up可达
。此时间隙50%放电电压为
式中，ks为安全裕度，取1.05；kc为配合系数，取1.06[1]；Upp为相间最大工频过电压，取
。
相间间隙工频放电电压要求值为
考虑1000m海拔修正系数1.131，修正值为2545kV。
9.3.1.2 操作冲击下空气间隙确定
1）相地间隙
以变电站的相对地操作统计过电压Urp（1.7p.u.）为典型过电压，相地间隙操作冲击90%耐受电压Urw为
式中，Urp为变电站相对地典型操作过电压；ks为安全因数，取1.05；kcs为统计配合系数，取1.15。
转换为50%放电电压要求值为
式中，
为操作冲击放电电压分布变异系数，取0.06。计算可得U50.1.r为1997kV。
由于本书中变电站操作冲击放电曲线的试验波波头时间为250μs，而特高压系统中操作过电压波头时间多在1000μs以上，因此，需要进行波形校正，校正系数取为1.13，校正后50%放电电压要求值为1767kV。
对高海拔地区变电站要进行海拔校正，1000m海拔时操作放电电压海拔修正系数为1.056，修正后为1866kV。
相地间隙标准操作冲击放电电压曲线[1]如图9-3所示。
图9-3 变电站相对地操作过电压放电电压曲线
注：a为管型母线对构架柱放电电压曲线，b为均压环对构架柱放电电压曲线，c为软导线对构架梁放电电压曲线，d为软导线对构架柱放电电压曲线。
根据操作冲击50%放电电压要求，查上述相关放电电压曲线，可得出操作冲击电压下所要求的间隙距离，如表9-3所示。
表9-3 海拔1000m下操作冲击电压下变电站相地间隙距离
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标准规定海拔不超过1000m时变电站操作冲击下相地间隙推荐距离如表9-4所示。
表9-4 操作冲击电压下变电站相地间隙最小空气距离
注：导线对构架包含软导线对构架柱，管型母线对构架柱，设备对构架包含均压环对构架柱。
2）相间间隙
以变电站的相间操作统计过电压Urp（不大于2.9p.u.）为典型过电压，相地间隙操作冲击90%耐受电压Urw为
式中，Urp为变电站相间典型操作过电压；ks为安全因数，取1.05；kcs为统计配合系数，取1.15。
转换为50%放电电压要求值为
式中，
为操作冲击放电电压分布变异系数，取0.06。计算可得U50.1.r为3270kV。
波形校正系数为1.131，校正后时放电电压要求值为2894kV。
对高海拔地区变电站要进行海拔校正，海拔1000m时操作放电电压海拔修正系数为1.065，修正后为放电电压要求值为3082kV。
变电站相间间隙操作冲击放电电压曲线[1]如图9-4所示：
图9-4 相间间隙操作过电压放电电压曲线
注：a为软导线相间放电电压，b为管型母线相间放电电压，c为均压环相间放电电压。
根据变电站相间操作放电电压要求，查上述相关放电电压曲线，可得出操作过电压要求的相间间隙距离，如表9-5所示。
表9-5 变电站操作冲击放电电压要求值对应的相间空气间隙距离
标准规定海拔不超过1000m地区变电站操作冲击下相间最小空气间隙推荐值如表9-6所示。
表9-6 变电站操作冲击下相间最小空气间隙推荐值
9.3.1.3 雷电冲击下空气间隙确定
1）相地间隙
变电站相对地空气间隙的正极性雷电冲击电压波50%放电电压U50应符合下式的要求：
式中，Upl为避雷器在标称雷电流20kA下的额定残压值，1620kV；k4为变电站相对地空气间隙雷电过电压配合系数，取1.45。ka为海拔修正系数，海拔1000m时修正系数ka为1.131。
计算得海拔1000m时正极性（正极性雷电击穿电压略低于负极性雷，从严考虑，本书计算中选取正极性雷放电电压数值）雷电冲击放电电压要求值为2657kV。
变电站相地间隙雷电冲击放电曲线[1]如图9-5所示：
图9-5 变电站相地间隙雷电冲击50%放电电压曲线
注：a为导线对构架柱间隙放电电压曲线，b为导线对构架柱间隙放电电压曲线，c为管型母线对构架柱间隙放电电压曲线，d为均压环对构架柱间隙放电电压曲线。
根据变电站相地间隙雷电冲击放电电压要求，查上述相关放电电压曲线，可得出雷电冲击放电电压要求值下所对应的间隙距离，如表9-7所示。
表9-7 雷电冲击电压下变电站相地间隙距离
标准规定海拔不超过1000m地区变电站雷电冲击相地间隙推荐距离如表9-8所示。
表9-8 雷电冲击电压下变电站相地间隙最小空气距离
2）相间间隙
对于雷电冲击下的相间空气间隙，由于受到工频电压的影响，间隙击穿电压可能会下降，因此文献[1]推荐相间间隙距离可取相地间隙的1.1倍。
9.3.1.4 变电站最小空气间隙距离建议值
标准规定海拔高度不超过1000m地区1000kV变电站最小空气间隙距离推荐值如表9-9所示：
表9-9 特高压变电站最小空气间隙（m）
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