电力系统中的工频过电压

1、 7 电力系统中的工频过电压 内部过电压内部过电压 电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在 0.ls（五个工频周波）以内的过电压称为操作过电压。 暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。 由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过值与额定电压成正比，工程上内部过

2、电压的大小用内部过电压倍数电压倍数kn表示表示最高运行相电压幅值过电压幅值nk最高运行相电压幅值最高运行相电压幅值eU32)15. 11 . 1 (内部过电压内部过电压工频电压升高工频电压升高谐振过电压谐振过电压空载长线容升效应空载长线容升效应不对称短路不对称短路甩负荷甩负荷操作过电压操作过电压切、合空载长线过电压切、合空载长线过电压切空载变压器过电压切空载变压器过电压弧光接地过电压弧光接地过电压暂时过电压暂时过电压线性谐振线性谐振非线性谐振非线性谐振参数谐振参数谐振断路器断路器单相接地单相接地 电力系统中的工频过电压电力系统中的工频过电压 n工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有工频

3、电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着危险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的作用主要的作用 1）工频电压升高再叠加操作过电压）工频电压升高再叠加操作过电压 过电压幅值高过电压幅值高 2）影响避雷器的最大允许工作电压）影响避雷器的最大允许工作电压 灭弧电压灭弧电压最高最高工频电压工频电压 3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 游离、老化、污闪、干扰等游离、老化、污闪、干扰等 我国我国500kV电网电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过要求母线的暂态工频电压升高不超过工频电压的工频电压的1

4、.3倍（倍（420kV），线路不超过），线路不超过1.4倍倍（444kV），空载变压器允许），空载变压器允许1.3倍工频电压持续倍工频电压持续1min7.1 空载长线路的电容效应空载长线路的电容效应 n由于电感与电容上压降反相由于电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗，且线路的容抗远大于感抗，使使U2U1，而造成线路末端的电压高于首端的电压。，而造成线路末端的电压高于首端的电压。 忽略忽略r的作用的作用 )(221CLCLXXI jUUU21LUUU在数值上在数值上 n输电线路的传播系数，输电线路的传播系数， 为相位移系数，为相位移系数， 为衰减系为衰减系数，数，Zc为线路特性阻抗（波阻

5、抗）；为线路特性阻抗（波阻抗）； )(0000CjGLjRj0000CjGLjRZC忽略线路损耗忽略线路损耗 00CLZC00jL Cjjxxchcosxjxshsin n在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的相位相差为相位相差为2的两点间的距离称为波长。的两点间的距离称为波长。n 一条输电线路的电气长度，常用它的实际几何长度同一条输电线路的电气长度，常用它的实际几何长度同波长之比来衡量。线路的长度为，则它对于波长的相波长之比来衡量。线路的长度为，则它对于波长的相对长度为对长度为 0000122CLfCL2*lll长线路的入口阻抗长线路的入

6、口阻抗 当线路末端短路时，即当线路末端短路时，即XL=0 当线路末端开路时，即当线路末端开路时，即XL CkZjZ ctgZ 输电线路的参数输电线路的参数 空载长线路的沿线电压分布空载长线路的沿线电压分布 空载线路，空载线路， ll=1500km时，时， U2， 1/4波长谐振波长谐振n考虑电源漏抗考虑电源漏抗 Xs11SEjX IUn电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路末端的电压升高。末端的电压升高。n在单电源供电系统中，应以最小运行方式的在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估为依据，估算最严重的工频电压升高。算最

7、严重的工频电压升高。 n对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。起的工频电压升高。并联电抗器的均压作用并联电抗器的均压作用 11SEjX IUn线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压线路末端接有并联电抗器时，线路末端电

8、压U2将随电将随电抗器的容量增大（抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电减小）而下降。这是因为并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。电容电流，削弱了电容效应。n空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布 沿线电压最大值应出现在沿线电压最大值应出现在x=处，线路最高电压为处，线路最高电压为coscos()EUn在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路

9、的首端和输电线的中部。线路器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。n并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。 7.2 不对称接地引起的工频过电压不对称接地引起的工频过电压 n当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路当系统发生单相或两相不对称对地短路故障

10、时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。的工频电压作用下熄灭工频续流。 n单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的依据。依据。n在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法，在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法，利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。利用复合序

11、网进行分析计算非故障相的电压升高。 A A相发生接地，故障点的边界条件为相发生接地，故障点的边界条件为021021ZZZEIIIA111IZEUA222IZU000IZU 2202012202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZ010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 32jea 2001101()() 13()2BCXXXXUUEEXX：接地系数，说明单相接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值与故障前故障相对地电压有效值之比。忽略序阻抗中的电阻分量忽略序阻抗中的电阻分量n 中性点绝缘的系统中性点绝缘的系统：X0

12、 主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时，主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时，健全相电压升高约为线电压的健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍（倍（K= -20）。选择避雷器灭弧电压时，）。选择避雷器灭弧电压时，取取 110% 的线电压（的线电压（110% 避雷器）。避雷器）。n 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，：在过补偿状态运行时，X0 为很大的正值；为很大的正值；欠补偿运行时，欠补偿运行时， X0 为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电压。为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电压。选择避雷器灭弧电压时，取选择避雷器灭弧电压时，取 100%

13、的线电压（的线电压（100% 避雷器）。避雷器）。n 对中性点直接接地的对中性点直接接地的110 220kV系统系统：X0 为不大的正值，一般为不大的正值，一般X0/X13，健全相上电压升高不大于，健全相上电压升高不大于1.4倍相电压，约为倍相电压，约为80% 的线电压的线电压（ 80% 避雷器）。避雷器）。 n 当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，与其相应的电源电势与其相应的电源电势Ed 不变。原来负荷的电感电流对主磁不变。原来负荷的电感电流对主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起通的去磁效应突然消失，而空载线

14、路的电容电流对主磁通起助磁作用，使助磁作用，使Ed上升。因此加剧了工频电压的升高。上升。因此加剧了工频电压的升高。n 其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。转速的增加而增加，而且加剧了线

15、路的电容效应。 7.3 甩负荷引起的工频电压升高甩负荷引起的工频电压升高工频电压升高的限制措施工频电压升高的限制措施目前我国规定：目前我国规定：330kV，500kV，750kV 系统，母线上的暂态工频过电压升高不超过最高工作相电压的 1.3 倍，线路不超过 1.4 倍。 利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应2p2jUX I122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ2121coscos()UKUlRj ctg()ZZl parctgZX1R01RSSctg()jctg()UZZlKEZXXZl020112coscoscos()KK K

16、l2021cosUKEl不考虑电源感抗202coscoscos()UKEl末端接入电抗器202coscos()UKEl考虑电源感抗n 线路的电容电流流过电源感抗也会造成电压升，同样会增加电容效应，犹如增加了导线的长度一样。显然，电源容量越小，电容效应越严重。 n 在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。 n 电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。 利用静止补偿器补偿限制工频过电压利用静止补偿器补偿限制工频过电压可控硅开关投切电容器组 可控硅相角控制的电抗器组 SVC具有时间响应快、维护简单、可靠性高等优点。当系统由于某种原因发生工频电压升高时，TSC断开，TCR导通，吸收无功功率，从而降低工频过电压。根据需要，可改变TCR，TSC的导通相角，达到调节系统无功功率，控制系统电压，提高系统