电力系统过电压的问题分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 电力系统过电压的问题分析 摘要：电力系统正常运行时，电 气设备的绝缘处于电源额定电压下，当 雷击、操作、故障、或参数配置等原因 使系统中某部分电压升高大大超过正常 运行的数值此称过电压。 中国论文网 /2/view-12911668.htm 关键词：过电压；电力系统； 内部过电压 操作过电压 操作过电压是系统操作和故障时 出现，是电网从一种稳态向另一新稳态 的过渡过程中产生的。其产生原因:1.切 除空载线路时过电压的根源是电弧重燃 及线路上的残余电压。2.空载线路的合 闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中，回路发生高频振荡造成的。3.在中 性点不接地的电网中发生单相金属接地 将引起正常相的电压升高到线电压。4. 切除空载变压器引起的过电压。各类操 作过电压依据系统的电压等级不同，显 示的重要性也不同。在电压等级较低的 中性点绝缘的系统中，单相间隙电弧接 地过电压最引人注意。对于电压等较高 的系统，随着中性点的直接接地，切除 空载变压器与空载线路分闸时过电压就 较为突出。而在超高压系统中，空载线 路的合闸过电压已成为重要的操作过电 压。 同样，在切除感性负载可能在电 容器和断路器上出现过电压。限制操作 过电压的措施有:1.选用灭弧能力强的高 压断路器。2.提高断路器动作的同期性。 3.断路器断口加装并联电阻。4.采用性 能较好的避雷器。5.电网中性点接地运 行。6、中性点经消弧线圈接地。 暂态过电压 谐振过电压是电力网中的电容元 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 件和电感元件参数的不利组合，由谐振 产生。其产生原因是:1.线性谐振过电压。 谐振回路由不带铁芯的电感元件如输电 线路的电感、变压器的漏感或励磁特性 接近线性的带铁芯的电感元件如消弧线 圈和系统中电容元件组成。2.铁磁谐振 过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件 如空载变压器、电压互感器和系统的电 容元件组成，因铁芯电感元件的饱和现 象，使回路电感参数是非线性的，当满 足一定谐振条件时产生铁磁谐振。3.参 数谐振过电压。由电感参数作周期性变 化的电感元件和系统电容元件组成回路， 当参数配合时，通过电感的周期性变化， 不断向谐振系统输送能量，造成谐振过 电压。 限制谐振过电压的措施:1.提高断 路器动作的同期性。防止非全相运行时 产生谐振过电压。2.在并联高压电抗器 中性点加装小电抗，阻断非全相运行工 频电压的传递及串连谐振。3.破坏发电 机产生自励磁的条件，防止谐振过电压。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 4.选用励磁特性较好的电压互感器或改 用电容式电压互感器。 工频过电压产生的原因:1.由于长 线路电容效应及电网运行方式的突然改 变引起工频过电压，但对超高压、远距 离输电确定绝缘水平起重要作用。2.不 对称短路引起的工频过电压，在单相或 两相不对称短路时，非故障相的电压可 达到较高值。3.突然甩负荷引起的工频 电压升高。 运行操作中限制工频过电压措施： （1）在双端电源的线路中，线路两端 的断路器必须遵循一定的操作程顺：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， 先切电源容量较小的一侧，后切电源容 量较大的一侧。这样可限制电容效应引 起的工频过电压。 （2）在中性点接地电 网中，操作中性点不接地的负载变压器 时，应将变压器中性点临时接地。 外部过电压 大气过电压又称为外部过电压， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 包括对设备的直击雷过电压和雷击于设 备附近时在设备上感应的过电压。为防 止直击雷对变电站设备的侵害，变电站 装有避雷针和避雷线。为防止进行波的 侵害，按电压等级装阀型避雷器、磁吹 避雷器、氧化锌避雷器和与此配合的进 线保护段，即架空地线、管型避雷器或 火花间隙，在中性点不接地系统中装消 弧线圈，可减少雷击跳闸次数。 3 电力系统的几种常见操作过电 压 操作过电压的产生及类型 产生：系统中对断路器的操作而 带来的过电压。 其过电压倍数 K 的大小和持续时 间与电网的结构、断路器的性能、系统 的接线方式及运行操作方式有关，K 一 般为 34。 类型： （1）空载线路合闸过电压 （2）切除空载线路过电压 （3）切除空载变压器过电压 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 （4）中性点不接地系统中弧光 过电压 我国电力系统中要求限制的内部 过电压倍数 系统电压等级（kV) 500 330 110220 60 及以下 内部过电压培数 K 2.4 2.75 3 4 操作过电压对系统的影响 220KV 及以下系统的绝缘水平由 雷闪过电压决定 操作过电压对设备绝缘的威胁不 大，可不采取专门的限制措施。 对于 220KV 以上的超高压、特 高压系统 其绝缘水平如果按（34） Umph(最大运行相电压的幅值）的操作 过电压来考虑，其绝缘费用将大幅度增 加，因此必须采取措施限制操作过电压 在一定水平下。 空载线路合闸过电压及其限制措 施 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 （1）计划性合闸：uc= E (1- cos0t) uc 线路绝缘上的电压，是一 个以电源电压 E 为轴线，以 0 为角频 率的高频正弦等幅振荡的随机量。其最 大值为 2 Em。 （2）故障后自动重合闸 线路出现故障时保护跳闸后，经 自动重合闸装置进行合闸操作。 此时线路上存在残余电压，产生 的过电压比计划合闸更严重。 考虑最严重的情况：假设合闸时 电源电压为+Em，残余电压为-Em 则振荡过程中电容上的最大电 压为： Uc = 稳态值（稳态值起始 值） = EmEm （ Em）=3Em （3）影响过电压的因素 合闸相位；线路残余电压的大小 与极性；断路器合闸的不同期；回路损 耗；电容效应 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 （4）限制过电压的措施 1）限制工频电压升高 2）采用带并联电阻的断路器 （400-600） 3）消除线路上的残余电荷 4）装设避雷器 5）同步合闸 空载线路分闸过电压及其限制措 施 （1）空载线路的分闸是电网中 最常见的操作之一，对于单端电源的线 路，正常或事故情况下，在将线路切除 时，一般总是先切负荷，后切电源，那 么后者的操作即为切空载线路。对于两 电源的断路器分闸无论哪一端先断开， 后断开的操作即为切空载线路。 uc= Ecos0t ic= Ecos(0t+900)/XCTXL) 则振荡过程中电容上的最大电压 为： Uc = 稳态值（稳态值起始 值） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 在分闸过程中，电弧的熄灭和重 燃具有很大的随机性，假若电弧每隔半 个周期重燃一次，由空载线路过电压的 产生过程可知：振荡过程中电容上的最 大电压将按 3Em、-5Em 、7Em、的 规律变化，愈来愈高，直到触头已有足 够的绝缘强度，电弧不再重燃为止。 影响过电压的因素 断路器性能；母线出线数；线路 负载及电磁式电压互感器；中性点接地 方式。 限制过电压的措施 提高断路器的性能 采用带并联电阻的断路器（400- 600） 切除空载变压器过电压及其限制 措施 切除空载变压器是一种常见的操 作，用断路器切除空载变压器时可能出 现幅值较高的过电压。空载变压器切除 前，流过空载变压器的电流几乎就是流 过励磁电感的电流，而且此空载电流仅 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 为变压器额定电流的 0.5%-4%，小的甚 至只有 0.3%。断路器的灭弧能力是按 切断大的电流（如短路电流）设计的， 在切断大电流时，断路分闸后触头断口 仍有电弧，这种电弧要到工频电流过零 时熄灭，此时等值电感 L 中贮藏的磁场 能量为零，在切除过程中不会产生过电 压。但当断路器切断相对很小的空载励 磁电流时，灭弧能力显得异常强大从而 使空载电流未到零之前就发生熄弧，造 成这种空载电流在某一数值突然降至零， 这就是所称的空载电流突然“载断” 。正 由于这种电流的“ 载断” ，使得载断前 L 中的磁场能量全部转变成载断后 C 中的 电场能量从而产生这种切空载变压器过 电压。 影响过电压的因素 断路器的灭弧性能：切断小电流 电弧时性能差的断路器，由于载流能力 不强，切空载变压器时过电压较低，切 断小电流电弧时性能好的断路器（如空 气断路器、六氟化硫断路器） ，由于载 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 流能力强，切空载变压器时过电压较高。 断路器去游离作用不强时（灭弧 能力差） ，载断后在断路器触头间可引 起电弧重燃，而这种电弧的重燃使变压 器侧的电容能量向电源释放，从而降低 这种过电压。 变压器引线电容较大时（如变压 器带有一段电缆或架空线）时，这使得 等值电容 C 加大从而降低这种过电压。 （3）限制过电压的措施 限制切除空载变压器过电压的主 要措施是采用阀型避雷器。这组避雷器 在非雷雨季节也不能退出运行。 间歇性接地过电压及其限制措施 间歇性接地过电压发生于中性点 不接地（也称中性点绝缘）的系统。中 性点不接地系统带来两个不利影响：非 故障相对地电压升高；引起间歇性接地 过电压。电力系统中大多数接地故障都 伴有电弧发生。在 610KV 线路中接 地电流超过 30A 时，2060KV 线路中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 接地电流超过 10A 时，接地电弧不会自 行熄灭，又不会形成稳定的持续电弧 （因为这种电弧电流并不足够大） ，而 是表现为电流过零时电弧暂时性熄灭， 随后在恢复电压的作用下又重新出现电 弧电弧重燃，而后过零时又暂时性熄 灭，重复上述过程，即出现电弧熄灭、 重燃的不稳定状态，这种电弧称之为间 歇性电弧，每次电弧熄灭和重燃的同时 将引起电磁暂态的振荡过渡过程，在过 渡过程中会出现过电压，这种过电压就 是间歇性接地过电压。中性点不接地系 统发生间歇性电弧接地时，非故障相上 最大过电压达 3.5 倍相电压，而故障相 上最大过电压为 2.0 倍相电压。 间歇性电弧的条件：一是电弧性 接地，二是接地电流超过某数值。 过电压幅值=稳态值+（稳态值- 初始值） 影响间歇性接地过电压的因素 1）电弧熄灭与重燃时的相位。 2）系统的相关参数。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 3）中性点接地方式。 （3）限制过电压的措施 间歇性接地过电压仅存在于中性 点不接地系统中，若将中性点直接接地， 一旦发生单相接地，则形成单相短路， 接地点流过很大的电流，不会出现间歇 性电弧，从而彻底消除间歇性接地过电 压。但接地点流过很大的短路电流，电 弧不能自行熄灭，要靠保护动作切除