高压技术课件(部分)2006[1].5.19

高电压技术四川水利职业技术学院 第5章电力系统内部过电压及其限制 5 1电力系统工频过电压5 2电力系统操作过电压5 3电力系统谐振过电压 5 1电力系统工频过电压 一 电力系统内部过电压的概念1 定义 在电力系统内部 由于断路器的操作或系统发生故障 使系统参数了发生变化 引起电磁能量的转化或传递 在系统中出现的过电压 2 类型 1 工频电压升高 2 操作过电压 3 谐振过电压3 特点 1 过电压的能量来源于电网本身 2 过电压的幅值与电网的工频电压大致有一定的倍数关系 通常以系统的最高运行相电压为基础计算过电压倍数K 3 过电压持续的时间较长 5 1电力系统工频过电压 续 二 电力系统工频过电压1 工频过电压的产生 系统正常运行或故障时产生 如 1 空载长线路末端电压的升高 2 发生单相接地故障时 非故障相电压的升高 3 甩负荷引起的工频电压升高2 特点 1 过电压倍数不大 对正常绝缘的电气设备一般没有危险 2 在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素 a 工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值 b 工频电压升高是决定保护电器 避雷器 工作条件的重要因素 3 工频电压升高持续时间长 对设备的绝缘不利 3 形式 1 空载长线路末端电压升高 2 不对称短路引起的工频电压升高 3 甩负荷引起的工频电压升高三 空载长线路电容效应引起的电压升高1 输电线路的等值电路 2 首端与末端电压之比为 对于无穷大容量的系统 可以证明 式中 相位常数 0 06 KMl 线路长度即说明线路末端电压高于首端电压 线路越长 末端电压越高 这种现象是由于电容性充电电流造成的 称为电容效应 返回首页 5 1电力系统工频过电压 续 线路的等值电路图 5 1电力系统工频过电压 续 3 系统电源容量对电容效应的影响沿线路的工频电压按余弦规律分布K20 U2 E COS COS l arctgXs Z式中 Xs 系统电源的等值阻抗Z 导线的波阻抗可见 电源容量越小 电抗越大 工频电压升高越严重 即电源电抗的存在相当于使线路变长了 举例说明 四 不对称短路引起的工频电压升高1 系统发生单相或两相接地故障时 非故障相 健全相 上工频电压将升高 阀式避雷器的灭弧电压是以此升高值决定 2 分析单相接地 以A相接地为例 利用对称分量法可以求出 推导从略 式中 接地系数零序电抗的大小与系统中性点接地方式有关 1 对于3 10KV系统 中性点绝缘系统 由线路容抗决定 为负值 则的值比稍大 即 健全相上电压为1 1倍线电压选110 避雷器 如10KV避雷器的灭弧电压为 220KV及以下系统的最高工作电压按1 15Un确定 即选FZ 10 12 7的避雷器 2 对于35 60KV中性点经消弧线圈接地系统为正值 健全相上电压接近线电压选100 避雷器 如35KV避雷器的灭弧电压为1 0X1 15Un 1 15X35 40 25KV即选FZ 35 41避雷器 5 1电力系统工频过电压 续 3 110 220KV为中性点直接接地系统一般健全相上电压不大于1 4倍相电压 约80 线电压 4 330KV及以上超高压系统系统中全部变压器中性点接地 健全相电压升高为0 75倍线电压以下 考虑电容效应 线路首端选80 避雷器 末端选90 避雷器五 甩负荷引起的工频电压升高当发电机突然甩负荷时 将造成线路工频电压升高此种过电压的计算较复杂 在此只引出一些结论性概念运行经验表明 220KV及以下电网一般不需要采取特殊措施限制 220KV及以上需要采取限制措施 六 工频电压升高的限制措施1 利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应 2 利用静止补偿器调节系统无功 控制系统电压 3 采用降低输电线路零序阻抗的方法 返回首页 5 1电力系统工频过电压 续 5 2电力系统操作过电压 一 操作过电压的产生及类型1 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3 42 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 4 中性点不接地系统中弧光过电压二 操作过电压对系统的影响1 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2 对于220KV以上的超高压 特高压系统其绝缘水平如果按 3 4 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 三 空载线路合闸过电压1 计划合闸 正常合闸 电源对电容充电的过程是无阻尼的 忽略R 线路上的电压E 合闸时电源电势瞬时值 是一个随机量 取决于合闸时刻 最严重时刻t 0时 E Em当实际上线路有电阻损耗和过电压产生的电晕损耗 振荡是衰减的 返回首页 5 2电力系统操作过电压 续 图5 6合空载线路时的等值电路 a 等值电路 b 简化后的等值计算电路 5 2电力系统操作过电压 续 2 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 Em Em Em 3Em3 影响过电压的因素合闸相位 残余电荷 断路器合闸的不同期 回路损耗 电容效应4 限制过电压的措施 1 限制工频电压升高 2 断路器触头并电阻 3 消除线路上的残余电荷 4 装设避雷器 四 切除空载线路过电压1 产生的原因 断路器电弧重燃造成的 特别是油断路器在切断空载小电流时 会发生电弧重燃现象 2 讨论断路器触头两端的恢复电压UAB第一种可能 当开关触头间去游离能力强 抗电强度恢复快 则电弧熄灭 不会产生过电压 第二种可能 如果开关性能差 恢复电压UAB比开关触头间的抗电强度恢复得快 则将发生电弧重燃 3 过电压幅值计算 过电压幅值 稳态值 稳态值 起始值 Em Em Em 3Em过电压的大小与电弧重燃的次数成正比 5 2电力系统操作过电压 续 5 2电力系统操作过电压 续 4 影响过电压的主要因素 1 断路器的性能 2 电网中性点的运行方式 3 接线方式的影响 4 线路侧电磁式电压互感器5 过电压的限制措施选用灭弧能力强的快速断路器采用带并联电阻的断路器 图5一11切空载线路过电压的发展过程t1一第一次断弧 t2一第一次重燃 t3一第二次断弧 t4一第二次重燃 t5一第三次断弧 五 切除空载变压器过电压1 产生过电压的原因 开关断开小空载电流的 截流 现象造成的 截流 是指电流在非自然过零时被强行切断 此时变压器线圈中的磁场能量 将转化为变压器对地电容中的电场能量 从而在变压器绕组上产生过电压 2 过电压的大小及特点 1 ZT 变压器特性阻抗 可达几万欧 i0一般只有几安到几十安 图5 13切除空载变压器的等效电路则Um可达上百万伏举例 i0 20AZT 50k 则Um 20 50 1000KV 2 特点 此过电压由于变压器电感中贮存的能量不大 过电压属于短暂的高频振荡波 对绝缘的影响与雷电波相似 可以用阀型避雷器来保护 幅值高 频率高 但持续时间短 能量小 返回首页 5 3电力系统谐振过电压 一 产生谐振过电压的原因由于系统中存在着大量的电容电感元件 在系统进行操作或发生故障时 这些电容电感元件可能形成各种不同自振频率的振荡回路 在外电源的作用下发生谐振现象 造成某些元件上出现谐振过电压 二 谐振过电压的特点谐振过电压是一种稳态现象 存在的时间较长 对电气设备绝缘的危害大 三 谐振的类型由于系统中的电阻电容元件可以认为是线性的 而电感则可能是线性的 非线性的或作周期性变化的 按电感的类型不同 谐振分为1 线性谐振2 参数谐振3 铁磁谐振四 线性谐振过电压1 L和C为常数2 交流电源的频率等于自振频率 则感抗等于容抗 电路阻抗达到最小 电流很大 在 和 上出现过电压 五 参数谐振过电压系统中某些元件的电感在外界因素影响下发生周期性变化 如发电机的同步电抗在发电机接有容性负载时 参数配合不当 则可能发生参数谐振现象 导致发电机机端产生自激磁过电压 由于电感的饱和 电感量减小 回路将自动脱离谐振条件 从而限制了这种自激过电压 所以此类过电压一般很少发生 六 铁磁谐振过电压1 产生的原因 由于各种电磁元件 如变压器 电压互感器等 铁芯电感的饱和而引起电感值发生变化 而激发起持续性的幅值较大的铁磁谐振过电压 2 表现形式造成单相 两相或三相对地电压升高 引起 虚幻接地 现象 引起低频摆动 引起避雷器爆炸 烧坏电压互感器和绝缘子 返回首页 5 3电力系统谐振过电压 续 第 章电力系统绝缘的绝缘配合 6 1电力系统的绝缘配合6 2输变电设备绝缘水平的确定6 3输电线路绝缘水平的确定 6 1电力系统的绝缘配合 一 绝缘配合的概念1 绝缘水平 指电气设备的绝缘可以承受的试验电压值 在此值下设备不发生火花放电闪络或击穿 2 绝缘配合 是指合理地确定系统中各个设备的绝缘水平 3 确定设备的绝缘水平时应考虑的四个因素 1 作用于电气设备的工作电压 过电压 2 保护装置的性能 3 设备绝缘承受各种电压的能力 4 系统中性点接地方式二 绝缘水平的确定1 220KV及以下系统 绝缘水平主要由大气过电压决定2 330KV及以上超高压系统 在绝缘配合中 操作过电压起主导作用3 污秽严重地方的电网处绝缘水平主要由系统最大运行电压决定三 绝缘配合的方法 惯用法 统计法 简化统计法 我国主要采用惯用法惯用法 首先确定设备上可能出现的最大过电压Umax 再乘以安全系数K 使之等于设备绝缘的最小耐受水平UW 即国际电工委员会规定 K一般取1 25 1 4 返回首页 6 2输变电设备绝缘水平的确定 一 220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定1 基本冲击绝缘水平 BIL 的确定基本冲击绝缘水平 指设备绝缘耐受雷电冲击电压的水平 此水平是根据避雷器在大气过电压下的残压决定 1 电气设备内绝缘的冲击绝缘水平采用1 5 50 s全波冲击电压检验即式中Ub 5 阀型避雷器5KA放电时的残压 2 设备外绝缘的冲击电压水平全波试验电压 0 84 海拔1000m及以下地区的空气密度及湿度校正系数2 操作冲击绝缘水平 SIL 的确定操作冲击绝缘水平是指设备耐受内部过电压的水平SIL根据内部过电压决定 对于220KV及以下设备不需考虑操作冲击绝缘水平 3 工频试验电压的确定设备的内 外绝缘的工频试验电压由内部过电压和冲击绝缘水平决定 分别求出各自对应的工频试验电压 取大值作为绝缘的工频试验电压 二 我国各级电压设备的试验电压规定 国标GB311 1 83 表6 2三 330KV 500KV输变电设备绝缘水平的确定与220KV及以下设备绝缘水平确定的主要区别是 1 避雷器的残压按10KA放电电流决定 2 需要做操作冲击试验 返回首页 6 3输电线路绝缘水平的确定 输电线路绝缘水平包括的项目 1 绝缘子串中绝缘子个数2 线路绝缘的空气间隙一 绝缘子串中绝缘子个数的确定1 对绝缘子选择的要求防污闪防湿闪防雷击闪络2 确定的方法 1 按工作电压下所要求的泄漏比距决定每串绝缘子的个数 2 按操作过电压水平和耐雷水平的要求进行验算即泄漏比距 式中 n 每串绝缘子个数 每片绝缘子的距离 cm Um 系统最高线电压的有效值 KV 要求 S S0 S0 规定的绝缘子最小泄漏比距值 每串绝缘子的个数 进行校验 并考虑预留1 2个零值绝缘子 丧失绝缘性能的绝缘子 3 实际线路杆塔每串绝缘子片数 对于直线杆塔 表6 4二 线路空气间隙距离的确定1 线路上的空气间隙主要有 1 导线对大地 2 导线对导线 3 导线对架空地线 4 导线对杆塔及横担2 主要确定导线对杆塔的距离 1 根据工作电压 操作过电压和雷闪过电压计算 2 考虑风力对导线的影响 风偏 a 按工作电压确定间隙S1 对应的风偏角 1b 按内部过电压确定间隙S2 对应的风偏角 2c 按雷闪过电压确定间隙S3 对应的风偏角 3则绝缘子对杆塔的最小距离取S1 S2 S3中最大的一个 第 章高电压的产生与测量技术 7 1试验变压器7 2直流高电压的产生7 3高电压测量 7 1试验变压器 一 作用1 产生工频高压试验电压2 作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器3 产生操作波试验电压二 特点与一般电力变压器比较 试验变压器有以下特点 1 变压器的容量不大 2 变压器一般为单相油浸式 3 由于变压器连续工作时间短 不需要散热装置 4 绝缘裕度较低 不需考虑变压器受大气或内部过电压的影响 5 工频输出电压高 可达到几百到几千KV 返回首页 7 1试验变压器 一 作用1 产生工频高压试验电压2 作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器3 产生操作波试验电压二 特点与一般电力变压器比较 试验变压器有以下特点 1 变压器的容量不大 2 变压器一般为单相油浸式 3 由于变压器连续工作时间短 不需要散热装置 4 绝缘裕度较低 不需考虑变压器受大气或内部过电压的影响 5 工频输出电压高 可达到几百到几千KV 工频耐压试验现场 7 2直流高电压的产生 一 直流高电压的用途1 测量介质的泄漏电流2