18 切空线过电压

1、本次课程目的要求本次课程目的要求1、掌握内部过电压的分类；、掌握内部过电压的分类；2、能表述切空线过电压产生的原因及重燃、能表述切空线过电压产生的原因及重燃次数对过电压的影响；次数对过电压的影响；3、能表述切空变过电压产生的根本原因及、能表述切空变过电压产生的根本原因及限制措施限制措施 。第九章第九章 内部过电压内部过电压一、内过电压的分类及研究意义一、内过电压的分类及研究意义(1) 操作过电压：操作过电压： 切断空载线路、空载线路合闸、切断空载线路、空载线路合闸、切断空载变压器、电弧接地切断空载变压器、电弧接地(2) 暂时过电压：暂时过电压： 工频电压升高和谐振过电压工频电压升高和谐振过电压

2、 工频电压升高：空载长线的电容效应、不对称短工频电压升高：空载长线的电容效应、不对称短路、甩负荷引起的电压升高；路、甩负荷引起的电压升高；谐振过电压：线性谐振、铁磁谐振、参数谐振谐振过电压：线性谐振、铁磁谐振、参数谐振1、分类、分类:按形成原因分按形成原因分操作过电压操作过电压和和暂时过电压暂时过电压前面介绍的雷过电压系由外部能源所产生，其幅前面介绍的雷过电压系由外部能源所产生，其幅值大小与电网的工作电压无直接的关系，所以通值大小与电网的工作电压无直接的关系，所以通常以绝对值来表示；常以绝对值来表示；而内部过电压的能量来自电网本身，其幅值大小而内部过电压的能量来自电网本身，其幅值大小与电网额定

3、电压大致上有一定的比例关系，因而与电网额定电压大致上有一定的比例关系，因而用工作电压的倍数（标么值）来表示比较恰当和用工作电压的倍数（标么值）来表示比较恰当和方便；方便；2、研究意义：、研究意义：220kV及以上超高压系统，内过电压很高，设备绝及以上超高压系统，内过电压很高，设备绝缘水平以内过电压来确定。缘水平以内过电压来确定。 220kV及以下（及以下（3-4倍）倍）二、内部过电压倍数二、内部过电压倍数其基准值常取电网最大工作相电压幅值其基准值常取电网最大工作相电压幅值Uphm。K=内过压幅值内过压幅值最大运行相电压幅值最大运行相电压幅值9.1 切除空载线路过电压切除空载线路过电压 内过电压

4、倍数：内过电压倍数：切除空载线路是电网常见的操作，引起的过电压切除空载线路是电网常见的操作，引起的过电压幅值大、持续时间长，是按操作过电压选择绝缘幅值大、持续时间长，是按操作过电压选择绝缘水平的重要因素之一。水平的重要因素之一。 实际中，常见切空线过电压引起阀式避雷器爆炸实际中，常见切空线过电压引起阀式避雷器爆炸、断路器损坏、套管或线路绝缘闪络等。、断路器损坏、套管或线路绝缘闪络等。 一、产生根本原因和过程一、产生根本原因和过程1、原因：、原因： 断路器分闸过程中的断路器分闸过程中的电弧重燃电弧重燃现象现象 切除空载线路时，断路器切断的是较小的容性电流切除空载线路时，断路器切断的是较小的容性电

5、流，通常为几十至几百安，比短路电流小得多。然而，通常为几十至几百安，比短路电流小得多。然而，在分闸初期，由于断路器（特别是油断路器）触，在分闸初期，由于断路器（特别是油断路器）触头间恢复电压上升速度可能超过介质恢复强度的上头间恢复电压上升速度可能超过介质恢复强度的上升速度，造成重燃现象，从而引起电磁振荡，出现升速度，造成重燃现象，从而引起电磁振荡，出现过电压。过电压。运行经验表明：运行经验表明： 2、发展过程：、发展过程： 断路器分闸后，若触头间耐电强度的恢复超过恢断路器分闸后，若触头间耐电强度的恢复超过恢复电压的升高，电弧就会熄灭，线路被断开，在复电压的升高，电弧就会熄灭，线路被断开，在断路

6、器两侧都不会产生过电压。反之，则断口间断路器两侧都不会产生过电压。反之，则断口间就会发生电弧重燃。就会发生电弧重燃。在最严重的情况下，即断口间恢复电压达到最大在最严重的情况下，即断口间恢复电压达到最大（2Em）时发生电弧重燃，在重燃瞬间电源电压）时发生电弧重燃，在重燃瞬间电源电压Em突然加在电源及线路电感突然加在电源及线路电感L和初始值为和初始值为-Em的的线路电容线路电容C组成的回路上，就会产生高频振荡，组成的回路上，就会产生高频振荡，在振荡过程中将产生过电压在振荡过程中将产生过电压(第一次重燃第一次重燃) 。若忽略损耗，振荡中线路上电压幅值约为若忽略损耗，振荡中线路上电压幅值约为3Em。当

7、线路上电压振荡到当线路上电压振荡到3Em瞬间，由于回路中流过的瞬间，由于回路中流过的是容性电流，此时高频振荡电流刚好过零，电弧于是容性电流，此时高频振荡电流刚好过零，电弧于是熄灭是熄灭(第二次熄灭第二次熄灭)。线路上电荷无处泄漏，对地。线路上电荷无处泄漏，对地电压保持电压保持3Em。而断路器断口母线侧对地电压仍按。而断路器断口母线侧对地电压仍按正弦规律变化，半个工频周期后，触头间恢复电压正弦规律变化，半个工频周期后，触头间恢复电压可达可达4Em。若此时电弧再次重燃，又将引起一个振荡过程，使若此时电弧再次重燃，又将引起一个振荡过程，使线路上的最大电压绝对值可达线路上的最大电压绝对值可达5Em依次

8、类推，线路上的过电压将不断增大，不过实际依次类推，线路上的过电压将不断增大，不过实际上，现代断路器的触头分离很快，灭弧能力很强，上，现代断路器的触头分离很快，灭弧能力很强，在绝大多数情况下，只可能发生在绝大多数情况下，只可能发生12次重燃。次重燃。国内外大量实测表明：这种过电压的最大值超过国内外大量实测表明：这种过电压的最大值超过3Em的概率很小（的概率很小（5%）。）。二、影响因素二、影响因素1、断路器的性能、断路器的性能 重燃次数对这种过电压的最大值有决定性的影响重燃次数对这种过电压的最大值有决定性的影响采用灭弧性能优良的现代断路器可防止或减少重采用灭弧性能优良的现代断路器可防止或减少重燃

9、的次数，因而使这种过电压的最大值降低。燃的次数，因而使这种过电压的最大值降低。2、中性点运行方式、中性点运行方式 分闸非同期性形成瞬间不对称电路，非有效接地分闸非同期性形成瞬间不对称电路，非有效接地系统的中性点可能发生位移，某相过电压可能高系统的中性点可能发生位移，某相过电压可能高一些。一些。一般可估计比中性点有效接地电网中的切空线过一般可估计比中性点有效接地电网中的切空线过电压高电压高20左右。左右。3、母线上的出线数、母线上的出线数 母线上出线数越多，对地电容越大，这种过电压母线上出线数越多，对地电容越大，这种过电压将较小。将较小。4、断路器外侧是否接有电磁式、断路器外侧是否接有电磁式PT

10、等设备等设备 它们的存在将使线路上的残余电荷有了附加的泄它们的存在将使线路上的残余电荷有了附加的泄放路径，因而能降低这种过电压。放路径，因而能降低这种过电压。三、限制措施三、限制措施1、提高断路器灭弧性能：、提高断路器灭弧性能： 主要通过采用新的灭弧介质、改善断路器的结构、主要通过采用新的灭弧介质、改善断路器的结构、提高触头的分离速度等来实现。提高触头的分离速度等来实现。 2、加装并联分闸电阻：、加装并联分闸电阻： 降低触头间恢复电压，避免电弧重燃的有效措施降低触头间恢复电压，避免电弧重燃的有效措施 分闸时主触头分闸时主触头S1先断开，先断开，R被串联被串联在回路中，抑制了振荡，其两端电在回路

11、中，抑制了振荡，其两端电压不高，故压不高，故S1中不易发生电弧的重中不易发生电弧的重燃。经燃。经1.52个工频周期，辅助触头个工频周期，辅助触头S2断开，由于断开，由于振荡已受到抑制，线路残余电压较低，振荡已受到抑制，线路残余电压较低，R的接入使的接入使稳态电压也降低，故稳态电压也降低，故S2中也不易发生电弧的重燃。中也不易发生电弧的重燃。 3、在线路首端和末端加装磁吹阀式避雷器、在线路首端和末端加装磁吹阀式避雷器或或ZnO避雷器也能有效限制这种过电压避雷器也能有效限制这种过电压 思考题思考题 8-6 9.2 切空变过电压切空变过电压 空载变压器运行时表现为一个激磁电感，切除空载变压器相空载变

12、压器运行时表现为一个激磁电感，切除空载变压器相当于开断一个小容量电感负荷，会在变压器、断路器上产生当于开断一个小容量电感负荷，会在变压器、断路器上产生很高的过电压。很高的过电压。 可以预期：在开断并联电抗器、消弧线圈等电感元件时也会可以预期：在开断并联电抗器、消弧线圈等电感元件时也会引起类似的过电压。引起类似的过电压。一、原因及过程分析一、原因及过程分析1、原因：、原因： 空载变压器的励磁电流很小，约在数十安。研究表明：断路空载变压器的励磁电流很小，约在数十安。研究表明：断路器切断电流较小时，电弧往往提前熄灭，即过零之前就被强器切断电流较小时，电弧往往提前熄灭，即过零之前就被强迫切断（迫切断（

13、），从而迫使储存在电感中的磁场能量转为电），从而迫使储存在电感中的磁场能量转为电场能量而导致电压升高。场能量而导致电压升高。简而言之：由于简而言之：由于断路器截流而产生过电压。断路器截流而产生过电压。 特点：特点： 持续时间短、能量小持续时间短、能量小 2、过程分析：、过程分析： 利用右图简化等值电路，利用右图简化等值电路，LT为励磁电为励磁电感，感，CT为绕组及连接线对地电容。为绕组及连接线对地电容。 工频电压下工频电压下iCiL，开关切断的，开关切断的电流电流i=iL+iCiL。 若电流在自然过零点被切断，电容上的电荷通过电感作振荡若电流在自然过零点被切断，电容上的电荷通过电感作振荡性放电

14、，并逐渐衰减至零性放电，并逐渐衰减至零(存在铁芯损耗和电阻损耗存在铁芯损耗和电阻损耗)，不会，不会引起超过引起超过Em的过电压。的过电压。 若若iL过零前被切断，设此时其瞬时值为过零前被切断，设此时其瞬时值为I0，电压瞬时值为，电压瞬时值为U0，则电感和电容储存的能量分别为：，则电感和电容储存的能量分别为： 2021ILWTL2021UCWTC此后在此后在LT、CT回路中发生电磁振荡，某一瞬间，全部电磁能回路中发生电磁振荡，某一瞬间，全部电磁能量均变为电场能量，电容量均变为电场能量，电容CT上将出现最大电压上将出现最大电压 ,因而因而maxU2020maxUICLUTT若略去截流瞬间电容上储存

15、的能量若略去截流瞬间电容上储存的能量 ，则，则 2021UCT20202max212121UCILUCTTT020maxIZICLUTTTTTTCLZ为变压器的特性阻抗。为变压器的特性阻抗。 一般变压器中该值很大，因而一般变压器中该值很大，因而 2020UICLTT故在近似计算中可略去故在近似计算中可略去 2021UCT截流现象通常发生在电流曲线的下降部分。截流现象通常发生在电流曲线的下降部分。 设设I0为正值，则为正值，则U0必为负值。当开关中突然灭弧时，必为负值。当开关中突然灭弧时，LT中电中电流不能突变，继续向流不能突变，继续向CT充电，使电容上电压从充电，使电容上电压从“-U0”向更大

16、向更大的负值增大。的负值增大。此后回路中出现衰减性振荡，过压逐渐降低。此后回路中出现衰减性振荡，过压逐渐降低。 以上是理想化的情况，实际过程比较复杂，断路器触头间会以上是理想化的情况，实际过程比较复杂，断路器触头间会发生多次电弧重燃，将使电感中能量越来越小，从而使过电发生多次电弧重燃，将使电感中能量越来越小，从而使过电压幅值变小。压幅值变小。 1、影响因素：、影响因素： （1）断路器性能：）断路器性能： 一般说来，灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电一般说来，灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电压最大值也越大。压最大值也越大。 （2）变压器特性：）变压器特性： 空载激磁电感（电流）大小

17、对空载激磁电感（电流）大小对 有一定影响。有一定影响。 maxU它与变压器容量有关，也与铁心导磁材料有关。它与变压器容量有关，也与铁心导磁材料有关。 近年来优质导磁材料的广泛采用，激磁电流减小很多；此近年来优质导磁材料的广泛采用，激磁电流减小很多；此外绕组改用纠结式绕法及增加静电屏蔽使外绕组改用纠结式绕法及增加静电屏蔽使CT有所增大，使有所增大，使这种过压并不严重。这种过压并不严重。 二、影响因素及限制措施二、影响因素及限制措施2、限制措施：、限制措施： （1）安装磁吹避雷器或）安装磁吹避雷器或ZnO避雷器是有效措施避雷器是有效措施 避雷器应接在断路器的变压器侧，在非雷雨季节也不能退避雷器应接

18、在断路器的变压器侧，在非雷雨季节也不能退出运行。否则在切空变时将使变压器失去避雷器保护。出运行。否则在切空变时将使变压器失去避雷器保护。 原则上讲，只要绕组接线组别相同，避雷器安装在任何一原则上讲，只要绕组接线组别相同，避雷器安装在任何一侧均可；显然装在低压侧更经济。侧均可；显然装在低压侧更经济。 若两侧接线组别不同，一般避雷器应装在高压侧。若两侧接线组别不同，一般避雷器应装在高压侧。（2）在断路器主触头上并联一线性或非线性电阻，）在断路器主触头上并联一线性或非线性电阻，也能有效降低这种过电压也能有效降低这种过电压 9.3 断续电弧接地过电压断续电弧接地过电压 电力系统中大部分故障是单相接地故

19、障。电力系统中大部分故障是单相接地故障。 在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，三相电压维持在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，三相电压维持对称，可继续运行对称，可继续运行1.52h，提高了供电可靠性。，提高了供电可靠性。若接地时流过故障点的电容电流在若接地时流过故障点的电容电流在610kv电网中超过电网中超过30A，2060kv系统中超过系统中超过10A时电弧将难以自动熄灭，但又形时电弧将难以自动熄灭，但又形不成稳定的电弧，而以断续电弧的形式存在，就会产生严重不成稳定的电弧，而以断续电弧的形式存在，就会产生严重的操作过电压的操作过电压断续电弧接地过电压断续电弧接地过电压。 一、形成原因

20、一、形成原因二、发展过程二、发展过程这种过电压的发展过程和幅值大小与熄弧时间有关。这种过电压的发展过程和幅值大小与熄弧时间有关。 随情况不同，有两种熄弧时间：随情况不同，有两种熄弧时间： 一种是电弧在过渡过程中的一种是电弧在过渡过程中的高频电流过零时高频电流过零时即可熄灭；另一即可熄灭；另一种是电弧要等到种是电弧要等到工频电流过零时工频电流过零时才熄灭。才熄灭。 这里以工频电流过零情况说明此过电压发展机理。这里以工频电流过零情况说明此过电压发展机理。 右图为中性点绝缘系统发生单相接右图为中性点绝缘系统发生单相接地故障时的等值电路。地故障时的等值电路。略去线间电容影响；设各相导线对略去线间电容影

21、响；设各相导线对地电容均为地电容均为C，故障点电弧以发弧，故障点电弧以发弧间隙间隙D代替。代替。 设接地发生在设接地发生在A相，且正当相，且正当 经经过幅值时发生，则过幅值时发生，则A相电位为零，相电位为零，中性点电位中性点电位 升至相电压，升至相电压， AUNUANUUC2和和C3中的电流分别较中的电流分别较 、 超前超前 ，其幅值为，其幅值为 CUII332BAUCAU所以故障点电流幅值为：所以故障点电流幅值为： CUIIC332lUn90上式中：上式中： 为电网额定线电压，为电网额定线电压，l为线路总长度。为线路总长度。 nU 流过故障点的电流是线路对地电容引流过故障点的电流是线路对地电

22、容引起的电容电流，起的电容电流，其相位较其相位较 滞后滞后 （较（较 超前超前 ）；）； AUNU9090故障电流大小与电网额定电压和线路总长度成正比。故障电流大小与电网额定电压和线路总长度成正比。 按按“工频熄弧理论工频熄弧理论”分析的分析的“熄弧熄弧重燃重燃”过程过程略。略。按上述熄弧理论分析的结论是：按上述熄弧理论分析的结论是： 两健全相最大过电压倍数为两健全相最大过电压倍数为3.5；故障相上不存在振荡过程，最大过电压倍数等于故障相上不存在振荡过程，最大过电压倍数等于2.0。 大量研究表明：大量研究表明：故障点电弧在工频电流过零和高频电流过故障点电弧在工频电流过零和高频电流过零熄灭都是可

23、能的零熄灭都是可能的。 一般说来，发生在大气中的开放性电弧多在工频过零时才能一般说来，发生在大气中的开放性电弧多在工频过零时才能熄灭；而在强烈去游离条件下（如绝缘油中封闭性电弧），熄灭；而在强烈去游离条件下（如绝缘油中封闭性电弧），电弧往往在高频过零时就能熄灭。后者理论分析得到的过压电弧往往在高频过零时就能熄灭。后者理论分析得到的过压倍数降更大。倍数降更大。 实际当中，由于发弧不一定在故障相电压为幅值时，实际当中，由于发弧不一定在故障相电压为幅值时，导线间导线间存在电容，线路存在损耗存在电容，线路存在损耗，过电压下出现，过电压下出现电晕引起衰减电晕引起衰减等因等因素影响，这种过电压不超过素影响

24、，这种过电压不超过3.5 。U二、限制措施二、限制措施最根本的办法就是最根本的办法就是不让断续电弧出现不让断续电弧出现，可以通过，可以通过改变中性改变中性点接地方式点接地方式实现。实现。1、采用中性点直接接地方式：、采用中性点直接接地方式： 单相接地断路器立即跳闸，切断故障，过一段时间让故障点单相接地断路器立即跳闸，切断故障，过一段时间让故障点电弧熄灭后再重合，不会出现断续电弧。电弧熄灭后再重合，不会出现断续电弧。 我国我国110kV及以上系统均采用此方式，除避免出现这种过电及以上系统均采用此方式，除避免出现这种过电压外，还降低了所需绝缘水平，缩减了建设费用。压外，还降低了所需绝缘水平，缩减了

25、建设费用。 但由于其持续时间可很长，波及范围广，在电网中存在绝缘但由于其持续时间可很长，波及范围广，在电网中存在绝缘薄弱点时，即可在该处造成绝缘闪络或击穿，危害性很大。薄弱点时，即可在该处造成绝缘闪络或击穿，危害性很大。 2、采用中性点经消弧线圈接地方式：、采用中性点经消弧线圈接地方式：中性点直接接地虽能解决断续电弧问题，但降低了供电可中性点直接接地虽能解决断续电弧问题，但降低了供电可靠性。靠性。 对于对于66kv及以下线路，降低绝缘水平的效益不明显，所以及以下线路，降低绝缘水平的效益不明显，所以大都采用中性点非直接接地方式，以提高供电可靠性。大都采用中性点非直接接地方式，以提高供电可靠性。 当单相接地电容电流超过一定值时，电弧难以自动熄灭，当单相接地电容电流超过一定值时，电弧难以自动熄灭，需装设消弧线圈加以补偿，方能避免电弧出现。需装设消弧线圈加以补偿，方能避免电弧出现。 （1）对）对35kv和和66kv系统，如单相接地电容电流系统，如单相接地电容电流IC不超过不超过