高电压第12章PPT

1、高电压工程基础高电压工程基础第第 12 章章 暂时过电压暂时过电压1操作过电压谐振过电压工频过电压暂时过电压内部过电压大气过电压）压外部过电压（雷电过电电力系统过电压or在电力系统内部，由于断路在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使器的操作或发生故障，使系系统参数发生变化统参数发生变化，引起电网，引起电网电磁能量的转化或传递，在电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压。系统中出现过电压。12.0 导入导入工频过电压：工频过电压：频率为工频或接频率为工频或接近工频近工频的过电压。的过电压。 2v谐振过电压：因系统电感，电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波形周期性重复的谐振现象及其电

2、压升高。v暂时过电压比操作过电持续时间压长。 v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。 12.1 工频电压升高工频电压升高暂态工频过电压暂态工频过电压稳态工频过电压稳态工频过电压图图12-1 500kV空载线路合闸时，线路首端、末端电压变化过程实测曲线空载线路合闸时，线路首端、末端电压变化过程实测曲线1首端过电压；首端过电压；2末端过电压末端过电压操作过电压操作过电压过电压过电压倍数倍数合闸后合闸后 0.ls 前前：高幅值、强阻尼的高频振荡。：高幅值、强阻尼的高频振荡。合闸后合闸后 0.1 1.0s 内内：由于发电机自动电压调整器的惯性，发电机的暂态

3、：由于发电机自动电压调整器的惯性，发电机的暂态电势电势 Ed保持不变，再加上空载线路的电容效应，使电压升高，保持不变，再加上空载线路的电容效应，使电压升高， 1.0s 后，后，由于发电机的自动电压调整器开始发生作用，母线电压逐渐下降。由于发电机的自动电压调整器开始发生作用，母线电压逐渐下降。在在 2 3s 以后以后：系统进入稳定状态。：系统进入稳定状态。412.1 工频电压升高工频电压升高暂态工频过电压暂态工频过电压稳态工频过电压稳态工频过电压图图12-1 500kV空载线路合闸时，线路首端、末端电压变化过程实测曲线空载线路合闸时，线路首端、末端电压变化过程实测曲线1首端过电压；首端过电压；2

4、末端过电压末端过电压操作过电压操作过电压过电压过电压倍数倍数 对过电压保护及绝缘配合影响较大的是对过电压保护及绝缘配合影响较大的是暂态工频电压升高暂态工频电压升高，当然稳态工频电压升高对系统的电气设备也有一定的影响。当然稳态工频电压升高对系统的电气设备也有一定的影响。 一般而言，工频电压升高对一般而言，工频电压升高对 220kV 等级以下、线路不太长的系等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的，但统的正常绝缘的电气设备是没有危险的，但对超高压、远距离传输对超高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用。 512.1.1 超高压系统中

5、工频电压升高的重要性超高压系统中工频电压升高的重要性p 工频电压升高值是工频电压升高值是决定保护电器工作条件的主要依据决定保护电器工作条件的主要依据。 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器：额定电压就是按照电网中工频电压升高来确：额定电压就是按照电网中工频电压升高来确定的。定的。断路器并联电阻断路器并联电阻：工频电压升高幅值越大，对断路器并联电阻热：工频电压升高幅值越大，对断路器并联电阻热容量的要求越高，从而给制造低值并联电阻带来困难。容量的要求越高，从而给制造低值并联电阻带来困难。p 操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此工频电压的升高工频电压的升高

6、直接影响操作过电压的幅值直接影响操作过电压的幅值。p 工频电压升高工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响。 导致油纸绝缘内部游离、污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕等。导致油纸绝缘内部游离、污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕等。12.1 工频电压升高工频电压升高612.1.2 工频电压升高的原因（工频电压升高的原因（三个三个） 空载长线的电容效应空载长线的电容效应不对称短路引起的工频电压升高不对称短路引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高12.1 工频电压升高工频电压升高7集中参数集中参数LC串联回路的电容效

7、应串联回路的电容效应12.1.2 工频电压升高的原因（工频电压升高的原因（三个三个） 空载长线的电容效应空载长线的电容效应 12.1 工频电压升高工频电压升高 电容效应（容升效应电容效应（容升效应or翘尾现象）翘尾现象）：在集中参数：在集中参数L、C串联电路中，如果容抗大于感抗，即串联电路中，如果容抗大于感抗，即1/CL，电路中将流，电路中将流过容性电流。电容上的电压等于电源电动势加上电容电流流过容性电流。电容上的电压等于电源电动势加上电容电流流过电感造成的电压升，这种过电感造成的电压升，这种电容上电压高于电源电动势电容上电压高于电源电动势的现的现象称为电容效应。象称为电容效应。8 一条空载长

8、线可以看作由一条空载长线可以看作由无数个串联的无数个串联的L，C回路回路构构成，在工频电压作用下，线路的成，在工频电压作用下，线路的总容抗一般远大于导线的总容抗一般远大于导线的感抗感抗，因此，因此线路各点的电压均高于线路首端电压，而且愈线路各点的电压均高于线路首端电压，而且愈往线路末端电压愈高往线路末端电压愈高。12.1.2 工频电压升高的原因（工频电压升高的原因（三个三个） 空载长线的电容效应空载长线的电容效应 12.1 工频电压升高工频电压升高9122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZl 电压传递系数电压传递系数相位系数相位系数=0.06/km00L C若末端开路

9、：若末端开路：20I 21/cosUUl12.1 工频电压升高工频电压升高 空载长线的电容效应空载长线的电容效应 l：线路长度，：线路长度，kmZ：线路波阻抗，：线路波阻抗， 不考虑电源阻抗不考虑电源阻抗（1）线路末端电压高于首端；）线路末端电压高于首端；（2）当）当 l = / 2时，不论首端电压时，不论首端电压多高，末端电压将趋于无穷大。多高，末端电压将趋于无穷大。 此时线路电感和电容构成谐振此时线路电感和电容构成谐振状态，称为状态，称为1/4波长谐振波长谐振。42vl无穷大电无穷大电源源 系统系统线路为无损长线线路为无损长线10 若考虑电源感抗若考虑电源感抗：1R1j ctgUZZlI

10、ZR为线路末端开路时的首端输入阻抗：为线路末端开路时的首端输入阻抗：1RSRS(ctg )jctgEEUZZlXZXZl011Sctg/ctgZlKUEZlX212020112S11cossinUU UKK KXEE UllZSarctgXZ02coscos()KlRZ12.1 工频电压升高工频电压升高 若若Xs0，线路电容电流流过电源电感时也会造成电压升高，线路电容电流流过电源电感时也会造成电压升高，同样会增加容升效应，犹如增加了导线长度。同样会增加容升效应，犹如增加了导线长度。11122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ12.1 工频电压升高工频电压升高 空载长线

11、的电容效应空载长线的电容效应 空载线路终端的电压升高空载线路终端的电压升高电源阻抗电源阻抗XsXs的影响通过参数的影响通过参数 表示出来，表示出来，XsXs越大，工频电压升高越严重。越大，工频电压升高越严重。工频电压升高的情况可能工频电压升高的情况可能与线路长度，电源阻抗与线路长度，电源阻抗( (电源容量电源容量) )等情况有关等情况有关，因为电源容量越小，其阻抗越大，故计算工频电压升高时，必须计及系统可因为电源容量越小，其阻抗越大，故计算工频电压升高时，必须计及系统可能出现最小运行方式。能出现最小运行方式。12SarctgXZ02coscos()Kl 当线路上出现单相或两相接地故障时，健全相

12、上工频电压升高不当线路上出现单相或两相接地故障时，健全相上工频电压升高不仅由长线的仅由长线的电容效应电容效应所致，还有所致，还有短路电流的短路电流的零序分量零序分量也会使健全相电也会使健全相电压升高压升高。单相接地时故障点各相电压、电流不对称，应用。单相接地时故障点各相电压、电流不对称，应用对称分量法对称分量法进行分析不仅方便还可计及长线的分布特性。进行分析不仅方便还可计及长线的分布特性。单相接地故障模型单相接地故障模型 不对称短路引起的工频电压升高（不对称短路引起的工频电压升高（A相短路为例）相短路为例） 12.1 工频电压升高工频电压升高 一般两相接地的概率很小，以单相接地最为常见，系统也

13、常一般两相接地的概率很小，以单相接地最为常见，系统也常以以单相接地工频电压升高的数值来确定阀式避雷器灭弧电压单相接地工频电压升高的数值来确定阀式避雷器灭弧电压。这里。这里只只讨论单相接地的情况讨论单相接地的情况。13 不对称短路引起的工频电压升高（不对称短路引起的工频电压升高（A相短路为例）相短路为例） 2202012202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZ010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 20011(1)01()() 13()2BCXXXXUUEKEXXK(1） ：单相接地因数，说明单相：单相接地因数，说

14、明单相接地故障时，健全相的对地最高接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值与故障前故障相工频电压有效值与故障前故障相对地电压有效值之比。对地电压有效值之比。12.1 工频电压升高工频电压升高EA：正常运行时故障点处：正常运行时故障点处A相电压；相电压； Z1，Z2，Z0：从故障点看进去的电网正序、：从故障点看进去的电网正序、负序、零序阻抗；负序、零序阻抗； 。较大电源容量系统较大电源容量系统21ZZ 忽略电阻分量忽略电阻分量210,RRR32jea 14A相接地故障时健全相的工频电压升高相接地故障时健全相的工频电压升高(a) B相相 (b) C相相10XX10XX12.1 工频电压升高工频电

15、压升高p 在不计损耗的前提下，一相接地，两健全相电压升高是在不计损耗的前提下，一相接地，两健全相电压升高是相等的；若计及损耗，两健全相电压升高不相等。相等的；若计及损耗，两健全相电压升高不相等。p 单相接地时，健全相电压升高单相接地时，健全相电压升高K(1) 与与 X0/X1 值有关，而值有关，而且且与系统中性点的运行方式有关与系统中性点的运行方式有关。2)(1)(2)(3101010)1(XXXXXXK15p 中性点中性点绝缘绝缘的的3 10kV系统系统 X0 主要由线路容抗决定，为负值（主要由线路容抗决定，为负值（-20 -：1.08 3）。）。单相接地时，健全相电压升高约为线电压的单相接

16、地时，健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍。选择避雷倍。选择避雷器灭弧电压时，取器灭弧电压时，取 110% 的线电压（的线电压（110% 避雷器）。避雷器）。p 中性点中性点经消弧线圈接地经消弧线圈接地的的35 60kV系统系统 在在过补偿过补偿状态运行时，状态运行时，X0 为很大的正值（为很大的正值（ ： 3 ），单），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 100% 的线电压（的线电压（100% 避雷器）。避雷器）。p 对中性点对中性点直接接地直接接地的的110 220kV系统系统 X0 为不大的正值（为不大的正值（

17、 UC 时，电路时，电路中的电流是感性的中的电流是感性的 UC UL 时，电路时，电路中的电流是容性的中的电流是容性的 LCEUUU E与与U 三个交点：三个交点：a1（稳定）（稳定）a2 （不稳定）（不稳定）a3 （稳定）（稳定）当当E较小时，存在两个可能的工作点较小时，存在两个可能的工作点a1，a3，而当，而当E超过一定值以后，可能只超过一定值以后，可能只存在一个工作点。当有两个工作点时，存在一个工作点。当有两个工作点时，若电源电势是逐渐上升的，为了建立起若电源电势是逐渐上升的，为了建立起稳定的谐振点稳定的谐振点a3，回路必须经过强烈的，回路必须经过强烈的扰动过程。这种需要经过过渡过程建立

18、扰动过程。这种需要经过过渡过程建立的谐振现象称之谓铁磁谐振的的谐振现象称之谓铁磁谐振的“激发激发”。而且一旦。而且一旦“激发激发”起来以后，谐振状起来以后，谐振状态就可以态就可以“保持保持”，维持很长时间，不，维持很长时间，不会衰减会衰减 。12.2 谐振过电压谐振过电压25 铁磁谐振的特点铁磁谐振的特点 产生串联铁磁谐振的必要条件是：产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性电感和电容的伏安特性必须相交必须相交，因而，铁磁谐振可以在较大范围内产生。，因而，铁磁谐振可以在较大范围内产生。 对铁磁谐振电路，在同一电源电势作用下，对铁磁谐振电路，在同一电源电势作用下，回路可能有不回路可能有不只一种稳定工作状态只一种稳定工作状态。在外界激发下，回路可能从非谐振工。在外界激发下，回路可能从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，电路从感性变为容性，发生相作状态跃变到谐振工作状态，电路从感性变为容性，发生相位反倾，同时产生过电压与过电流。位反倾，同时产生过电压与过电流。 铁磁元件的铁磁元件的