9电力系统内部过电压汇总

1、第9章电力系统的内部过电压内部过电压操作过电压4第1节 切除小电感负荷过电压产生过电压的基本原理»影响过电压的因素A限制过电压的措施 "100A以上交流电流：断路器在自然过零点灭弧/较小的励磁电流（数安数十安）：在自然过零点之 前切断f截流截流瞬间，电感储存的电磁能不能释放，转化为电 场能量被电容吸收，导致电容电压升高，即产生切除空 载变压器过电压。一、产生过电压的基本原理 截流前瞬间系统总能量为：1 2 1 2w = m;+%=-M+_*截流后瞬间系统总能量为：W = - CtU 磊X =-厶厶2 十 _ CtUJL icCt*5切除空载变压器的理想等值电路Sx =停“若

2、在励磁电流为人时截流Zt：变压器的特性阻抗max因此，截流后电容电压为：若忽略截流时电容上的能量 二、影响过电压的因素1. 断路器特性切除变压器时，过电压的人小与电流截断值【0有关。 一般断路器灭弧能力越强，切断电流的能力越强，过电压 就越高。2. 变压器特性变压器的励磁电感越大，对地电容越小，过电压就越高。»对于llOkV220kV空载变压器，在中性点直接接地的电 网中，过电压一般不超过3倍相电压；»在中性点不接地电网中，一般不超过4倍相电压。三、限制高电压的措施在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻，其值应 接近于被切电感的工作激磁阻抗（数万欧，高值电阻）； 从变压器

3、入手，减小变压器的特性阻抗；"从绕组角度，改用纠结式绕组以及增加静电屏蔽等措施 增加对地电容；/从铁心角度，用优质导磁材料，使励磁电流减小或电感 减小。这种过电压的特点：幅值比较大，持续时间短.能量小, 易受限制，可用普通阀式避雷器安全消除，釆用MOA效果 会更好。第2节 切除小电容负荷过电压»产生过电压的过程影响过电压的因素A限制过电压的措施 过电压产生原因：断路器切除空载线路f断路器触头产生较高恢复电 压f触头发生一次或者多次重燃f产生电磁暂态振荡过 程f空载线路分闸过电压该种过电压作为选择超高压长线路绝缘水平的重要 因素之一。一、产生过电压的过程1 等值电路I r(f

4、_zv>ricj1 加丁 "(a)等值电豁；(b)简化后的等值电路，Ls=L + Lt2 过电压发展过程分析r 111当QF处于闭合状态，由于回路感抗远小于容抗, 此电流是容性的，并认为电容电压约等于电源电压。 A 电源电动势：(0=f/phCOSO>Z » 电容电压：二f/ph893f线路电流2 /=coC-pt/phCos(coZ+90* )=-i/ph<oC,«incoZ图94切除空载线路时的电压、电流波形(1) t=tp第一次熄弧5 t/phg按正弦变化(2) 1=切第一次重燃如 2C/ph触头间电弧重燃，引起电磁振荡，形成过电压。当电弧

5、重燃后，电路将有新的稳态电压UphDm/U稳态+("稳态心起始)=21/稳态心起始=22凶)4产3%(3) t=tv第二次熄弧电路在由初始状态向稳态变化的过程，实际上是一种 高频振荡过程，在t3时刻，高频电流过零，电弧熄灭，此 时电容电压为-3f/ph。SCZ>U.、> X2 ''U-3tZ/J 'tI = U 冲/|V-7SG %（4）匸如第二次重燃S Uph % 4t/ph在电路的振荡过程中，出现新稳态电压 几gi/ph-（叫）=5f依次类推，如果电弧则过电压将按-7f/ph、9t/ph继续每隔半个周期重燃一次， 的规律变化。显然，电弧的多次重

6、燃是切除空载线路时产 生高幅值过电压的根本原注：以上为理想状态，一般断路器只重燃一次，因此过电 压的最大值很少超过3：/ph。图94切除空线路时的电压、电流波形MTt二、影响过电压的因素1 断路器性能过电压是由电弧重燃引起的，重燃次数对这种过电压的 最大值有决定性影响。2 电网中性点接地方式因此一般情况下，中性点非有效接地方式的过电压较中 性点有效接地方式高约20%（中性点偏移）O3. 母线出线数当母线有多回出线时，只切除一条，出现的过电压将相 对较小。4. 线路负载及电磁式电压互感器当线路末端有负载或线路侧接有电磁式电压互感器时， 在线路分闸时，会泻放一部分的电荷从而降低过电压。三、限制过电

7、压的措施1. 提高断路器的灭弧能力如釆用压缩空气断路器、 氟化硫断路器。2 在断路器中并联分闸电阻Q?ft压油活塞的少油断路器和六QiyO> R图95并联分m电田的接滋当装有分闸电阻时，可以使过电压不超过228Uph， 电阻值通常取中值电阻（10003000欧姆）。3.线路首末端装设避雷器装设MOA或者磁吹阀式避雷器能有效限制过电压的幅 值。四、过电压的限制效果»使用重燃次数较多的断路器，出现30倍过电压的概率为 0. 86%；使用重燃次数较少的空气断路器时，岀现26倍过电压的 概率为0. 73%,使用油断路器测得的最大值为2. 8倍；»使用有中值和低值并联电阻断路器

8、时，过电压被限制在 2. 2倍以下；A在中性点不接地和经消弧线圈接地电网中，这种过电压 一般不超过3. 5倍；rmA在llOkV220kV系统中，过电压低于线路绝缘水平， 此该电压等级断路器一般不装设并联电阻；»在超高压电网中，断路器都有并联电阻，基本消除电弧 重燃和该种过电压，如330kV线路该种过电压的最大值为 119倍。第3节空载线路合闸过电压A产生过电压的过程A影响过电压的因素A限制过电压的措施/空载线路合闸：正常合闸、自动重合闸（最严重） /合闸后，线路状态发生变化，使电路产生从一个稳态变 为另一个稳态的过渡过程，过电压便产生于该过渡过程。U过电压=U稳态值+ （U稳态值一

9、 U初始值）/在超高压和特高压电网中，空载线路合闸过电压已成为 选择电网绝缘水平的决定性因素。一、产生过电压的物理过程1 正常合闸* f ；.cosa-p<a>b）在过渡过程，电源电压通过电感向电容充电，电dir rz、Lh UG = U （）dt= d%7 dt在实际电网中Uc =5?（cos劲-cos。/）路发生高频振荡，设电源电压为Uph时合闸。吒=乙 （lcose/）冗当心时，Uz=2U冲%/厂 a2U.K0 ,(a>在超高压电网中，线路较长，有明显 的电容效应，因此有最大值Uc钳2Uph 存在A考虑损耗，回路电压是衰减振荡的A co scotcos0)r)2. 自动

10、重答闸Ur= 31/kia-s *1)、<b)该情况下，线路电荷未全部泻放, 相当于电容有初始电压。= t/fcosM Acosey/)A = 1仏(0)/C/冲=02 UcEHx 考虑损耗，电压方程为：Uc = Ae cosq。/)3 过电压原因空载线路合闸(重合闸)产生过电压的根本原因是电 感、电容构成电磁振荡造成的。振荡电压是以稳态电压为轴，以稳态值到起始值之差 值为振幅振荡所致，由于损耗的存在将对振荡电压起阻尼 作用。Qi<13Qf «合闸电阻一般取低电阻（4001000欧姆）O3.线路首末段装设避雷器在带有并联合闸电阻断路器的线路首、末端装设磁 吹避雷器或M0A

11、,以降低过电压值。在超高压电网中，限制高电压的措施有：釆用M0A, 或采用带合闸电阻断路器为主.M0A为辅的方法。二、影响过电压的因素1合闸相角只要合闸不是在电源电压接近幅值Uph时发生，合闸过 电压就较低。2. 残压电压当电源电压为最大值与残余电压异极性时合闸，重合闸过 电压可能最大；屮如果线路接有电磁式电压互感器，会组成阻尼振荡回路， 将残余电荷在几个周波内泻放掉；»重合闸之前有05s的时间泻放导线上的部分电荷，从而降 低重合闸过电压幅值。3. 回路损耗损耗主要来自于电源和线路电阻的有功损耗与线路的 电晕损耗。三、限制过电压的措施1. 控制合闸相角只要在合闸瞬间电源电位与线路电位

12、相同，则合闸就不 会产生振荡过程，从而避免形成合闸过电压。2. 断路器主触头并联合闸电阻QiPR第4节 间歇电弧接地过电压A产生过电压的过程限制过电压的措施中性点不接地系统发生单相接地f接地点发生接地电弧 f产生对地电容电流f电容电流在6lOkV线路中超过 30A、在3560kV线路中超过10A,电弧不能自行熄灭， 同时也不会形成稳定燃烧电弧f形成间歇性电弧f产生 强烈的电磁暂态振荡过程f产生过电压一、过电压发展的物理过程1 熄弧时间电弧在过渡过程的高频振荡电流过零时熄灭 电弧在工频电流过零时熄灭2.发生单相接地的电路图和相量图图98单相电弧接地电路图和相*图3. 电压的变化过程假设在Uu二+

13、Uph时发弧，在Uu=-UpH时熄弧。（1） t=tp 发弧 发弧前瞬间： Ui（ti-）二Uph U2（ti-）=U3（ti-）=-O. 5Uph A发弧后瞬间： Ui（ti+）二0 U2（ti+）二 （ti）=-l5Uph U3（ti+）=%（ti）=-l5Uph 在t-ti+时段，C?、 充电，产生高频振荡过程，非故障相的最大电压为： %（6）=%（5）=2（-1 5Uph）-（-0 5Uph）=-2 5UphC3由电源的线电压经过电源电感=1因此某相对地发弧，若熄 灭后不再重燃，则在非故障相 上出现的过电压不会超过25Uph。（2）t=t2=ti+T/2,灭弧 吩一 Uph A灭弧前瞬

14、间= 5 代2-） =0 U2（t2-）=U3（t2-）=1.5Uph由于是中性点不接地系统，,人5110.5 /冈K1小r!-25,】0 MTI ；丁、T -2A、-1-5-3.5中性熄弧后C2、C3上的电荷重新分配到三相对地电容， 点产生对地直流偏移电压：UN（t2）=2CX（l5Uph）/3gUph熄弧后瞬间，三相电容上的电压分别是三相对称交流 电压与直流电压分量的叠加。A熄弧后瞬间5 代2+)二 仕2)+Un 仕2)=-Uph+Uph=0 匕2代2+)=叫住2)+5代2)=0 5Uph+Uph=l 5UphU1 (t2+) =u,(t2)+Un(t2)=0, 5Uph+Uph=l. 5

15、Uph第一次熄弧前后，线路电压值不变，因此不会引起过渡过程。05 /gv 1、一1 V "-2-5、ph(3) t=t3=t2+T/2,发弧 %=UphA发弧前瞬间5代3-)叫 h+Uph=2Uph0-IU2 仕3-) =U3 代3-) =Uv (t3)+Uph=O 5U »发弧后瞬间Ui(t3+) =0U2 (t3+) =U3 (13+)(tg) =-l. 5Uph在t3-t3+时段，V、W两相电容C2、C3经电源电感从 05Uph充电到-15Uph，振荡过程中过电压的最大值可达： %(口)二(场)=2(-1. 5%)-05%=-3. 5Uph(4) 总给1:1系统每隔半

16、个工频周期依次发生熄弧和重燃，过渡过 程将与上面完全相同，两健全相的最大过电压为35Uph； 故障相上不存在振荡过程，最大过电压为20Uph。由于发弧、燃弧时间的随机性、线路损耗、电晕损耗, 过电压在一定程度上会有所降低，一般认为该种过电压的 最大值不会超过3. 5倍，一般在3倍以下。二、限制过电压的措施1.采用中性点有效接地方式运行HOkV及以上电网均采用中性点有效接地方式，以避免 这种过电压，同时可降低电网的绝缘水平，缩减建设投资。 2中性点经消弧线圈接地方式运行该接地方式，可补偿接地电流，使通过故障点的残流 变小，使电弧迅速熄灭，因而也就消除了间歇性的弧光接 地现象。第5节谐振过电压A谐

17、振类型A铁磁谐振过电压/电力系统中包含电容元件、电感元件和电阻元件f构成 带阻尼的振荡回路f系统进行操作或者发生故障时，在 一定电源参数作用和配合下，可能发生i皆振现象，产生 时间较长的过电压。/谐振过电压为暂时过电压，持续时间比操作过电压长得 多。一、谐振类型»电阻元件.电感元件：1 线性谐振A线性电感、电容元件：线性元件 线性、非线性、周期性变化电容和电阻构成的串联回路，当回路参数的自振频率等于或者接近电源频率时，发生线性电压谐振； 回路电流决定于线路电阻；限制措施：增加回路损耗（电阻）；消除措施：设计或者运行时避开谐振条件。2.参数谐振水轮电机在同步运行过程中，直轴同步电抗和交

18、轴同 步电抗周期性交替变化，如果与发电机外电路的容抗Xc满 足谐振条件，便会发生谐振，称为参数谐振。3.铁磁谐振铁心电感元件（变压器、电压互感器）具有饱和现象， 电感参数为非线性，在满足一定条件下会产生谐振，称为铁ciI二、铁磁谐振过电压原理 A随电流增大，电流 L 由感性变为容性；分别为（«）申联铁单谐振电路和待性曲线A稳定工作点：al、a3,不稳定工作点：a2当外加电压上升，电流从零增大时，系统会在al点稳定, 若电感收到巨大的冲击电流（合闸涌流.短路电流），工作 点可能转为扇点，从而产生铁磁谐振过电压。工作点有三个，alx a2* a3三、基波铁磁谐振的特点f¥1步产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性 必须相交，即Wl>1/wc。因此铁磁