第9讲 操作过电压-切空线

第11讲操作过电压-

切除电容性负荷过电压

1切除电容性负荷过电压原因是分闸过程中触头间电弧重燃现象所引起的超高压系统中这类过电压已得到有效控制。断路器制造水平的提高；并联电阻的采用，在切断小的电容电流时（几十安到几百安）已可基本做到不重燃220kV以下系统仍有一些老的断路器在运行，如用真空开关切电容器组有重燃，仍会出现这种过电压，倍数高达3倍以上，持续时间长达0.5~1工频周期21.过电压产生原理L1：电源等值漏感L2：线路电感C1：

母线侧对地电容C2：线路电容e(t)：电源电势

开断空载线路等值电路3切空线过电压发展过程t1：第一次熄弧t2

：第一次重燃t3

：第二次熄弧t4

：第二次重燃t5：第三次熄弧4t1时刻：断路器的工频电流（容性电流）过零，电弧熄灭，此时电容C上的电压为负的最大值t2时刻（过半个周期）：恢复电压最大达到（2Em）。如果断路器断口处介质强度恢复很快，电弧从此熄灭，分闸过程结束，不会产生过电压，否则可能重燃不考虑线路上残余电荷泄漏，断路器触头间恢复电压Ur(t)为5按最严重情况考虑：当恢复电压达2Em时重燃，是一个初始值为Uc(0)=-Em的重合闸过程，过电压达到3Em重燃后，伴随高频振荡电压的出现，回路中流过容性的高频电流，当Uc达到­3Em时，高频容性电流恰好过零。电弧可能再次熄灭，电容C上将留有数值为3Em的残压6再过半个周波，此时Ur(t)达４Em。重燃后，过电压可达-5Em（-2Em-3Em）依次类推，每隔半个工频周期就重燃一次和熄弧一次，过电压将按7Em，-9Em

逐次增加，直到触头间已有足够的绝缘强度，电弧不再重燃为止7切空线过电压发展过程t1：第一次熄弧t2

：第一次重燃t3

：第二次熄弧t4

：第二次重燃t5：第三次熄弧t3：3Emt4

：-Em重燃时过电压最大：5Em8发生了两次重燃，最大过电压倍数为2.72少油断路器切除220kV、330km长线路时实测波形9鄂赣1回500kV、236km线路（降压220kV运行），对切除空载线路过电压进行了统计计算，统计100次，计算结果列于表1和表2Uc为2%统计过电压10112.影响因素断路器触头重燃、熄弧具有明显的随机性分闸时，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在电源到达最大值并与线路残压极性相反时发生。如果重燃提前发生，振荡振幅和相应的过电压随之降低当重燃在断弧后的1/4工频周期内产生，则不会引起过电压122.影响因素断路器触头重燃、熄弧具有明显的随机性熄弧不一定在高频电流第一次过零时发生，在第二次过零或更后的时间才被切断，线路上残余电压大大降低，断路器触头间的恢复电压和重燃过电压都大大减小132.影响因素断路器的性能自能式断路器（如多油断路器和老式的少油断路器）开断小电流时，灭弧室压力低，熄弧后介质强度恢复慢，易发生多次重燃（6~7次）。恢复电压低时重燃过电压低，但重燃次数多增加了高幅值过电压出现的可能性14电网中性点接地方式切空线过电压幅值概率曲线１－中性点非直接接地系统２－中性点直接接地系统2.影响因素中性点不直接接地系统，由于三相分闸的不同期(3ms)，形成瞬时的不对称结构，中性点电位发生偏移，熄弧重燃过程变得复杂，在不利情况下，过电压比中性点直接接地系统高20％15大量现场试验表明：不超过3p.u.

、不超过4p.u.Y16电网接线方式220kV切空线过电压倍数K的统计曲线１－无电磁式电压互感器２－有电磁式电压互感器2.影响因素线路侧装电磁式PT时，断路器灭弧后，线路残余电荷经PT阻尼振荡释放。其直流电阻约315k

，几个工频周期内残余电荷释放掉，降低了重燃过电压，甚至可避免重燃17电网接线方式2.影响因素线路的电晕损失，同样是降低过电压的有利因素母线上有其他出线或大电容时使过电压降低，相当于图中C1值增大，重燃时电荷分配，降低空载线路的初始电压，另外，出线的有功负荷，增强了阻尼效应，降低重燃过电压183.限制措施改进断路器结构产生过电压的根本原因是断路器的重燃，改进断路器结构，提高触头间介质强度的恢复速度，避免重燃，可从根本上消除这种过电压采用外能式方法灭弧（采用SF6，压缩空气，带压油活塞的少油断路器），切除空载线时可能做到不重燃，老式的少油断路器或多油断路器还存在重燃19采用并联电抗器3.限制措施降低重燃后的工频稳态分量，并使断弧后线路上残压不再是直流电压，而是交流衰减正弦电压，其角频率为分闸后触头间的恢复电压为拍频振荡，上升速度大为降低，可避免电弧重燃QL：电抗器容量QC：线路充电功率20先断主触头DL1，将R串入回路：一是泄放残余电荷，二是降低触头间电压，此过程希望R值小经1.5～2周波，再断开辅助触头DL2，此过程希望R大，电容上分压小，恢复电压小，不易重燃装分闸并联电阻3.限制措施21第一阶段：t=t1工频电流过零值熄弧，C0上电压为最大Em，DL1断弧后，电容电压经电阻R放电，由RC回路计算放电过程中的电容电压：忽略线路电感C0为线路等值自电容断路器带并联电阻切空线的等值电路22触头DL1的恢复电压ur1即是电阻R的电压恢复电压ur1可能出现的最大值小于2Em，而且

RC0越小（要求R值小些），

越大，恢复电压越低，DL1开断时越不易重燃电容电压的稳态幅值由Em下降为Emsin

，uC(t)最大值不超过Em23第二阶段：t=t2电流过零值电弧熄灭，电容电压最大值为-Emsin

，也就是线路的残压。DL2的恢复电压ur2(t)：最大恢复电压：

RC0越大（要求R值大些），

越小，恢复电压越低24当下列值时，两触头DL1、DL2上的恢复电压最大值接近相同，比较合适从降低触头间的恢复电压考虑，在分闸操作的两个过程中，断开DL1时希望R小些，在断开DL2时希望R大些110kV，200km、220kV，400km线路相应的对地电容分别为1.8

F、3.5

F，合适的分闸电阻R值为3000～5000

330kV，500km线路，对地电容为4.8

F，合适的分闸电阻R值约为2000

分闸电阻为中值并联电阻25例如，KW-330型空气断路器所装并联电阻R为3000

超高压少油断路器由于灭弧性能良好，考虑到少油断路器加并联电阻在结构上有困难，所以未装并联电阻在110~220kV中性点直接接地的电网中，切空线过电压最大值(2.8Uphm)是低于线路绝缘水平(3.0Uphm)的，所以我国生产的110~220kV各种断路器一般不加并联电阻26氧化锌避雷器作为后备保护----第二道防线

要求在断路器并联电阻失灵或其他意外情况出现较高幅值的过电压时应能可靠动作，将过电压限制在允许范围内3.限制措施氧化锌避雷器在限制操作过电压时具有以下特点：避雷器的操作波放电电压波形可能与工频放电电压不同，且分散性较大操作过电压下流过避雷器的电流一般小于雷电流，但持续时间长，对避雷器的通流容量要求严操作过电压作用下避雷器可能多次动作，对阀片及间隙的要求苛刻27切除空载线路示意图，线路末端接有避雷器切除空载线路时，设断路器发生重燃，线路上出现较高幅值的过电压。当该电压波传播到空载线路末端时，由于电压全反射使末端电压增加一倍，避雷器动作后，阀片电阻接人并通过电流，线路末端电压降为阀片残压着重分析阀片中通过的电流28相当于有一反极性电压波自末端发出，抵达首端时：若断路器已经熄弧，则在首端发生电压全反射，进一步降低过电压。待新的反极性电压波抵达线路末端时，将使避雷器电压显著降低，阀片中的电流亦明显下降若断路器尚未熄弧，则在首端遇到电源的等值内电感Ls，开始为电压正反射，随后为负反射，情况较复杂，但开始阶段的正反射产生的反极性电压波到达末端时，同样降低了线路末端电压及避雷器电流分析阀片中通过的电流29避雷器阀片中大电流的持续时间约为2l/v，v为波的传播速度，l为线路长度例如，线路长度为300km，波的传播速度取为光速即300m/

s，则持续的时间为2ms

切除空载线路示意图，线路末端接有避雷器30在2l/v时间内，避雷器中流过电流的大小由下面的等值电路估算补偿电动势u(t)是在避雷器动作瞬间接人电路中，它是一个时间的函数，其值等于避雷器支路开路时该点的电压电流由补偿电动势u(t)的作用而产生，在2l/v时间内，线路可视为波阻抗。有如下关系：31过电压最大值Um在2l/v之前（首端反射波到达末端之前）到达，并且避雷器残压最大值URm与过电压最大值Um同时出现按保护要求URm不应超过容许残压最大值URn，因此通过避雷器中的最大电流为：32330kV线路，最大运行相电压幅值ZC=300，Um=3.5Uphm，URn=2.5Uphm根据公式计算得：iRm1kA500kV线路，最大运行相电压幅值Uphm=449kVZC=280

，Um=3.0Uphm，URn=2.2Uphm根据公式计算得：iRm1.283kA33通过避雷器的电流波形近于矩形，其持续时间t与线路长度l成正比：通过避雷器的电流有如下特点避雷器电流的幅值与电压等级及系统的过电压水平有关，而与线路长度关系不大。例如我国500kV线路避雷器电流约为(1～1.5)kA，330kV约为l.0kA避雷器电流的幅值虽然不高，但持续时间比雷电流长得多，对避雷器的通流能力要求高在超高压系统中输电线路较长，电容效应严重，线路末端电压将高于母线电压，因此将避雷器分为线路型和变电站型，其额定电压不同，其通流容量也规定了不同的方波幅值和宽度34避雷器限制操作过电压的保