电力系统过电压与绝缘配合.ppt

1、第三篇 电力系统过电压与绝缘配合,概念： 过电压电力系统在运行中出现的可能危及绝缘的各种高电压,绝缘配合-确定各种设备应有的绝缘水平 及相互之间的配 合关系,研究各种过电压的产生机理、发展过程、影响因素、防护措施等。,第7章 输电线路和绕组中的波过程,波的传播过程,图 7-1 波颜均匀无损导线传播示意图,必须用分布参数电路分析,线路上电压、电流是距离和时间的函数,图7-2 电压波沿线路的分布,即：,7.1 波沿均匀无损单导线的传播,一、波动方程及其解,图7-3 均匀有损单导线分布参数等值电路,图7-4 均匀无损单导线分布参数单元等值电路,均匀有损单导线分布 参数等值电路,忽略对地电导、导线电阻

2、均匀无损单导线分布 参数等值电路,由图可得：,推导可得：,-波动方程,解得通解：,注：前行波沿x轴正向传播；反行波沿x轴反向传播,简记为：,二、波速 波阻抗,波速,电缆：,其值决定于导线周围的介质,特点：其值决定于导线周围介质和几何尺寸，与线路长 度无关（电压波与电流波之间的一个比例常数） 不产生能量损耗,电缆： L0小， C0大 Z=1050,7.2 行波的折射和反射,不同波阻抗的线路连接点节点 行波的折射和反射行波投射到节点时，电磁能量重新分配 节点处出现电压（电流）折、反射,一、折射系数和反射系数,无穷长直角波u1f 沿线路Z1传向线路Z2,-电压反射系数,-电压折射系数,二、几种特殊端

3、接情况下的波过程,(一)线路末端开路,(三) Z2Z1,(四) Z2Z1,三、集中参数等值电路（彼得逊法则）,已知波通过节点后各线路上Z2的折射电压：,求Z2的折射电压时，可将其转化为集中参数的等值电路来分析：,彼德逊等值电路： 等效电源 电源电压2u1f 电源内阻为Z1,图7-11 线路接有集中参数的彼德逊等值电路,适用范围： 节点后各线路无反射波（或反 射波未到考查点） 线路中接有集中参数的元件,四、波通过串联电感或并联电容,（一）波通过串联电感,据彼德逊等值电路有：,图7-5 波通过串联电感,解得：,线路1中的反射电压波：,t=0,（二）波通过并联电容,据彼德逊等值电路有：,解得：,图7

4、-6 波通过并联电容,-线路时间常数,t=0,线路1中的反射电压波：,7.3 行波的多次折、反射,多种不同波阻抗线路连接，在连接点（节点）之间出现波的多 次折、反射,分析方法：网格图法,图7-14 计算波的多次折、反射的网格图法,结点A、B折、反射系数：,经过n次折反射，线路2上电压,可见入侵波为无穷长直角波时： 线路上电压最终值与中间线段无关 由初值向最终变化过程中，线路上电压波形与z0有关,将各参数表达式代入，得：,7.4 波在多导线系统中的传播,n导线系统，每根导线对地电位决 定于系统中所有导线上的电荷,图7-17 n根平行导线及其镜像,电位方程等式右侧各项同乘以,-k导线电流,若线路中

5、同时存在前行波和反行波时，则有：,多导线系统波过程分析： 列出电位方程， 加入边界条件求解,例1 如图示雷击杆塔顶，求线路绝缘所受的过电压,解：两导线系统，电位方程：,边界条件：i2=0 (导线2对地绝缘）,图7-18 避雷线与导线间的耦合系数,线路绝缘承受的过电压：,例2 平行多导线系统的等值波阻抗,因三相线路对称，即有：,波同时作用于三相电路时,三相等值波阻抗,引起能量损耗的因素有： 1)电阻（包括：导线电阻和大地电阻）； 2)电导（包括：线路绝缘泄漏电导与介质损耗） 3)冲击电晕。,7.5 波在有损线路上的传播,一、线路电阻和电导的影响,引起波的衰减和变形,图7-20 有损导线分布参数等

6、值电路,影响3-使行波波速减小（0.75C),影响4-使行波波阻抗减小2030%,7.5 变压器绕组中的波过程,变压器绕组遭受线路传入的过电压作用，使绕组中产生电磁振荡过程-绕组中的波过程。 导致：主绝缘过电压 纵绝缘过电压。,变压器绕组中的波过程与下述因素有关： 1) 绕组的接法星形(Y)或三角形()； 2) 中性点接地方式(接地或不接地)； 3) 进波情况(一相、两相或三相进波)。,一、单相绕组中的波过程,简化等效电路： 假定电气参数在绕组各处均相同（即绕组均匀）； 2) 忽略电阻和电导； 3) 不单独计各种互感，而把它们的作用归并到自感中,图7-22 单相绕组的等效电路,图7-23 t=

7、0瞬间绕组等效电路,a. 绕组的初始电位分布,图7-24 不同 下 绕组电位起始分布 (a) 绕组末端接地 (b) 绕组末端开路,可见 时， (一般变压器 ) 中性点接地与否，对初始电位影响不大,初始电位最大梯度出现在绕组首端,-平均电位梯度,下降，最大电位梯度下降，起始电位分布的均匀性改善。 从降低陡度要求，越小越好。,波到达绕组首端瞬间，其对来波的影响，可用一等值电容来表示CT。,变压器的入口电容,C-绕组总的对地电容 F K-绕组总的纵向电容 F,变压器入口电容值,t,b. 绕组的稳态(t)电位分布,t,绕组末端接地：最大电位出现在距首端l/3处，其值可达1.4U0 绕组末端开路:最大电

8、位出现在末端，其值可达1.9U0,结论： （1） 振荡过程中最大电位： 末端开路时出现在绕组末端，其值可达1.9U0 绕组末端接地：出现在距首端l/3处，其值可达1.4U0 （2） 振荡过程中最大电位： 末端接地（或开路）均出现在绕组首端，其值为：,（3） 振荡过程与入侵波的幅值、波形有关，波头越陡，振荡过程越激烈，绕组各点的最大电位及电位梯度越高。,二、变压器对过电压的内部防护措施,思路：改善变压器绕组电容参数，使起始电位分布和稳态电位分布接近，减弱振荡过程。,(一)补偿对地电容电流（横向补偿）,采用静电屏、静电环、静电匝措施，以补偿对地电容C，以使纵向电容K上电压降均匀，从而使起始电位分布

9、均匀化,图7- 电容补偿原理图 （a）全补偿 （b） 部分补偿,(二)增大纵向电容（纵向补偿）,原理：加大纵向电容K0值，使对地电容C0的影响相对减小，使绕组起始电位分布均匀化（沿绕组压降线性化）。 方法： 采用纠结式绕线（纠结式绕组）,三、三相绕组中的波过程 (一)星形接法中性点接地 (Y0) 可视为三个独立的末端接地的绕组，按单相绕组波过程处理 (二)星形接法中性点不接地(Y) 如果三相同时进波，与末端绝缘的单相绕组的分析方法相同，中性点处的最大电压可达首端电压的两倍左右 仅有一相进波，因绕组对冲击电压的阻抗远大于线路波阻抗，可视线路波阻抗为0，未进波相绕组首端可视为接地，据此分析可知：中

10、性点稳态电压为U0/3, 最大电压2/3 U0,(三)三角形接法（） 单相进波：导线1进波时，导线2、3可视为接地，振荡中最大电压在绕组中部，数值接近2U0,四、波在变压器绕组间的传递 (一)静电感应（电容传递） 通过绕组之间的电容耦合而传递过来。 只要用一只阀式避雷器FV接在任一相出线端上，就能为整个 三相绕组提供保护。 (二)电磁感应（磁传递） 因磁耦合产生。 只是在低压绕组进波时，才有可能在高压绕组中引起危险。 依靠紧贴每相高压绕组出线端安装的三相避雷器对过电压进行 保护。,四、波在变压器绕组间的传递 (一)静电感应（电容传递） 通过绕组之间的电容耦合而传递过来。 只要用一只阀式避雷器FV接在任一相出线端上，就能为整个 三相绕组提供保护。 保护。,(二)电磁感应（磁传递） 因磁耦合产生。 只是在低压绕组进波时，才有可能在高压绕组中 引起危险。 依靠紧贴