2022年电力系统内部过电压及其限制措施 .pdf

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1、第5章电力系统内部过电压及其限制措施内部过电压的概念1、定义：在电力系统内部，由于断路器的操作或系统发生故障，使系统参数了发生变化，引起电磁能量的转化或传递,在系统中出现的过电压。2、类型：（1）工频过电压（2）操作过电压（3）谐振过电压3、特点：（1）过电压的能量来源于电网本身。（2）过电压的幅值与电网的工频电压大致有一定的倍数关系，通常以系统的最高运行相电压为基础计算过电压倍数K。（3）过电压持续的时间较长。5、 1 电力系统工频过电压一、工频过电压的产生系统正常运行或故障时产生。如：1、空载长线路末端电压的升高。2、发生单相接地故障时，非故障相电压的升高。3、甩负荷引起的工频电压升高。二

2、、特点1、过电压倍数不大，对正常绝缘的电气设备一般没有危险2、在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素。（1）工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。（2）工频电压升高是决定保护电器（避雷器）工作条件的重要因素。（3）工频电压升高持续时间长，对设备的绝缘不利。三、形式：1、空载长线路末端电压升高2、不对称短路引起的工频电压升高3、甩负荷引起的工频电压升高四、空载长线路电容效应引起的电压升高(XCXL) 1、输电线路的等值电路：2、首端与末端电压之比为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

3、- - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 对于无穷大容量的系统，可以证明：式中： 相位常数，=0.06/KM l线路长度说明线路末端电压高于首端电压，线路越长，末端电压越高，这种现象是由于电容性充电电流造成的，称为电容效应。3、系统电源容量对电容效应的影响沿线路的工频电压按余弦规律分布K20 =U2 / E = COS / COS （ l+ ）= arctg X s / Z 式中：X s 系统电源的等值阻抗Z 导线的波阻抗可见，电源容量越小，电抗越大，工频电压升高越严重，即电源电抗的存在相当于使线路变长了。举例说明： P.125 五、不对称短路引起的工频电压升

4、高1、系统发生单相或两相接地故障时，非故障相（健全相）上工频电压将升高（阀式避雷器的灭弧电压是以此升高值决定）2、分析单相接地（以 A 相接地为例） ：利用对称分量法可以求出：（推导从略）零序电抗 X0的大小与系统中性点接地方式有关（1）对于 310KV 系统（中性点绝缘系统）：X0由线路容抗决定，为负值。则 X0 / X1的值比稍大。即：健全相上电压为1、1 倍线电压选 110%避雷器：如10KV 避雷器的灭弧电压为（220KV 及以下系统的最高工作电压按1、15Un 确定）即选 FZ10/12.7 的避雷器（2）对于 35 60KV 中性点经消弧线圈接地系统X0为正值，健全相上电压接近线电

5、压选 100%避雷器：如 35KV 避雷器的灭弧电压为1、0*1、15Un =1、15*35 = 40.25KV 即选 FZ35/41 避雷器（3）110 220KV 为中性点直接接地系统一般 X0 / X13，则健全相上电压不大于1、4 倍相电压。约80%线电压。选80%避雷器：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - （4）330KV 及以上超高压系统系统中全部变压器中性点接地，健全相电压升高为0.75 倍线电压以下。

6、考虑电容效应：线路首端选80%避雷器，末端选90%避雷器六、甩负荷引起的工频电压升高1、当发电机突然甩负荷时，将造成线路工频电压升高2、此种过电压的计算较复杂，在此只引出一些结论性概念运行经验表明：220KV 及以下电网一般不需要采取特殊措施限制；220KV 及以上需要采取限制措施。七、工频电压升高的限制措施1、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应。2、利用静止补偿器调节系统无功，控制系统电压。3、采用降低输电线路零序阻抗的方法。5.2 电力系统的操作过电压一、操作过电压的产生及类型1、产生：系统中对断路器的操作而带来的过电压。其过电压倍数K 的大小和持续时间与电网的结构、断路器的性能、系统的

7、接线方式及运行操作方式有关，K 一般为 34。2、类型：（1）空载线路合闸过电压（2）切除空载线路过电压（3）切除空载变压器过电压（4）中性点不接地系统中弧光过电压二、操作过电压对系统的影响1、220KV 及以下系统的绝缘水平由雷闪过电压决定操作过电压对设备绝缘的威胁不大，可不采取专门的限制措施。2、对于 220KV 以上的超高压、特高压系统其绝缘水平如果按（34）Umph( 最大运行相电压的幅值）的操作过电压来考虑，其绝缘费用将大幅度增加，因此必须采取措施限制操作过电压在一定水平下。三、空载线路合闸过电压及其限制措施1、 计划合闸： uc= E (1-cos0t) uc线路绝缘上的电压，是一

8、个以电源电压E 为轴线，以 0为角频率的高频正弦等幅振荡的随机量。其最大值为2 Em。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 2、故障后自动重合闸线路出现故障时保护跳闸后，经自动重合闸装置进行合闸操作。此时线路上存在残余电压，产生的过电压比计划合闸更严重。考虑最严重的情况：假设合闸时电源电压为+Em，残余电压为-Em 则振荡过程中电容上的最大电压为：Uc = 稳态值（稳态值起始值）= Em Em （ Em） =3Em 3

9、、影响过电压的因素合闸相位；残余电荷；断路器合闸的不同期；回路损耗；电容效应4、限制过电压的措施（1）限制工频电压升高（2）采用带并联电阻的断路器（400-600）（3）消除线路上的残余电荷（4）装设避雷器四、切除空载线路过电压1、产生的原因：断路器电弧重燃造成的，特别是油断路器在切断空载小电流时，会发生电弧重燃现象。2、讨论断路器触头两端的恢复电压UAB第一种可能：当开关触头间去游离能力强，抗电强度恢复快，则电弧熄灭， 不会产生过电压第二种可能：如果开关性能差，恢复电压UAB比开关触头间的抗电强度恢复得快，则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

10、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 将发生电弧重燃。3、过电压幅值计算：过电压幅值 =稳态值（稳态值起始值）=EmEm （ Em） =3Em 过电压的大小与电弧重燃的次数成正比4、影响过电压的因素：1）断路器的性能2）电网中性点的运行方式3）接线方式4）电晕的影响5）线路侧的电磁式YH 5、限制过电压的措施（1）选用灭弧能力强的快速断路器（2）采用带并联电阻的断路器（3000）五、切除空载变压器过电压1、产生过电压的原因：开关断开小空载电流的“ 截流 ” 现象造成的。“ 截流 ” 是指电流在非自然过

11、零时被强行切断，此时变压器线圈中的磁场能量，将转化为变压器对地电容中的电场能量，从而在变压器绕组上产生过电压。2、 过电压的大小及特点（1）过电压的大小ZT 变压器特性阻抗，可达几万欧。i0一只有几安到几十安，图 513 切除空载变压器的等效电路则Um 可达上百万伏举例： i0=20A ZT=50k 则 Um=20 50=1000KV （2）特点：此过电压由于变压器电感中贮存的能量不大，过电压属于短暂的高频振荡波，对绝缘的影响与雷电波相似，可以用阀型避雷器来保护。幅值高，频率高，但持续时间短，能量小。2、 限制过电压的措施（1）采用带并联电阻的断路器（10000）（2）装设避雷器六、弧光接地过

12、电压1、 产生过电压的原因：在 中性点不接地系统中发生单相接地故障时，流过接地点的电流为电容性电流，当数值超过一定值时（10kV，30A ； 35kV ，10A ）,电弧难以自行熄灭,出现时燃时灭的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 间歇性电弧 ,使系统中电感电容回路发生振荡,在电网健全相和故障相上将产生很高的过电压。2、 分析：电弧的熄灭有2 种情况：在工频电流过零时熄灭；在高频振荡电流过零时熄灭。过电压的数值：健

13、全相的最大过电压值为3.5 Umph，一般在 3 Umph 以下；故障相不产生振荡过程，其最大过电压值为2Umph。3、限制过电压的措施：在中性点装设消弧线圈（过补偿）5、3 电力系统的谐振过电压一、概述1、产生的原因由于系统中存在着大量的电容电感元件，在系统进行操作或发生故障时，这些电容电感元件可能形成各种不同自振频率的振荡回路，在外电源的作用下发生谐振现象，造成某些元件上出现谐振过电压。2、特点谐振过电压是一种稳态现象，存在的时间较长，对电气设备绝缘的危害大。3、类型系统中的电阻电容元件可以认为是线性的，而电感则可能是线性的、非线性的或作周期性变化的，按电感的类型不同，谐振分为：线性谐振、

14、参数谐振、铁磁谐振二、线性谐振过电压1、L 和 C 为常数2、交流电源的频率等于自振频率， 。 ，则感抗等于容抗（） ，电路阻抗达到最小，电流很大，在和上出现过电压。三、参数谐振过电压系统中某些元件的电感在外界因素影响下发生周期性变化，如发电机的同步电抗在发电机接有容性负载时，参数配合不当， 则可能发生参数谐振现象。导致发电机机端产生自激磁过电压。由于电感的饱和，电感量减小，回路将自动脱离谐振条件，从而限制了这种自激过电压，所以此类过电压一般很少发生。四、铁磁谐振过电压1、产生的原因：由于各种电磁元件（如变压器、电压互感器等）铁芯电感的饱和而引起电感值发生变化，而激发起持续性的幅值较大的铁磁谐

15、振过电压。2、表现形式造成单相、两相或三相对地电压升高，引起“ 虚幻接地 ” 现象；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 引起低频摆动；引起避雷器爆炸，烧坏电压互感器和绝缘子。3、 原理分析：UL=L I ，UC=I/ CE=UL-UC =u 产生铁磁谐振的必要条件是：L 1/ C（即电感和电容的伏安特性曲线相交）电路正常时，I 较小，呈感性，电路处于非谐振状态，稳态工作点为（a1 点） 。由于 L 具有非线形特性，随

16、着I 增大（这种现象叫激发 ，如电源突然合闸、发生短路等） ，铁芯饱和， L 值会下降；当 L =1/ C时，就会发生 铁磁谐振 （图中的 e点） 。但电路在 e 点之后会自动偏离而跃变到新的稳态工作点（a3 点） 。这样，线路上的电压UC就由 1 值跃变到2 值，形成很高的过电压。在跃变过程中，I 相位发生了180 度变化，由感性变为容性。铁磁谐振的特点产生串联谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性曲线有交点。在外界的激发下，回路从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，产生过电压，同时发生相位反倾现象。铁磁元件的非线性特性是产生铁磁谐振的根本原因。具有各谐波振荡的可能性。 （基波谐振、倍频谐振、分频谐振）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 思考题：当增大电路中的电容，而铁磁电感不变，则发生铁磁谐振过电压时，过电压的数值是增加还是减少？试用图解法给以说明。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -