高电压技术第九章精选PPT.ppt
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1、高电压技术第九章第1页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYu9.1 切断空载线路过电压u9.2 空载线路合闸过电压u9.3 切除空载变压器过电压u9.4 断续电弧接地过电压u9.5 绝缘配合u习题和参考答案本章内容返回第2页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.1 切断空载线路过电压 切除空载线路是电网中常见操作之一,在切空载线路的过程中,虽然断路器切断的是几十安到几百安的电容电流,比短路电流小的多,但如果使用的断路器灭弧能力不强,在切断这种电容电流时就可能出现电弧的重燃,从而引起电磁振荡,造成过电压
2、。第3页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.1.1 产生原理9.1.2 影响因素和降压措施返回第4页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 用单相集中参数的简化等效电路来分析,如图9-1,S断开之前线路电压UC(t)=e(t),设第一次熄弧(设时间为t1)发生断路器的工频电容电流ic(t)过零时,如图9-2,线路上电荷无处泄放,uc(t)保留为Em,触头间电压ur(t)为:Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)(9-1)9.1.1 产生原理第5页,此课件共92页哦NANCHANG
3、INSTITUTE OF TECHNOLOGY图9-1 切除空载线路时的等值计算电路图图9-2 切除空载线路过电压的发展过程 半周期后,e(t)=-Em,两触头间电压即恢复电压2Em。此时若触头间的介质绝缘强度没有很好恢复,或绝缘恢复强度的上升速度不够快,可能在t2时电弧重燃,相当于一次反极性重合闸。第6页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY UCmax达到-3Em,设在tt3时高频(重合闸过程,回路振荡的角频率 ,大于工频下的M)电容电流第一次过零时熄弧,uc(t)保持-3Em,又过T2,e(t)又达最大值,触头间电压ur(t)为4Em。依此类推
4、,直至触头间绝缘足够高,不再重燃为止。线路上的过电压将不断增大,一直达到很高的数值。返回图9-2 切除空载线路过电压的发展过程第7页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.1.2 影响因素和降压措施影响过电压的最大值的因素:1)断路器的性能;2)中性点接地方式;3)母线上的出线数4)在断路器外侧装有电磁式电压互感器等设备第8页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY消除或降低操作过电压采取的措施如下:(1)改善断路器的结构,避免发生重燃现象(2)断路器加装并联电阻(3)利用避雷器保护(4)泄流设备的装设图9
5、-3 带并联电阻断路器1主触头 2辅助触头 R并联电阻第9页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY产生原理原理优点缺点影响因素和降压措施影响过电压的最大值的因素(4点)消除或降低操作过电压采取的措施小 结返回(本节完)第10页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.2 空载线路合闸过电压 电力系统中,空载线路合闸过电压也是一种常见的操作过电压。通常分为两种情况,即正常操作和自动重合闸。由于初始条件的差别,重合闸过电压的情况更为严重。近年来由 于采用了种种措施(如采用不重燃断路器、改进变压器铁芯材料等)限制
6、或降低了其他幅值更高的操作过电压,空载线路合闸过电压的问题就显得更加突出。第11页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.2.1 发展过程9.2.2 影响因素和降压措施返回第12页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 这种操作通常出现在线路检修后的试送电。此时线路上不存在任何异常(如接地)。线路电压的初始值为零。正常合闸时,若三相接线完全对称,且三相断路器完全同步动作,则可按照单相电路进行分析研究。在这里我们用集中参数等值电路的方法分析这种过电压的发展机理。1.正常合闸的情况图9-4 合闸示意图
7、(a)集中参数等值电路 (b)简化等值电路9.2.1 9.2.1 发展过程发展过程第13页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 在图9-4(a)所示的等值电路中,其中空载线路用一T型等值电路来代替,RT、LT、CT分别为其等值电阻、电感和电容,u为电源的电阻和电感。在作定性分析时,还可忽略电源和线路电阻的作用,这样就可进一步简化成图9-4(b)所示的简单振荡回路,其中电感 。若取合闸瞬间为时间起算点(t0),则电源电压的表达式为(9-2)(9-3)求得U为稳态分量;U 为自由振荡分量。第14页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE
8、OF TECHNOLOGY仅关心过电压幅值时:过电压幅值稳态值振荡幅值稳态值(稳态值起始量)2稳态值起始量对于空载线路,不存在残余电压,起始值为零,可得:UCmax=2U回路存在衰减的振荡,以衰减系数来表示:(9-4)再者,电源是工频交流电压u(t),这时uc(t)表达式将为(9-5)第15页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY波形如图9-5(b)图9-5 合闸过电压波形(a)电源电压为直流电压 (b)电源电压为工频交流电压 由于回路中存在的损耗,我国实测的过电压的最大倍数为1.91.96倍。第16页,此课件共92页哦NANCHANG INSTIT
9、UTE OF TECHNOLOGY 以上是正常合闸的情况,空载线路L没有残余电荷,初始电压UC(0)0。如果是自动重合闸的情况,那么条件将更为不利,主要原因在于这时线路上有一定残余电荷和初始电压,重合闸时振荡将更加激烈。自动重合闸是线路发生跳闸故障后,由自动装置控制而进行的合闸操作。2.自动重合闸的情况第17页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 图96为系统中常见的单相短路故障的示意图。在中性点直接接地系统中,A相发生对地短路,短路信号先后到达断路器Q2,Q1。断路器S2先跳闸,在断路器Q2跳开后,流过断路器Q1中键全相的电流是线路电容电流,故当
10、电压电流相位相差900时,断路器Q1跳闸。于是在健全相线路上将留有残余电压。图9-6 重合闸示意图 第18页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 设Q1重合闸之前,线路残余电压已下降30,即(10.3)(1.31.4 U)=(0.910.98)U。考虑最严重的情况,重合闸时电源电压为U,重合闸时暂态过程中过电压为U-U-(0.91.98)U=(-2.912.98)U。在实际过程中,过电压还要低些。在合闸过电压中,以三相重合闸的情况最为严重。返回第19页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.2.2 影响
11、因素和降压措施 以上对合闸过电压的分析也是考虑最严重的条件、最不利的情况。实际出现的过电压幅值会受到一系列因素的影响,最主要的有:合闸相位线路损耗线路残余电压的变化第20页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY1.合闸相位 合闸时电源电压的瞬时值取决于它的相位,相位的不同直接影响着过电压幅值,若需要在较有利的情况下合闸,一方面需改进高压断路器的机械特性,提高触头运动速度,防止触头间预击穿的发生;另一方面通过专门的控制装置选择合闸相位,使断路器在触头间电位极性相同或电位差接近于零时完成合闸。2.线路损耗 线路上的电阻和过电压较高时线路上产生的电晕都构成
12、能量的损耗,消耗了过渡过程的能量,而使得过电压幅值降低。第21页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY3.线路上残压的变化 在自动重合闸过程中,由于绝缘子存在一定的泄漏电阻,大约有0.5s的间歇期,线路残压会下降1030。从而有助于降低重合闸过电压的幅值。另外如果在线路侧接有电磁式电压互感器,那么它的等值电感和等值电阻与线路电容构成一阻尼振荡回路,使残余电荷在几个工频周期内泄放一空。第22页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY合闸过电压的限制、降低措施主要有:(一)装设并联合闸电阻最有效的措施图9-3 带
13、并联电阻断路器如图9-3所示,这时应先合辅助触头2、后合主触头1。第23页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 整个合闸过程的两个阶段对阻值的要求是不同的:在合辅助触头2的第一阶段,R对振荡起阻尼作用,使过渡过程中的过电压最大值有所降低,R越大、阻尼作用越大、过电压就越小,所以希望选用较大的阻值;大约经过815ms,开始合闸的第二阶段,主触头1闭合,将R短接,使线路直接与电源相连,完成合闸操作。第24页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 在第二阶段,R值越大,过电压也越大,所以希望选用较小的阻值。因此
14、,合闸过电压的高低与电阻值有关,某一适当的电阻值下可将合闸过电压限制到最低。图9-7为500kV开关并联电阻与合闸过电压的关系曲线,当采用450的并联电阻时,过电压可限制在2倍以下。图9-7 合闸电阻R与过电压倍数K0的关系第25页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY(2)控制合闸相位 通过一些电子装置来控制断路器的动作时间,在各相合闸时,将电源电压的相位角控制在一定范围内,以达到降低过电压的目的。具有这种功能的同电位合闸断路器在国外已研制成功它既有精确、稳定的机械特性、又有检测触头间电压(捕捉向电位瞬间)的二次选择回路。(3)利用避雷器来保护 安
15、装在线路首端和末端(线路断路器的线路侧)的ZnO或磁吹避雷器,均能对这种过电压进行限制,如果采用的是现代ZnO避雷器,就有可能将这种过电压的倍数限制到1.51.6。第26页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY发展过程正常合闸的情况自动重合闸的情况影响因素和降压措施合闸相位线路损耗线路残余电压的变化小小 结结返回(本节完)第27页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.3 切除空载变压器过电压 正常运行时,空载变压器表现为一励磁电感。切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷,会在变压器和断路器上出现很高的
16、过电压。开断并联电抗器、电动机等,也属于切断感性小电流的情况。第28页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.3.1 发展过程9.3.2 影响因素与限制措施返回第29页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 变压器和断路器上出现过电压的原因是变压器的空载电流过零前就被断路器强制熄弧而切断,导致全部电磁能量转化为电场能量而使电压升高。9.3.1 发展过程第30页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 研究表明:切断100A以上的交流电流时,开关触头间的电弧
17、通常是在工频电流自然过零时熄灭的;当所切除的电流很小时(变压器的空载电流非常小,只有几安到几十安),电弧往往提前熄灭,亦即电流会在过零之前就被强行切断,即所谓的截流现象。第31页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 可用图9-8所示的简化等值电路来说明这种过电压的发展过程。图中 为变压器的激磁电感,为变压器绕组及连接线的对地电容。图 9-8 切除空载变压器的理想等值电路第32页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 假如空载电流 时发生截断(即由 突然降到零),此时电源电压为 ,则切断瞬间在电感 和电容
18、中所储存的能量分别为:第33页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY此后即在 、构成的振荡回路中发生电磁振荡,在某一瞬间,全部电磁能量均变为电场能量,这时电容 上出现最大电压若略去截流瞬间电容上所储存的能量 ,则式中 变压器的特性阻抗第34页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY截流现象通常发生在电流曲线的下降部分,设 为正值,则相应的 必为负值。当开关中突然灭弧时,中的电流 不能突变,将继续向 充电,使电容上的电压从“”向更大的负值方向增大,如图9-9所示。此后,在 回路中出现衰减性振荡,其频率为第35页
19、,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY图9-9 截流前后变压器上的电压和电流波形第36页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 以上介绍的是理想化了的切除空载变压器过电压的发展过程,实际过程往往要复杂得多,断路器触头间会发生多次电弧重燃。与切除空载线路的情况相反,重燃对降低过电压是有利因素。变压器参数也会影响切空变过电压的幅值。实际的过电压将大大低于理想情况下的过电压。返回第37页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.3.2 影响因素和限制措施影响因素及对应的
20、限制措施主要有:1、断路器性能 切断小电流的电弧时性能越好的断路器,其切空变过电压的幅值越高。2、变压器特性 优质导磁材料应用日益广泛,变压器的激磁电流减小很多;变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等措施,使过电压有所降低。第38页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY3、采用避雷器保护 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。4、装设并联电阻 在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻,其限值应接近于被切电感的工作激磁阻抗(数万欧)。第39页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY发展
21、过程影响因素和限制措施断路器性能变压器特性采用避雷器保护装设并联电阻小 结返回(本节完)第40页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY9.4 断续电弧接地过电压 中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流)较大,接地点的电弧将不能自熄,而以断续电弧的形式存在,就会产生另一种严重的操作过电压断续电弧接地过电压。第41页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 断续电弧接地过电压出现在下列三种情况下后果比较严重:系统中有一些弱绝缘的电气设备设备绝缘在运行中可能急剧下降设备绝缘中有某些潜伏性故障第42页,此课件共9
22、2页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本节内容9.4.1 发展过程9.4.2 防护措施返回第43页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 这种过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧时间有关。存在两种熄弧时间:电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻9.4.1 发展过程第44页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 下面假定电弧的熄灭发生在工频电流过零的时刻,来说明这种过电压的物理发展过程:作如下简化:1)略去线间电容的影响;2)设各相导线的对
23、地电容均相等,即C1=C2=C3=C。就可得如图9-10(a)所示的等值电路。第45页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 设接地故障发生于A相,而且是正当 经过幅值 时发生,这样A相导线的电位立即变为零,中性点电位 由零升至相电压,即 ,B、C两相的对地电压都升高到线电压 、。图9-10 单相接地故障电路图和向量图第46页,此课件共92页哦NANCHANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 如以uA,uB,uC代表三相电源电压;以u1,u2,u3代表三相导线的对地电压,即C1、C2、C3上的电压,则通过分析可得如图所示的过电压发展过
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