2022年电力系统内部过电压毕业设计方案 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 工频过电压分析及其仿真课程名称： 高电压技术 任课老师： 高金兰 所在学院： 信息技术学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 电气 8 班 同学姓名： 刘昌明 学 号 ：20224073804中国 大庆2022 年 12 月名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要工频过电压是造成电网内高电压设备损坏的重要缘由之一,它相伴着电网的正常操作 过程、故障过程而生；假如在电网建设初期不仔细分析、运算这类过电压,实行相应防护 措施,特殊是 500kV电压等级的高压设备,由于

2、对地电容电流较大,过电压水平会更高,那 么在以后设备运行过程中就心中很多,可能造成设备损坏,带来极大的经济缺失；由于过电压的水平不仅与详细的电网环境有关,而且与投切对象及装设的相关设备有 关,所以,详细到每一实际工程,都必需进行过电压的运算,明白过压情形,以便实行防 护措施,指导生产运行和科学试验,防止过电压损坏设备；关键词： 高电压、工频过电压、电磁暂态分析I / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录 1 工频过电压的理论分析 - 1 - 1.1 输电线路的工频过电压 - 1 - 1.2 空载长线路的电容

3、效应及系统阻抗对工频过电压的影响- 1 - 1.3 不对称短路引起的工频电压上升- 2 - 1.4 线路甩负荷效应 - 3 - 2 输电线路工频过电压仿真分析- 4 - 2.1 单端电源与带有并联电抗器补偿的长线相连- 4 - 2.2 双端电源与带有并联电抗器补偿的长线相连- 6 - 2.3 双端电源供电且线路首末两端及中间均并联有电抗器- 9 - 3 线路不接并联电抗器仿真数据- 11 - 3.1 仅线路首端接并联电抗器 - 11 - 3.2 仅线路末端接并联电抗器 - 11 - 3.4 线路首末两端及开关站处均并联电抗器- 12 - 4 结论 - 13 - 参考文献 - 14 -1 工频过

4、电压的理论分析内部过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象,它可分为临时过电压和操作过电压两 大类；在故障和 /或操作时,瞬时发生的过渡过程过电压称为操作过电压,其连续时间一般在几十毫秒之内；在暂态过渡过程终止以后显现连续时间大于0.1 秒至数秒甚至数小时的连续性过电压称为临时过电压,临时过电压又可分为工频过电压和谐振过电压；220kv 及 以下系统中,内部过电压是由系统本身绝缘来承担的；有必要对输电线工频过电压的产 生,影响及其相应的限制措施进行深化的讨论；1.1 输电线路的工频过电压工频过电压产生的缘由包括空载长线的电容效应,不对称接地故障引起的正常相电压 的上升,甩负荷等,它与系统的结构、容

5、量、参数及运行方式有关,其频率等于或接近于 工频；I / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.1.1 匀称长输电线的分布参数模型描述输电线路波过程的微分方程式如下：1-1）就依据边界条件可以求解得沿线电压表达式如下：= 1-2）对于三相输电线路,由于导线彼此间存在着电磁耦合联系,在电磁暂态运算中,往往 用等值阻抗和电流源来等效其分布参数模型；1.2 空载长线路的电容效应及系统阻抗对工频过电压的影响假如输电线路突然从负荷侧断开,那么线路就进入了开路状态；此时线路上,特殊是 其末端上,会显现较高的电压上升；在系

6、统并车前,先从电源侧投入线路时,也会导致同 样的情形,这些过电压就是由空载线路的电容效应引起的；求解该复合二端口网络得：界条件=1-3 ）由空载线路边=0,联合 1-2）1-3）式,可得沿线电压的表达式：1-4）=cos=1-5 ）明显,当 x=0 ,即线路末端时的工频过电压最高；电源电抗相当于增加了线路长度,使谐振点提前了；1.3 不对称短路引起的工频电压上升不对称短路是输电线路最常见的故障形式,短路电流中的零序重量会使健全相上显现 工频电压上升 常称为不对称效应）；系统中的不对称短路故障,以单相接地故障最为常 见,且引起的工频电压上升也最为严峻；下面就以单相接地故障为例,分析不对称短路故

7、障引起的工频电压上升；设系统中 A 相 M 处发生单相接地故障,如图 1 所示：- 1 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - X M N C B A 图 1 单行接地故障图其边界条件为：=0,=0,所以有：+ +=由式 1-9）,0=由上面几式联立求解便可得出健全相电压：1-10）=j1-11 ）1.4 线路甩负荷效应当输电线路重负荷运行时,由于某种缘由线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷,也是造 成工频电压上升的缘由之一,通常称为甩负荷效应；此时,影响工频过电压的因素主要有 四个：1.甩负荷前线路输送的潮流,

8、特殊是向线路输送无功潮流的大小,它打算了电源电动 势 E 的大小；一般来讲,甩负荷前,如线路上输送相当大的有功及感性无功功率,电源电 势必定高于母线电压；甩负荷后发电机的磁链不能突变,可简洁认为电源暂态电动势在短 临时间内维护原先数值,向线路输送功率越大,电源的暂态电动势也越高,运算工频电压 所用等值电势越大,工频过电压也就越高；2电源的容量,其打算了电源的等值阻抗,电源容量越小,等值阻抗就越大,可能出 现的工频过电压也就越高；3.线路长度,线路越长,充电的容性无功就越大,工频过电压就越高；- 2 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 -

9、- - - - - - - - 4.发电机组调速器和制动设备的惰性,甩负荷后其不能立刻起到应有的调速成效,导致发电机转速加快,电动势及频率上升,从而使空载线路的工频过电压更为严峻；2 输电线路工频过电压仿真分析沟通高压工程的建设包括变电和输电线路）两部分,涉及特高压输变电设备的制造,输变电系统的绝缘协作,电磁环境,输电系统的电磁暂态问题等讨论内容；输变电电 气设备和线路合理的绝缘水平的确定是影响整个工程技术经济指标的一个重要因素；电气 设备和线路在运行中除要长期承担额定工作电压以为,仍必需承担各种缘由引起的波形、幅值及连续时间各异的过电压；限制高压线路工频过电压的措施有多种,如使用高压并联电抗

10、器补偿特高压线路的充 电电容；使用良导体地线或光纤复合架空地线减小不对称故障时的接地系数；使用线路两 端联动跳闸或过电压继电爱护缩小工频过电压的连续时间；使用金属氧化物避雷器限制短 时高幅值工频过电压；挑选合理的系统结构和运行方式等等；在全部的这些措施中,并联 高压电抗器是限制工频过电压最基本同时也是最要的手段,因此有必要对其进行深化的研 究；2.1 单端电源与带有并联电抗器补偿的长线相连由于并联电抗器的电感能够补偿线路的对地电容,减小流经线路的电容电流,消弱电 容效应,所以在特高压输电线路上,为了保证远距离输电系统网络的电压水平在答应范畴 内,必需沿线装设高压并联电抗器；通常将并联电抗器的容

11、量与空载长线的电容无功功率 的比值称为并联电抗器的补偿度；2.1.1 单端电源与首端带有并联电抗器的长线相连单端电源与首端带有并联电抗器的长线相连的等效电路和复合二端口网络：设 x 为距线路末端的距离,复合二端口网络方程得：2-1 ）2-2 ）对于空载线路,结合上两式可得沿线任一点的电压表达式为：2-3 ）- 3 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1.2单端电源与末端带有并联电抗器的长线相连单端电源与末端带有并联电抗器的长线相连的等效电路和复合二端口网络：设 x 为距线路末端的距离,求解复合二端口

12、网络方程得：2-4 ）2-5 ）对于空载线路,结合上两式可求得沿线任一点的电压为： 2-8 对于空载线路,结合上两式可求得沿线任一点的电压为：2-9 - 4 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1.4 单端电源与线路中点带有并联电抗器的长线相连单端电源与线路中部带有并联电抗器的长线相连,以线路中点接并联电抗器为例设 x 为距线路末端的距离,求解的复合二端口网络方程得：2-10 ）在 0段上：2-11 ）在 段上： 2-14 由边界条件,结合上两式可求得：- 5 - / 15 名师归纳总结 - - -

13、 - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-17 由边界条件,结合上两式可求得：2-18 依据叠加原理,由式 便可得线路上任一点的电压表达式为：+ 2-19 ）同理,可以求出双端电源供电,线路送电端带并联电抗器时的沿线电压表达式如下： 可得：2-242-25 由边界条件,结合上两式可求得：2-26 依据叠加原理,由式 便可得线路上任一点的电压表达式为：2-27- 7 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.3 双端电源供电且线路首末两端及中间均并联有电

14、抗器双端电源供电且线路首末两端及中间均带有并联电抗器时线路沿线电压分布同样可以由叠加原理来求得；2-28 在 0-段上 : 由边界条件,结合上三式可求得线路上沿线任一点的电压表达式；可得： 在 段上：- 8 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2-33 ）由边界条件,结合上三式可求得线路上沿线任一点的电压表达式；3 线路不接并联电抗器仿真数据3.1 仅线路首端接并联电抗器电抗器补偿度K=60% K=60%时仿真结果90 110 130 表 1 电抗器补偿度距首端距离 /km 0 20 40 65 故障

15、位置1.07 1.09 1.07 1.04 1.00 线路首端1.06 1.09 线路中点0.99 1.04 1.09 1.16 1.18 1.15 1.10 线路末端0.94 0.99 1.00 1.03 1.07 1.09 1.12 表 2 电抗器补偿度K=80%时仿真结果90 110 130 距首端距离 /km 0 20 40 65 故障位置1.03 1.03 1.03 1.01 0.99 线路首端1.01 1.01 线路中点0.91 0.93 0.96 0.99 1.03 1.06 1.09 线路末端0.94 0.99 1.04 1.12 1.13 1.10 1.04 3.2 仅线路末

16、端接并联电抗器 电抗器补偿度K=60% 20 40 65 90 110 130 表 3 电抗器补偿度K=60%时仿真结果距首端距离 /km 0 故障位置线路首端K=80% 1.12 1.10 1.10 1.07 1.04 1.00 0.91 线路中点1.00 1.04 1.09 1.12 1.09 1.04 0.96 线路末端0.97 0.99 1.00 1.01 1.00 0.99 0.96 电抗器补偿度表 4 电抗器补偿度K=80%时仿真结果距首端距离 /km 0 20 40 65 90 110 130 故障位置线路首端1.10 1.09 1.06 1.03 0.99 0.93 0.84

17、- 9 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 线路中点0.99 1.01 1.04 1.07 1.03 0.97 0.88 线路末端0.96 0.96 0.97 0.96 0.96 0.93 0.88 - 10 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 线路首末两端均并联电抗器 电抗器补偿度K=60% K=60%时仿真结果90 110 130 表 5 电抗器补偿度距首端距离 /km 0 20 40 65 故障

18、位置线路首端1.09 1.09 1.09 1.09 1.06 1.03 0.99 线路中点0.99 1.03 1.09 1.15 1.13 1.10 1.04 线路末端0.94 0.97 1.00 1.01 1.03 1.04 1.06 电抗器补偿度K=80% K=80%时仿真结果90 110 130 表 6 电抗器补偿度距首端距离 /km 0 20 40 65 故障位置线路首端1.06 1.06 1.06 1.03 1.01 0.99 0.93 线路中点0.96 1.00 1.06 1.09 1.09 1.04 0.99 线路末端0.93 0.94 0.97 0.99 0.99 0.99 0

19、.99 3.4 线路首末两端及开关站处均并联电抗器 电抗器补偿度K=60% K=60%时仿真结果20 40 65 90 110 130 表 7 电抗器补偿度距0 首 端距 离 / k m故 障位 置线路首端20 40 1.09 1.09 1.07 1.06 1.03 1.01 0.97 线路中点0.97 1.01 1.06 1.10 1.08 1.06 1.01 线路末端0.94 0.97 0.98 1.00 1.01 1.02 1.05 电抗器补偿度K=80% 65 90 110 130 表 8 电抗器补偿度K=80%时仿真结果距首端距离 /km 0 故障位置线路首端1.06 1.05 1.

20、04 1.00 0.98 0.95 0.91 线路中点0.94 0.99 1.01 1.03 1.02 0.99 0.95 线路末端0.93 0.93 0.96 0.96 0.96 0.96 0.98 如不接并联电抗器,就在健全相上将产生严峻的工频过电压,在并联上电抗器后过电压得到了明显的抑制,且并联电抗器补偿度越高,限压成效越好；- 11 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 同一补偿度,同一故障位置下,线路首末两端及开关站处并联电抗器时,限压成效 较好；所以从限压和无功平稳的角度考虑,线路首末两端及

21、开关站处均并联电抗器的方案 较好；4 结论在整个论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态,第一我明白了工 频过电压相关学问,对于显现的线路甩负荷效应任何问题和偏差都不要轻视,通过正确的 途径去解决；在工作中要特别多的专业学问,仔细听取别人的看法,这样做起事情来就可 以事倍功半；论文的顺当完成,第一我要感谢我的指导老师高金兰老师以及四周同学伴侣 的帮忙,感谢他们提出珍贵的看法和建议；另外,要感谢在高校期间全部传授我学问的老 师,是你们的尽心教诲使我有了良好的专业课学问,这也是论文得以完成的基础；参考文献1 万启示 .浅谈我国沟通特高压输电前景J.特高压讨论, 1999 2 马平安,王

22、欣 .朝高压输电为何要用分裂导线J. 中学物理参考,2004 3 史兴华 .1150KV 沟通输电线路绝缘子串的挑选J.电网技术, 2005 4 刘振亚 .特高压电网 M. 中国经济出版社,2005 5 朱家骝 .对中国 1100KV 电网过电压及绝缘水平的建议J.电力设备, 2005 6 何云虎 .氧化锌避雷器在电力系统中的应用 J.电力自动化设备,2001 7 吴敬儒,徐永禧 .我国特高压沟通输电进展前景 J.电网时空, 2005 8 张伟鈸,高玉明 .电力系统过电压与绝缘协作 M. 北京：清华高校出版社,1988 - 12 - / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页