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5.1,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,高电压技术,四川水利职业技术学院,第,5,章 电力系统内部过电压及其限制,5.1,电力系统工频过电压,5.2,电力系统操作过电压,5.3,电力系统谐振过电压,5.1,电力系统工频过电压,一、电力系统内部过电压的概念,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,）工频电压升高,（,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（续）,二、电力系统工频过电压,1,、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,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。,a,、工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。,b,、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。,3,、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,三、空载长线路电容效应引起的电压升高,1,、输电线路的等值电路：,2,、首端与末端电压之比为：,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,即 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。,返回首页,5.1,电力系统工频过电压（续）,线路的等值电路图,5.1,电力系统工频过电压（续）,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,K,20,=U,2,/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：,四、不对称短路引起的工频电压升高,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）,式中：,接地系数,零序电抗 的大小与系统中性点接地方式有关,（,1,）对于,3,10KV,系统（中性点绝缘系统）：,由线路容抗决定，为负值。,则 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,为正值，健全相上电压接近线电压,选,100%,避雷器：如,35KV,避雷器的灭弧电压为,1.0X1.15Un=1.15X35=40.25KV,即选,FZ35/41,避雷器,5.1,电力系统工频过电压（续）,（,3,）,110,220KV,为中性点直接接地系统,一般 健全相上电压不大于,1.4,倍相电压。约,80%,线电压。,（,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。,考虑电容效应：线路首端选,80%,避雷器，末端选,90%,避雷器,五、甩负荷引起的工频电压升高,当发电机突然甩负荷时，将造成线路工频电压升高,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。,六、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,返回首页,5.1,电力系统工频过电压（续）,5.2,电力系统操作过电压,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，系统的接线方式及运行操作方式有关。,K,一般为,3,4,2,、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（,3,4,）,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,1,、计划合闸（正常合闸）,电源对电容充电的过程是无阻尼的（忽略,R,）,线路上的电压,E,合闸时电源电势瞬时值，是一个随机量，,取决于合闸时刻。最严重时刻,t=0,时 ，,E=,Em,当,实际上线路有电阻损耗和过电压产生的电晕损耗，振荡是衰减的,返回首页,5.2,电力系统操作过电压（续）,图,56,合空载线路时的等值电路,(a),等值电路；,(b),简化后的等值计算电路,5.2,电力系统操作过电压（续）,2,、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,、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,）断路器触头并电阻,（,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,U,AB,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）,=,Em,Em,（,Em,）,=3Em,过电压的大小与电弧重燃的次数成正比。,5.2,电力系统操作过电压（续）,5.2,电力系统操作过电压（续）,4,、影响过电压的主要因素,（,1,）断路器的性能,（,2,）电网中性点的运行方式,（,3,）接线方式的影响,（,4,）线路侧电磁式电压互感器,5,、过电压的限制措施,选用灭弧能力强的快速断路器,采用带并联电阻的断路器,图,5,一,11,切空载线路过电压的发展过程,t1,一第一次断弧；,t2,一第一次重燃；,t3,一第二次断弧；,t4,一第二次重燃；,t5,一第三次断弧,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,）,ZT,变压器特性阻抗，可达几万欧。,i0,一般只有几安到几十安，图,513,切除空载变压器的等效电路,则,Um,可达上百万伏,举例：,i,0,=20A Z,T,=50k,则,Um=2050=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。,返回首页,5.3,电力系统谐振过电压,一、产生谐振过电压的原因,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。,二、谐振过电压的特点,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。,三、谐振的类型,由于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,1,、线性谐振,2,、参数谐振,3,、铁磁谐振,四、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。,五、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。,六、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；,引起低频摆动；,引起避雷器爆炸，烧坏电压互感器和绝缘子。,返回首页,5.3,电力系统谐振过电压（续）,第章 电力系统绝缘的绝缘配合,6.1,电力系统的绝缘配合,6.2,输变电设备绝缘水平的确定,6.3,输电线路绝缘水平的确定,6.1,电力系统的绝缘配合,一、绝缘配合的概念,1,、绝缘水平：指电气设备的绝缘可以承受的试验电压值，在此值下设备不发生火花放电闪络或击穿。,2,、绝缘配合：是指合理地确定系统中各个设备的绝缘水平。,3,、确定设备的绝缘水平时应考虑的四个因素：,（,1,）作用于电气设备的工作电压、过电压,（,2,）保护装置的性能,（,3,）设备绝缘承受各种电压的能力,（,4,）系统中性点接地方式,二、绝缘水平的确定,1,、,220KV,及以下系统，绝缘水平主要由大气过电压决定,2,、,330KV,及以上超高压系统，在绝缘配合中，操作过电压起主导作用,3,、污秽严重地方的电网处绝缘水平主要由系统最大运行电压决定,三、绝缘配合的方法：,惯用法、统计法、简化统计法。我国主要采用惯用法,惯用法：首先确定设备上可能出现的最大过电压,Umax,，,再乘以安全系数,K,，,使之等于设备绝缘的最小耐受水平,U,W,。,即,国际电工委员会规定：,K,一般取,1.25,1.4,。,返回首页,6.2,输变电设备绝缘水平的确定,一、,220KV,及以下输变电设备绝缘水平的确定,1,、基本冲击绝缘水平（,BIL,）,的确定,基本冲击绝缘水平：指设备绝缘耐受雷电冲击电压的水平，此水平是根据避雷器在大气过电压下的残压决定。,（,1,）电气设备内绝缘的冲击绝缘水平,采用,1.5/50s,全波冲击电压检验,即,式中,U,b.5,阀型避雷器,5KA,放电时的残压,（,2,）设备外绝缘的冲击电压水平,全波试验电压：,0.84,海拔,1000m,及以下地区的空气密度及湿度校正系数,2,、操作冲击绝缘水平（,SIL,）,的确定,操作冲击绝缘水平是指设备耐受内部过电压的水平,SIL,根据内部过电压决定：对于,220KV,及以下设备不需考虑操作冲击绝缘水平。,3,、工频试验电压的确定,设备的内、外绝缘的工频试验电压由内部过电压和冲击绝缘水平决定，分别求出各自对应的工频试验电压，取大值作为绝缘的工频试验电
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