《變電站過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及變壓器絕緣狀態(tài)安全分析畢業(yè)設(shè)計(jì)》

1、題 目： 變電站過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及變壓器絕緣狀態(tài)平安分析院 系： 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 林曉 指導(dǎo)教師： 解紹鋒 西 南 交 通 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院院系 西南交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 年級(jí) 2021秋 學(xué) 號(hào) 13927150 姓 名 林曉 學(xué)習(xí)中心 福建學(xué)習(xí)中心 指導(dǎo)教師 解紹鋒 題目 變電站過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及變壓器絕緣狀態(tài)平安分析 指導(dǎo)教師評(píng) 語(yǔ) 是否同意辯論 過(guò)程分(總分值20) 指導(dǎo)教師 (簽章)評(píng) 閱 人評(píng) 語(yǔ) 評(píng) 閱 人 (簽章)成 績(jī) 辯論委員會(huì)主任 (簽章) 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)班 級(jí)

2、2021秋 學(xué)生姓名 林曉 學(xué) 號(hào) 13927150 發(fā)題日期： 年 月 日 完成日期： 年 月 日題 目 變電站過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及變壓器絕緣狀態(tài)平安分析 題目類(lèi)型：工程設(shè)計(jì) 技術(shù)專(zhuān)題研究 理論研究 軟硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1. 過(guò)電壓類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)和特點(diǎn)分析；2. 目前過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置性能比擬；3. 變壓器絕緣配合方法分析；4. 變壓器壽命預(yù)測(cè)；二、 指導(dǎo)教師提供的設(shè)計(jì)資料1. ?電力系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合?指導(dǎo)、參考資料；三、 要求學(xué)生搜集的技術(shù)資料指出搜集資料的技術(shù)領(lǐng)域1. ?電氣絕緣與過(guò)電壓?2.變電站電氣局部、變壓器設(shè)計(jì)原理等教材。四、 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排第一局部 熟練課題，、整理課題

3、 1 周第二局部 收集查找相關(guān)資料 2 周第三局部 編寫(xiě)設(shè)計(jì)提綱 3 周第四局部 根據(jù)提綱進(jìn)行設(shè)計(jì) 4 、5 周第五局部 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文文檔編寫(xiě)整理 6 周評(píng)閱及辯論 1 周指導(dǎo)教師： 年 月 日學(xué)院審查意見(jiàn)：審 批 人： 年 月 日誠(chéng)信承諾一、 本設(shè)計(jì)是本人獨(dú)立完成；二、 本設(shè)計(jì)沒(méi)有任何抄襲行為；三、 假設(shè)有不實(shí)，一經(jīng)查出，請(qǐng)辯論委員會(huì)取消 本人辯論資格。承諾人：年月日摘 要I第1章 緒論1引言1國(guó)內(nèi)外過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置及平安分析的現(xiàn)狀1本論文研究的主要內(nèi)容2第2章過(guò)電壓類(lèi)型及特點(diǎn)分析3過(guò)電壓類(lèi)型綜述3外部過(guò)電壓4直擊雷過(guò)電壓4感應(yīng)雷過(guò)電壓4流動(dòng)波過(guò)電壓5內(nèi)部過(guò)電壓5工頻電壓升高5諧振過(guò)電壓6操作

4、過(guò)電壓6小結(jié)8第3章過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置9概述9大電力系統(tǒng)電壓等級(jí)變電站的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)9故障錄波裝置概述10大電力系統(tǒng)過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10小電力系統(tǒng)及配電系統(tǒng)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置11小結(jié)14第4章變壓器絕緣配合及壽命預(yù)測(cè)15概述15慣用法15變壓器絕緣狀態(tài)分析與壽命的預(yù)測(cè)17概述17過(guò)電壓對(duì)變壓器壽命的影響18變壓器壽命預(yù)測(cè)19小結(jié)21結(jié) 論22致 謝23參考文獻(xiàn)24摘 要隨著電力系統(tǒng)不斷開(kāi)展及供電可靠性要求的不斷提高，對(duì)電氣設(shè)備各種性能指標(biāo)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)就越顯得重要，而過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)就是其中一個(gè)很重要的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，可以反映電氣設(shè)備的狀況，分析過(guò)電壓發(fā)生開(kāi)展過(guò)程，

5、對(duì)電網(wǎng)的影響提供可靠和準(zhǔn)確的信息；還可為處理事故，提出改良措施提供重要參考依據(jù)。同時(shí)，也為電器制造廠改良產(chǎn)品及研制新產(chǎn)品提供了實(shí)際有利的運(yùn)行資料。本文對(duì)大電力系統(tǒng)的過(guò)電壓監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行了整體地分析，并論述了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置將來(lái)的開(kāi)展趨勢(shì)。在大電力系統(tǒng)中，過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的故障錄波裝置相比擬不但有精度高，速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且還能監(jiān)測(cè)到快速的雷電過(guò)電壓。電力系統(tǒng)的過(guò)電壓分布情況決定了電氣設(shè)備的絕緣水平，文章分析了各種原因?qū)ψ儔浩鹘^緣壽命的影響，重點(diǎn)研究過(guò)電壓對(duì)變壓器壽命的影響，并粗略的估算出變壓器剩余壽命公式，為電力系統(tǒng)平安運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。最后，對(duì)本文的工作進(jìn)行了總結(jié)和提出了下一步工作的展望。關(guān)

6、鍵詞：過(guò)電壓，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，剩余壽命 第1章 緒論電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性主要由停電次數(shù)及停電時(shí)間來(lái)衡量，盡管停電原因很多，但絕緣的擊穿是造成停電的主要原因之一。因此電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的絕緣水平及工作狀況。電氣設(shè)備的絕緣長(zhǎng)期處于工作電壓的作用下，在運(yùn)行過(guò)程中，電壓還可能升高而超過(guò)工作電壓(即內(nèi)過(guò)電壓)，其電源是系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)，常見(jiàn)的原因是正?；蚴鹿什僮鲿?huì)在系統(tǒng)中引起振蕩過(guò)程或諧振現(xiàn)象。除了內(nèi)部過(guò)電壓外，電氣裝置的絕緣還有可能受到雷電過(guò)電壓的作用，其產(chǎn)生原因是雷擊于電氣裝置或沿導(dǎo)線(xiàn)傳播作用于電氣裝置。因此在電力系統(tǒng)中對(duì)過(guò)電壓的監(jiān)測(cè)和分析有著極其重要的意義，它可分析過(guò)電壓發(fā)生

7、開(kāi)展過(guò)程，對(duì)電網(wǎng)的影響提供可靠和準(zhǔn)確的信息；還可為處理事故，提出改良措施提供重要參考依據(jù)。同時(shí)，也為電器制造廠改良產(chǎn)品及研制新產(chǎn)品提供了實(shí)際有利的運(yùn)行資料。根據(jù)過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，可以分析絕緣故障概率，再配合其他預(yù)防性試驗(yàn)判斷設(shè)備的絕緣狀況，做好預(yù)測(cè)及防護(hù)措施，力保變電站電力設(shè)備物絕緣平安，保證電力系統(tǒng)供電的可靠性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)過(guò)電壓的研究做了不少工作，總的概括起來(lái)有以下幾種方法：一、實(shí)驗(yàn)室物理模擬研究在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理以及實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行情況，來(lái)進(jìn)行模擬。目前在實(shí)驗(yàn)室中可以模擬雷電沖擊過(guò)電壓以及操作過(guò)電壓等。這種方法對(duì)過(guò)電壓的研究做出了巨大的奉獻(xiàn)。但是這種方法也有它的局限性

8、，因?yàn)閷?shí)際情況是錯(cuò)綜復(fù)雜的，對(duì)過(guò)電壓的影響因素很多，同時(shí)有可能幾種過(guò)電壓交織在一起。因此實(shí)驗(yàn)室模擬不可能完全真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)過(guò)電壓。二、計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算計(jì)算機(jī)仿真就是根據(jù)電力系統(tǒng)情況來(lái)建造一個(gè)數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)此數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，以到達(dá)對(duì)真實(shí)的過(guò)電壓進(jìn)行研究的目的。這種方法能夠克服實(shí)驗(yàn)室模擬的某些物理局限性，近年來(lái)得到廣泛的開(kāi)展，比方EMPT暫態(tài)過(guò)電壓計(jì)算等軟件，但是這種方法也不可能作到與真實(shí)情況完全一致。三、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)對(duì)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的研究和開(kāi)發(fā)是20世紀(jì)90年代才開(kāi)始的，但其開(kāi)展速度較快，它克服了以上兩種方法的局限性，可以監(jiān)測(cè)到真實(shí)可靠的過(guò)電壓波形。然后通過(guò)RS232端口，將數(shù)

9、據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，然后通過(guò)軟件系統(tǒng)，對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行分析。目前，國(guó)內(nèi)類(lèi)似的裝置也有不少，其特點(diǎn)將在第三章詳細(xì)論述。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)有三要素：信息采集、數(shù)據(jù)處理與分析、處理意見(jiàn)與決策，本課題就是著重從數(shù)據(jù)處理與分析方面來(lái)研究過(guò)電壓規(guī)律及絕緣配合問(wèn)題的。因此，有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文研究的主要內(nèi)容就是對(duì)從電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)收集過(guò)來(lái)的近半年的過(guò)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后針對(duì)變電站中較重要的設(shè)備(如變壓器)進(jìn)行絕緣配合分析，并對(duì)變壓器剩余壽命進(jìn)行了粗略估算，為平安運(yùn)行提供了科學(xué)的監(jiān)測(cè)依據(jù)，具體為：1、對(duì)現(xiàn)有過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行比擬分析，可分為大電網(wǎng)及配電電網(wǎng)中所用的不同種類(lèi)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，并論述了線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置將來(lái)的

10、開(kāi)展趨勢(shì)。2、分析各種原因?qū)ψ儔浩鹘^緣壽命的影響，重點(diǎn)研究過(guò)電壓對(duì)變壓器壽命的影響，并粗略的估算出變壓器剩余壽命公式，為電力系統(tǒng)平安運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。第2章過(guò)電壓類(lèi)型及特點(diǎn)分析過(guò)電壓是電力系統(tǒng)在一定條件下所出現(xiàn)的超過(guò)工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象，其類(lèi)型是多種多樣的。它的波形、電壓幅值、持續(xù)時(shí)間以及產(chǎn)生原因都各不相同，但是就其產(chǎn)生根源來(lái)說(shuō)，過(guò)電壓分為外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓兩大類(lèi)型。外部過(guò)電壓又稱(chēng)雷電過(guò)電壓或大氣過(guò)電壓，由于大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起電網(wǎng)電壓不正常升高。雷電過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間極短，約在5080腳之間，最大雷電流的幅值到達(dá)20OAk以上，具有脈沖的特性，稱(chēng)

11、為雷電沖擊波。當(dāng)雷擊輸電線(xiàn)路或電氣設(shè)備上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)伏以上的極高過(guò)電壓，足以將所有的絕緣結(jié)構(gòu)擊穿損壞。雷電過(guò)電壓又可分為：直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓和流動(dòng)波過(guò)電壓三種，雷電過(guò)電壓的特點(diǎn)是，持續(xù)時(shí)間短，幅值大，危害性大。內(nèi)部過(guò)電壓是電力系統(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化或傳遞引起的，由于內(nèi)過(guò)電壓的能量來(lái)自電網(wǎng)本身，所以，它的幅值和電網(wǎng)的工頻相電壓根本上成正比例，通常把過(guò)電壓的幅值與電網(wǎng)該處最大運(yùn)行相電壓幅值的比值稱(chēng)為內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)。由于產(chǎn)生的原因不同，內(nèi)過(guò)電壓可分為：暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，其中暫時(shí)過(guò)電壓又分為工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓，一般操作過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間較短，而工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)得多

12、。表2-1 各過(guò)電壓類(lèi)型及相互關(guān)系過(guò)電壓外部過(guò)電壓(雷電過(guò)電壓)直擊雷過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓流動(dòng)波過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓工頻電壓升高空載長(zhǎng)線(xiàn)路電容效應(yīng)(費(fèi)蘭梯效應(yīng))不對(duì)稱(chēng)短路接地甩負(fù)荷諧振過(guò)電壓線(xiàn)性諧振過(guò)電壓鐵磁諧振過(guò)電壓參數(shù)諧振過(guò)電壓操作過(guò)電壓?jiǎn)蜗嚅g歇電弧接地過(guò)電壓切斷空載變壓器過(guò)電壓切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓空載線(xiàn)路合閘、重合閘過(guò)電壓解列過(guò)電壓外部過(guò)電壓又稱(chēng)大氣過(guò)電壓，主要是雷電過(guò)電壓。雷電是一種自然現(xiàn)象，是指雷云放電時(shí)所表現(xiàn)出的雷鳴電閃，即帶電荷的雷云(雷電云)與大地之間或帶異號(hào)電荷雷云之間的氣體放電。從雷電放電所造成的后果來(lái)講，人們更關(guān)心雷云與大地之間的放電，這將對(duì)人、動(dòng)物、建筑物、電氣設(shè)備、

13、通訊網(wǎng)絡(luò)等造成的破壞很大，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。雷電過(guò)電壓分為直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓和流動(dòng)波過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓雷云直接對(duì)設(shè)備或?qū)Ь€(xiàn)放電引起的電網(wǎng)電壓升高，叫做直擊雷過(guò)電這類(lèi)過(guò)電壓幅值最高，危害性最大。對(duì)直擊雷過(guò)電壓的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線(xiàn)，我國(guó)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，凡按規(guī)程要求正確裝設(shè)避雷針、避雷線(xiàn)和接地裝置的發(fā)電廠、變電站，繞擊和還擊的事故都非常低，每年每一百個(gè)變電站發(fā)生繞擊或還擊約為.03次，防雷效果是很可靠的。.2感應(yīng)雷過(guò)電壓設(shè)備或?qū)Ь€(xiàn)附近(幾米至幾百米)發(fā)生雷云放電時(shí)，在設(shè)備或?qū)Ь€(xiàn)上由于靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的短時(shí)過(guò)電壓，叫做感應(yīng)雷過(guò)電壓，其幅值要比強(qiáng)雷時(shí)的直擊雷過(guò)電壓低得多，通常只對(duì)35

14、kV及以下的線(xiàn)路具有危險(xiǎn)性。感應(yīng)雷過(guò)電壓包含靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個(gè)分量。感應(yīng)過(guò)電壓的靜電分量和電磁分量都是在主放電過(guò)程中，由統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的突變而同時(shí)產(chǎn)生的，由于主放電通道和導(dǎo)線(xiàn)差不多互相垂直，互感不大，電磁感應(yīng)較弱，因此電磁感應(yīng)分量要比靜電感應(yīng)分量小得多，故靜電分量將起主要的作用。.3流動(dòng)波過(guò)電壓線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)上受到雷電直擊、還擊或產(chǎn)生感應(yīng)時(shí)，雷電波沿著導(dǎo)線(xiàn)向發(fā)電廠升壓站或變電站傳遞，從而使變電站的設(shè)備上出現(xiàn)過(guò)電壓，叫做流動(dòng)波過(guò)電壓。對(duì)流動(dòng)波過(guò)電壓防護(hù)的主要措施是合理確定變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器的類(lèi)型、參數(shù)、數(shù)量和位置；同時(shí)在線(xiàn)路上采取輔助措施，來(lái)限制流過(guò)避雷器的雷電流和降低流動(dòng)波陡度；變電站電氣設(shè)備上

15、過(guò)電壓幅值限制在電氣設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓以下。在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作或系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，由此發(fā)生的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化或傳遞的過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電壓，這種過(guò)電壓叫內(nèi)部過(guò)電壓。系統(tǒng)參數(shù)變化的原因是多種多樣的，因此內(nèi)部過(guò)電壓的幅值、振蕩頻率以及持續(xù)時(shí)間不盡相同。通?？砂串a(chǎn)生原因?qū)?nèi)部過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓及暫時(shí)過(guò)電壓。操作過(guò)電壓即電磁過(guò)渡過(guò)程中的過(guò)電壓，而暫時(shí)過(guò)電壓包括工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓。假設(shè)以其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短區(qū)分，一般持續(xù)時(shí)間在0.1秒(五個(gè)工頻周期)以?xún)?nèi)的稱(chēng)為操作過(guò)電壓，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的過(guò)電壓那么稱(chēng)為暫時(shí)過(guò)電壓，它是在一定位置上的相對(duì)地或相間的過(guò)電壓，具有一定的振蕩頻率

16、，由于無(wú)阻尼或具有弱阻尼，因此持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。2.工頻電壓升高在電力系統(tǒng)中，由于運(yùn)行方式有時(shí)在操作或故障下突然改變而出現(xiàn)幅值超過(guò)最大運(yùn)行相電壓幅值、頻率為工頻或接近工頻的過(guò)電壓，稱(chēng)為工頻電壓升高。幾種常見(jiàn)的工頻電壓升高是：空載長(zhǎng)線(xiàn)路的電容效應(yīng)引起的電壓升高；不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)正常相上的工頻電壓升高；甩負(fù)荷引起發(fā)電機(jī)加速而產(chǎn)生的電壓升高等。工頻電壓升高一般來(lái)說(shuō)對(duì)系統(tǒng)中正常絕緣的電氣設(shè)備是沒(méi)有危險(xiǎn)的，但伴著工頻電壓升高而同時(shí)發(fā)生的操作過(guò)電壓會(huì)到達(dá)很高的幅值，在這種情況下，工頻電壓升高就直接影響操作過(guò)電壓的數(shù)值。另一方面，工頻電壓升高又是決定保護(hù)電器工作條件的重要因素，它直接影響到避雷器的保護(hù)特性，影響到避

17、雷器的平安可靠運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)絕緣水平有重大影響。由于工頻電壓升高的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，所以系統(tǒng)中采用并聯(lián)電抗器或無(wú)功補(bǔ)償裝置等措施來(lái)加以限制。諧振過(guò)電壓電力系統(tǒng)中包括有許多電感和電容元件，電感元件有電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消弧線(xiàn)圈以及線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)等的電感；電容元件有線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的對(duì)地電容和相間電容、補(bǔ)償用的串聯(lián)和并聯(lián)電容器組以及各種高壓設(shè)備的寄生電容等。在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，這些電感和電容元件，可能形成各種不同的振蕩回路，在電源作用下，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓不僅會(huì)在操作或發(fā)生故障的過(guò)程中產(chǎn)生，而且可能在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在，直到發(fā)生新的操作，諧振條件受到破壞為止。諧振過(guò)

18、程不僅會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓使電氣設(shè)備的絕緣，產(chǎn)生持續(xù)的過(guò)電流而燒毀設(shè)備，而且還可能影響過(guò)電壓保護(hù)裝置的工作條件，如影響閥型避雷器的滅弧條件。對(duì)諧振過(guò)電壓的根本防護(hù)措施是設(shè)法改變電路參數(shù)，以避開(kāi)諧振條件。2.操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓是由于“操作引起電網(wǎng)中產(chǎn)生的電壓升高。“操作使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電感元件和電容元件之間電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換常常是強(qiáng)阻尼的、振蕩性的過(guò)渡過(guò)程。因此操作過(guò)電壓不同于工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓，它具有幅值高、存在高頻振蕩、強(qiáng)阻尼以及持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)，一般地，它的持續(xù)時(shí)間約在2502500s之間。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，常見(jiàn)的操作過(guò)電壓有單相間歇電弧接地過(guò)電壓

19、、空載變壓器分閘過(guò)電壓、空載線(xiàn)路合閘過(guò)電壓、空載線(xiàn)路分閘過(guò)電壓和解列過(guò)電壓等。主要防護(hù)措施有：線(xiàn)路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器、采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器以及磁吹閥型或金屬氧化物避雷器(MOA)等。在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，主要是弧光接地過(guò)電壓，其防護(hù)措施是使系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地。2.1單相間歇電弧接地過(guò)電壓電力系統(tǒng)中大多數(shù)對(duì)地短路均伴有電弧的發(fā)生。在中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中，接地短路電流很大，可危及電氣設(shè)備，因此繼電保護(hù)將立即使斷路器跳閘。而在中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的電網(wǎng)中，接地短路電流對(duì)輸電設(shè)備不構(gòu)成危險(xiǎn)，因此不需要立刻跳閘，發(fā)生的電弧可能存在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果

20、單相接地電流較大，接地點(diǎn)的電弧不能自動(dòng)熄滅，電流值又不至于大到形成穩(wěn)定電弧的程度(幾百安培)，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)接地電弧時(shí)燃時(shí)滅的不穩(wěn)定狀態(tài)，這種間歇性電弧將導(dǎo)致系統(tǒng)中電感電容間的電磁振蕩過(guò)程，造成間歇電弧接地過(guò)電壓。2.2切斷空載變壓器過(guò)電壓系統(tǒng)中利用斷路器切除空載變壓器、并聯(lián)電抗器及電動(dòng)機(jī)等都是常見(jiàn)的操作方式，它們屬于切斷感性小電流的情況。當(dāng)用斷路器開(kāi)斷感性負(fù)荷時(shí)，當(dāng)流過(guò)感性負(fù)荷的電流在到達(dá)自然零值之前被斷路器強(qiáng)行切斷，電弧熄滅，這就是截流現(xiàn)象。由于電流被截?cái)?，從而使?chǔ)存在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能量而導(dǎo)致電壓的升高，這稱(chēng)為截流過(guò)電壓。如果截流過(guò)電壓作用在斷路器的觸頭上，由于此時(shí)觸頭間距很小，因

21、而容易被擊穿，即發(fā)生復(fù)燃。在復(fù)燃的過(guò)程中將產(chǎn)生高頻振蕩，產(chǎn)生高頻振蕩過(guò)電壓。這兩種過(guò)電壓都稱(chēng)為空載變壓器分閘過(guò)電壓。在實(shí)際情況中，這兩種電壓往往交織在一起，對(duì)電力系統(tǒng)中的絕緣產(chǎn)生危害。.3空載線(xiàn)路合閘、重合閘過(guò)電壓空載線(xiàn)路的合閘有兩種情況，即正常合閘和自動(dòng)重合閘。就合閘空載線(xiàn)路所引起的合閘過(guò)電壓可到達(dá)的最大值而言，重合閘時(shí)要高于正常合閘時(shí)。合閘前線(xiàn)路上不存在接地故障和剩余電荷，合閘后，線(xiàn)路各點(diǎn)電壓由零值過(guò)渡到由電容效應(yīng)決定的工頻穩(wěn)態(tài)電壓，并出現(xiàn)振蕩過(guò)電壓，由于長(zhǎng)線(xiàn)路的分布參數(shù)特性，過(guò)電壓將由工頻穩(wěn)態(tài)分量和無(wú)限個(gè)迅速衰減的分量疊加組成，過(guò)電壓系數(shù)一般小于2，通常為1.65一1.85。自動(dòng)重合閘是

22、線(xiàn)路發(fā)生故障跳閘后，由自動(dòng)裝置控制而進(jìn)行的合閘操作，在斷路器重合前，線(xiàn)路上的剩余電荷將通過(guò)線(xiàn)路泄漏電阻入地，使線(xiàn)路剩余電壓有所下降，剩余電壓下降的速度與線(xiàn)路絕緣污穢情況、氣候條件有關(guān)。限制過(guò)電壓的措施主要從以下方面入手：1、采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器2、選相(位)合閘3、采用單相自動(dòng)重合閘4、裝氧化鋅避雷器作為后備保護(hù)措施，以防止避雷器的頻繁動(dòng)作。2.3.3.4切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓產(chǎn)生的原因是斷路器分閘過(guò)程中的重燃現(xiàn)象。在分閘初期，由于斷路器(特別是油斷路器)觸頭間恢復(fù)電壓上升速度可能超過(guò)介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度，造成電弧重燃現(xiàn)象，從而引起電磁振蕩，出現(xiàn)過(guò)電壓。影響過(guò)電壓的因素有：

23、(1)斷路器的滅弧性能及電弧燃滅過(guò)程的隨機(jī)性；(2)線(xiàn)路側(cè)的損耗因素；(3)中性點(diǎn)接地方式。在系統(tǒng)中限制此過(guò)電壓的主要措施：(1)采用滅弧性能強(qiáng)的斷路器；(2)采用帶分閘電阻的斷路器；(3)采用氧化鋅避雷器限制；(4)采取合理的操作方式，使有利因素(如多條出線(xiàn)運(yùn)行等)發(fā)揮作用。.3.5解列過(guò)電壓在多電源供電的系統(tǒng)中，由于某些原因而失去穩(wěn)定時(shí)，線(xiàn)路兩側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)將產(chǎn)生相對(duì)擺動(dòng)(即所謂失步)。為防止擴(kuò)大事故而使系統(tǒng)解列時(shí)，可能在單端供電的空載線(xiàn)路上出現(xiàn)解列過(guò)電壓。通常，多端供電的系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)路兩側(cè)電源電動(dòng)勢(shì)之間按負(fù)荷大小總是有一定的相角差，當(dāng)系統(tǒng)失步時(shí)，這個(gè)相角差可能很大，可以是0180&

24、#186;范圍的任意數(shù)值。如果在相角差接近180º時(shí)系統(tǒng)解列，可能引起高幅值的過(guò)電壓。如果線(xiàn)路上有單相永久性故障，單相重合閘不成功，線(xiàn)路的一側(cè)三相解列跳閘，這時(shí)不但兩側(cè)電源的相角差較大，而且線(xiàn)路上還帶有接地故障，計(jì)及線(xiàn)路的電容效應(yīng)和不對(duì)稱(chēng)效應(yīng)，健全相上的解列過(guò)電壓將會(huì)很高。本章對(duì)電力系統(tǒng)中存在兩大類(lèi)過(guò)電壓進(jìn)行了介紹，內(nèi)過(guò)電壓主要是由電力系統(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化或傳遞引起的：外過(guò)電壓主要是由雷云放電引起的電網(wǎng)電壓不正常升高，并詳細(xì)闡述了各種內(nèi)外過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理、電壓幅值、持續(xù)時(shí)間、危害性和預(yù)防措施等。第3章過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18481一2001?電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電

25、壓和瞬態(tài)過(guò)電壓?和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620一1997?交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合?中明確指出：為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的工頻電壓升高、諧振過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，宜在變電站安裝過(guò)電壓波形或幅值的自動(dòng)記錄裝置，并妥為收集實(shí)測(cè)結(jié)果。國(guó)內(nèi)對(duì)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的研究和開(kāi)發(fā)是20世紀(jì)90年代初才開(kāi)始的，但其開(kāi)展速度較快。在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了額定電壓等級(jí)，如表3-1所示，不同的額定電壓等級(jí)出現(xiàn)過(guò)電壓的種類(lèi)也各有不同，考慮過(guò)電壓的重點(diǎn)也不同。下面將分別介紹電力系統(tǒng)中，不同額定工作電壓下的變電站在過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。主要從電力系統(tǒng)中大電力系統(tǒng)電壓等級(jí)500、330、220、110kV和配電系統(tǒng)電壓等級(jí)35

26、、10、6kV兩種情況加以闡述。表3-1電力系統(tǒng)的額定工作電壓系統(tǒng)級(jí)別大電力系統(tǒng)高壓、超高壓kV配電電壓kV額定電壓50033022011035106目前，在高壓及超高壓電網(wǎng)中，變電站過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置主要有兩種方式：1、采用故障錄波裝置，2、采用專(zhuān)門(mén)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。故障錄波裝置與過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的不同之處如表3-2所示：表3-2故障錄波裝置與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置比照表設(shè)備故障錄波裝置過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置線(xiàn)性范圍故障錄波裝置采用普通保護(hù)用電互感器線(xiàn)性范圍3倍以?xún)?nèi)有效。過(guò)電壓監(jiān)測(cè)產(chǎn)品采用電容分壓法，使用專(zhuān)業(yè)分壓器，動(dòng)態(tài)性能好，線(xiàn)性范圍6倍額定電壓按比例。反響速度不同普通電壓互感器接故障錄波裝置的

27、反響速度為毫秒級(jí)。過(guò)電壓監(jiān)測(cè)產(chǎn)品采用專(zhuān)業(yè)電容式設(shè)計(jì)，使用專(zhuān)業(yè)分壓器可傳輸納秒級(jí)過(guò)電壓脈沖波，比電壓互感器反響速度快1000倍。采樣速度不同故障錄波裝置的采樣速率在20kHz。過(guò)電壓監(jiān)測(cè)產(chǎn)品采樣速率為200MHz啟動(dòng)方式不同故障錄波裝置的啟動(dòng)方式可根據(jù)據(jù)主要根據(jù)開(kāi)關(guān)事故跳閘、過(guò)電流、過(guò)電壓或欠電壓?jiǎn)?dòng)。過(guò)電壓監(jiān)測(cè)產(chǎn)品主要根據(jù)過(guò)電壓或欠電壓為啟動(dòng)依據(jù)，專(zhuān)注電壓質(zhì)量方面更加專(zhuān)業(yè)化。故障錄波裝置概述故障錄波裝置主要用于110kV一500kV不同等級(jí)的超高壓電力系統(tǒng)的錄波，自動(dòng)采集、存貯電力系統(tǒng)故障信息、繼電保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)等動(dòng)作行為：并計(jì)算出電壓電流的有效值，打印電壓電流的波形、開(kāi)關(guān)量動(dòng)作順序、發(fā)生故障

28、時(shí)間及故障類(lèi)型的信息簡(jiǎn)表和參數(shù)設(shè)定一覽表。對(duì)電氣量進(jìn)行錄波和分析，記錄故障和異常運(yùn)行的變化過(guò)程，再現(xiàn)故障和異常運(yùn)行的電氣量變化過(guò)程，作為分析電力系統(tǒng)故障原因和查找故障點(diǎn)的主要依據(jù)。國(guó)產(chǎn)的故障錄波裝置有很多種，具有代表性的以下幾家：1、哈爾濱瑞雷電氣公司生產(chǎn)的WGL一6微機(jī)故障錄波分析裝置主要用于1IOkV一500kV不同等級(jí)的超高壓電力系統(tǒng)的錄波、自動(dòng)采集、存貯和分析電力系統(tǒng)故障信息。2、南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)的NSRZoo故障錄波裝置，適用于220kV及以上電壓等級(jí)的大型變電站。當(dāng)然還有很多家，如武漢高特威電力設(shè)備公司的GTWZoo1CF發(fā)變組微機(jī)故障錄波分析裝置等。.2大電力系統(tǒng)過(guò)電壓的在線(xiàn)

29、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以四川電力研究院研制的TRZ0：圖3-1系統(tǒng)工作原理框圖TRZ?XX)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置接在系統(tǒng)中高壓母線(xiàn)下的電容式電壓互感器CVT輸出端上，由隔離傳感器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行高速、高精度的隔離變換后，送至多路開(kāi)關(guān)，經(jīng)多路開(kāi)關(guān)選通的某路電壓信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡。由數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入的電壓模擬量進(jìn)行川D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)存入RAM的循環(huán)區(qū)中，然后再利用軟件或硬件來(lái)監(jiān)視判斷是否出現(xiàn)過(guò)電壓信號(hào)。一旦出現(xiàn)過(guò)電壓信號(hào)，循環(huán)存儲(chǔ)器RAM的地址計(jì)數(shù)器從預(yù)置地址開(kāi)始計(jì)數(shù)，將故障前后的電壓信號(hào)“有效存儲(chǔ)，并通過(guò)通信接口送入后臺(tái)機(jī)，由后臺(tái)機(jī)把各路電壓數(shù)據(jù)存盤(pán)記錄并“復(fù)原成波形顯示在屏幕上，且計(jì)算出過(guò)電壓的峰值等參數(shù)；通過(guò)傅立

30、葉變換，顯示各路電壓的頻譜特性：或利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、保存等操作，實(shí)現(xiàn)智能化管理。.1電容式電壓互感器電容式電壓互感器(簡(jiǎn)稱(chēng)VCT)，1970年研制出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)330kVCVT，1980年和1985年研制出第一代和第二代500kV的CVT，1990年和1995年研制出第三代和第四代50k0V的VCT。CvT與以往的電磁式電壓互感器相比，主要有以下特點(diǎn)：1、耐電強(qiáng)度高，絕緣裕度大，運(yùn)行可靠。2、能可靠地阻尼鐵磁諧振。成功采用新型阻尼器，每一臺(tái)CVT均能在從低到高的任何電壓下有效阻尼各種頻率的鐵磁諧振。3、優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性。當(dāng)一次短路后其二次剩余電壓能在20ms內(nèi)降到5%以下，特別適應(yīng)

31、于快速繼電保護(hù)。4、具有電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)的專(zhuān)利技術(shù)。目前，在電力系統(tǒng)中使用的只有500、330、220、110Vk電壓等級(jí)的電容式電壓互感器，更低電壓等級(jí)的電容互感器仍在研制過(guò)程中。3.3小電力系統(tǒng)及配電系統(tǒng)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在第一節(jié)概述中提到過(guò)，在配電系統(tǒng)主要有35、10、k6V電壓等級(jí)，35kV既用于大城市中大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也廣泛用于農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)，10kV那么是最常用的低一級(jí)配電電壓，6kV主要出現(xiàn)在發(fā)電廠升壓變電站或有高壓電動(dòng)機(jī)的大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部。國(guó)內(nèi)對(duì)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的研究和開(kāi)展是20世紀(jì)90年代初才開(kāi)始的，各個(gè)研究單位都先后研制出了不同類(lèi)型的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，但它們的原理結(jié)構(gòu)是相似的，

32、如圖3-2所示，過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置主要由低阻尼阻容分壓器、同軸電纜、保護(hù)電路、前置電路、采集器和工控機(jī)等局部組成。圖3-2系統(tǒng)原理圖下面表格介紹了各科研單位所研制的小電力及配電系統(tǒng)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的主要特征，使之有個(gè)清楚的了解。表3-3過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置比照表序號(hào)產(chǎn)品名稱(chēng)及型號(hào)研制單位裝置主要特征1GDY型過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置云南電力試驗(yàn)研究院GDY一1型采樣頻率0.5MHZ適用于內(nèi)部過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，有三個(gè)通道；GYD一2型采樣頻率20MHZ，適用于內(nèi)外部過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，有六個(gè)根本通道，可以擴(kuò)展。2DLE-11數(shù)字式電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀西安交通大學(xué)自動(dòng)化研究所主要由數(shù)據(jù)采集，CPU控制，

33、鍵盤(pán)，顯示，繪圖打印五局部構(gòu)成，它的特點(diǎn)是便攜，主要用于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，不具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理功能，頻率低。3MV-l型過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置武漢大學(xué)其結(jié)構(gòu)有高壓分壓器，信號(hào)采集與處理局部，光電轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳輸局部及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理局部?？赏瑫r(shí)測(cè)量8路電壓信號(hào)，信號(hào)采用光纖傳輸，形成的數(shù)據(jù)文件儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)硬盤(pán)中，供顯示或打印過(guò)電壓波形。整體裝置具有測(cè)量精度高，測(cè)量通道較多，較大存儲(chǔ)容量，工工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但其采用頻率為12.8kHz。4過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置重慶大學(xué)系統(tǒng)工頻、沖擊電壓測(cè)量誤差分別為2%；系統(tǒng)設(shè)定的觸發(fā)電平對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)電壓15kV?？刹杉降淖罡唠妷?0kV；系統(tǒng)具有預(yù)觸發(fā)功能。在通道采樣速率MHz時(shí)

34、，至少可采集到過(guò)電壓幅值到達(dá)設(shè)定觸發(fā)電壓之前6.4ms的電壓波形：軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的波形進(jìn)行存儲(chǔ)、再現(xiàn)和分析的功能.且可設(shè)定數(shù)據(jù)采集卡的采樣速率、觸發(fā)方式、采樣通道等。5ZXYG型電網(wǎng)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置河北正弦波電氣公司本系統(tǒng)采用基于PC總線(xiàn)的集中式過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能同時(shí)兼顧大氣過(guò)電壓和內(nèi)過(guò)電壓的采集，頻率響應(yīng)高，每塊數(shù)據(jù)采集卡可采集模擬量2路、數(shù)據(jù)采樣率高達(dá)20MHz(可調(diào))并提供多種通訊方式，提供RS一232，或485、422或以太網(wǎng)口等，現(xiàn)場(chǎng)提供PI地址，設(shè)備可以真正的實(shí)現(xiàn)PI到設(shè)備，方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備及數(shù)據(jù)管理。6基于虛擬儀器及光纖電壓傳感器的過(guò)電壓在線(xiàn)分析系統(tǒng)華北電力大學(xué)該裝置由光

35、纖電壓傳感器、數(shù)據(jù)采集卡及一臺(tái)微機(jī)組成。光纖電壓傳感器是利用具有Pockels效應(yīng)的GBO晶體作為傳感頭來(lái)感受電壓變化，光纖作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)的一種新型電壓測(cè)量裝置，數(shù)據(jù)采集局部由高速數(shù)據(jù)采集卡PCI一9812完成，該卡配有4個(gè)20 MHz同步采樣頻率的A/D轉(zhuǎn)換器和32K的FIOF緩存，可同步完成4通道的高速采集。序號(hào)15過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置均用低阻尼的阻容分壓器從高壓母線(xiàn)上取得電壓信號(hào)，盡管該類(lèi)分壓器對(duì)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)波形的響應(yīng)特性都較好，但是，對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)內(nèi)每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)(即并聯(lián)一種設(shè)備)，將增加平安穩(wěn)定供電隱患。序號(hào)6中的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的電壓提取信號(hào)不同與前5種，即光纖電壓傳感

36、器，它是利用光纖完成電壓信號(hào)的傳輸，利用BGO晶體的Pookets效應(yīng)來(lái)測(cè)量電壓。其特點(diǎn)是：高壓與低壓通過(guò)光纖隔離，具有很高的絕緣水平抗電磁感應(yīng)干擾，可以在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾環(huán)境中使用；耐腐蝕、耐高壓、防燃、防爆：測(cè)量頻帶可以很寬，測(cè)量結(jié)果易數(shù)字化；測(cè)量精度高、可靠平安，并可遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，它有很好的應(yīng)用前景，現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)研究階段。由于當(dāng)前分壓器開(kāi)發(fā)、制造工藝的局限，只有10kV及以下的高壓分壓器，所以，35kV及以上系統(tǒng)只能電壓互感器上提取電壓信號(hào)，進(jìn)行過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)?？傊?，配電系統(tǒng)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置有兩種開(kāi)展趨勢(shì)：第一種，由光纖電壓傳感器獲取電壓信號(hào)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置；第二種，由低壓電容式電壓

37、互感器獲取電壓信號(hào)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在近期內(nèi)光纖電壓傳感器型過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置可能會(huì)有廣泛的應(yīng)用，從長(zhǎng)期電力系統(tǒng)的開(kāi)展來(lái)看，低壓電容式電壓互感器的研制是勢(shì)在必行的，但無(wú)論是哪一種裝置都還在試驗(yàn)階段，所以過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的研究工作還要繼續(xù)研究下去。本章分別介紹了大電力系統(tǒng)和小電力系統(tǒng)的過(guò)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置，在大電力系統(tǒng)中有兩種方式：一種是由故障錄波裝置來(lái)監(jiān)測(cè)，另一種是由過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)。并分析了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在小電力系統(tǒng)中，過(guò)電壓的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的種類(lèi)很多，普遍采用的是分壓器形式的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。本章中，分析了各個(gè)科研單位研制過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)狀及特點(diǎn)。并從電力系統(tǒng)平安運(yùn)行的角

38、度分析了，這一裝置的開(kāi)展傾向有兩類(lèi)：由光纖電壓傳感器獲取電壓信號(hào)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置和由低壓電容式電壓互感器獲取電壓信號(hào)的過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不過(guò)這兩種裝置都還在試驗(yàn)階段。第4章變壓器絕緣配合及壽命預(yù)測(cè)概述絕緣配合就是根據(jù)設(shè)備所在系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電壓(正常工作電壓和過(guò)電壓)并考慮保護(hù)裝置的特性和設(shè)備的絕緣特性來(lái)確定設(shè)備必要的耐受強(qiáng)度，以便把作用于設(shè)備上的各種電壓所引起的設(shè)備絕緣損壞和影響連續(xù)運(yùn)行的概率，降低到在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上能接受的水平。這就是要求在技術(shù)上正確處理各種電壓、各種限壓措施和設(shè)備絕緣耐受能力三者之間的相互配合關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)上要協(xié)調(diào)投資費(fèi)、維護(hù)費(fèi)及事故損失費(fèi)三者的關(guān)系；這樣既不因絕

39、緣水平取得過(guò)高，使設(shè)備尺寸過(guò)大及造價(jià)太貴，造成不必要的浪費(fèi)；也不會(huì)由于絕緣水平取的過(guò)低，使設(shè)備在運(yùn)行中的事故率增加，導(dǎo)致停電損失和維護(hù)費(fèi)用大增，最終造成經(jīng)濟(jì)上的損失。絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平，所謂某一級(jí)電壓的電氣設(shè)備的絕緣水平就是指該電氣設(shè)備可以承受(不發(fā)生閃絡(luò)、擊穿或其它損壞)的試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)。絕緣配合總的原那么是綜合考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種作用電壓、保護(hù)裝置特性及設(shè)備的絕緣特性確定設(shè)備的絕緣水平，從而使設(shè)備絕緣故障率或停電事故率降低到在經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上可以接受的水平。要做到符合這個(gè)總原那么，必須計(jì)及不同電壓等級(jí)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等諸因素的影響，具體情況，靈活處理。目前，為了決定電氣

40、設(shè)備的絕緣水平而進(jìn)行的絕緣配合的方法慣用法、統(tǒng)計(jì)法和簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法，下面就目前比擬常用的慣用法加以介紹。4.2慣用法慣用法是按作用在絕緣上的“最大過(guò)電壓和“最小絕緣強(qiáng)度的概念進(jìn)行配合的，即首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過(guò)電壓，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)乘上一個(gè)考慮各種因素的影響和一定裕度的系數(shù)，即所謂配合系數(shù)(或稱(chēng)平安裕度系數(shù))，以補(bǔ)償在估計(jì)最大過(guò)電壓和最低耐受強(qiáng)度時(shí)的誤差，來(lái)決定絕緣應(yīng)耐受的電壓水平。對(duì)于自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣均可采用慣用絕緣配合程序。以變壓器為代表的用避雷器保護(hù)的設(shè)備的絕緣水平確實(shí)定過(guò)程如圖5-1所示。圖4-1工頻耐受電壓與雷電、操作過(guò)電壓的關(guān)系其中，1、2為雷電沖擊和操作沖擊電壓的

41、沖擊系數(shù)。這樣工頻耐受電壓實(shí)際上代表了絕緣對(duì)內(nèi)、外過(guò)電壓總的耐受水平。但凡能通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)的，可以認(rèn)為設(shè)備在運(yùn)行中能保證一定的可靠性。對(duì)于不用避雷器保護(hù)或非有效保護(hù)的設(shè)備，如斷路器、儀用互感器等，應(yīng)選用較高的雷電沖擊耐受電壓及與之對(duì)應(yīng)的操作沖擊耐受電壓。這些數(shù)值的選定亦應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備的性能及預(yù)期的過(guò)電壓水平等具體情況，以保證在設(shè)備安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的過(guò)電壓引起的破壞性放電概率在可接受的水平之內(nèi)。最后，通過(guò)圖4-2所示方框圖對(duì)電氣設(shè)備絕緣設(shè)計(jì)及配合過(guò)程給以簡(jiǎn)要、系統(tǒng)的說(shuō)明。假設(shè)按此過(guò)程經(jīng)過(guò)假設(shè)干次反復(fù)，那么將得到可能條件下的優(yōu)化方案。圖4-2絕緣配合的方框圖根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)開(kāi)

42、展情況及電器制造水平，結(jié)合我國(guó)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并參照國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB311-1-1997?高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合?中對(duì)各電壓等級(jí)電氣設(shè)備的試驗(yàn)電壓作出了規(guī)定。表4-13500kV輸變電設(shè)備的基準(zhǔn)絕緣水平額定電壓最高工作電壓額定操作沖擊耐受電壓額定雷電沖擊耐受電壓額定端視工頻耐受電壓kV有效值kV有效值kV峰值相對(duì)地過(guò)電壓.kV峰值kV有效值IIIIII32040101864060202310607528301575105384020231255035185/20080110450/480180220252850185950395330363850105

43、0(460)9501175(510)50055010501425(630)11751550(680)注：用于15kV及20kV電壓等級(jí)的發(fā)電機(jī)回路的設(shè)備，其額定短時(shí)工頻耐受電壓一般提高1級(jí)。用于額定短時(shí)工頻耐受電壓，干試和濕試選用同一數(shù)值，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為330500kV設(shè)備額定短時(shí)工頻耐受電壓，供參考。在慣用法中本質(zhì)上還是把過(guò)電壓和絕緣放電電壓作為隨機(jī)變量考慮的。這種配合方法往往要求有較大的裕度，對(duì)絕緣要求偏嚴(yán)，而且不能定量的預(yù)估計(jì)絕緣故障的概率。所以近20年來(lái)隨著超高壓輸電的開(kāi)展，絕緣配合的統(tǒng)計(jì)法的研究應(yīng)用愈來(lái)愈多。變壓器絕緣狀態(tài)分析與壽命的預(yù)測(cè)概述電力系統(tǒng)運(yùn)行中的變壓器，長(zhǎng)期承受工作電壓、熱

44、、化學(xué)等因素的長(zhǎng)期作用，并可能短時(shí)承受雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓的沖擊作用，其絕緣逐漸老化。變壓器是電力系統(tǒng)最重要的大型設(shè)備，假設(shè)它發(fā)生故障，將會(huì)引致大面積停電事故。所以科學(xué)的預(yù)測(cè)方法能夠提高供電可靠性，提前發(fā)現(xiàn)缺陷和預(yù)知將來(lái)故障類(lèi)別，這對(duì)延長(zhǎng)變壓器壽命周期，提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益有十分重要的意義。導(dǎo)致變壓器絕緣老化的原因很多，主要有過(guò)負(fù)荷、溫度、絕緣油氧化受潮、過(guò)電壓以及其他原因等，都會(huì)使變壓器絕緣老化加速，縮短其壽命周期。變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，溫度超過(guò)絕緣材料允許的數(shù)值，固體絕緣高分子鏈發(fā)生裂變，造成絕緣材料變脆弱，聚合度降低加速絕緣老化。另外，變壓器的繞組和鐵心均有能量損失而發(fā)熱，電力變壓器所用的油浸

45、紙、紙板、漆布、酚醛筒等材料屬于A級(jí)材料，長(zhǎng)期允許溫度105。按阿列紐斯法那么，變壓器超過(guò)最大允許溫度后，每上升6，變壓器壽命減少1年，系統(tǒng)中已經(jīng)采取了措施，限制系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，并且較大型變壓器采用了強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻，改善了其散熱條件。絕緣油與空氣接觸后，加速絕緣油的老化，使油tna占增大，產(chǎn)生大量油泥，油泥的產(chǎn)生堵塞油道，影響散熱，造成局部過(guò)熱。油與銅金屬直接接觸，易產(chǎn)生有機(jī)酸，降低變壓器絕緣性能，老化過(guò)程最終產(chǎn)物是水分子，絕緣油可以通過(guò)其色譜分析的方法得到驗(yàn)證，一旦發(fā)現(xiàn)，就可以更換變壓器油，加強(qiáng)密封的方法加以限制變壓器絕緣進(jìn)一步老化。在眾多因素中，過(guò)電壓是不可控因素，縱然是采取了很多措施來(lái)限

46、制變壓器過(guò)電壓，但是從供電可靠性和現(xiàn)在制造工藝水平方面考慮，只能把過(guò)電壓限制在一定范圍內(nèi)。由于過(guò)電壓產(chǎn)生的隨機(jī)性，尤其是雷電過(guò)電壓，幅值、陡度和極性都是隨機(jī)的，過(guò)電壓對(duì)變壓器絕緣的影響還不能通過(guò)人為手段來(lái)加以控制，本研究通過(guò)對(duì)變壓器過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，得到變壓器過(guò)電壓情況，采用綜合分析的方法來(lái)對(duì)變壓器壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。過(guò)電壓對(duì)變壓器壽命的影響電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)就直接表達(dá)了它的運(yùn)行壽命，絕緣狀況不僅受到產(chǎn)品絕緣水平的制約，而且還受到運(yùn)行條件的影響。這里重點(diǎn)研究過(guò)電壓對(duì)變壓器絕緣及壽命的影響。過(guò)電壓對(duì)變壓器壽命的影響是很復(fù)雜的，首先，過(guò)電壓的出現(xiàn)次數(shù)不可能是均勻分布的，具有隨機(jī)性；其次，每次出現(xiàn)的過(guò)電

47、壓的危害性也不盡相同，變壓器絕緣老化也不是均勻變化的。所以，變壓器絕緣老化問(wèn)題的分析是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，目前還沒(méi)有一種具體可行的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣的老化分析，這里我們對(duì)變壓器剩余壽命做初步估算，假設(shè)變壓器絕緣老化是均勻變化的，在某一范圍內(nèi)過(guò)電壓對(duì)絕緣的危害是相同的，且認(rèn)為未裝設(shè)過(guò)電壓在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置之前的過(guò)電壓情況與監(jiān)測(cè)到的過(guò)電壓情況近似相同。圖4-2絕緣配合與設(shè)備運(yùn)行條件、運(yùn)行時(shí)間與故障區(qū)域的關(guān)系，當(dāng)設(shè)備絕緣按正常運(yùn)行老化(見(jiàn)曲線(xiàn))l，絕緣下降到與U點(diǎn)的交匯點(diǎn)時(shí)，也即30年附近設(shè)備進(jìn)入故障易發(fā)區(qū)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行條件惡劣或設(shè)備絕緣本身存在質(zhì)量缺陷等因素時(shí)，相當(dāng)于設(shè)備絕緣加速老化(見(jiàn)曲線(xiàn)2)，絕緣下降將

48、與U點(diǎn)的在1820年處交匯，即交匯點(diǎn)以后進(jìn)入故障易發(fā)區(qū)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行區(qū)域雷電活動(dòng)水平較強(qiáng)，或操作過(guò)電壓等暫態(tài)過(guò)電壓水平高于絕緣配合水平到達(dá)U點(diǎn)，同時(shí)設(shè)備又有絕緣缺陷隱患，這時(shí)設(shè)備將以曲線(xiàn)2與過(guò)電壓水平U點(diǎn)線(xiàn)交匯，絕緣故障的事故區(qū)間將出現(xiàn)在1015年的運(yùn)行年限區(qū)間。由此來(lái)看，產(chǎn)生在電力系統(tǒng)設(shè)備上的暫態(tài)過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的平安影響很大，尤其是超過(guò)絕緣配合絕緣計(jì)算基值的過(guò)電壓危害較大，并且這種雷電或操作引起的過(guò)電壓對(duì)設(shè)備絕緣隱患會(huì)造成累積效應(yīng)。變壓器壽命預(yù)測(cè)以產(chǎn)品型號(hào)SFSZS一31500/110的變壓器為研究對(duì)象，該變壓器是1994年10月生產(chǎn)，1995年底投入運(yùn)行的，到目前為止運(yùn)行10多年，并未發(fā)生過(guò)嚴(yán)

49、重的絕緣事故，該變壓器所在變電站地處平地區(qū)，周?chē)鸁o(wú)嚴(yán)重的化工等污染，雷電日50個(gè)左右，屬多雷區(qū)，可見(jiàn)它的運(yùn)行環(huán)境不是很惡劣，所以假設(shè)該變壓器“制造時(shí)的預(yù)計(jì)壽命為30年，由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的條件使得該變壓器至少能都運(yùn)行到20年，這里我們只研究變壓器外界過(guò)電壓對(duì)變壓器絕緣的危害，且前提條件設(shè)為變壓器在投入運(yùn)行時(shí)無(wú)絕緣隱患。我們知道，不同幅值的過(guò)電壓對(duì)變壓器的危害程度是不同的，越大幅值的過(guò)電壓對(duì)變壓器的危害越大，越小幅值的變壓器雖然對(duì)變壓器危害不如大幅值過(guò)電壓的危害性大，但是其發(fā)生的次數(shù)多，累積效應(yīng)明顯，久而久之，對(duì)變壓器壽命的影響也是很大的，所以，這里我們?nèi)∽儔浩鞯膌mni工頻耐壓值2.29U，為根底，然后將過(guò)電壓分為四組，統(tǒng)計(jì)次數(shù)如表4-2所示：表4-2 過(guò)電壓次數(shù)統(tǒng)計(jì)表序號(hào)過(guò)電壓范圍實(shí)測(cè)次數(shù)年估計(jì)次數(shù)121042022404803541084x<42754每次過(guò)電壓將導(dǎo)致變壓器壽命受損的平均時(shí)間為： =年/次那么該變壓器運(yùn)行到2007年5月，運(yùn)行時(shí)間為11.42年，那么該變壓器的剩余壽命TS為：年如果從2007年5月以后開(kāi)始不間斷的統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓的次數(shù)，那么就可以按照下式來(lái)計(jì)算該變壓器的剩余壽