第八章暫時(shí)過電壓

1、第第八章八章 暫時(shí)過電壓暫時(shí)過電壓1. 1.內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓u在電力系統(tǒng)中，因?yàn)閿嗦菲鞯牟僮骰蛳到y(tǒng)故障，是系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致電力系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化或傳遞的過渡過程中，在電力系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓u系統(tǒng)參數(shù)變化的原因是多種多樣的，因此內(nèi)部過電壓的幅值、振蕩頻率、持續(xù)時(shí)間不盡相同u內(nèi)部過電壓分為操作過電壓和暫時(shí)過電壓u操作過電壓即電磁過渡過程中的過電壓，一般持續(xù)時(shí)間在0.1s以內(nèi)u暫時(shí)過電壓包括諧振過電壓和工頻電壓升高，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，暫時(shí)過電壓產(chǎn)生的原因主要是空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)、不對(duì)稱接地故障、負(fù)荷突變以及系統(tǒng)中可能發(fā)生的線性或非線性諧振等 內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓)(1 . 0)()()(

2、SwitchingsTemporaryoltageRiseFrequencyVPowerresonance弧光接地解列切空變切空線合空線以內(nèi)）操作過電壓（甩負(fù)荷不對(duì)稱的接地故障空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)工頻電壓升高參數(shù)鐵磁線性諧振諧振過電壓暫時(shí)過電壓1. 1.內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓u典型的合閘空載線路過電壓倍數(shù)K隨時(shí)間的變化曲線，變化過程可分為三個(gè)階段：u具有高幅值、強(qiáng)阻尼的高頻操作過電壓u持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的工頻暫時(shí)過電壓，此處工頻暫時(shí)過電壓產(chǎn)生的原因是發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性和線路電容效應(yīng)，因此開始時(shí)暫時(shí)過電壓較高，待發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整器發(fā)揮作用之后，電壓開始下降u系統(tǒng)逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)主要是長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起

3、的工頻電壓升高 2.2.工頻過電壓工頻過電壓u電力系統(tǒng)中在正常或故障時(shí)可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，統(tǒng)稱工頻電壓升高，或稱工頻過電壓 u它的大小直接影響操作過電壓的幅值u它的數(shù)值是決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)u持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工頻電壓升高仍可能危及設(shè)備的安全運(yùn)行 u在超高壓系統(tǒng)中，為降低電氣設(shè)備絕緣水平，不但要對(duì)工頻電壓升高的數(shù)值予以限制，對(duì)持續(xù)時(shí)間也給予規(guī)定 3.3.空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)u對(duì)于一給定的R、L、C串聯(lián)電路，若其參數(shù)RL，當(dāng)有正弦交流電流流過時(shí)，由于電感與電容上的壓降UL、UC反相，且其有效值UCUL，于是電容上的壓降大于電源的電

4、動(dòng)勢(shì)。這就是集中參數(shù)電路中的“電感電容”效應(yīng)，簡(jiǎn)稱“電容效應(yīng)”u對(duì)于分布參數(shù)電路，當(dāng)末端空載時(shí)，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計(jì)及電源內(nèi)阻抗的影響(感性)時(shí)，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，而且使線路首、末端電壓高于電源電動(dòng)勢(shì)。這就是系統(tǒng)中的空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高，尤其在超高壓系統(tǒng)中是一個(gè)重要的課題 4.4.均勻長(zhǎng)線及其穩(wěn)態(tài)解均勻長(zhǎng)線及其穩(wěn)態(tài)解u無損長(zhǎng)線首末端電壓及電流關(guān)系 2211cossin1sincosIUllZlZlIUCC00CL一般 kmo/06. 05.5.空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)11/ )(UxUKx22/ )(UxUKxlUUKcos/1/121

5、2u線路首端或末端對(duì)線路任一點(diǎn)x的傳遞函數(shù) u空載時(shí)線路首端對(duì)末端的電壓傳遞函數(shù)u線路上的各點(diǎn)電壓的模按余弦分布。u超高壓系統(tǒng)中為限制電容效應(yīng)引起的 工頻電壓升高，廣泛采用并聯(lián)電抗補(bǔ)償5.5.空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)u空載時(shí)線路末端電壓升高與線路長(zhǎng)度的關(guān)系電源阻抗對(duì)空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)的影響電源阻抗對(duì)空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)的影響 電源阻抗對(duì)空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)的影響電源阻抗對(duì)空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)的影響 lKcoscos02CSZXtg1u末端電壓與源端電壓的關(guān)系u電源電抗相當(dāng)于增加了線路長(zhǎng)度u電源容量越小，即內(nèi)電抗Xs越大，末端電壓升高越嚴(yán)重。所以在估計(jì)最嚴(yán)重的工頻電壓升高時(shí)，應(yīng)以可能出

6、現(xiàn)的電源容量最小的運(yùn)行方式為依據(jù) o21o06.不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 u短路電流的零序分量會(huì)使健全相出現(xiàn)工頻電壓升高，常稱為不對(duì)稱效應(yīng)，以不對(duì)稱效應(yīng)系數(shù)或接地系數(shù)表示由此而產(chǎn)生的工頻電壓升高的程度u系統(tǒng)中不對(duì)稱短路故障，以單相接地故障最為常見，且引起的工頻電壓升高也最嚴(yán)重 6.不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 u系統(tǒng)在發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，故障點(diǎn)各相電壓和電流是不對(duì)稱的，可以采用對(duì)稱分量法利用復(fù)合序網(wǎng)方便地進(jìn)行分析 6.不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 6.不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高

7、6.不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 u系統(tǒng)工頻電壓升高是決定閥型避雷器滅弧電壓的依據(jù)u3、6、10kV系統(tǒng)工頻電壓升高可達(dá)系統(tǒng)最高電壓的1.1倍，避雷器的滅弧電壓即規(guī)定為系統(tǒng)最高電壓的1.1倍，稱為110避雷器，例如10kV系統(tǒng)的最高電壓按1.15Un考慮，避雷器的滅弧電壓為12.7kVu(35-60)kV系統(tǒng)的工頻電壓升高可達(dá)系統(tǒng)高電壓，避雷器的滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最高電壓的100，稱為100避雷器，例如35kV避雷器的滅弧電壓為41kVu對(duì)110、220kV系統(tǒng)中的避雷器，其滅弧電壓則按系統(tǒng)最高電壓的80確定，稱為80避雷器，例如FZ-110J的滅弧電壓為100kV

8、u對(duì)330kV及以上系統(tǒng)，輸送距離較長(zhǎng)，計(jì)及長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)時(shí)，線路末端工頻電壓升高可能超過系統(tǒng)最高電壓的80，則根據(jù)安裝位置的不同分為：電站型避雷器(即80避雷器)及線路型避雷器(即90避雷器)兩種7.甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高 u當(dāng)輸電線路重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于某種原因(例如發(fā)生短路故障)線路末端斷路器突然跳閘甩掉負(fù)荷，造成電源電動(dòng)勢(shì)高于母線電壓，也是造成工頻電壓升高的另一重要原因，通常稱作甩負(fù)荷效應(yīng)8.工頻電壓升高的限制措施工頻電壓升高的限制措施u在220kV及以下電網(wǎng)中不需采取特殊措施限制工頻電壓升高u330、500kV電網(wǎng)中要采取措施將工頻電壓升高限制在1.3pu（

9、變電所）及1.4pu（線路側(cè)）以下，措施有：u裝并聯(lián)電抗器u裝靜止補(bǔ)償裝置u加強(qiáng)電網(wǎng)聯(lián)系，改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（如裝開關(guān)將長(zhǎng)線分段）u限制某些運(yùn)行方式u采用良導(dǎo)體地線，降低X0/X1比值u快速磁通滅磁保護(hù)u電壓速斷保護(hù)基準(zhǔn)值)(3.1系統(tǒng)最高電壓mmuuup8.工頻電壓升高的限制措施工頻電壓升高的限制措施u并連電抗器是補(bǔ)償空載線路電容效應(yīng)的措施8.工頻電壓升高的限制措施工頻電壓升高的限制措施u并連電抗器是補(bǔ)償空載線路電容效應(yīng)的措施RccsXZZXlKarctanarctan)cos(coscos028.工頻電壓升高的限制措施工頻電壓升高的限制措施u線路末端接入并聯(lián)電抗器，由于電抗器的感性無功功率部分地

10、補(bǔ)償了線路的容性無功功率，相當(dāng)于減小了線路長(zhǎng)度，降低了末端電壓升高u并聯(lián)電抗器的接入可同時(shí)降低線路首端及末端的工頻電壓升高電力系統(tǒng)諧振過電壓 諧振現(xiàn)象諧振現(xiàn)象在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，電感和電容性元件可能形成各種不同的振蕩回路，在一定的能源作用下，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓 電感元件：電力變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消 弧線圈以及線路導(dǎo)線等的電感電容元件：線路導(dǎo)線的對(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)備的寄生電容諧振過電壓比操作過電壓的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，性質(zhì)上屬于暫時(shí)過電壓。諧振過電壓的嚴(yán)重性既取決于它的幅值，也取決于它的持續(xù)時(shí)間 在不同電壓等級(jí)、不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中可以產(chǎn)生

11、不同類型的諧振過電壓。對(duì)應(yīng)三種電感參數(shù)，在一定的電容參數(shù)和其他條件的配合下，可能產(chǎn)生三種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象 u 線性諧振 u 鐵磁諧振 u 參數(shù)諧振諧振分類諧振分類 線性諧振過電壓線性諧振過電壓在操作或故障引起的過渡過程出現(xiàn) 諧振條件 或 穩(wěn)態(tài)電壓UC 串聯(lián)線性諧振電路 01LCCL122002/ LR220220220/2/11EUCu當(dāng) 時(shí) 電容和電感上的電壓可達(dá) 電源電壓的5倍u當(dāng) 時(shí) 有2倍左右的過電壓u離開以上范圍電壓很快下降 u諧振趨勢(shì) 危險(xiǎn)并非僅僅在諧振點(diǎn)，在接近諧振的參數(shù)范圍內(nèi)，都會(huì)引起嚴(yán)重的穩(wěn)態(tài)過電壓不同 /0下UC與 /0的關(guān)系曲線 %10/0%2520/0參數(shù)諧振u當(dāng)同步

12、發(fā)電機(jī)接有容性負(fù)載時(shí)（如空載線路），即使激磁電流很小，也會(huì)使發(fā)電機(jī)的端電壓和電流急劇上升，最終產(chǎn)生很高的過電壓，這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁，過電壓為自勵(lì)磁過電壓，其本質(zhì)是由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的電感參數(shù)周期變化引起的，所以稱參數(shù)諧振鐵磁元件的非線性特性鐵磁元件的非線性特性 隨著電流的逐漸增加，鐵心開始飽和，磁鏈與電流的關(guān)系呈現(xiàn)非線性，電感值隨電流(磁鏈)逐漸減小 交流電源作用于電感 ，若磁鏈保持正弦波形，則電流i的波形發(fā)生畸變，波形中有3、5、奇次諧波 鐵磁諧振鐵磁諧振u在交流電源作用下鐵心元件的電感值作周期性變化，這是產(chǎn)生鐵磁諧振的基本原因 u在鐵芯電感的振蕩回路中，如果滿足一定條件，可能出現(xiàn)工頻諧振u諧振頻率可能等于工頻的整數(shù)倍（2、3、5倍等），稱為高次諧波諧振u諧振頻率可能等于工頻的分?jǐn)?shù)倍（1/2、1/3、1/5、2/3、3/5倍等），稱為分次諧波諧振基波鐵磁諧振基波鐵磁諧振 基波鐵磁諧振圖解法 串聯(lián)鐵磁諧振回路滿足條件 在 I=Ij 處，曲線UL(I)與UC(I)有交點(diǎn)K，ULUC 電壓平衡關(guān)系CL10UE IUIUUCLu回路可能有3個(gè)平衡狀態(tài)，如圖中a、b、c三點(diǎn)u判斷 a、c 兩點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)，而b點(diǎn)是不穩(wěn)定的u a點(diǎn)為電路的非諧振工作點(diǎn)，c點(diǎn)是諧振工作點(diǎn)u 鐵磁元件的飽和效應(yīng)是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但其又限制了