第9章過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合

1、l9.1.1 系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓l9.1.1.1 系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓有：l(1)正常運(yùn)行時(shí)的工頻電壓。l(2)暫時(shí)過(guò)電壓(工頻過(guò)電壓,諧振過(guò)電壓)。l(3)操作過(guò)電壓。l(4)雷電過(guò)電壓。l9.1.1.2 設(shè)備上的作用電壓，按波形的分類(lèi)。l設(shè)備在運(yùn)行中可能受到的作用電壓，按照作用電壓的幅值、波形及持續(xù)時(shí)間，可分為：l(1)持續(xù)工頻電壓(其值不超過(guò)設(shè)備最高電壓Um)，持續(xù)時(shí)間等于設(shè)備設(shè)計(jì)的運(yùn)行壽命。l(2)暫時(shí)過(guò)電壓(包括工頻電壓升高、諧振過(guò)電壓)。l(3)緩波前(操作)過(guò)電壓。l(4)快波前(雷電)過(guò)電壓。l(5)陡波前過(guò)電壓。l9.1.1.4 相對(duì)地暫時(shí)過(guò)電壓和操

2、作過(guò)電壓的標(biāo)么值如下：l (1)工頻過(guò)電壓的1.0p.u.=Um1.732；l ( 2 ) 諧 振 過(guò) 電 壓 和 操 作 過(guò) 電 壓 的 1.0p.u.=Um(1.414/1.732),l Um為系統(tǒng)最高電壓。l9.1.1.5 系統(tǒng)最高電壓的范圍。l (1)范圍I：3.6kVUm252kV; 1kVUm252kV; l (2)范圍II：Um252kV。l9.1.2 電力系統(tǒng)過(guò)電壓水平l9.1.2.1 工頻過(guò)電壓的允許水平。l 系統(tǒng)的工頻過(guò)電壓水平一般不宜超過(guò)下列數(shù)值:l 330-500kV 線路斷路器的變電所側(cè) 1.3p.u.l 線路斷路器的線路側(cè) 1.4p.u.l 110220kV 1.3

3、p.u.l 35-66kV 1.732p.u.l 3-10kV (1.1*1.732)p.u.l9.1.2.2 操作過(guò)電壓的允許水平。l(1)相對(duì)地：500kV(直接接地系統(tǒng)) 2.0p.u.l 330kV(直接接地系統(tǒng)) 2.2p.u.l 110-220kV(直接接地系統(tǒng)) 3.0p.u. l 66kV及以下(非直接接地系統(tǒng)) 4.0p.u.l 35kV及以下(低電阻接地系統(tǒng)) 3.2p.u.l(2)相間:l330500kV(取相對(duì)地過(guò)電壓的倍數(shù))1.31.4l 3220kV(取相對(duì)地過(guò)電壓的倍數(shù))1.5l9.2.1 雷電過(guò)電壓特點(diǎn)l9.2.1.1 雷電參數(shù)。l(1)雷電流幅值的概率。l 1

4、)除2)所述地區(qū)以外的我國(guó)一般地區(qū)雷電流幅值超過(guò)I的概率可按式(921)求得，即l lgP=-(I/88) (9-2-1)l式中 P雷電流幅值概率；l I雷電流幅值，kA。l 2)陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)(這類(lèi)地區(qū)的平均年雷暴日數(shù)在20及以下)雷電流幅值較小，可由式(9-2-2)求得，即l lgP=-(I/44) (9-2-2)l(2)平均年雷暴日數(shù)宜根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)多年資料獲得或參照全國(guó)平均年雷暴日數(shù)分布圖確定。l1)少雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)不超過(guò)15的地區(qū)；l2)中雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過(guò)15但不超過(guò)40的地區(qū)；l3)多雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過(guò)40但不超過(guò)90的地區(qū)；l4)雷

5、電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過(guò)90的地區(qū)及根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷害特殊嚴(yán)重的地區(qū)。l(3)在線路防雷設(shè)計(jì)中，雷電流波頭長(zhǎng)度一般取26Is，波頭形狀取斜角形；在設(shè)計(jì)特殊高塔時(shí)，可取半余弦波形，其最大陡度與平均陡度之比為2。l(4)地面落雷密度為每一雷電日每平方公里對(duì)地平均落雷次數(shù)，一般40雷電日地區(qū)為007。l9.2.1.2 線路雷電過(guò)電壓 l(1)當(dāng)雷擊線路桿塔或避雷線時(shí)，可能造成絕緣子串、塔頭空氣間隙和避雷線與導(dǎo)線間空氣間隙閃絡(luò)，形成對(duì)導(dǎo)線的反擊產(chǎn)生過(guò)電壓。設(shè)計(jì)時(shí)要求塔頭空氣間隙和檔距中央空氣間隙的絕緣水平高于絕緣子串的絕緣水平。l 絕緣子串上承受的雷電過(guò)電壓與桿塔自身電感、接地電阻、避雷線

6、分流系統(tǒng)以及雷電流幅值有關(guān)，通常以耐雷水平(線路能承受該雷電流幅值而絕緣子串不致發(fā)生閃絡(luò))作為線路的耐雷指標(biāo)。l(2)雷直擊(無(wú)避雷線線路)和繞擊(有避雷線線路)導(dǎo)線將隨著電壓等級(jí)的增高,線路繞擊的事故率增加，故電壓等級(jí)的增高繞擊事故率占總事故率的比重增大。l9.2.1.3 發(fā)電廠、變電所雷電過(guò)電壓l(1)雷直接擊在發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備上產(chǎn)生直擊雷過(guò)電壓，由于過(guò)電壓幅值很高，會(huì)造成設(shè)備的損壞，應(yīng)對(duì)直擊雷采取防護(hù)措施。l 當(dāng)雷擊發(fā)電廠避雷針、線或其他建、構(gòu)筑物，將引起接地網(wǎng)沖擊電位增高，會(huì)造成對(duì)電氣設(shè)備的反擊，產(chǎn)生反擊過(guò)電壓。反擊過(guò)電壓的幅值取決于雷電流幅值、地網(wǎng)沖擊電阻、引流點(diǎn)位置和設(shè)備充電

7、回路的時(shí)間常數(shù)。l (2)雷擊附近物體或地面，由于空間電磁場(chǎng)發(fā)生劇烈變化，在線路的導(dǎo)線上或其他金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。一般感應(yīng)過(guò)電壓僅對(duì)35kV及以下線路和電氣設(shè)備絕緣有危害。l 當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線的距離大于65m時(shí)，導(dǎo)線上感應(yīng)過(guò)電壓可按式(923)計(jì)算。l (3)輸電線路受到雷擊，雷電波沿導(dǎo)線侵入到發(fā)電廠電氣設(shè)備上，產(chǎn)生侵入雷電波過(guò)電壓。過(guò)電壓幅值與發(fā)電廠進(jìn)線保護(hù)段耐雷水平，雷擊點(diǎn)距發(fā)電廠的距離，導(dǎo)線電暈衰減與發(fā)電廠接線、運(yùn)行方式有關(guān)。l9.2.2 雷電過(guò)電壓的限制和保護(hù)設(shè)計(jì)l9.2.2.1 設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)考慮直接雷擊、雷電反擊和感應(yīng)雷電過(guò)電壓對(duì)電氣裝置的危害。l9.2.2.2 架空線路上的雷

8、電過(guò)電壓。l (1)距架空線路S65m處，雷云對(duì)地放電時(shí)，線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓最大值可按式(923)計(jì)算，即l Ui(25*I*hc/S) (9-2-3)l式中 Ui雷擊大地時(shí)感應(yīng)過(guò)電壓最大值，kV；l I雷電流幅值(一般不超過(guò)100)，kA；l hc導(dǎo)線平均高度，m；l S雷擊點(diǎn)與線路的距離，m。l線路上的感應(yīng)過(guò)電壓為隨機(jī)變量，其最大值可達(dá)300400kV,一般僅對(duì)35kV及以下線路的絕緣有一定威脅。l(2)雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過(guò)電壓，可按式(924)確定，即l UslOOI (9-2-4)l式中 Us雷擊點(diǎn)過(guò)電壓最大值，kV。l 雷直擊導(dǎo)線形成的過(guò)電壓易導(dǎo)致線路絕緣閃絡(luò)。架設(shè)避雷

9、線可有效地減少雷直擊導(dǎo)線的概率。l(3)因雷擊架空線路避雷線、桿頂形成作用于線路絕緣的雷電反擊過(guò)電壓，與雷電參數(shù)、桿塔型式、高度和接地電阻等有關(guān)。l 宜適當(dāng)選取桿塔接地電阻，以減少雷電反擊過(guò)電壓的危害。l9.2.2.3 發(fā)電廠和變電所內(nèi)的雷電過(guò)電壓來(lái)自雷電對(duì)配電裝置的直接雷擊、反擊和架空進(jìn)線上出現(xiàn)的雷電侵入波。l (1)應(yīng)該采用避雷針或避雷線對(duì)高壓配電裝置進(jìn)行直擊雷保護(hù)并采取措施防止反擊。l (2)應(yīng)該采取措施防止或減少發(fā)電廠和變電所近區(qū)線路的雷擊閃絡(luò)，并在發(fā)電廠、變電所內(nèi)適當(dāng)配置閥式避雷器，以減少雷電侵入波過(guò)電壓的危害。l (3)按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)采用的雷電侵入波過(guò)電壓保護(hù)方案校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)條件為保

10、護(hù)接線一般應(yīng)該保證2km外線路導(dǎo)線上出現(xiàn)雷電侵入波過(guò)電壓時(shí)，不引起發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)備絕緣損壞。l9.2.2.4 雷電過(guò)電壓的保護(hù)設(shè)計(jì)l (1)高壓架空線路的雷電過(guò)電壓保護(hù)見(jiàn)9.5.1。l (2)發(fā)電廠和變電所的雷電過(guò)電壓保護(hù)見(jiàn)9.5.2。l (3)配電系統(tǒng)的雷電過(guò)電壓保護(hù)見(jiàn)9.5.3。l (4)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的雷電過(guò)電壓保護(hù)見(jiàn)9.5.4。l9.2.3 雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置的選擇l9.2.3.1 避雷針和避雷線。l(1)單支避雷針的保護(hù)范圍(見(jiàn)圖921)。l 1)避雷針在地面上的保護(hù)半徑，應(yīng)按式(921)計(jì)算，保護(hù)半徑r為l r=1.5hP (9-2-5)l式中 r保護(hù)半徑，m；l h避雷針的高度，

11、m；l P高度影響系數(shù)，h30m，P=1; 30mh120m，P=5.5/(h)0.5;當(dāng)h120m時(shí)，取其等于120m。ll（2）在被保護(hù)物高度hx水平面上的保護(hù)半徑rx應(yīng)按下列方法確定：l a)當(dāng)hx0.5h時(shí)l rx=(h-hx)P (9-2-6)l式中 rx避雷針在hx水平面上的保護(hù)半徑,m;l hx被保護(hù)物的高度，m；l ha避雷針的有效高度，m。l b)當(dāng)hx0.5h時(shí)l rx=(1.5h-2hx)P (9-2-7)l l(2)兩支等高避雷針的保護(hù)范圍l 1)兩針外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計(jì)算方法確定。l 2)兩針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定

12、，圓弧的半徑為只。O點(diǎn)為假想避雷針的頂點(diǎn)，其高度應(yīng)按式(928)計(jì)算，為l h0=h-(D/7P) (9-2-8)l式中 ho兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度，m；l D兩避雷針間的距離，m。l兩針間hx水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度應(yīng)按圖9-2-3確定。當(dāng)bxrx時(shí)，取bx=rx。l求得bx后，可按圖922繪出兩針間的保護(hù)范圍。l兩針間距離與針高之比Dh不宜大于5。 l(3)多支等高避雷針的保護(hù)范圍見(jiàn)圖924(a)及圖9 24(b)。l1) 三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切蔚耐鈧?cè)保護(hù)范圍應(yīng)分別按兩支等高避雷針的方法計(jì)算確定。如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護(hù)范圍一側(cè)最小

13、寬度bx0，則全部面積即受到保護(hù)。l2)四支及以上等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切?，可先將其分成兩個(gè)或數(shù)個(gè)三角形，然后分別按三支等高避雷針的方法計(jì)算。如各邊的保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度bx0，則全部面積即受到保護(hù)。l(4)單根避雷線在hx水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度(見(jiàn)圖925)。l 1)當(dāng)hx(h/2)時(shí)l rx=0.47(h-hx)P (9-2-9) l式中 rx每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，m。l 2)當(dāng)hx(h/2)時(shí)l rx=(h-1.53hx)P (9-2-10) l(5)兩根等高平行避雷線的保護(hù)范圍(見(jiàn)圖926)。l 1)兩避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單根避雷線的計(jì)算方法確定。l 2)兩避雷線間各橫截

14、面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過(guò)兩避雷線1、2點(diǎn)及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度應(yīng)按式(9211)計(jì)算，即l h0=h-(D/4P) (9-2-11)l式中 h0兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度,m;l D兩避雷線間的距離，m；l h避雷線的高度，m。l3)兩避雷線端部的兩側(cè)保護(hù)范圍仍按單根避雷線保護(hù)范圍計(jì)算。兩線間保護(hù)最小寬度(參見(jiàn)圖922)按下列方法確定：l a)當(dāng)hx(h/2)時(shí)l rx=0.47(h0-hx)P (9-2-12) l式中 rx每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，m。l b)當(dāng)hx(h/2)時(shí)l rx=(h0-1.53hx)P (9-2-13) l(6)不等高避雷針、避雷線的保護(hù)范

15、圍(見(jiàn)圖927)。l 1 ) 兩 支 不 等 高 避 雷 針 外 側(cè) 的 保 護(hù) 范圍應(yīng)分別按單支避雷針的計(jì)算方法確定。 l 2)兩支不等高避雷針間的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計(jì)算方法，先確定較高避雷針1的保護(hù)范圍，然后由較低避雷針2的頂點(diǎn)，作水平線與避雷針1的保護(hù)范圍相交于點(diǎn)3，取點(diǎn)3為等效避雷針的頂點(diǎn)，再按兩支等高避雷針的計(jì)算方法確定避雷針2和3間的保護(hù)范圍。通過(guò)避雷針2、3頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的圓弧，其弓高應(yīng)按式(9214)計(jì)算，為l f=D/7P (9-2-11)l式中 f圓弧的弓高，m；l D/避雷針2和等效避雷針3間的距離，m。 l 3)對(duì)多支不等高避雷針?biāo)纬傻亩嘟切危飨?/p>

16、鄰兩避雷針的外側(cè)保護(hù)范圍按兩支不等高避雷針的計(jì)算方法確定；三支不等高避雷針，如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度bx0，則全部面積即受到保護(hù)；四支及以上不等高避雷針?biāo)纬傻亩嘟切?，其?nèi)側(cè)保護(hù)范圍可仿照等高避雷針的方法確定。l 4 ) 兩 根 不 等 高 避 雷 線 各 橫 截 面 的 保 護(hù) 范圍，應(yīng)仿照兩支不等高避雷針的方法，按式(9211)計(jì)算。l(7)山地和坡地上的避雷針，由于地形、地質(zhì)、氣象及雷電活動(dòng)的復(fù)雜性，避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)有所減小。避雷針的保護(hù)范圍可按式(925)式(927)的計(jì)算結(jié)果和依圖923確定的bx等乘以系數(shù)0.75求得；式(928

17、)可修改為h0=h-(D/5P);式(9214)可修改為f=D/5P。 l利用山勢(shì)設(shè)立的遠(yuǎn)離被保護(hù)物的避雷針不得作為主要保護(hù)裝置。l (8)相互靠近的避雷針和避雷線的聯(lián)合保護(hù)范圍可近似按下列方法確定(見(jiàn)圖928):l避雷針、線外側(cè)保護(hù)范圍分別按單針、線的保護(hù)范圍l確定。內(nèi)側(cè)首先將不等高針、線劃為等高針、線，然后將等高針、線視為等高避雷線計(jì)算其保護(hù)范圍。 l9.2.3.2 閥式避雷器l (1)采用閥式避雷器進(jìn)行雷電過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，除旋轉(zhuǎn)電機(jī)外，對(duì)不同電壓范圍、不同系統(tǒng)接地方式的避雷器選型如下：l 1)有效接地系統(tǒng)，范圍應(yīng)該選用金屬氧化物避雷器；范圍I宜采用金屬氧化物避雷器；l 2)氣體絕緣全封閉組

18、合電器(GIS)和低電阻接地系統(tǒng)應(yīng)該選用金屬氧化物避雷器； ll 3)不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中諧振過(guò)電壓和間歇性電弧接地過(guò)電壓等發(fā)生的可能性及其嚴(yán)重程度，可任選金屬氧化物避雷器或碳化硅普通閥式避雷器。l(2)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的雷電侵入波過(guò)電壓保護(hù)，宜采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)金屬氧化物避雷器或旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁吹閥式避雷器。l(3)有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器和碳化硅閥式避雷器的額定電壓,一般情況下應(yīng)符合下列要求：l 1)110kV及220kV有效接地系統(tǒng)不低于0.8Um；l 2)310kV和35kV、66kV系統(tǒng)分別不低于1.1Um和Um；l3kV及以上具有發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)不低于1.1Um(Um為發(fā)電機(jī)

19、最高運(yùn)行電壓)；l 3)中性點(diǎn)避雷器的額定電壓，對(duì)320kV和35、66kV系統(tǒng)，分別不低于0.64Um和0.58Um；對(duì)3-20kV發(fā)電機(jī)，不低于0.64Um.g。l(4)采用無(wú)間隙金屬氧化物避雷器作為雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)符合下列要求：l 1)避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓和額定電壓應(yīng)不低于表921所列數(shù)值；l 2)避雷器能承受所在系統(tǒng)作用的暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓能量。l(5)閥式避雷器標(biāo)稱(chēng)放電電流下的殘壓，不應(yīng)大于被保護(hù)電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機(jī)除外)準(zhǔn)雷電沖擊全波耐受電壓的71。l(6)發(fā)電廠和變電所內(nèi)35kV及以上避雷器應(yīng)裝設(shè)簡(jiǎn)單可靠的多次動(dòng)作記錄器或磁鋼記錄器。ll9233 排氣式避雷器。l (1

20、)在選擇排氣式避雷器時(shí)，開(kāi)斷續(xù)流的上限，考慮非周期分量，不得小于安裝處短路電流的最大有效值；開(kāi)斷續(xù)流的下限，不考慮非周期分量，不得大于安裝處短路電流的可能最小值。l (2)如按開(kāi)斷續(xù)流的范圍選擇排氣式避雷器，最大短路電流應(yīng)按雷季電力系統(tǒng)最大運(yùn)行方式計(jì)算，并包括非周期分量的第一個(gè)半周短路電流有效值。如計(jì)算困難，對(duì)發(fā)電廠附近，可將周期分量第一個(gè)半周的有效值乘以1.5；距發(fā)電廠較遠(yuǎn)的地點(diǎn)，乘以1.3。最小短路電流應(yīng)按雷季電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式計(jì)算，且不包括非周期分量。l (3)排氣式避雷器外間隙的距離，在符合保護(hù)要求的條件下，應(yīng)采用較大的數(shù)值。表921。l9.3.1 暫時(shí)過(guò)電壓的特點(diǎn)l9.3.1.1

21、工頻過(guò)電壓的性質(zhì)。l 工頻過(guò)電壓的頻率為工頻或接近工頻，幅值不高，在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，約為工頻電壓的3倍；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一般不允許超過(guò)15倍。l 工頻過(guò)電壓常發(fā)生在故障引起的長(zhǎng)線切合過(guò)程中。在發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)Ed為常數(shù)時(shí)，工頻過(guò)電壓處于暫態(tài)狀態(tài)，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1s。由于在0.11s以?xún)?nèi)，工頻過(guò)電壓僅變化23，一般多取0.1s左右的暫態(tài)數(shù)值作為參考值。此后，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器發(fā)生作用，Ed變化，在2-3s以后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)的工頻過(guò)電壓稱(chēng)為工頻穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓。l工頻過(guò)電壓對(duì)220kV及以下電力網(wǎng)的電氣設(shè)備沒(méi)有危險(xiǎn)，但對(duì)330kV及以上的超高壓電網(wǎng)影響很大，需要采取

22、措施予以限制。l9.3.1.2 諧振過(guò)電壓的性質(zhì)l電網(wǎng)中的電感、電容元件，在定電源的作用下，并受到操作或故障的激發(fā)，使得某一自由振蕩頻率與外加強(qiáng)迫頻率相等，形成周期性或準(zhǔn)周期性的劇烈振蕩,電壓振幅急劇上升，出現(xiàn)嚴(yán)重諧振過(guò)電壓。l各種諧振過(guò)電壓可以歸納為三種類(lèi)型，即線形諧振、鐵磁諧振和參數(shù)諧振。l 限制諧振過(guò)電壓的基本方法，一是盡量防止它發(fā)生，這就要在設(shè)計(jì)中做出必要的預(yù)測(cè)，適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，避免諧振發(fā)生；二是縮短諧振存在的時(shí)間，降低諧振的幅值，削弱諧振的影響。一般采用電阻阻尼進(jìn)行抑制。l9.3.2 暫時(shí)過(guò)電壓的限制和保護(hù)設(shè)計(jì)l9.3.2.1 工頻過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容量、參數(shù)、運(yùn)行方式

23、以及各種安全自動(dòng)裝置的特性有關(guān)。工頻過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓除增大絕緣承受電壓外，還對(duì)選擇過(guò)電壓保護(hù)裝置有重要影響。l (1)系統(tǒng)中的工頻過(guò)電壓一般由線路空載、接地故障和甩負(fù)荷等引起。對(duì)范圍的工頻過(guò)電壓，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件加以預(yù)測(cè)。根據(jù)這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)，有時(shí)需綜合考慮這幾種因素的影響。l 通?？扇≌Ｋ碗姞顟B(tài)下甩負(fù)荷和在線路受端有單相接地故障情況下甩負(fù)荷作為確定系統(tǒng)工頻過(guò)電壓的條件。l 對(duì)工頻過(guò)電壓應(yīng)采取措施加以降低。一般主要采用在線路上安裝并聯(lián)電抗器的措施限制工頻過(guò)電壓。在線路上架設(shè)良導(dǎo)體降低工頻過(guò)電壓時(shí)，宜通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較加以避雷線確定。系統(tǒng)的工頻過(guò)電壓水平一般不宜超過(guò)下列數(shù)值：線路斷路器的變

24、電所側(cè) 1.3p.ul線路斷路器的線路側(cè) 1.4p.ull (2)對(duì)范圍I中的1lOkV及220kV系統(tǒng)，工頻過(guò)電壓一般不超過(guò)1.3p.u.；3lOkV和3566kV系統(tǒng)，一般分別不超過(guò)1.13p.u.和3p.u.。l應(yīng)避免在1lOkV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過(guò)電壓。對(duì)可能形成這種局部系統(tǒng)、低壓側(cè)有電源的1lOkV及220kV變壓器不接地的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)該間隙應(yīng)動(dòng)作；系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)間隙不應(yīng)動(dòng)作。間隙距離的選擇除應(yīng)滿(mǎn)足這兩項(xiàng)要求外，還應(yīng)兼顧雷電過(guò)電壓下保護(hù)變 壓 器 中 性 點(diǎn) 標(biāo) 準(zhǔn) 分 級(jí)

25、絕 緣 的 要 求 參 見(jiàn)9523(5)。l9.3.2.2 諧振過(guò)電壓包括線性諧振和非線性(鐵磁)諧振過(guò)電壓，一般因操作或故障引起系統(tǒng)元件參數(shù)出現(xiàn)不利組合而產(chǎn)生。應(yīng)采取防止措施，避免出現(xiàn)諧振過(guò)電壓的條件；或用保護(hù)裝置限制其幅值和持續(xù)時(shí)間。l(1)為防止發(fā)電機(jī)電感參數(shù)周期性變化引起的發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁(參數(shù)諧振)過(guò)電壓，可采取下列防止措施：l 1)使發(fā)電機(jī)的容量大于被投入空載線路的充電功率；l 2)避免發(fā)電機(jī)帶空載線路啟動(dòng)或避免以全電壓向空載線路合閘；l 3)快速勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)器可限制發(fā)電機(jī)同步自勵(lì)過(guò)電壓。發(fā)電機(jī)異步自勵(lì)過(guò)電壓，用速動(dòng)過(guò)電壓繼電保護(hù)切機(jī)以限制其作用時(shí)間。l(2)應(yīng)該采用轉(zhuǎn)子上裝設(shè)阻尼繞組

26、的水輪發(fā)電機(jī)，以限制水輪發(fā)電機(jī)不對(duì)稱(chēng)短路或負(fù)荷l嚴(yán)重不平衡時(shí)產(chǎn)生的諧振過(guò)電壓。l9.3.2.3 范圍的系統(tǒng)當(dāng)空載線路上接有并聯(lián)電抗器，且其零序電抗小于線路零序容抗時(shí)，如發(fā)生非全相運(yùn)行狀態(tài)(分相操動(dòng)的斷路器故障或采用單相重合閘時(shí))，由于線間電容的影響，斷開(kāi)相上可能發(fā)生諧振過(guò)電壓。l上述條件下由于并聯(lián)電抗器鐵芯的磁飽和特性，有時(shí)在斷路器操作產(chǎn)生的過(guò)渡過(guò)程激發(fā)下，可能發(fā)生以工頻基波為主的鐵磁諧振過(guò)電壓。l 在并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)與大地之間串接一接地電抗器，一般可有效地防止這種過(guò)電壓。l該接地電抗器的電抗值宜按補(bǔ)償并聯(lián)電抗器所接線路的相間電容選擇，同時(shí)應(yīng)考慮以下因素： l(1)并聯(lián)電抗器、接地電抗器的電

27、抗及線路容抗的實(shí)際值與設(shè)計(jì)值的變異范圍。l(2)限制潛供電流的要求。l(3)連接接地電抗器的并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)絕緣水平。l9.3.2.4 范圍的系統(tǒng)中，當(dāng)空載線路(或其上接有空載變壓器時(shí))由電源變壓器斷路器合閘、重合閘或由只帶有空載線路的變壓器低壓側(cè)合閘、帶電線路末端的空載變壓器合閘以及系統(tǒng)解列等情況下，如由這些操作引起的過(guò)渡過(guò)程的激發(fā)使變壓器鐵芯磁飽和、電感作周期性變化，回路等值電感在2倍工頻下的電抗與2倍工頻下線路入口容抗接近相等時(shí)，可能產(chǎn)生以2次諧波為主的高次諧波諧振過(guò)電壓。l 應(yīng)盡量避免產(chǎn)生2次諧波諧振的運(yùn)行方式、操作方式以及防止在故障時(shí)出現(xiàn)該種諧振的接線；確實(shí)無(wú)法避免時(shí)，可在變電所線路

28、繼電保護(hù)裝置內(nèi)增設(shè)過(guò)電壓速斷保護(hù)，以縮短該過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間。l9.3.2.5 范圍工的系統(tǒng)中有可能出現(xiàn)下列諧振過(guò)電壓：l (1)1lOkV及220kV系統(tǒng)采用帶有均壓電容的斷路器開(kāi)斷連接有電磁式電壓互感器的空載母線，經(jīng)驗(yàn)算有可能產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓時(shí)，宜選用電容式電壓互感器。已裝有電磁式電壓互感器時(shí)，運(yùn)行中應(yīng)避免可能引起諧振的操作方式，必要時(shí)可裝設(shè)專(zhuān)門(mén)消除此類(lèi)鐵磁諧振的裝置。l (2)由單一電源側(cè)用斷路器操作中性點(diǎn)不接地的變壓器出現(xiàn)非全相或熔斷器非全相熔斷時(shí)，如變壓器的勵(lì)磁電感與對(duì)地電容產(chǎn)生鐵磁諧振，能產(chǎn)生2.0-3.0Pu的過(guò)電壓；有雙側(cè)電源的變壓器在非全相分合閘時(shí)，由于兩側(cè)電源的不同步在變壓

29、器中性點(diǎn)上可出現(xiàn)接近于2.0p.u.的過(guò)電壓，如產(chǎn)生鐵磁諧振，則會(huì)出現(xiàn)更高的過(guò)電壓。l (3)經(jīng)驗(yàn)算，如斷路器操作中因操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期時(shí)，產(chǎn)生的鐵磁諧振過(guò)電壓可能危及中性點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)絕緣、運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)不接地的1lOkV及220kV變壓器的中性點(diǎn)絕緣，這時(shí)宜在中性點(diǎn)裝設(shè)間隙，對(duì)該間隙的要求與9321(2)同。在操作過(guò)程中，應(yīng)先將變壓器中性點(diǎn)臨時(shí)接地。l 有單側(cè)電源的變壓器，如另一側(cè)帶有同期調(diào)相機(jī)或較大的同步電動(dòng)機(jī)，也類(lèi)似有雙側(cè)電源的情況。l (4)366kV不接地系統(tǒng)或消弧線圈接地系統(tǒng)偶然脫離消弧線圈的部分，當(dāng)連接有中性點(diǎn)接地的電磁式電壓互感器的空載母線(其上帶或不帶空載短線路

30、)，因合閘充電或在運(yùn)行時(shí)接地故障消除等原因的激發(fā)，使電壓互感器過(guò)飽和則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓。為限制這類(lèi)過(guò)電壓，可選取下列措施：l 1)選用勵(lì)磁特性飽和點(diǎn)較高的電磁式電壓互感器；l 2)減少同一系統(tǒng)中電壓互感器中性點(diǎn)接地的數(shù)量，除電源側(cè)電壓互感器高壓繞組中性點(diǎn)接地外，其他電壓互感器中性點(diǎn)盡可能不接地；l 3)個(gè)別情況下，在lOkV及以下的母線上裝設(shè)中性點(diǎn)接地的星形接線電容器組或用一段電纜代替架空線路以減少Xco(Xco是系統(tǒng)每相的對(duì)地分布容抗)，使Xco0.01Xm。(Xm為電壓互感器在線電壓作用下單相繞組的勵(lì)磁電抗)；l 4)在互感器的開(kāi)口三角形繞組裝設(shè)R0.4(XmK213)的電阻(K13

31、為互感器一次繞組與開(kāi)口三角形繞組的變比)或裝設(shè)其他專(zhuān)門(mén)消除此類(lèi)鐵磁諧振的裝置；l 5)lOkV及以下互感器高壓繞組中性點(diǎn)經(jīng)Rp.n 0.06Xm(容量大于600W)的電阻接地。l9.3.2.6 3-66kV不接地及消弧線圈接地系統(tǒng)，應(yīng)采用性能良好的設(shè)備并提高運(yùn)行維護(hù)水平，以避免在下述條件下產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓：l (1)配電變壓器高壓繞組對(duì)地短路。l (2)送電線路一相斷線且一端接地或不接地。l9.3.2.7 有消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)選擇消弧線圈的脫諧度，以便避開(kāi)諧振點(diǎn)；無(wú)消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)采取增大其對(duì)地電容等措施(如安裝電力電容器等)，以防止零序電壓通過(guò)電容，如變壓器繞組間或兩

32、條架空線路間的電容耦合，由較高電壓系統(tǒng)傳遞到中性點(diǎn)不接地的較低電壓系統(tǒng)，或由較低電壓系統(tǒng)傳遞到較高電壓系統(tǒng)，或回路參數(shù)形成串聯(lián)諧振條件，產(chǎn)生高幅值的轉(zhuǎn)移過(guò)電壓。l941 操作過(guò)電壓的特點(diǎn)l 電網(wǎng)中的電容、電感等儲(chǔ)能元件，在發(fā)生故障或操作時(shí)，由于其工作狀態(tài)發(fā)生突變，將產(chǎn)生充電再充電或能量轉(zhuǎn)換的過(guò)渡過(guò)程，電壓的強(qiáng)制分量疊加以暫態(tài)分量形成操作過(guò)電壓。其作用時(shí)間約在幾毫秒到數(shù)十毫秒之間。倍數(shù)一般不超過(guò)4倍。l 操作過(guò)電壓的幅值和波形與電網(wǎng)的運(yùn)行方式、故障類(lèi)型、操作對(duì)象有關(guān)，再加上操作過(guò)程中其他多種隨機(jī)因素的影響，使得對(duì)操作過(guò)電壓的定量分析，大多依靠實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)和模擬研究。l 故障形成不同或操作對(duì)象不同，產(chǎn)

33、生過(guò)電壓的機(jī)理也不同。因而所采取的針對(duì)性限制措施也各異。 l9.4.2 操作過(guò)電壓的限制及保護(hù)設(shè)計(jì)l9.4.2.1 線路合閘和重合閘過(guò)電壓l空載線路合閘時(shí)，由于線路電感一電容的振蕩將產(chǎn)生合閘過(guò)電壓。線路重合時(shí)，由于電源電勢(shì)較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過(guò)程，使過(guò)電壓進(jìn)一步提高。l(1)范圍中，線路合閘和重合閘過(guò)電壓對(duì)系統(tǒng)中設(shè)備絕緣配合有重要影響，應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)條件預(yù)測(cè)空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))的相對(duì)地和相間過(guò)電壓。l 預(yù)測(cè)這類(lèi)操作過(guò)電壓的條件如下：l 1)對(duì)于發(fā)電機(jī)一變壓器一線路單元接線的空載線路合閘，線路合閘后,電源母線電壓為系統(tǒng)最高

34、電壓；對(duì)于變電所出線，則為相應(yīng)運(yùn)行方式下的實(shí)際母線電壓。 l 2)成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障；非成功的三相重合閘時(shí)，線路受端有單相接地故障。l(2)空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))，在線路上產(chǎn)生的相對(duì)地統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓，對(duì)330kV和500kV系統(tǒng)分別不宜大于2.2p.u.和2.0p.u.。l(3)限制這類(lèi)過(guò)電壓的最有效措施是在斷路器上安裝合閘電阻。對(duì)范圍，當(dāng)系統(tǒng)的工頻過(guò)電壓符合9321要求且符合以下參考條件時(shí)，可僅用安裝于線路兩端(線路斷路器的線路側(cè))上的金屬氧化物避雷器(MOA)將這類(lèi)操作引起的線路的相對(duì)地統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓限制到要求值以下。l這些參考條件

35、是：l 1)發(fā)電機(jī)一變壓器一線路單元接線時(shí)的參考條件見(jiàn)表941。l 2)系統(tǒng)中變電所出線時(shí)的參考條件：l 330kV 200kml 500kV 200kml在其他條件下，可否僅用金屬氧化物避雷器限制合閘和重合閘過(guò)電壓，需經(jīng)校驗(yàn)確定.l(4)范圍I的線路合閘和重合閘過(guò)電壓一般不超過(guò)3.0p.u.，通常無(wú)需采取限制措施。ll9.4.2.2 空載線路分閘過(guò)電壓l空載線路開(kāi)斷時(shí)，如斷路器發(fā)生重?fù)舸?，將產(chǎn)生操作過(guò)電壓。l(1)對(duì)范圍的線路斷路器，應(yīng)要求在電源對(duì)地電壓為1.3p.u.條件下開(kāi)斷空載線路不發(fā)生重?fù)舸(2)對(duì)范圍I，110kV及220kV開(kāi)斷架空線路該過(guò)電壓不超過(guò)3.0p.u.；開(kāi)斷電纜線

36、路可能超過(guò)3.0p.u.為此，開(kāi)斷空載架空線路宜采用不重?fù)舸┑臄嗦菲鳎婚_(kāi)斷電纜線路應(yīng)該采用不重?fù)舸┑臄嗦菲?。l (3)對(duì)范圍I，66kV及以下系統(tǒng)中，開(kāi)斷空載線路斷路器發(fā)生重?fù)舸r(shí)的過(guò)電壓一般不超過(guò)3.5p.u.開(kāi)斷前系統(tǒng)已有單相接地故障，使用一般斷路器操作時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓可能超過(guò)4.0p.u.。此，選用操作斷路器時(shí)，應(yīng)該使其開(kāi)斷空載線路過(guò)電壓不超過(guò)4.0p.u.。 l9.4.2.3 線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘和振蕩解列過(guò)電壓。l 系統(tǒng)送受端聯(lián)系薄弱，如線路非對(duì)稱(chēng)故障導(dǎo)致分閘，或在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘或振蕩解列過(guò)電壓。l 對(duì)范圍的線路，宜對(duì)這類(lèi)過(guò)電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)前一過(guò)電壓的條件

37、，可選線路受端存在單相接地故障，分閘時(shí)線路送受端電勢(shì)功角差應(yīng)按實(shí)際情況選取。l 當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)9.4.2.1(2)所列數(shù)值時(shí)，可用安裝在線路兩端的金屬氧化物避雷器加以限制。l9.4.2.4 隔離開(kāi)關(guān)操作空載母線的過(guò)電壓。l 隔離開(kāi)關(guān)操作空載母線時(shí)，由于重?fù)舸?huì)產(chǎn)生幅值可能超過(guò)2.0p.u.、頻率為數(shù)百千赫至兆赫的高頻振蕩過(guò)電壓。這對(duì)范圍的電氣裝置有一定危險(xiǎn)。為此，宜符合以下要求：l(1)隔離開(kāi)關(guān)操作由敞開(kāi)式配電裝置構(gòu)成的變電所空載母線時(shí)的過(guò)電壓，可能使電流互感器一次繞組進(jìn)出線之間的套管閃絡(luò)放電，宜采用金屬氧化物避雷器對(duì)其加以保護(hù)。l(2)隔離開(kāi)關(guān)操作氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)變電所的空載

38、母線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率更高的過(guò)電壓，它可能對(duì)匝間絕緣裕度不高的變壓器構(gòu)成威脅。為此，宜對(duì)采用的操作方式加以校核，盡量避免可能引起危險(xiǎn)的操作方式。l9.4.2.5 366kV系統(tǒng)開(kāi)斷并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置如斷路器發(fā)生單相重?fù)舸r(shí)，電容器高壓端對(duì)地過(guò)電壓可能超過(guò)4.0p.u.。開(kāi)斷前電源側(cè)有單相接地故障時(shí)，該過(guò)電壓將更高。開(kāi)斷時(shí)如發(fā)生兩相重?fù)舸娙萜鳂O間過(guò)電壓可能超過(guò)252Unc(Unc為電容器的額定電壓)。l 操作并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，應(yīng)采用開(kāi)斷時(shí)不重?fù)舸┑臄嗦菲?。?duì)于需頻繁投切的補(bǔ)償裝置，宜按圖941(a)裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置金屬氧化物避雷器(F1或F2)，作為限制單相重?fù)舸┻^(guò)電壓的后備保護(hù)裝置。在電源側(cè)

39、有單相接地故障不要求進(jìn)行補(bǔ)償裝置開(kāi)斷操作的條件下，宜采用F1。斷路器操作頻繁且開(kāi)斷時(shí)可能發(fā)生重?fù)舸┗蛘吆祥l過(guò)程中觸頭有彈跳現(xiàn)象時(shí)，宜按圖941(b)裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置金屬氧化物避雷器(F1及F3或F4)。F3或P4用以限制兩相重?fù)舸r(shí)在電容器極間出現(xiàn)的過(guò)電壓。當(dāng)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置電抗器的電抗率不低于12時(shí)，宜采用F4。l9.4.2.6 操作空載變壓器和并聯(lián)電抗器等的過(guò)電壓。l(1)開(kāi)斷空載變壓器由于斷路器強(qiáng)制熄弧(截流)產(chǎn)生的過(guò)電壓,與斷路器型式、變壓器鐵芯材料、繞組型式、回路元件參數(shù)和系統(tǒng)接地方式等有關(guān)。l 當(dāng)開(kāi)斷具有冷軋硅鋼片的變壓器時(shí)，過(guò)電壓一般不超過(guò)2.0p.u.，可不采取保護(hù)措施。l 開(kāi)斷具有熱軋硅鋼片鐵芯的110kV及220kV變壓器的過(guò)電壓一般不超過(guò)3.0p.u.；66kV及以下變壓器一般不超過(guò)4.0p.u.。 l 采用熄弧性能較強(qiáng)的斷路器開(kāi)斷激磁電流較大的變壓器以及并聯(lián)電抗補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的高幅值過(guò)電壓，可在斷路器的非電源側(cè)裝設(shè)閥式避雷器加以限制。保護(hù)變壓器的避雷器可裝在其高壓側(cè)或低壓側(cè)。但高低壓側(cè)系統(tǒng)接地方式不同時(shí)，低壓側(cè)宜裝設(shè)操作過(guò)電壓保護(hù)水平較低的避雷器。 l(2)在可能只帶一條線路運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)消弧線圈上，宜用閥式避雷器限制切除最后一條線路兩相接地故障時(shí)，強(qiáng)制開(kāi)斷消弧線圈電流在其上