高電壓技術-第九、十章

1、第九章第九章電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓 中國石油大學中國石油大學 薛永端薛永端內(nèi)部過電壓：內(nèi)部過電壓：電力系統(tǒng)中，因為斷路器的操作、事故或其它原因，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電磁能量振蕩轉(zhuǎn)換或傳遞所出現(xiàn)的超過正常運行電壓的電壓升高。 由于引起內(nèi)部過電壓的電磁能量來自電力系統(tǒng)內(nèi)部，其幅值與額定電壓成正比，工程上內(nèi)部過電壓的大小用內(nèi)部過電壓倍數(shù)內(nèi)部過電壓倍數(shù)kn表示。最高運行相電壓幅值過電壓幅值nk最高運行相電壓幅值NU32)15. 11 . 1 (內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓內(nèi)內(nèi)部部過過電電壓壓工頻電壓升高工頻電壓升高諧振過電壓諧振過電壓空載長線容升效應空載長線容升效應甩負荷甩負荷不對稱短路不對稱

2、短路操操作作過過電電壓壓切除小電感負荷切除小電感負荷斷開小電容負荷斷開小電容負荷空載線路合閘空載線路合閘間歇性、弧光接地過電壓間歇性、弧光接地過電壓暫暫時時過過電電壓壓線性諧振線性諧振非線性諧振非線性諧振參數(shù)諧振參數(shù)諧振單相接地內(nèi)部過電壓分類內(nèi)部過電壓分類主要內(nèi)容主要內(nèi)容主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 第二節(jié)第二節(jié) 第三節(jié)第三節(jié) 第四節(jié)第四節(jié) 第五節(jié)第五節(jié) 第六節(jié)第六節(jié) 電力系統(tǒng)操作過電壓（電力系統(tǒng)操作過電壓（1）操作過電壓屬于內(nèi)部過電壓。操作過電壓屬于內(nèi)部過電壓。操作是廣義的：操作是廣義的：計劃性斷路器的合閘和跳閘計劃性斷路器的合閘和跳閘故障時斷路器的跳閘故障時斷路器的跳閘切：L（空變、L

3、、電動機） C（空線、電容器組） 解列合：空線35kV及以下中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，及以下中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時，不大的電容電流流經(jīng)接地點，產(chǎn)生時燃時滅的電弧。不大的電容電流流經(jīng)接地點，產(chǎn)生時燃時滅的電弧。相當于開關的反復操作相當于開關的反復操作 弧光接地過電壓弧光接地過電壓操作引起暫態(tài)過程，電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)過電壓操作引起暫態(tài)過程，電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)過電壓 。 由于操作過電壓幅值與系統(tǒng)額定電壓有關，因此電壓等級越高的系由于操作過電壓幅值與系統(tǒng)額定電壓有關，因此電壓等級越高的系統(tǒng)操作過電壓值越高。統(tǒng)操作過電壓值越高。系統(tǒng)的絕緣水平系統(tǒng)的絕緣水平220kV220k

4、V及以下及以下330kV330kV及以上及以上雷電過電壓雷電過電壓操作過電壓操作過電壓主要主要我國規(guī)程規(guī)定：我國規(guī)程規(guī)定： 操作過電壓倍數(shù)操作過電壓倍數(shù)353560kV60kV及以下（非直接接地）系統(tǒng)及以下（非直接接地）系統(tǒng) 4.04.0110110220kV220kV（直接接地）系統(tǒng)（直接接地）系統(tǒng) 3.03.0330kV330kV系統(tǒng)系統(tǒng) 2.752.75500kV500kV系統(tǒng)系統(tǒng) 2.0 2.0（或（或2.22.2）750kV750kV及及1000kV1000kV系統(tǒng)系統(tǒng) 1.61.6限制操作過電壓措施：斷路器帶并聯(lián)電阻、限制操作過電壓措施：斷路器帶并聯(lián)電阻、MOAMOA、高壓并聯(lián)電抗

5、器、高壓并聯(lián)電抗器電力系統(tǒng)操作過電壓（電力系統(tǒng)操作過電壓（2）9.1 切除小電感負荷過電壓切除小電感負荷過電壓 斷路器開斷特點斷路器開斷特點常見的操作：切除空載變壓器、消弧線圈、并聯(lián)電常見的操作：切除空載變壓器、消弧線圈、并聯(lián)電抗器?？蛊?。斷路器開斷特點：斷路器開斷特點：大電流時，過零點自然滅??；大電流時，過零點自然滅?。?如如100A以上的負荷電流或短路電流以上的負荷電流或短路電流小電流時，強行斷開，即呈現(xiàn)小電流時，強行斷開，即呈現(xiàn)“截流截流”現(xiàn)象現(xiàn)象如為額定電流如為額定電流0.5%5%的勵磁電流的勵磁電流截流時，電感中儲存的磁能將轉(zhuǎn)為電場能被容量很小的截流時，電感中儲存的磁能將轉(zhuǎn)為電場能被

6、容量很小的分布電容吸收，致電壓升高分布電容吸收，致電壓升高產(chǎn)生切空變過電壓的根本原因是斷路器的產(chǎn)生切空變過電壓的根本原因是斷路器的截流截流現(xiàn)象現(xiàn)象過電壓產(chǎn)生的過程（過電壓產(chǎn)生的過程（1） 等值電路等值電路斷路器閉合時，可忽斷路器閉合時，可忽略略CT作用作用斷路器斷開時，勵磁斷路器斷開時，勵磁線圈的電流不能突變，線圈的電流不能突變，只能和電容構成回路只能和電容構成回路設截流瞬間，勵磁電設截流瞬間，勵磁電流為流為I0，電壓為，電壓為U0，此時的總能量為：此時的總能量為： 20202121UCILWWWTTCLLT為變壓器勵磁電感CT為變壓器和連接母線對地電容，數(shù)百數(shù)千pF過電壓產(chǎn)生的過程（過電壓產(chǎn)

7、生的過程（2）變壓器上的最大過電壓，出現(xiàn)在磁場能量全部轉(zhuǎn)為變壓器上的最大過電壓，出現(xiàn)在磁場能量全部轉(zhuǎn)為電場能量的時刻，有：電場能量的時刻，有： 最大過電壓是勵磁電流最大時截斷，即最大過電壓是勵磁電流最大時截斷，即I0=Im（勵（勵磁電流的峰值），磁電流的峰值），U0=0，有，有 ZT稱為變壓器的特性阻抗稱為變壓器的特性阻抗 TTTTTTTCLIUICLUUCILUCW02020max2020max2212121TmTTmZICLIUmax過電壓產(chǎn)生的過程（過電壓產(chǎn)生的過程（3）其它解決辦法其它解決辦法還有其它解決方法？方法對比。例題例題9-1某變壓器某變壓器PN=31500kVA，UN=121

8、kV，空載電流為，空載電流為IN的的4%，對地電容為對地電容為5000pF。計算切除空載變壓器的最大可能過電。計算切除空載變壓器的最大可能過電壓值。壓值。AUPIINNN5 . 83%42%42maxHIULmNT373286000TTTCLZkVZIUTm731max過電壓影響因素過電壓影響因素影響過電壓的因素影響過電壓的因素斷路器性能：斷路器性能：斷路器的截流能力越強，過電壓就越高。即斷路器的截流能力越強，過電壓就越高。即I0max成為一成為一個重要指標個重要指標觸頭分開過程中，電弧重燃可使變壓器能量向電源釋放，觸頭分開過程中，電弧重燃可使變壓器能量向電源釋放，過電壓降低過電壓降低變壓器性

9、能變壓器性能變壓器變壓器LT越大、越大、CT越小，則過電壓越高越小，則過電壓越高變壓器的相數(shù)、繞組連接方式、鐵芯結構、中性點接地變壓器的相數(shù)、繞組連接方式、鐵芯結構、中性點接地方式、斷口電容，以及連接線等方式、斷口電容，以及連接線等過電壓限制措施過電壓限制措施限制過電壓的措施限制過電壓的措施在斷路器的主觸頭上并高值電阻在斷路器的主觸頭上并高值電阻（線性或非線性，數(shù)萬歐姆）（線性或非線性，數(shù)萬歐姆）為何要兩個開關？為何要兩個開關？注意分析，合閘和分閘的先后順序。注意分析，合閘和分閘的先后順序。先合電阻、再合主觸頭先合電阻、再合主觸頭減小變壓器的特性阻抗：減小變壓器的特性阻抗：增大電容：改變繞組結

10、構、增加靜增大電容：改變繞組結構、增加靜電屏蔽電屏蔽減小電感：鐵芯使用優(yōu)質(zhì)導磁材料減小電感：鐵芯使用優(yōu)質(zhì)導磁材料采用避雷器保護采用避雷器保護9.3 空載線路合閘過電壓空載線路合閘過電壓 基本狀況基本狀況空載線路合閘操作分為：正常合閘與自動重合閘，空載線路合閘操作分為：正常合閘與自動重合閘，二者起始條件不同，出現(xiàn)的過電壓幅值差異較大。二者起始條件不同，出現(xiàn)的過電壓幅值差異較大。其中三相重合閘產(chǎn)生的過電壓最嚴重。其中三相重合閘產(chǎn)生的過電壓最嚴重。在超高壓和特高壓電網(wǎng)中，空載合閘已成為電網(wǎng)絕在超高壓和特高壓電網(wǎng)中，空載合閘已成為電網(wǎng)絕緣水平的決定性因素緣水平的決定性因素緣由：切除空載線路的過電壓曾經(jīng)

11、是電網(wǎng)絕緣的決定性緣由：切除空載線路的過電壓曾經(jīng)是電網(wǎng)絕緣的決定性因素，隨著斷路器滅弧性能改善，切除空載線路的過電因素，隨著斷路器滅弧性能改善，切除空載線路的過電壓幅值已顯著降低。壓幅值已顯著降低。切空線過電壓最大過電壓只測到切空線過電壓最大過電壓只測到1.19倍倍而合空線最大過電壓達而合空線最大過電壓達2.03倍倍 正常合閘的過電壓正常合閘的過電壓 （1）過渡過程中，電源通過過渡過程中，電源通過L向向CT充電。充電?；芈钒l(fā)生高頻振蕩，角頻率為：回路發(fā)生高頻振蕩，角頻率為：根據(jù)等值電路（根據(jù)等值電路（b），建立微分方程組），建立微分方程組 TLC10dtduCitUudtdiLCTC)()(2

12、2tUudtudLCccT正常合閘的過電壓正常合閘的過電壓 （2）設合閘時電源電壓為峰值設合閘時電源電壓為峰值 初始條件：初始條件： 外加直流電源時，有：外加直流電源時，有：考慮交變電源，則一般表達式為：考慮交變電源，則一般表達式為： 當當 ，依然有：，依然有：在超高壓線路中，一般有在超高壓線路中，一般有 ，且線路很長有顯，且線路很長有顯著的電容效應，則有最大電壓著的電容效應，則有最大電壓 計及損耗，振蕩將是衰減的計及損耗，振蕩將是衰減的 U0)0(, 0)0(dtduCiuCTCUUttUucC2cos1max00時，當ttUuC0coscos0UUc2max)45 . 1 (0UUC2ma

13、x)cos(cos0teUutC自動重合閘過電壓自動重合閘過電壓模型與正常合閘時相同模型與正常合閘時相同重合閘前，如果線路殘余電荷沒被泄重合閘前，如果線路殘余電荷沒被泄放，則相當于電容放，則相當于電容CT上有起始電壓，上有起始電壓，通解為通解為 時，最大過電壓可達時，最大過電壓可達3計及回路損耗計及回路損耗 當當 ，依然有：，依然有：為簡化計算，進行必要的近似為簡化計算，進行必要的近似工程上允許工程上允許tAtUuC0coscos 2 , 001UuACUuc)0(U)cos(cos0tAetUutC0UUc3max過電壓計算的通用公式過電壓計算的通用公式空載線路合閘過電壓的本質(zhì)原因：電感、電

14、容間電磁振蕩空載線路合閘過電壓的本質(zhì)原因：電感、電容間電磁振蕩造成的造成的 振蕩電壓以穩(wěn)態(tài)電壓為軸，以穩(wěn)態(tài)值到起始值之差為振幅振蕩電壓以穩(wěn)態(tài)電壓為軸，以穩(wěn)態(tài)值到起始值之差為振幅最大過電壓最大過電壓=2倍穩(wěn)態(tài)值倍穩(wěn)態(tài)值-起始值起始值 這是一個近似結果這是一個近似結果可以適用相似模型的各種情況可以適用相似模型的各種情況應熟練掌握應熟練掌握)cos)(cos00teUUtUutCC起始穩(wěn)態(tài)起始穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)UUUUUUUUUUuCCC2)(2)(00max不同合閘的過電壓大小不同合閘的過電壓大小綜合分析，單相重合閘過電壓最低，合閘次之，三綜合分析，單相重合閘過電壓最低，合閘次之，三相重合閘過電壓最高相重合

15、閘過電壓最高單相重合閘時，無不同期問題、耦合電壓低；暫態(tài)單相重合閘時，無不同期問題、耦合電壓低；暫態(tài)分量將通過一個損耗大、衰減快的零序回路。分量將通過一個損耗大、衰減快的零序回路。合閘：先合相過電壓將耦合到后合相，使之帶有一合閘：先合相過電壓將耦合到后合相，使之帶有一定初始值。定初始值。三相重合閘：初始值最大三相重合閘：初始值最大。 影響合閘過電壓的因素影響合閘過電壓的因素 合閘相角：是一個隨機值，遵從統(tǒng)計規(guī)律。合閘相角：是一個隨機值，遵從統(tǒng)計規(guī)律。與斷路器合閘速度、合閘過程中的預擊穿特性有關。與斷路器合閘速度、合閘過程中的預擊穿特性有關。線路殘余電壓值：殘余電荷的極性、大小。線路殘余電壓值：

16、殘余電荷的極性、大小。合閘電源電壓為峰值且殘余電壓異極性時，過電壓最大合閘電源電壓為峰值且殘余電壓異極性時，過電壓最大線路側線路側PT具有阻尼作用，可使線路電荷在重合前釋放，具有阻尼作用，可使線路電荷在重合前釋放，可降低過電壓可降低過電壓回路損耗：線路電阻損耗、電暈損耗?；芈窊p耗：線路電阻損耗、電暈損耗。另：斷路器的同期性、母線出線數(shù)、空載線路的另：斷路器的同期性、母線出線數(shù)、空載線路的電容效應等電容效應等 限制合閘過電壓措施限制合閘過電壓措施 控制合閘相角?？刂坪祥l時電源電壓控制合閘相角。控制合閘時電源電壓的角度，在兩端電位同極性時合閘的角度，在兩端電位同極性時合閘國外已研制成功：檢測端口，

17、在同電位瞬國外已研制成功：檢測端口，在同電位瞬間合閘的斷路器間合閘的斷路器在斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻在斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻R一般取值：一般取值：4001000歐姆，低值電阻歐姆，低值電阻為何要兩個開關？為何要兩個開關？注意分析，合閘的先后順序。先合電阻、注意分析，合閘的先后順序。先合電阻、再合主觸頭再合主觸頭電阻熱容量大，壽命有限，維修工作量大電阻熱容量大，壽命有限，維修工作量大線路首末端裝設避雷器線路首末端裝設避雷器線路側線路側PT，超高壓電網(wǎng)中并聯(lián)電抗器、，超高壓電網(wǎng)中并聯(lián)電抗器、靜止無功補償裝置（削弱長線電容效靜止無功補償裝置（削弱長線電容效應）應） 9.2 切除小電容負載過電壓

18、切除小電容負載過電壓 切除小電容負載過電壓產(chǎn)生機理切除小電容負載過電壓產(chǎn)生機理常見操作：切除空載長線、電纜，斷開電容器組。常見操作：切除空載長線、電纜，斷開電容器組。過電壓的產(chǎn)生：在恢復電壓作用下，觸頭一次或多次重燃，過電壓的產(chǎn)生：在恢復電壓作用下，觸頭一次或多次重燃，產(chǎn)生過電壓產(chǎn)生過電壓 斷路器觸頭分離后，電弧熄滅，斷路器觸頭分離后，電弧熄滅，觸頭兩極間存在兩個相互競爭的過程：電壓的上升觸頭兩極間存在兩個相互競爭的過程：電壓的上升&絕緣的恢復絕緣的恢復二者都和時間有關二者都和時間有關如果觸頭間電壓上升速度小于絕緣恢復速度，電弧就如果觸頭間電壓上升速度小于絕緣恢復速度，電弧就不重燃不重

19、燃如果觸頭間恢復電壓上升速度超過了介質(zhì)強度的恢復速度，電弧就如果觸頭間恢復電壓上升速度超過了介質(zhì)強度的恢復速度，電弧就可能發(fā)生可能發(fā)生重燃重燃，在線路上出現(xiàn)過電壓。，在線路上出現(xiàn)過電壓。如果斷路器滅弧能力越差，重燃概率越大，過電壓幅值就越如果斷路器滅弧能力越差，重燃概率越大，過電壓幅值就越高（高（3倍以上）且持續(xù)時間很長（倍以上）且持續(xù)時間很長（0.51個周期）。個周期）。220kV及以下系統(tǒng)絕緣水平考慮過電壓時，主要以切空線過電壓為依及以下系統(tǒng)絕緣水平考慮過電壓時，主要以切空線過電壓為依據(jù)據(jù)切除小電容負載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負載過電壓的產(chǎn)生（1）斷路器閉合時，因感抗斷路器閉合時，因感抗容

20、抗，電流呈現(xiàn)容性，故容抗，電流呈現(xiàn)容性，故Uc約等約等于電源電壓于電源電壓忽略容升效應忽略容升效應觸頭分開時，電弧在工頻電流過零時熄滅，此時線路電壓觸頭分開時，電弧在工頻電流過零時熄滅，此時線路電壓U為最大值，設為為最大值，設為+Um電弧熄滅后，電容電荷無處泄漏，使觸頭電弧熄滅后，電容電荷無處泄漏，使觸頭B和線路維持殘和線路維持殘壓壓+ Um半個周期后，觸頭半個周期后，觸頭A隨電源變?yōu)殡S電源變?yōu)? Um ，兩個觸頭間的恢復，兩個觸頭間的恢復電壓為電壓為2 UmU(t),Ls為電源電勢和電感為電源電勢和電感 LT,CT為線路電感和電為線路電感和電容容切除小電容負載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負載過電

21、壓的產(chǎn)生（2）如果觸頭不能耐受恢復電壓、發(fā)生復燃，將引起電磁振蕩，如果觸頭不能耐受恢復電壓、發(fā)生復燃，將引起電磁振蕩，形成過電壓形成過電壓 復燃后的電壓電流為高頻振蕩過程，振蕩頻率復燃后的電壓電流為高頻振蕩過程，振蕩頻率 根據(jù)根據(jù)已知起始電壓為已知起始電壓為+ Um ，將具有的穩(wěn)態(tài)電壓為，將具有的穩(wěn)態(tài)電壓為- Um ，則振蕩過程的，則振蕩過程的最大過電壓（瞬時值）為：最大過電壓（瞬時值）為： 如果在高頻振蕩電流首次過零時，電弧熄滅，則電容如果在高頻振蕩電流首次過零時，電弧熄滅，則電容CT保持過電保持過電壓壓 -3 UmTLC100max22UUUUUUUUw起始穩(wěn)態(tài)起始穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)）（max()3

22、UUUUU 切除小電容負載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負載過電壓的產(chǎn)生（3）如果電弧多次重燃，則電容（線路）電壓將按照如果電弧多次重燃，則電容（線路）電壓將按照+5，-7，+9變化變化電弧多次重燃電弧多次重燃是切除空載線路產(chǎn)生危險過電壓的根本原因是切除空載線路產(chǎn)生危險過電壓的根本原因影響過電壓的因素影響過電壓的因素 實際過電壓沒有理論分析的嚴重。實測數(shù)據(jù)表明：超過實際過電壓沒有理論分析的嚴重。實測數(shù)據(jù)表明：超過3的的過電壓概率很小過電壓概率很小電弧重燃時，電源電壓不一定是反極性的最大值電弧重燃時，電源電壓不一定是反極性的最大值重燃后的電弧不一定在高頻電流首次過零時熄滅，如第二次過零或重燃后的電弧不

23、一定在高頻電流首次過零時熄滅，如第二次過零或工頻過零時熄滅，則殘壓將小很多，且極性也可能相反。工頻過零時熄滅，則殘壓將小很多，且極性也可能相反。線路存在電暈及電阻等損耗線路存在電暈及電阻等損耗影響過電壓的因素影響過電壓的因素 斷路器性能：觸頭的重燃次數(shù)。近年已大幅減少。斷路器性能：觸頭的重燃次數(shù)。近年已大幅減少。電網(wǎng)中性點接地方式：中性點非有效接地方式中，三相斷路器不同電網(wǎng)中性點接地方式：中性點非有效接地方式中，三相斷路器不同期將使中性點發(fā)生偏移，使某相過電壓特別高一些，約高期將使中性點發(fā)生偏移，使某相過電壓特別高一些，約高20%母線有多條出線時，過電壓較小：母線有多條出線時，過電壓較?。弘娀?/p>

24、重燃瞬間，電容電荷將分配給其他線路，降低起始電壓電弧重燃瞬間，電容電荷將分配給其他線路，降低起始電壓線路側裝有電磁式電壓互感器（線路側裝有電磁式電壓互感器（PT）等設備，過電壓低：電容電荷）等設備，過電壓低：電容電荷有放電通道有放電通道限制過電壓的措施限制過電壓的措施 采用不重燃斷路器：壓縮空氣斷路器、采用不重燃斷路器：壓縮空氣斷路器、SF6斷路器等斷路器等并聯(lián)分閘電阻并聯(lián)分閘電阻R（10003000歐）。歐）。兩種接法兩種接法分析兩個開關的動作先后順序分析兩個開關的動作先后順序線路首末端裝設避雷器線路首末端裝設避雷器 9.4 間歇電弧接地過電壓間歇電弧接地過電壓 基礎知識基礎知識我國中壓配電

25、網(wǎng)主要是非有效接地我國中壓配電網(wǎng)主要是非有效接地單相接地是最主要故障形式單相接地是最主要故障形式單相接地故障點電弧電流大小與電單相接地故障點電弧電流大小與電弧的發(fā)展關系弧的發(fā)展關系接地電流接地電流5A時，電弧會迅速自行熄時，電弧會迅速自行熄滅，電網(wǎng)即可恢復正常運行；滅，電網(wǎng)即可恢復正常運行；接地電流較大（接地電流較大（30A以上）時，一般以上）時，一般形成持續(xù)性電弧接地；形成持續(xù)性電弧接地；接地電流大于接地電流大于5A但小于但小于30A時，將會時，將會出現(xiàn)間歇性電弧接地。出現(xiàn)間歇性電弧接地。間歇性電弧將引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬間歇性電弧將引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬息改變，導致線路電感電容產(chǎn)生電息改變，導致線

26、路電感電容產(chǎn)生電磁振蕩，在健全相和故障相均產(chǎn)生磁振蕩，在健全相和故障相均產(chǎn)生過電壓過電壓間歇電弧接地過電壓的分析過程間歇電弧接地過電壓的分析過程故障點首次擊穿時的過電壓故障點首次擊穿時的過電壓設定擊穿時刻：按最嚴重情況設計設定擊穿時刻：按最嚴重情況設計計算故障瞬間的初始值計算故障瞬間的初始值計算故障后的穩(wěn)態(tài)值計算故障后的穩(wěn)態(tài)值計算過電壓：計算過電壓：=2倍的穩(wěn)態(tài)值倍的穩(wěn)態(tài)值-初始值初始值電流過零時滅弧后的對地電容上電流過零時滅弧后的對地電容上的殘余電荷的殘余電荷分為：工頻電流過零熄滅、暫態(tài)電分為：工頻電流過零熄滅、暫態(tài)電流過零熄滅流過零熄滅故障點重燃后的過電壓故障點重燃后的過電壓按最嚴重情況設

27、定重燃時刻按最嚴重情況設定重燃時刻計算重燃瞬間的初始值計算重燃瞬間的初始值計算重燃后的穩(wěn)態(tài)值計算重燃后的穩(wěn)態(tài)值計算過電壓：計算過電壓：=2倍的穩(wěn)態(tài)值倍的穩(wěn)態(tài)值-初始值初始值故障點首次擊穿時的過電壓故障點首次擊穿時的過電壓設故障相電壓峰值時（設故障相電壓峰值時（t1）發(fā)弧，）發(fā)弧，發(fā)弧前瞬間三相電壓（初始值）為：發(fā)弧前瞬間三相電壓（初始值）為：發(fā)弧后瞬間三相電壓（穩(wěn)態(tài)值）：發(fā)弧后瞬間三相電壓（穩(wěn)態(tài)值）：如何求得？如何求得？發(fā)弧瞬間為高頻振蕩過程，健全相最發(fā)弧瞬間為高頻振蕩過程，健全相最大電壓為：大電壓為：Utu)(11Ututu5 . 0)()(13120)(11tuUtutu5 . 1)()(

28、1312UUUtUtUmm5 . 2)5 . 0()5 . 1( 2)()(1312熄弧后對地電容上的殘余電荷（熄弧后對地電容上的殘余電荷（1）設為工頻電流過零時熄滅。設為工頻電流過零時熄滅。對于故障后的容性電流，工頻電流將在對于故障后的容性電流，工頻電流將在T/2后，即后，即t2=t1+T/2時刻熄弧時刻熄弧 熄弧前瞬間三相電壓起始值為熄弧前瞬間三相電壓起始值為 對于中性點不接地系統(tǒng)，熄弧后健全相對對于中性點不接地系統(tǒng)，熄弧后健全相對地電荷重新分配到三相中，使三相對地電地電荷重新分配到三相中，使三相對地電荷及電位相等，則中性點電壓：荷及電位相等，則中性點電壓：通過變壓器繞組實現(xiàn)電荷重新分配通

29、過變壓器繞組實現(xiàn)電荷重新分配忽略重新分配時的暫態(tài)過程忽略重新分配時的暫態(tài)過程0)(21tuUtutu5 . 1)()(2322UCUCtUN3/5 . 1*2)(2熄弧后對地電容上的殘余電荷（熄弧后對地電容上的殘余電荷（2）熄弧后瞬間，三相電壓分別為三相交流熄弧后瞬間，三相電壓分別為三相交流電壓與中性點電壓的疊加：電壓與中性點電壓的疊加： 正常三相交流電疊加一正常三相交流電疊加一Um直流量直流量在熄弧前后，各相電壓沒有突變，不產(chǎn)在熄弧前后，各相電壓沒有突變，不產(chǎn)生高頻振蕩過程生高頻振蕩過程應注意：三相電容正常運行時總電荷為應注意：三相電容正常運行時總電荷為0；接地后通過故障點注入不平衡電荷；熄

30、接地后通過故障點注入不平衡電荷；熄弧后無泄漏通道，不平衡電荷將在三相弧后無泄漏通道，不平衡電荷將在三相間平均分布。間平均分布。0)()()(2221UUtUtutuNAUtutu5 . 1)()(2322熄弧后三相電壓變化熄弧后三相電壓變化00.050.40.450.5-2-10123x 104t/sUa Ub UcUaUbUc電弧重燃時的過電壓電弧重燃時的過電壓熄弧后熄弧后T/2，在，在t3=t2+T/2、故障相電壓峰、故障相電壓峰值時刻，如再次發(fā)弧，則再有過渡過程值時刻，如再次發(fā)弧，則再有過渡過程 電弧重燃前，三相電壓起始值為電弧重燃前，三相電壓起

31、始值為 電弧重燃后，三相新的穩(wěn)態(tài)電壓分別為電弧重燃后，三相新的穩(wěn)態(tài)電壓分別為與首次發(fā)弧后穩(wěn)態(tài)值相同與首次發(fā)弧后穩(wěn)態(tài)值相同 電弧重燃過渡過程中，健全相最大電壓為：電弧重燃過渡過程中，健全相最大電壓為： UUUtu2)(31UUUtutu5 . 05 . 0)()(33320)(31tuUtutu5 . 1)()(3332UUUtUtUmm5 . 3)5 . 0()5 . 1(2)()(3332間歇性接地故障過電壓總體特點間歇性接地故障過電壓總體特點故障相不存在振蕩過程，故障相不存在振蕩過程，最大過電壓為最大過電壓為以此類推，每過半個周期發(fā)生一以此類推，每過半個周期發(fā)生一次熄弧和重燃，則過程相同。

32、次熄弧和重燃，則過程相同。如果高頻電流過零時熄滅，過電如果高頻電流過零時熄滅，過電壓將比工頻電流熄弧時更嚴重壓將比工頻電流熄弧時更嚴重高頻電流過零時，暫態(tài)電壓正處于高頻電流過零時，暫態(tài)電壓正處于最大值。熄弧后的電容電荷將更大。最大值。熄弧后的電容電荷將更大。實際間歇電弧過電壓的特點：實際間歇電弧過電壓的特點：過電壓最大值比理論分析小。過電壓最大值比理論分析小。發(fā)弧、熄弧、重燃時刻具有隨機性，發(fā)弧、熄弧、重燃時刻具有隨機性，不一定在最大值時刻。不一定在最大值時刻。相間電容，線路電阻損耗、電暈損相間電容，線路電阻損耗、電暈損耗等耗等危害性很大：持續(xù)時間長、波及范危害性很大：持續(xù)時間長、波及范圍廣圍

33、廣 U2限制間歇性接地過電壓的措施限制間歇性接地過電壓的措施 過電壓的根本原因：中性點電位偏移。消除過電過電壓的根本原因：中性點電位偏移。消除過電壓，應改變中性點接地方式壓，應改變中性點接地方式方法一：采用中性點有效接地方式。方法一：采用中性點有效接地方式。110kV及以上電網(wǎng)多采用有效接地及以上電網(wǎng)多采用有效接地增加線路跳閘率，對中壓電網(wǎng)不可取。增加線路跳閘率，對中壓電網(wǎng)不可取。方法二：中性點經(jīng)消弧線圈接地。方法二：中性點經(jīng)消弧線圈接地。補償接地電流，使故障點殘流減小，促使電弧自行熄滅，補償接地電流，使故障點殘流減小，促使電弧自行熄滅，避免間歇性弧光出現(xiàn)避免間歇性弧光出現(xiàn) 消弧線圈的基本工作

34、原理消弧線圈的基本工作原理 （1）消弧線圈是一電感線圈，提供電感電流補償線路對地電容消弧線圈是一電感線圈，提供電感電流補償線路對地電容電流。電流。消弧線圈補償度（調(diào)諧度）：電感電流與電容電流之比消弧線圈補償度（調(diào)諧度）：電感電流與電容電流之比脫諧度脫諧度自振角頻率）LCLCCULUIIKCL3/1( ,313/0220222011K故障點電容電流 （THPQiiii）10kV110 kVTCCCLRLRLR消弧線圈消弧線圈電流 （Qi）故障點消弧線圈的基本工作原理消弧線圈的基本工作原理 （2）欠補償：故障電流呈現(xiàn)容性。欠補償：故障電流呈現(xiàn)容性。 K0 過補償：故障電流呈現(xiàn)感性。過補償：故障電流

35、呈現(xiàn)感性。 K1，XL時，由于電容電流時，由于電容電流在電感上的電壓升作用，電容電壓將比電源電壓高。在電感上的電壓升作用，電容電壓將比電源電壓高。對于分布參數(shù)的線路，每一段對于分布參數(shù)的線路，每一段dx上，都有同樣的效上，都有同樣的效應。應。對于有限大電源，有：線路末端電壓對于有限大電源，有：線路末端電壓線路首端電線路首端電壓壓電源電壓電源電壓估算最嚴重的工頻電壓升高時，電源內(nèi)阻應按最小估算最嚴重的工頻電壓升高時，電源內(nèi)阻應按最小運行方式取。運行方式取。屬于暫時過電壓屬于暫時過電壓不對稱短路引起的工頻電壓升高不對稱短路引起的工頻電壓升高 不對稱短路故障分為：單相接地，兩相接地并短路不對稱短路故

36、障分為：單相接地，兩相接地并短路兩相接地短路故障概率較小，一般以單相接地故障為主兩相接地短路故障概率較小，一般以單相接地故障為主健全相上工頻電壓升高的原因：長線的電容效應，短路電健全相上工頻電壓升高的原因：長線的電容效應，短路電流的零序分量作用流的零序分量作用對對310kV中性點絕緣系統(tǒng)，零序阻抗為容性，健全相工頻中性點絕緣系統(tǒng)，零序阻抗為容性，健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的電壓升高約為額定線電壓的1.1倍倍避雷器滅弧電壓按避雷器滅弧電壓按110%UN選擇，稱為選擇，稱為110%避雷器避雷器中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，過補償狀態(tài)下，零序阻抗中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，過補償狀態(tài)下，零序阻抗

37、為感性、幅值大，健全相工頻電壓接近額定線電壓為感性、幅值大，健全相工頻電壓接近額定線電壓采用采用100%避雷器避雷器對中性點直接接地的系統(tǒng)，零序阻抗為感性、幅值較小，對中性點直接接地的系統(tǒng)，零序阻抗為感性、幅值較小，健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的0.8倍倍采用采用80%避雷器避雷器對于對于330kV以上系統(tǒng)，線路距離長，由于電容效應，線路以上系統(tǒng)，線路距離長，由于電容效應，線路末端可能超過末端可能超過80%UN 突然甩負荷引起的工頻電壓升高突然甩負荷引起的工頻電壓升高 機電暫態(tài)過程。而非電磁暫態(tài)過程。機電暫態(tài)過程。而非電磁暫態(tài)過程。電壓升高的機理一：磁鏈守

38、恒，勵磁繞組磁通不電壓升高的機理一：磁鏈守恒，勵磁繞組磁通不變，感應電流的去磁突變變，感應電流的去磁突變機理二：機械響應慢，機械能大于輸出能，機理二：機械響應慢，機械能大于輸出能，同時計及三個因素：長線電容效應、單相接地、同時計及三個因素：長線電容效應、單相接地、甩負荷，則工頻電壓升高可達甩負荷，則工頻電壓升高可達2倍相電壓倍相電壓 限制工頻電壓升高的措施限制工頻電壓升高的措施 220kV以下電網(wǎng)，一般不需要采取特殊措施。以下電網(wǎng)，一般不需要采取特殊措施。330kV及以上系統(tǒng)則需采取措施及以上系統(tǒng)則需采取措施抑制措施：抑制措施：合理電網(wǎng)接線合理電網(wǎng)接線科學的操作程序科學的操作程序正確設置設置并

39、聯(lián)電抗器或采用新型靜止無功補償正確設置設置并聯(lián)電抗器或采用新型靜止無功補償 裝置裝置我國規(guī)定：母線電壓升高不超過最高工頻相電壓我國規(guī)定：母線電壓升高不超過最高工頻相電壓的的1.3倍，線路不超過倍，線路不超過1.4倍倍 第十章第十章電力系統(tǒng)絕緣配合電力系統(tǒng)絕緣配合10.1 絕緣配合的基本概念絕緣配合的基本概念絕緣配合的根本任務、基本原則和核心問題絕緣配合的根本任務、基本原則和核心問題絕緣配合的根本任務：正確處理過電壓和絕緣這一矛盾，以絕緣配合的根本任務：正確處理過電壓和絕緣這一矛盾，以達到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟供電的目的達到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟供電的目的絕緣配合的基本原則：綜合考慮電氣設備在系統(tǒng)中可能承受

40、絕緣配合的基本原則：綜合考慮電氣設備在系統(tǒng)中可能承受的各種作用電壓（工作電壓和過電壓）、保護裝置的特性和的各種作用電壓（工作電壓和過電壓）、保護裝置的特性和設備絕緣對電壓的耐受特性，合理確定設備必要的絕緣水平，設備絕緣對電壓的耐受特性，合理確定設備必要的絕緣水平，使設備造價、維護費用和絕緣故障損失的總體效益最高。使設備造價、維護費用和絕緣故障損失的總體效益最高。技術上：處理好各種作用電壓、限壓措施、設備絕緣耐受能力之間技術上：處理好各種作用電壓、限壓措施、設備絕緣耐受能力之間的相互配合關系的相互配合關系經(jīng)濟上：協(xié)調(diào)投資、維護和事故損失三部分費用關系。經(jīng)濟上：協(xié)調(diào)投資、維護和事故損失三部分費用關

41、系。核心問題：確定各種電氣設備的絕緣水平核心問題：確定各種電氣設備的絕緣水平絕緣設計的首要前提絕緣設計的首要前提設備所承受的電壓：運行電壓、工頻過電壓，雷電和操作過電壓設備所承受的電壓：運行電壓、工頻過電壓，雷電和操作過電壓試驗電壓分：短時工頻和長時間工頻試驗電壓、雷電沖擊試驗電壓試驗電壓分：短時工頻和長時間工頻試驗電壓、雷電沖擊試驗電壓目標：作用電壓與絕緣強度的全伏秒特性配合目標：作用電壓與絕緣強度的全伏秒特性配合絕緣配合中存在的問題（絕緣配合中存在的問題（1）架空線路與變電所之間的絕緣配合架空線路與變電所之間的絕緣配合早期，取輸電線路絕緣水平低于變電所設備絕緣水平早期，取輸電線路絕緣水平低

42、于變電所設備絕緣水平線路絕緣自恢復，而變電所設備絕緣不可自恢復線路絕緣自恢復，而變電所設備絕緣不可自恢復大多數(shù)過電壓源于輸電線路大多數(shù)過電壓源于輸電線路線路作為變電所設備的線路作為變電所設備的“避雷器避雷器”現(xiàn)在，輸電線路絕緣水平高于變電設備現(xiàn)在，輸電線路絕緣水平高于變電設備通過避雷器（特別是通過避雷器（特別是MOA），變電所防雷水平大幅提高），變電所防雷水平大幅提高通過避雷器保護，可以降低變電所設備的絕緣水平通過避雷器保護，可以降低變電所設備的絕緣水平通過線路將雷電波引入變電所避雷器，同時保護線路和設備通過線路將雷電波引入變電所避雷器，同時保護線路和設備但需要限制雷電波的陡度、幅值：進線段保護但需要限制雷電波的陡度、幅值：進線段保護同桿架設的雙回線之間的絕緣配合同桿架設的雙回線之間的絕緣配合不平衡絕緣方案：一回線路的絕緣子片數(shù)少于另一回線不平衡絕緣方案：一回線路的絕緣子片數(shù)少于另一回線避免雷擊線路引起兩回線路同時跳閘停電避免雷擊線路引起兩回線路同時跳閘停電絕緣水品低的線路起到減壓閥的作用絕緣水品低的線路起到減壓閥的作用需要選擇合適的差距需要選擇合適的差距絕緣配合中存在的問題（絕緣配合中存在的問題（2）電氣設備的內(nèi)絕緣和外絕緣之間的絕緣配合電氣