內(nèi)部過電壓及防護(hù)

本次課程目的要求1、掌握內(nèi)部過電壓的分類；2、掌握切空線過電壓產(chǎn)生的原因，了解限制該種過電壓的措施；3、掌握切空變過電壓產(chǎn)生的根本原因，了解限制該種過電壓的措施。4、了解電弧接地過電壓產(chǎn)生的原因；5、了解工頻電壓升高的種類。第六章內(nèi)部過電壓一、內(nèi)過電壓的分類及研究意義(1)操作過電壓：切斷空載線路、空載線路合閘、切斷空載變壓器、電弧接地(2)暫時過電壓：工頻電壓升高和諧振過電壓工頻電壓升高：空載長線的電容效應(yīng)、不對稱短路、甩負(fù)荷引起的電壓升高；諧振過電壓：線性諧振、鐵磁諧振、參數(shù)諧振1、分類:按形成原因分操作過電壓和暫時過電壓前面介紹的雷過電壓系由外部能源所產(chǎn)生，其幅值大小與電網(wǎng)的工作電壓無直接的關(guān)系，所以通常以絕對值來表示；而內(nèi)部過電壓的能量來自電網(wǎng)本身，其幅值大小與電網(wǎng)額定電壓大致上有一定的比例關(guān)系，因而用工作電壓的倍數(shù)（標(biāo)么值——p.u.）來表示比較恰當(dāng)和方便；2、研究意義：220kV及以上超高壓系統(tǒng)，內(nèi)過電壓很高，設(shè)備絕緣水平以內(nèi)過電壓來確定。二、內(nèi)部過電壓倍數(shù)其基準(zhǔn)值常取電網(wǎng)最大工作相電壓幅值Uphm。K=內(nèi)過壓幅值∕最大運行相電壓幅值6.1切除空載線路過電壓

內(nèi)過電壓倍數(shù)：切除空載線路是電網(wǎng)常見的操作，引起的過電壓幅值大、持續(xù)時間長，是按操作過電壓選擇絕緣水平的重要因素之一。實際中，常見切空線過電壓引起閥式避雷器爆炸、斷路器損壞、套管或線路絕緣閃絡(luò)等。一、產(chǎn)生根本原因和過程1、原因：斷路器分閘過程中的電弧重燃現(xiàn)象切除空載線路時，斷路器切斷的是較小的容性電流，通常為幾十至幾百安，比短路電流小得多。然而，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介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度，造成重燃現(xiàn)象，從而引起電磁振蕩，出現(xiàn)過電壓。運行經(jīng)驗表明：斷路器滅弧能力越差，重燃幾率越大，過電壓幅值也越高。

2、發(fā)展過程：斷路器分閘后，若觸頭間耐電強(qiáng)度的恢復(fù)超過恢復(fù)電壓的升高，電弧就會熄滅，線路被斷開，在斷路器兩側(cè)都不會產(chǎn)生過電壓。反之，則斷口間就會發(fā)生電弧重燃。在最嚴(yán)重的情況下，即斷口間恢復(fù)電壓達(dá)到最大（2Em）時發(fā)生電弧重燃，在重燃瞬間電源電壓Em突然加在電源及線路電感L和初始值為-Em的線路電容C組成的回路上，就會產(chǎn)生高頻振蕩，在振蕩過程中將產(chǎn)生過電壓(第一次重燃)。若忽略損耗，振蕩中線路上電壓幅值約為3Em。當(dāng)線路上電壓振蕩到3Em瞬間，由于回路中流過的是容性電流，此時高頻振蕩電流剛好過零，電弧于是熄滅(第二次熄滅)。線路上電荷無處泄漏，對地電壓保持3Em。而斷路器斷口母線側(cè)對地電壓仍按正弦規(guī)律變化，半個工頻周期后，觸頭間恢復(fù)電壓可達(dá)4Em。若此時電弧再次重燃，又將引起一個振蕩過程，使線路上的最大電壓絕對值可達(dá)5Em……依次類推，線路上的過電壓將不斷增大，不過實際上，現(xiàn)代斷路器的觸頭分離很快，滅弧能力很強(qiáng)，在絕大多數(shù)情況下，只可能發(fā)生1～2次重燃。國內(nèi)外大量實測表明：這種過電壓的最大值超過3Em的概率很小（<5%）。二、影響因素1、斷路器的性能重燃次數(shù)對這種過電壓的最大值有決定性的影響采用滅弧性能優(yōu)良的現(xiàn)代斷路器可防止或減少重燃的次數(shù)，因而使這種過電壓的最大值降低。2、中性點運行方式非有效接地系統(tǒng)的中性點可能發(fā)生位移，某相過電壓可能高一些。一般可估計比中性點有效接地電網(wǎng)中的切空線過電壓高20％左右。3、母線上的出線數(shù)母線上出線數(shù)越多，對地電容越大，這種過電壓將較小。4、斷路器外側(cè)是否接有電磁式PT等設(shè)備它們的存在將使線路上的殘余電荷有了附加的泄放路徑，因而能降低這種過電壓。三、限制措施1、提高斷路器滅弧性能：主要通過采用新的滅弧介質(zhì)、改善斷路器的結(jié)構(gòu)、提高觸頭的分離速度等來實現(xiàn)。2、加裝并聯(lián)分閘電阻：降低觸頭間恢復(fù)電壓，避免電弧重燃的有效措施分閘時主觸頭S1先斷開，R被串聯(lián)在回路中，抑制了振蕩，其兩端電壓不高，故S1中不易發(fā)生電弧的重燃。經(jīng)1.5～2個工頻周期，輔助觸頭S2斷開，由于振蕩已受到抑制，線路殘余電壓較低，R的接入使穩(wěn)態(tài)電壓也降低，故S2中也不易發(fā)生電弧的重燃。3、在線路首端和末端加裝磁吹閥式避雷器或ZnO避雷器也能有效限制這種過電壓6.2切空變過電壓

空載變壓器運行時表現(xiàn)為一個激磁電感，切除空載變壓器相當(dāng)于開斷一個小容量電感負(fù)荷，會在變壓器、斷路器上產(chǎn)生很高的過電壓?？梢灶A(yù)期：在開斷并聯(lián)電抗器、消弧線圈等電感元件時也會引起類似的過電壓。一、原因及過程分析1、原因：空載變壓器的勵磁電流很小，約在數(shù)十安。研究表明：斷路器切斷電流較小時，電弧往往提前熄滅，即過零之前就被強(qiáng)迫切斷（截流），從而迫使儲存在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)為電場能量而導(dǎo)致電壓升高。簡而言之：由于斷路器截流而產(chǎn)生過電壓。

特點：持續(xù)時間短、能量小2、過程分析（略）1、影響因素：（1）斷路器性能：二、影響因素及限制措施一般說來，滅弧能力越強(qiáng)的斷路器，其對應(yīng)的切空變過電壓最大值也越大?？蛰d激磁電感（電流）大小對有一定影響。

它與變壓器容量有關(guān)，也與鐵心導(dǎo)磁材料有關(guān)。近年來優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料的廣泛采用，激磁電流減小很多；此外繞組改用糾結(jié)式繞法及增加靜電屏蔽使CT有所增大，使這種過壓并不嚴(yán)重。2、限制措施：（1）安裝磁吹避雷器或ZnO避雷器是有效措施避雷器應(yīng)接在斷路器的變壓器側(cè)，在非雷雨季節(jié)也不能退出運行。否則在切空變時將使變壓器失去避雷器保護(hù)。（2）在斷路器主觸頭上并聯(lián)一線性或非線性電阻，也能有效降低這種過電壓6.3斷續(xù)電弧接地過電壓

電力系統(tǒng)中大部分故障是單相接地故障。在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，三相電壓維持對稱，可繼續(xù)運行1.5～2h，提高了供電可靠性。若接地時流過故障點的電容電流在6～10kv電網(wǎng)中超過30A，20～60kv系統(tǒng)中超過10A時電弧將難以自動熄滅，但又形不成穩(wěn)定的電弧，而以斷續(xù)電弧的形式存在，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的操作過電壓——斷續(xù)電弧接地過電壓。一、形成原因按“工頻熄弧理論”分析的結(jié)論是：①兩健全相最大過電壓倍數(shù)為3.5；②故障相上不存在振蕩過程，最大過電壓倍數(shù)等于2.0。大量研究表明：故障點電弧在工頻電流過零和高頻電流過零熄滅都是可能的。

實際當(dāng)中，由于發(fā)弧不一定在故障相電壓為幅值時，導(dǎo)線間存在電容，線路存在損耗，過電壓下出現(xiàn)電暈引起衰減等因素影響，這種過電壓不超過3.5。二、限制措施最根本的辦法就是不讓斷續(xù)電弧出現(xiàn)，可以通過改變中性點接地方式實現(xiàn)。1、采用中性點直接接地方式：2、采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式：6.4工頻電壓升高

作為暫時過電壓之一，工頻電壓升高倍數(shù)不大，一般不會對電力系統(tǒng)絕緣直接構(gòu)成威脅，但在絕緣裕度較小的超高壓輸電系統(tǒng)中需嚴(yán)加注意。因為：（1）工頻電壓升高大都在空載或輕載條件下發(fā)生，此時操作過電壓易發(fā)生，它們可能同時出現(xiàn)、相互疊加。所以在設(shè)計超過壓電網(wǎng)絕緣時，應(yīng)考慮它們的聯(lián)合作用