高電壓工程基礎(chǔ)施圍課件操作過電壓

高電壓工程基礎(chǔ)施圍課件操作過電壓演示文稿當(dāng)前1頁，總共24頁。（優(yōu)選）高電壓工程基礎(chǔ)施圍課件操作過電壓當(dāng)前2頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)13.1中性點不接地系統(tǒng)電弧接地過電壓

當(dāng)中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，經(jīng)過故障點將流過數(shù)值不大的接地電容電流。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和電壓等級的提高，單相接地電容電流隨之增加，一般6~l0kV電網(wǎng)的接地電流超過30A，35~60kV電網(wǎng)的接地電流超過10A時電弧便難以熄滅。但這個電流還不至于大到形成穩(wěn)定燃燒電弧，因此可能出現(xiàn)電弧時燃時滅的不穩(wěn)定狀態(tài)，引起電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的瞬時變化，導(dǎo)致電磁能量的強(qiáng)烈振蕩，并在健全相和故障相上產(chǎn)生過電壓，這就是間歇性電弧接地過電壓。

過電壓發(fā)展的物理過程當(dāng)前3頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)中性點不接地系統(tǒng)A相接地時的等值電路及相量圖UA，UB

，UC：三相電源電壓C1，C2

，C3：A，B，C三相導(dǎo)線的對地電容（三相對稱C1=C2=C3=C）健全相升高至線電壓當(dāng)前4頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)A相單相短路接地電弧熄滅電弧重燃

每隔半個工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，健全相的最大過電壓為3.5p.u.，故障相的最大過電壓為2.0p.u.。過電壓產(chǎn)生原因：當(dāng)發(fā)生間歇性電弧接地時，健全相對地電壓的起始值與穩(wěn)態(tài)值不同，電容與電源電感產(chǎn)生振蕩引起過電壓。當(dāng)前5頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

限制過電壓的措施途徑：消除間歇性電弧110kV及以上電網(wǎng)大都采用中性點直接接地的運(yùn)行方式（單相短路電流，斷路器跳閘切除故障）我國35kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式（補(bǔ)償電容電流）消弧線圈的基本作用：①補(bǔ)償流過故障點的短路電流，使電弧能自行熄滅，系統(tǒng)自行恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。②降低故障相上的恢復(fù)電壓上升的速度，減小電弧重燃的可能性。當(dāng)前6頁，總共24頁。

消弧線圈是一只具有分段鐵心、電感可調(diào)的電感線圈，接于系統(tǒng)的中性點處，其電感值按系統(tǒng)的對地電容，或單相接地短路電流的大小來決定。系統(tǒng)正常工作時，變壓器中性點的電位為零，消弧線圈中沒有電流流過。擋A相發(fā)生接地事故時，中性點電位等于相電壓，此時流過故障點的電流為Ijd，此時Ijd＝Ic＋I(xiàn)L.由于Ic與IL在相位上是相反的，因此調(diào)節(jié)消弧線圈的電感量，就可以改變Ijd大小，從而限制短路電流。當(dāng)前7頁，總共24頁。把電感電流補(bǔ)償電容電流的百分?jǐn)?shù)稱為消弧線圈的補(bǔ)償度或調(diào)諧度，用kr表示叫做電路的自振角頻率。當(dāng)kr<1時，表示消弧線圈的電感電流小于線路的電容電流，故障點有一容性殘流，稱此為欠補(bǔ)償。當(dāng)kr>1時，表示電感電流大于電容電流，故障點流過感性殘流，稱此為過補(bǔ)償。當(dāng)kr＝1時，電感電流與電容電流相互抵消，消弧線圈與三相并聯(lián)電容處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，稱此為全補(bǔ)償。消弧線圈的作用并不是降低弧光接地過電壓，而是起到有利于熄弧和防止重燃的有利作用，使過電壓持續(xù)時間大為縮短，降低了出現(xiàn)高幅值過電壓的概率。當(dāng)前8頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)13.2合閘空載線路引起的過電壓

產(chǎn)生過電壓的物理過程輸電線T電路電源頻率自振蕩頻率

嚴(yán)重！空載線路合閘時，產(chǎn)生過電壓的根本原因：電容、電感的振蕩，其振蕩電壓疊加在穩(wěn)態(tài)電壓上所致。當(dāng)前9頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

影響過電壓的因素（1）合閘相位合閘相位是隨機(jī)的，有一定的概率分布，與斷路器合閘過程中的預(yù)擊穿特性及斷路器合閘速度有關(guān)。（2）殘余電荷過電壓的大小與線路上殘余電荷數(shù)值和極性有關(guān)。（3）斷路器合閘的不同期由于三相線路之間有耦合，先合相相當(dāng)于在另外兩相上產(chǎn)生殘余電荷。（4）回路損耗實際輸電線路中，能量損耗（電阻、電暈）會引起振蕩分量的衰減。（5）電容效應(yīng)合閘空載長線時，由于電容效應(yīng)使線路穩(wěn)態(tài)電壓增高，導(dǎo)致了合閘過電壓增高。當(dāng)前10頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

限制過電壓的措施（1）降低工頻電壓升高

目前超高壓電網(wǎng)中采取的有效措施是裝設(shè)并聯(lián)電抗器和靜止補(bǔ)償裝置（SVC），其主要作用是削弱電容效應(yīng)。（2）斷路器裝設(shè)并聯(lián)電阻

第一階段：帶電阻R合閘，將R與輔助觸頭串聯(lián)。由于R對振蕩回路起阻尼作用，使過渡過程中的過電壓降低。第二階段：大約經(jīng)8~15ms，主觸頭閉合，將R短接，電源直接與線路相連。主觸頭輔助觸頭當(dāng)前11頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)（3）控制合閘相位

空載線路合閘過電壓的大小與電源電壓的合閘相位有關(guān)，可以通過電子裝置來控制斷路器的動作時間，以達(dá)到降低合閘過電壓的目的。（4）消除線路上的殘余電荷

在線路側(cè)接電磁式電壓互感器，可在幾個工頻周波內(nèi)，將全部殘余電荷通過互感器泄放掉。（5）裝設(shè)避雷器

在線路首端和末端裝設(shè)磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器，當(dāng)出現(xiàn)較高的過電壓時，避雷器應(yīng)能可靠動作，將過電壓限制在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)前12頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)13.3切除空載線路引起的過電壓

我國在35~220kV電網(wǎng)中，都曾因切除空載線路時過電壓引起過多次故障。多年的運(yùn)行經(jīng)驗證明：若使用的斷路器的滅弧能力不夠強(qiáng)，以致電弧在觸頭間重燃時，切除空載線路的過電壓事故就比較多，因此，電弧重燃是產(chǎn)生這種過電壓的根本原因。

產(chǎn)生過電壓的物理過程當(dāng)前13頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)第一次重燃第二次重燃

若電弧繼續(xù)重燃下去，則可能出現(xiàn)-7Em，+9Em，…的過電壓，可見電弧的多次重燃是切除空載線路時產(chǎn)生危險的過電壓的根本原因。系統(tǒng)實測結(jié)果表明，超過3Em的過電壓概率是很小的，這是因為過電壓受多種因素影響的緣故。當(dāng)前14頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

影響過電壓的因素（1）斷路器的性能

隨著斷路器制造質(zhì)量的提高，斷路器已能做到基本上不重燃，使得這類過電壓降到了次要的位置。（2）中性點接地方式

中性點非直接接地電網(wǎng)中，三相斷路器分閘不同期會構(gòu)成瞬間的不對稱電路，使中性點產(chǎn)生位移，相間的耦合，使過電壓增高。（3）損耗

電暈要消耗能量，電源及線路損耗使過電壓降低。（4）其它

若母線上有很多出線時，過電壓降低。此外，當(dāng)線路裝有電磁式電壓互感器時，將泄放線路上的殘余電荷，降低了過電壓。當(dāng)前15頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

限制過電壓的措施（1）采用不重燃斷路器（2）在斷路器裝設(shè)分閘電阻

切除線路時，先打開主觸頭，R上的壓降就是主觸頭兩端的恢復(fù)電壓。經(jīng)過一段時間后，輔助觸頭才打開，此時它的恢復(fù)電壓也較低，不會發(fā)生電弧的重燃，即使發(fā)生重燃，R的阻尼使過電壓降低。（3）線路上裝設(shè)泄流設(shè)備

在線路側(cè)若接有并聯(lián)電抗器或電磁式電壓互感器，都能使線路上的殘余電荷得以泄放或產(chǎn)生衰減振蕩，達(dá)到降低過電壓的目的。（4）裝設(shè)避雷器

當(dāng)前16頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)13.4切除空載變壓器引起的過電壓

產(chǎn)生過電壓的物理過程過電壓產(chǎn)生原因：由于截流留在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場能量。當(dāng)前17頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

影響過電壓的因素（1）斷路器的性能

切除空載變壓器引起的過電壓與截流數(shù)值成正比，斷路器截斷電流的能力愈大，過電壓UCmax

就越高。（2）變壓器的參數(shù)

變壓器L愈大，C愈小，則過電壓愈高。當(dāng)電感中的磁場能量不變，電容C愈小時，過電壓也愈高。（3）變壓器的相數(shù)、線組接線方式、鐵芯結(jié)構(gòu)、中性點接地方式、斷路器的斷口電容，以及與變壓器相連的電纜線段、架空線段等，都會對切除空載壓器過電壓產(chǎn)生影響。當(dāng)前18頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)

限制過電壓的措施

切斷空載變壓器過電壓的特點是：幅值高、頻率高，但持續(xù)時間短、能量小。只要在變壓器任一側(cè)裝上普通閥式避雷器就可以有效限制這種過電壓。計算表明：普通閥型避雷在雷電過電壓下動作后所吸收的能量，要比變壓器線圈中貯藏的能量大一個數(shù)量級。實際運(yùn)行中也未發(fā)現(xiàn)因切空載變壓器而引起避雷器損壞的情況。由于這種避雷器安裝的目的是用來限制切除空載變壓器過電壓的，所以在非雷雨季節(jié)也不應(yīng)退出運(yùn)行。當(dāng)前19頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)13.5GIS中快速暫態(tài)過電壓VFTO產(chǎn)生的機(jī)理GIS中隔離開關(guān)和斷路器在操作中觸頭運(yùn)動速度慢（大約1cm/s數(shù)量級），斷口在SF6氣體中會發(fā)生多次的預(yù)、重?fù)舸?。在每一個電壓跳變處將產(chǎn)生波前很陡（一般為3～20ns）的階躍電壓波，并向斷口兩側(cè)傳播，并在GIS內(nèi)不斷地產(chǎn)生、來回地傳遞，并且發(fā)生復(fù)雜的折射、反射和疊加，最終暫態(tài)振蕩的頻率劇增，可高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz。當(dāng)前20頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)當(dāng)前21頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)VFTO的特性a.幅值

GIS中開關(guān)操作產(chǎn)生的VFTO幅值一般低于2.0p.u.，也有可能超過2.5p.u.。在同一時刻不同節(jié)點的電壓幅值不同。

b.陡度對于正常設(shè)計的GIS，電壓上升時間可為3～20ns，隨電場的非均勻度而異。c.頻率

1)幾十至數(shù)百kHz的基本振蕩頻率，此頻率電壓由整個系統(tǒng)決定，絕緣設(shè)計不取決于其數(shù)值；

2)數(shù)十MHz的高頻振蕩，由行波在GIS內(nèi)發(fā)展形成，是構(gòu)成VFTO的主要部分，決定絕緣設(shè)計；

3)高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz的特高頻振蕩，幅值較低。當(dāng)前22頁，總共24頁。高電壓工程基礎(chǔ)VFTO的影響因素(1)殘余電荷當(dāng)DS開斷帶電的GIS母線時，母線上可能存在的殘余電荷，會影響到VFTO的幅值。電源側(cè)、母線側(cè)以及支撐絕緣子上的過電壓幅值與殘余電荷近似呈線性關(guān)系，殘余電荷越多幅值越高。(2)變壓器的入口電容

VFTO的幅值隨入口電容的增加而增加，有計算表明：每增加1000pF，VFTO幅值約增加0.2p.u.。但進(jìn)一步研究表明：隨著入口電容增加，VFTO的幅值不一定始終增加，這決定于GIS的結(jié)構(gòu)，特別是所操作母線的尺寸，以及操作的方式。當(dāng)前23頁，總共24頁。高電