高電壓技術8、9章

8、9其次篇電力系統(tǒng)過電壓及其防護第、章電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓在起系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩轉(zhuǎn)化或傳遞從而造成的電壓上升稱為電力系統(tǒng)的內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓的產(chǎn)生根源在電力系統(tǒng)內(nèi)部其大小由系統(tǒng)參數(shù)打算。系統(tǒng)參數(shù)的變化緣由是多種多樣的因此內(nèi)部過電壓的幅值、振蕩壓是一種在肯定位置上的相對地或相間的過電壓具有肯定的振蕩頻率由于無阻尼或弱阻尼因此持續(xù)時間較長。操作過電壓是電磁過渡過程的過電壓。電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓第章諧振過電壓第章電力系統(tǒng)操作過電壓第章諧振過電壓電力系統(tǒng)包含很多電感和電容元件例如：電感元件L:發(fā)電機、變壓器、互感器、電抗器、消弧線圈等。電容元件C:線路對地電容、導線間電容、補償用的并、串電容、高壓設備的雜散電容等。他們的組合可以構(gòu)成一系列的簡單的振蕩電路正常運行時由于負載的阻尼或大功率電源的存在不會發(fā)生嚴峻的振蕩。但操作或事故時某些振蕩回路就有可能與外加電源發(fā)生諧振現(xiàn)象導致系統(tǒng)中某些局部上消滅過電壓這就是諧振過電壓。諧振是指振蕩回路中某一自由振蕩頻率等于外加強迫頻率的一種穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。在這種周期性或準周期性的運行狀態(tài)中發(fā)生諧振的諧波幅值會急劇上升。依據(jù)電感的特性把諧振分為：線性諧振、參數(shù)諧振、非線性〔鐵磁〕諧振(一)L與電容C、電阻R一樣都是線性參數(shù)。限制這種過電流和過電壓的方法是使回路脫離諧振狀態(tài)或增加回路的損耗。在電力系統(tǒng)設計和運行時應設法避開諧振條件以消退這種線性諧振過電壓。(二)參數(shù)諧振過電壓系統(tǒng)中某些元件的電感會發(fā)生周期性變化如發(fā)電機轉(zhuǎn)動時其電感的大小隨著轉(zhuǎn)子位置的不同而周期性變化。當發(fā)電機帶有電容性負載〔例如一段空載線路〕時如再存在不利的參數(shù)協(xié)作就又可能引發(fā)參數(shù)諧振現(xiàn)象有時將這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機的自勵磁或自激過電壓。(三)鐵磁諧振過電壓當電感元件帶有鐵心時。一般都會消滅飽和現(xiàn)象這時電感不再是常數(shù)．而是隨著電流或磁通的變化而轉(zhuǎn)變在滿足肯定條件時就會產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象它具有一些不同于其他過電壓的特點。鐵磁諧振的諧振頻率可能是電源頻率的整數(shù)倍和分數(shù)倍分別稱為高頻諧振和分頻諧振振蕩頻率等于或接近電源頻率時產(chǎn)生的諧振過電壓稱為基波諧振過電壓。下面以基波諧振為例說明非線性諧振的根本特性：穩(wěn)定工作點和諧振條件：以下圖為最簡潔的R,C和鐵心電感L的串聯(lián)電路。在正常運行條件下感抗大于容抗即此時不具備諧振條件。當鐵心電感的電流增大或者磁通增大時會使鐵心發(fā)生飽和現(xiàn)象使電感下降滿足串聯(lián)諧振條件發(fā)生諧振在電感和電容兩端形成過電壓這就是鐵磁諧振現(xiàn)象。串聯(lián)鐵磁諧振回路的特性曲線：與曲線相交于a、a、a但是不是電源電壓消滅小的擾動后工作點能否回到原來的工作點。實際工作點：滿足電勢平衡條件滿足穩(wěn)定工作條件。不穩(wěn)定點穩(wěn)定點穩(wěn)定點且為諧振點回路呈容性回路電流較大電感電容上消滅較高過電壓諧振點但不是穩(wěn)定工作點基波的鐵磁諧振的相交鐵磁諧振可在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生對鐵磁諧振電路在同一電源電勢作用下回路可能有不只一種穩(wěn)定工作狀態(tài)鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本緣由但其飽和特性本身又限制了過電壓的幅值。此外回路中的損耗會使過電壓降低當回路電阻值大到肯定數(shù)值時就不會消滅猛烈的的諧振現(xiàn)象。因此基波鐵磁諧振過電壓必要條件限制和消退鐵磁諧振過電壓的阻尼電阻增大對地電容從參數(shù)協(xié)作上避開諧振承受消弧線圈第章、電力系統(tǒng)操作過電壓電力系統(tǒng)中的電容、電感元件均為儲能元件。當系統(tǒng)開關操作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時各儲能元件的能量重安排發(fā)生振蕩就產(chǎn)生了操作過電壓。在設備上將會產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的過渡過程過電壓。電力系統(tǒng)常見操作過電壓種類一、切除空載線路過電壓二、合空電壓等級中起主導作用的操作過電壓類型：～kV～kV：電弧接地過電壓～kV：切空載變壓器切除空載線路過電壓～kV：合空載線路過電壓切除空載線路是電力系統(tǒng)中常見的操作之一。產(chǎn)生過電壓的緣由是斷路器分閘過程中的重燃現(xiàn)象。切除空載線路時引起的操作過電壓幅值大、持續(xù)時間長。切除空載線路過電壓進展過程影響因素和限制過電壓大小的措施假定：則：回路的自振角頻率t時刻前線路電壓為u(t)即電容電壓uc(t)等于電源電壓e(t)。t時刻斷路器斷開斷路器的工頻電流過零點電弧熄滅此時電容C上的電壓為負的最大值Em。、由于線路絕緣導線電壓保持在EmA點的電位仍舊t時刻〔過半個周期uc(t)=Em電源電壓e(t)=Em,uAB=Em在t～t可能發(fā)生電弧重燃。、按最嚴峻狀況考慮：t時刻uAB=Em。LC振蕩回路。是一個初始值為Uc=Em的重合閘過程線路上過電壓到達Em。Umax＝U穩(wěn)態(tài)＋(U穩(wěn)態(tài)－U起始)＝U穩(wěn)態(tài)－U起始線路最高暫流在t時刻Uc到達Em時高頻容性電流恰好過零。t時刻電弧可能再次熄滅電容C上將留有數(shù)值為Em半個周tUAB達４Em。重燃后過電壓可達Em依次類推每隔半個工頻周期就重燃一次和熄弧一次過電壓將按EmEm 逐次增加直到觸頭間已有足夠的絕緣強度電弧不再重燃為止過電壓產(chǎn)生的根本緣由斷路器的電弧重燃斷路器的滅弧力量越差重燃幾率越大過電壓幅值越高。限制過電壓的措施：提高斷路器的滅弧性能削減或避開電弧重燃〔和降低重燃后的過電壓〕裝設避雷器。ZnO或磁吹避雷器安裝在線路首端和末端能有效地限制這種過電壓的幅值。合閘空載線路過電壓空載線的合閘分為兩種狀況即打算性合閘和故障后的自動重合閘。由于線路電壓在合閘前后發(fā)生突變由此會引起合閘空載過電壓。這時消滅的操作過電壓稱為合空線過電壓或合閘過電壓由于兩者的初始條件不同重合閘過電壓是合閘過電壓中最嚴峻的一種。合閘空載線路是電力系統(tǒng)中常見的一種操作。、打算性合閘過電壓打算性合閘又叫做正常合閘即電力系統(tǒng)需要進展的常常性合閘操作?？蛰d線路合閘前線路不接地三相對稱為零初始狀態(tài)。不計導線間的電磁耦合取一相線路進展爭論其等值電路如下：回t=uc=A、B來表示。、自動重合閘過電壓正常合閘的狀況空載線路上沒有剩余電荷初始電壓uc=。運行中的線路發(fā)生故障由繼電保護系統(tǒng)掌握跳閘后經(jīng)過一短臨時間后再合閘－－自動重合閘操作。假設是自動重合閘的狀況這時線路上有肯定剩余電荷和初始電壓重合閘時振蕩將更加劇烈。影響過電壓產(chǎn)生的主要因素：合閘相位假設合閘不是在電源電壓接近幅值時發(fā)生消滅的合閘過電壓自然就較低了。線路剩余電壓的大小與極性線路損耗。線路損耗能減弱振蕩從而降低過電壓。(對自由重量起阻尼作用降低過電壓幅值〔是通過特別裝置使斷路器觸頭兩端的電位位極性一樣時完成合閘操作消退和減弱線路剩余電壓(電磁式電壓互感器)裝設避雷器。過電壓產(chǎn)生的緣由：截流現(xiàn)象：流過電感的電流在到達自然零點前被斷路器強行切斷使得儲存在電感中的磁場能量被強迫轉(zhuǎn)化為電場能導致電壓的上升?？蛰d變壓器在正常運行時表現(xiàn)為一激磁電感。切除空載變壓器就是開斷一個小容量電感負荷會在變壓器和斷路器上消滅很高的過電壓。切除空載變壓器過電壓可用以下圖所示的簡化等值電路來說明這種過電壓的進展過程。圖中為變壓器的激磁電感為變壓器繞組及連接線的對地電容。切除空載變壓器等值電路***有：設為正值則相應的必為負值。當開關中突然滅弧時中的電流不能突變將連續(xù)向充電使電容上的電壓從“”向更大的負值方向增大如下圖。(滅弧力量越強切)變壓器的參數(shù)(電感越大電容越小過電壓越高)。限制措施：變壓器側(cè)加裝閥式避雷器。中性點不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大接地點電弧將不能自熄而以斷續(xù)電弧的形式存在就會產(chǎn)生另一種嚴峻的操作過電壓:電弧接地過電壓一、進展過程這種過電壓的進展過程和幅值大小都與熄弧的時間有關。存在兩種熄弧時間：電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時即可熄滅電弧要等到工頻電流過零時才能熄滅電弧接地過電壓下面以略去線間電容的影響〕設各相導線的對地電容均相等即C=C=C=C。就可得如圖(a)所示的等值電路。由于與在相位上相差o所以故障點的電流幅值為由此可知:)流過故障點的電流是線路對地電容所引起的電容電流故障電流的大小與電網(wǎng)額定電壓和線路總長度成正比*uAuBuC代表三相電源電壓以uuuC、C、C上的電壓則通過分析可得如以下圖所示的過電壓進展過程。故障相健全相第一次熄弧注：實線為實際電壓線電壓相電壓電弧t時刻A相電弧接地A相電容上電荷通過間隙電弧泄放入地其電壓u突降為零。相應B,CCC上的電壓幅值從變至。而uu電壓的這種轉(zhuǎn)變是要通過電源線電壓UBA,UCA經(jīng)過電源電感對CC的充電來完成。=穩(wěn)態(tài)值〔穩(wěn)態(tài)值初始值〕、過渡過程完畢