高電壓技術(shù)8、9章

8、9其次篇電力系統(tǒng)過(guò)電壓及其防護(hù)第、章電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)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(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)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(guò)電壓的幅值、振蕩壓是一種在肯定位置上的相對(duì)地或相間的過(guò)電壓具有肯定的振蕩頻率由于無(wú)阻尼或弱阻尼因此持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。操作過(guò)電壓是電磁過(guò)渡過(guò)程的過(guò)電壓。電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓第章諧振過(guò)電壓第章電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓第章諧振過(guò)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(jī)、變壓器、互感器、電抗器、消弧線圈等。電容元件C:線路對(duì)地電容、導(dǎo)線間電容、補(bǔ)償用的并、串電容、高壓設(shè)備的雜散電容等。他們的組合可以構(gòu)成一系列的簡(jiǎn)單的振蕩電路正常運(yùn)行時(shí)由于負(fù)載的阻尼或大功率電源的存在不會(huì)發(fā)生嚴(yán)峻的振蕩。但操作或事故時(shí)某些振蕩回路就有可能與外加電源發(fā)生諧振現(xiàn)象導(dǎo)致系統(tǒng)中某些局部上消滅過(guò)電壓這就是諧振過(guò)電壓。諧振是指振蕩回路中某一自由振蕩頻率等于外加強(qiáng)迫頻率的一種穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。在這種周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)行狀態(tài)中發(fā)生諧振的諧波幅值會(huì)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(guò)電流和過(guò)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(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)應(yīng)設(shè)法避開(kāi)諧振條件以消退這種線性諧振過(guò)電壓。(二)參數(shù)諧振過(guò)電壓系統(tǒng)中某些元件的電感會(huì)發(fā)生周期性變化如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其電感的大小隨著轉(zhuǎn)子位置的不同而周期性變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有電容性負(fù)載〔例如一段空載線路〕時(shí)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(shí)將這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁或自激過(guò)電壓。(三)鐵磁諧振過(guò)電壓當(dāng)電感元件帶有鐵心時(shí)。一般都會(huì)消滅飽和現(xiàn)象這時(shí)電感不再是常數(shù)．而是隨著電流或磁通的變化而轉(zhuǎn)變?cè)跐M足肯定條件時(shí)就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象它具有一些不同于其他過(guò)電壓的特點(diǎn)。鐵磁諧振的諧振頻率可能是電源頻率的整數(shù)倍和分?jǐn)?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(shí)產(chǎn)生的諧振過(guò)電壓稱為基波諧振過(guò)電壓。下面以基波諧振為例說(shuō)明非線性諧振的根本特性：穩(wěn)定工作點(diǎn)和諧振條件：以下圖為最簡(jiǎn)潔的R,C和鐵心電感L的串聯(lián)電路。在正常運(yùn)行條件下感抗大于容抗即此時(shí)不具備諧振條件。當(dāng)鐵心電感的電流增大或者磁通增大時(shí)會(huì)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(guò)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(dòng)后工作點(diǎn)能否回到原來(lái)的工作點(diǎn)。實(shí)際工作點(diǎn)：滿足電勢(shì)平衡條件滿足穩(wěn)定工作條件。不穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)且為諧振點(diǎn)回路呈容性回路電流較大電感電容上消滅較高過(guò)電壓諧振點(diǎn)但不是穩(wěn)定工作點(diǎn)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(duì)鐵磁諧振電路在同一電源電勢(shì)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(guò)電壓的幅值。此外回路中的損耗會(huì)使過(guò)電壓降低當(dāng)回路電阻值大到肯定數(shù)值時(shí)就不會(huì)消滅猛烈的的諧振現(xiàn)象。因此基波鐵磁諧振過(guò)電壓必要條件限制和消退鐵磁諧振過(guò)電壓的阻尼電阻增大對(duì)地電容從參數(shù)協(xié)作上避開(kāi)諧振承受消弧線圈第章、電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓電力系統(tǒng)中的電容、電感元件均為儲(chǔ)能元件。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)操作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)各儲(chǔ)能元件的能量重安排發(fā)生振蕩就產(chǎn)生了操作過(guò)電壓。在設(shè)備上將會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的過(guò)渡過(guò)程過(guò)電壓。電力系統(tǒng)常見(jiàn)操作過(guò)電壓種類一、切除空載線路過(guò)電壓二、合空電壓等級(jí)中起主導(dǎo)作用的操作過(guò)電壓類型：～kV～kV：電弧接地過(guò)電壓～kV：切空載變壓器切除空載線路過(guò)電壓～kV：合空載線路過(guò)電壓切除空載線路是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的操作之一。產(chǎn)生過(guò)電壓的緣由是斷路器分閘過(guò)程中的重燃現(xiàn)象。切除空載線路時(shí)引起的操作過(guò)電壓幅值大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。切除空載線路過(guò)電壓進(jìn)展過(guò)程影響因素和限制過(guò)電壓大小的措施假定：則：回路的自振角頻率t時(shí)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(shí)刻斷路器斷開(kāi)斷路器的工頻電流過(guò)零點(diǎn)電弧熄滅此時(shí)電容C上的電壓為負(fù)的最大值Em。、由于線路絕緣導(dǎo)線電壓保持在EmA點(diǎn)的電位仍舊t時(shí)刻〔過(guò)半個(gè)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(yán)峻狀況考慮：t時(shí)刻uAB=Em。LC振蕩回路。是一個(gè)初始值為Uc=Em的重合閘過(guò)程線路上過(guò)電壓到達(dá)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(shí)刻Uc到達(dá)Em時(shí)高頻容性電流恰好過(guò)零。t時(shí)刻電弧可能再次熄滅電容C上將留有數(shù)值為Em半個(gè)周tUAB達(dá)４Em。重燃后過(guò)電壓可達(dá)Em依次類推每隔半個(gè)工頻周期就重燃一次和熄弧一次過(guò)電壓將按EmEm 逐次增加直到觸頭間已有足夠的絕緣強(qiáng)度電弧不再重燃為止過(guò)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(guò)電壓幅值越高。限制過(guò)電壓的措施：提高斷路器的滅弧性能削減或避開(kāi)電弧重燃〔和降低重燃后的過(guò)電壓〕裝設(shè)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(guò)電壓的幅值。合閘空載線路過(guò)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(dòng)重合閘。由于線路電壓在合閘前后發(fā)生突變由此會(huì)引起合閘空載過(guò)電壓。這時(shí)消滅的操作過(guò)電壓稱為合空線過(guò)電壓或合閘過(guò)電壓由于兩者的初始條件不同重合閘過(guò)電壓是合閘過(guò)電壓中最嚴(yán)峻的一種。合閘空載線路是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種操作。、打算性合閘過(guò)電壓打算性合閘又叫做正常合閘即電力系統(tǒng)需要進(jìn)展的常常性合閘操作?？蛰d線路合閘前線路不接地三相對(duì)稱為零初始狀態(tài)。不計(jì)導(dǎo)線間的電磁耦合取一相線路進(jìn)展?fàn)幷撈涞戎惦娐啡缦拢夯豻=uc=A、B來(lái)表示。、自動(dòng)重合閘過(guò)電壓正常合閘的狀況空載線路上沒(méi)有剩余電荷初始電壓uc=。運(yùn)行中的線路發(fā)生故障由繼電保護(hù)系統(tǒng)掌握跳閘后經(jīng)過(guò)一短臨時(shí)間后再合閘－－自動(dòng)重合閘操作。假設(shè)是自動(dòng)重合閘的狀況這時(shí)線路上有肯定剩余電荷和初始電壓重合閘時(shí)振蕩將更加劇烈。影響過(guò)電壓產(chǎn)生的主要因素：合閘相位假設(shè)合閘不是在電源電壓接近幅值時(shí)發(fā)生消滅的合閘過(guò)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(guò)電壓。(對(duì)自由重量起阻尼作用降低過(guò)電壓幅值〔是通過(guò)特別裝置使斷路器觸頭兩端的電位位極性一樣時(shí)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(shè)避雷器。過(guò)電壓產(chǎn)生的緣由：截流現(xiàn)象：流過(guò)電感的電流在到達(dá)自然零點(diǎn)前被斷路器強(qiáng)行切斷使得儲(chǔ)存在電感中的磁場(chǎng)能量被強(qiáng)迫轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能導(dǎo)致電壓的上升?？蛰d變壓器在正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為一激磁電感。切除空載變壓器就是開(kāi)斷一個(gè)小容量電感負(fù)荷會(huì)在變壓器和斷路器上消滅很高的過(guò)電壓。切除空載變壓器過(guò)電壓可用以下圖所示的簡(jiǎn)化等值電路來(lái)說(shuō)明這種過(guò)電壓的進(jìn)展過(guò)程。圖中為變壓器的激磁電感為變壓器繞組及連接線的對(duì)地電容。切除空載變壓器等值電路***有：設(shè)為正值則相應(yīng)的必為負(fù)值。當(dāng)開(kāi)關(guān)中突然滅弧時(shí)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(fù)值方向增大如下圖。(滅弧力量越強(qiáng)切)變壓器的參數(shù)(電感越大電容越小過(guò)電壓越高)。限制措施：變壓器側(cè)加裝閥式避雷器。中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大接地點(diǎn)電弧將不能自熄而以斷續(xù)電弧的形式存在就會(huì)產(chǎn)生另一種嚴(yán)峻的操作過(guò)電壓:電弧接地過(guò)電壓一、進(jìn)展過(guò)程這種過(guò)電壓的進(jìn)展過(guò)程和幅值大小都與熄弧的時(shí)間有關(guān)。存在兩種熄弧時(shí)間：電弧在過(guò)渡過(guò)程中的高頻振蕩電流過(guò)零時(shí)即可熄滅電弧要等到工頻電流過(guò)零時(shí)才能熄滅電弧接地過(guò)電壓下面以略去線間電容的影響〕設(shè)各相導(dǎo)線的對(duì)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(diǎn)的電流幅值為由此可知:)流過(guò)故障點(diǎn)的電流是線路對(duì)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(zhǎng)度成正比*uAuBuC代表三相電源電壓以u(píng)uuC、C、C上的電壓則通過(guò)分析可得如以下圖所示的過(guò)電壓進(jìn)展過(guò)程。故障相健全相第一次熄弧注：實(shí)線為實(shí)際電壓線電壓相電壓電弧t時(shí)刻A相電弧接地A相電容上電荷通過(guò)間隙電弧泄放入地其電壓u突降為零。相應(yīng)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(guò)電源線電壓UBA,UCA經(jīng)過(guò)電源電感對(duì)CC的充電來(lái)完成。=穩(wěn)態(tài)值〔穩(wěn)態(tài)值初始值〕、過(guò)渡過(guò)程完畢