內(nèi)部過電壓防護-諧振過電壓（高電壓技術(shù)課件）

8.4.1諧振過電壓原理及防護

8.4.1.1線性諧振過電壓防護

一、諧振過電壓的特點及分類

電力系統(tǒng)中存在著大量儲能元件，即儲存靜電能量的電容元件和儲存磁能的電感元件。當(dāng)系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時，這些電感、電容元件就有可能形成各種不同的振蕩回路，如某一自由振蕩頻率等于外加強迫頻率，就會出現(xiàn)周期性的或準(zhǔn)周期性的諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓。1、諧振過電壓的概念一、諧振過電壓的特點及分類

發(fā)生諧振的那個諧波的振幅會急劇上升，且持續(xù)時間長，甚至穩(wěn)定存在，性質(zhì)上屬于暫時過電壓。諧振過電壓的嚴(yán)重性既取決于它的幅值，也取決于它的持續(xù)時間

諧振過電壓危及電氣設(shè)備的絕緣持續(xù)的過電流燒毀小容量的電感元件，還影響保護裝置的工作條件，如避雷器的滅弧條件2、諧振過電壓的特點一、諧振過電壓的特點及分類

對應(yīng)三種電感參數(shù)，在一定的電容參數(shù)和其他條件的配合下，可能產(chǎn)生三種不同性質(zhì)的諧振現(xiàn)象

線性諧振-----線性電感鐵磁諧振-----非線性電感參數(shù)諧振------周期性變化電感3、諧振過電壓的分類二、線性諧振過電壓防護

諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感、變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。在正弦電源作用下，系統(tǒng)自振頻率與電源頻率相等或接近時，可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。1、線性諧振過電壓概念二、線性諧振過電壓防護

串聯(lián)諧振時，回路的感抗和容抗相等，電感或電容元件上產(chǎn)生很高的過電壓。

電感元件是線性的;完全滿足線性諧振的機會極少，但是，即使在接近諧振的條件下，也會產(chǎn)生很高的過電壓。

線性諧振條件是等值回路中的自振頻率等于或接近電源頻率。其過電壓幅值只受回路中損耗(電阻)的限制。2、線性諧振過電壓特點二、線性諧振過電壓防護（1）（2）使回路脫離諧振狀態(tài)增加回路的損耗3、限制線性諧振過電壓的措施

8.4.1諧振過電壓原理及防護

8.4.1.3鐵磁諧振過電壓防護

一、鐵磁諧振過電壓的概念.

概念

電路中的電感元件因帶有鐵芯，會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，這種含有非線性電感元件的電路，在滿足一定條件時，會發(fā)生鐵磁諧振，鐵磁諧振又稱為非線性諧振。分類基波諧振-諧振頻率等于工頻的工頻諧振高次諧波諧振-諧振頻率可能等于工頻的整數(shù)倍（2、3、5倍等）多次諧波諧振-諧振頻率可能等于工頻的分?jǐn)?shù)倍（1/2、1/3、1/5、2/3、3/5倍等）二、鐵磁諧振產(chǎn)生的過程帶有鐵芯電感的非線性電路忽略回路中能量損耗（設(shè)電路中R=0），則由于電感與電容上電壓反相，故二、鐵磁諧振產(chǎn)生的過程

串聯(lián)鐵磁諧振電路的伏安特性曲線是一條直線;

在起始階段為一直線，其斜率稱為起始感抗XL0（即在額定電壓下的勵磁感抗）;隨著電流的增加，鐵心逐漸飽和，電感值下降，不再是直線

二、鐵磁諧振產(chǎn)生的過程

串聯(lián)鐵磁諧振電路的伏安特性曲線鐵心電感在電流較小時具有未飽和的電感值L0，在滿足條件在I=Ij處，曲線UL(I)與UC(I)有交點P，UL＝UC

，在電流逐漸增大的過程中電路由感性經(jīng)P點后變?yōu)槿菪远㈣F磁諧振產(chǎn)生的過程

串聯(lián)鐵磁諧振電路的伏安特性曲線電動勢E與ΔU的交點a、b、c均滿足平衡方程E=ΔU,但不一定是穩(wěn)定的。經(jīng)過分析a、c兩點是穩(wěn)定工作點，而b

點是不穩(wěn)定的a點為電路的非諧振工作點，回路呈感性，回路電流及電感、電容上的電壓都不大c點是諧振工作點，回路呈容性，不僅回路電流大，電感、電容上出現(xiàn)過電壓鐵磁元件的飽和效應(yīng)又限制了過電壓的幅值三、鐵磁諧振的主要特點

???

主要特點

必要條件電感和電容的伏安特性曲線必需相交相位反傾在外界激發(fā)下，電路可能從非諧振工作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，相應(yīng)回路從感性變成容性，電流相位發(fā)生180°的變化，同時產(chǎn)生過電壓與過電流外激發(fā)現(xiàn)象外激發(fā)現(xiàn)象-需要經(jīng)過過渡過程建立起的諧振現(xiàn)象當(dāng)E<U0

時，回路只能處在非諧振的工作點a。只有當(dāng)回路經(jīng)過強烈的“沖擊擾動”，回路才能處在諧振的工作點C一旦“激發(fā)”起來以后，諧振狀態(tài)可以“自保持”，維持很長時間不會衰減三、鐵磁諧振的主要特點

???

主要特點自激當(dāng)電動勢E>U0時，電路只有一個穩(wěn)定的工作點c，即使沒有外界的“沖擊擾動”，也總是工作在諧振狀態(tài)回路損耗作用計及回路電阻，會使圖中的ΔU曲線上移，激發(fā)諧振所需的干擾要更大，過電壓幅值減小

根本原因非線性電感的鐵磁特性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但鐵磁元件飽和效應(yīng)本身也限制了過電壓的幅值

四、限制措施

SwOT限制措施

選用勵磁特性較好的電壓互感器或改用電容式電壓互感器在電磁式電壓互感器的開口三角形繞組中加阻尼電阻，或在電壓互感器一次繞組的中性點對地接入電阻，以增大R在母線上加裝一組三相的對地電容器，或用電纜段代替架空載線路段，以增大對地電容

可將系統(tǒng)中性點臨時經(jīng)電阻接地或直接接地，或投入消弧線圈，也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù)

8.4.1諧振過電壓原理及防護

8.4.1.2參數(shù)諧振過電壓防護

一、參數(shù)諧振

系統(tǒng)中某些元件的電感會發(fā)生周期性變化，當(dāng)同步發(fā)電機接有電容性負(fù)載時（如空載線路）時，如再存在不利的參數(shù)配合，就可能引發(fā)參數(shù)諧振現(xiàn)象。因為即使激磁電流很小，也會使發(fā)電機的端電壓和電流急劇上升，最終產(chǎn)生很高的過電壓。這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機的自勵磁或自激過電壓。調(diào)整一下字體布局

二、參數(shù)諧振發(fā)展過程

1、參數(shù)周期性變化參數(shù)周期性變化同步電抗：Xd＝ωLd和Xq＝ωLq周期變化異步電抗：X'd和Xq周期變化設(shè)電感變化曲線如下圖，每個電源周期內(nèi)在Ld和Lq間變化兩周Ld和Lq在圖上，不清楚，整個圖紙上的標(biāo)記都不清楚。電機端部接電容性負(fù)載二、參數(shù)諧振發(fā)展過程

2、參數(shù)諧振發(fā)展過程設(shè)：L1=2L2；t=0時，回路有微小電流i1=1，電感儲能W1，則自振頻率：變動周期:二、參數(shù)諧振發(fā)展過程

t=t1，電感突變(L1

L2)，磁鏈不能突變，電流發(fā)生突變至2，儲能增加一倍t1

t

t2，周期為T2的自由振蕩。t=t2

電感突變(L2

L1)，電流過零，磁能為零，能量以電能形式貯存在電容C中。能量增加來自使參數(shù)發(fā)生變化的機械能二、參數(shù)諧振發(fā)展過程

t2

t

t3，周期為T1的自由振蕩，t=t3，電能全部轉(zhuǎn)化為磁能，根據(jù)能量守恒定理，電流升至t=t3，電感突變(L1

L2)，磁鏈不能突變，電流發(fā)生突變至2，儲能為4W1二、參數(shù)諧振發(fā)展過程

t=t4，電感突變(L2

L1)，電流過零時電容端電壓為如此循環(huán)，電流依次遞增經(jīng)過電磁振蕩，不斷把機械能轉(zhuǎn)化為電磁能，回路中能量愈積愈多，電感電流和電容電壓越來越大。三、參數(shù)諧振特點

1.諧振所需的能量由改變參數(shù)的原動機所供給，不需要單獨的電源電壓。一般只要有一定的剩磁或電容中具有很小的殘余電荷，就可以使諧振得到發(fā)展。2.由于回路中有損耗，所以參數(shù)變化所引入的能量必須足以補償損耗能量，才能保證諧振的發(fā)展。對一定的回路電阻R，存在一定的諧振范圍。諧振發(fā)生以后，由于電感的飽和，使回路自動偏離諧振條件，使自勵磁過電壓不能繼續(xù)增大。四、消除參數(shù)諧振的措施

0402在超高壓