電力系統(tǒng)絕緣保護(hù) 過電壓防護(hù) 電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓及防護(hù)

電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓第一章電力系統(tǒng)操作過電壓第二章諧振過電壓第三章電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓在電力系統(tǒng)中，由于斷路器操作、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩轉(zhuǎn)化或傳遞從而造成的電壓升高，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)決定。系統(tǒng)參數(shù)的變化原因是多種多樣的，因此內(nèi)部過電壓的幅值、振蕩頻率以及持續(xù)時(shí)間不盡相同，通常按產(chǎn)生原因的不同可分為：電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓暫態(tài)過電壓操作過電壓工頻電壓升高諧振過電壓切空線過電壓合空線過電壓切空變過電壓間歇電弧接地過電壓線性諧振過電壓鐵磁諧振過電壓參數(shù)諧振過電壓空載長線的電容效應(yīng)不對(duì)稱短路引起的工頻過電壓甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高暫態(tài)過電壓是一種在一定位置上的的相對(duì)地或相間的過電壓，具有一定的振蕩頻率，由于無阻尼或弱阻尼，因此持續(xù)時(shí)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

電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓合閘空載線路過電壓切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器過電壓電弧接地過電壓02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(chǔ)能元件。當(dāng)系統(tǒng)操作或故障使其工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，將產(chǎn)生電磁能量振蕩的過渡過程。在設(shè)備上將會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于電源電壓的過渡過程過電壓。它是高頻振蕩、強(qiáng)阻尼、在幾毫秒至幾十毫秒后衰減消失的過電壓?？刹捎孟迚罕Ｗo(hù)裝置和其他技術(shù)措施來加以限制。電力系統(tǒng)常見操作過電壓種類：一、切除空載線路過電壓（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）二、合空載線路過電壓（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）三、切除空載變壓器過電壓（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）四、電弧接地過電壓（中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)）五、解列過電壓（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓在不同電壓等級(jí)中起主導(dǎo)作用的操作過電壓類型：6～10kV，35～60kV：電弧接地過電壓。110～220kV：切空載變壓器，切除空載線路過電壓。330～500kV：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)生過電壓的原因是斷路器分閘過程中的重燃現(xiàn)象。切除空載線路時(shí)引起的操作過電壓幅值大、持續(xù)時(shí)間長。發(fā)展過程：影響因素和限制過電壓大小的措施。切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載線路等值電路切除空載線路過電壓容性電流，通常為幾十到幾百安，比短路電流小得多。此時(shí)斷路器切斷的是較小的電容電流電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載線路過電壓空載線路分閘過電壓的產(chǎn)生過程電力系統(tǒng)操作過電壓線路最高暫態(tài)幅值：Umax

＝U穩(wěn)態(tài)＋(U穩(wěn)態(tài)－U起始)＝2U穩(wěn)態(tài)－U起始t=t1時(shí)，開關(guān)K發(fā)生第一次熄弧t=t2時(shí)，開關(guān)K發(fā)生第一次重燃t=t3時(shí)，開關(guān)K發(fā)生第二次熄弧t=t4時(shí)，開關(guān)K發(fā)生第二次重燃UC=+EmUCmax1=-3EmUCmax1=-3EmUCmax2=+5Em切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓過電壓產(chǎn)生的根本原因：斷路器的電弧重燃；斷路器的滅弧能力越差，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，減少或避免電弧重燃；在斷路器中加裝并聯(lián)分閘電阻；（作用：降低斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓和降低重燃后的過電壓）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電壓的幅值。切除空載線路過電壓合閘空載線路過電壓切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器過電壓電弧接地過電壓02電力系統(tǒng)操作過電壓合空載線路是電力系統(tǒng)中常見的一種操作?？蛰d線的合閘分為兩種情況，即正常合閘和自動(dòng)重合閘。這時(shí)出現(xiàn)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(yán)重的一種。1、計(jì)劃性合閘過電壓Umax

＝U穩(wěn)態(tài)＋(U穩(wěn)態(tài)－U起始)＝2U穩(wěn)態(tài)－U起始空載線路U起始＝0；Umax

＝2U穩(wěn)態(tài)＝2Em合閘空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓

合閘空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓2、自動(dòng)重合閘過電壓正常合閘的情況，空載線路上沒有殘余電荷，初始電壓Uc(0)=0。運(yùn)行中的線路發(fā)生故障，由繼電保護(hù)系統(tǒng)控制跳閘后，經(jīng)過一短暫時(shí)間后再合閘自動(dòng)重合閘操作。如果是自動(dòng)重合閘的情況，這時(shí)線路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時(shí)振蕩將更加激烈。非短路相在Em或－Em峰值處熄?。ㄘ?fù)載為空載線路）重合閘在0.5s后進(jìn)行，當(dāng)電源極性與線路殘余電壓相反時(shí)，最大振蕩電壓為3Em。合閘空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓影響過電壓產(chǎn)生的主要因素：合閘相位；如果合閘不是在電源電壓接近幅值時(shí)發(fā)生，出現(xiàn)的合閘過電壓自然就較低了。線路殘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。限制過電壓的措施：在斷路器中加裝并聯(lián)合閘電阻(對(duì)自由分量起阻尼作用降低過電壓幅值）；采用同步合閘；消除和削弱線路殘余電壓(電磁式電壓互感器)裝設(shè)避雷器。合閘空載線路過電壓合閘空載線路過電壓切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器過電壓間歇電弧接地過電壓02電力系統(tǒng)操作過電壓空載變壓器在正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為一激磁電感。切除空載變壓器就是開斷一個(gè)小容量電感負(fù)荷，會(huì)在變壓器和斷路器上出現(xiàn)很高的過電壓。在開斷并聯(lián)電抗器、消弧線圈等電感元件時(shí)，也會(huì)引起類似的過電壓。過電壓產(chǎn)生的原因截流現(xiàn)象：流過電感的電流在到達(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)致電壓的升高。切空變?nèi)菀装l(fā)生截流現(xiàn)象切斷100A以上的交流電流時(shí)，電弧通常都是在工頻電流自然過零時(shí)熄滅的；但當(dāng)被切斷的電流較小時(shí)（空載變壓器的激磁電流很小，一般只是額定電流的0.5％～5％，約數(shù)安到數(shù)十安），電弧提前熄滅，亦即電流會(huì)在過零之前就被強(qiáng)行切斷。切除空載變壓器過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器過電壓切除空載變壓器等值電路及波形圖電源內(nèi)電感變壓器的激磁電感等值對(duì)地電容電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器的過電壓分析切除空載變壓器過電壓ZT:變壓器特征阻抗振蕩頻率：ηm：磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能系數(shù);電力系統(tǒng)操作過電壓影響因素：斷路器的性能(滅弧能力越強(qiáng)，切斷電流能力越強(qiáng)，過電壓越高)；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。切除空載變壓器過電壓合閘空載線路過電壓切除空載線路過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓切除空載變壓器過電壓間歇電弧接地過電壓02電力系統(tǒng)操作過電壓電弧接地過電壓主要發(fā)生在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)。接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，這種電容電流在6～10kV系統(tǒng)(>30A)、35～60kV系統(tǒng)(>10A)中難以自行熄滅。由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，產(chǎn)生電弧接地過電壓。1、發(fā)展過程過電壓的發(fā)展過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：（1）電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時(shí)即可熄滅。（2）電弧要等到工頻電流過零時(shí)才能熄滅。間歇電弧接地過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓故障點(diǎn)電流與電弧的關(guān)系接地電流與故障相電壓角差為90度，其大小與線路的對(duì)地電容與系統(tǒng)的額定電壓成正比。因?yàn)镮2與I3在相位上相差60o，所以故障點(diǎn)的電流幅值。間歇電弧接地過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓若系統(tǒng)較小，線路不長，線路對(duì)地電容電流小，流過故障點(diǎn)的電流也小，許多暫時(shí)性的單相電弧接地故障(如雷擊等)，故障過后電弧可以自動(dòng)熄滅。隨著系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級(jí)的提高，單相接地故障電流成比例地增加。接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，這種電容電流在6～10kV系統(tǒng)(>30A)、35～60kV系統(tǒng)(>10A)中難以自行熄滅。由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，產(chǎn)生電弧接地過電壓。間歇電弧接地過電壓電力系統(tǒng)操作過電壓間歇電弧接地過電壓故障相健全相第一次熄弧電弧重燃工頻電流過零時(shí)熄弧t2時(shí)刻熄弧，三相導(dǎo)線電壓對(duì)地偏移：--相電壓幅值熄弧后t2

+作用在三相導(dǎo)線對(duì)地電容上的電壓為此時(shí)三相電源電壓疊加上此直流偏移電壓。注：實(shí)線為實(shí)際電壓線電壓相電壓電力系統(tǒng)操作過電壓間歇電弧接地過電壓故障現(xiàn)象故障時(shí)間U1U2U3U2maxU3max接地故障t1-Uxg-0.5Uxg-0.5Uxg-2.5Uxg-2.5Uxgt1+0-1.5Uxg-1.5Uxg第一次熄弧t2-01.5Uxg1.5Uxg1.5Uxg（不會(huì)引起過渡過程）1.5Uxg（不會(huì)引起過渡過程）t2+01.5Uxg1.5Uxg電弧重燃t3-2Uxg0.5Uxg0.5Uxg-3.5Uxg-3.5Uxgt3+0-1.5Uxg-1.5Uxg電力系統(tǒng)操作過電壓影響過電壓的因素電弧熄滅與重燃的相位、系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、相間電容、線路損耗、中性點(diǎn)接地方式。消弧線圈及其對(duì)電弧接地過電壓的限制作用。間歇電弧接地過電壓消弧線圈電流補(bǔ)償線路容性電流電力系統(tǒng)操作過電壓消弧線圈及其對(duì)電弧接地過電壓的限制作用間歇電弧接地過電壓補(bǔ)償度k=IL/IC脫諧度γ=1-k欠補(bǔ)償IL<ICωL>1/3ωCK<1,γ>0全補(bǔ)償IL=ICωL=1/3ωCK=1,γ=0過補(bǔ)償IL>ICωL<1/3ωCK>1,γ<0自振角頻率：電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓第一章電力系統(tǒng)操作過電壓第二章諧振過電壓第三章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(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。諧振回路中包含有電感L、電容C和電阻R，通常認(rèn)為系統(tǒng)中的C和R(避雷器例外)是線性元件，而電感L有三種不同的特性：線性電感、非線性電感和周期性變化電感，因此相應(yīng)地振蕩回路就具有三種不同特點(diǎn)的諧振現(xiàn)象：(一)線性諧振過電壓電路中的電感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(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)設(shè)法避開諧振條什以消除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(huì)發(fā)生周期性變化。進(jìn)行自激的校核，避開諧振點(diǎn)。諧振過電壓諧振過電壓(三)鐵磁諧振當(dāng)電感元件帶有鐵心時(shí)。一般都會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，這時(shí)電感不再是常數(shù)而是隨看電流或磁通的變化而改變，在滿足一定條件時(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電壓的特點(diǎn)。鐵磁諧振過電壓諧振過電壓串聯(lián)鐵磁諧振等值回路諧振過電壓串聯(lián)鐵磁諧振回路的特性曲線諧振過電壓小擾動(dòng)判別法實(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出現(xiàn)較高過電壓諧振點(diǎn)但不是穩(wěn)定工作點(diǎn)諧振過電壓基波的鐵磁諧振的特點(diǎn)：產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性必須相交，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