電力系統(tǒng)過(guò)電壓介紹

電力系統(tǒng)過(guò)電壓2024/5/121電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行中除了受長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高得多的過(guò)電壓的作用。所謂過(guò)電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位升高。通常過(guò)電壓可以作如下分類(lèi)：2024/5/122電力系統(tǒng)過(guò)電壓的種類(lèi)和過(guò)電壓水平過(guò)電壓的分類(lèi)

工頻電壓升高暫時(shí)過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓諧振過(guò)電壓操作過(guò)電壓電力系統(tǒng)過(guò)電壓直接雷過(guò)電壓雷電過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓2024/5/123內(nèi)部過(guò)電壓的根源在電力系統(tǒng)內(nèi)部，通常都是因系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的積聚和轉(zhuǎn)換而引起。分類(lèi)：

內(nèi)部過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓操作過(guò)電壓工頻電壓升高諧振過(guò)電壓空載長(zhǎng)線(xiàn)的電容效應(yīng)不對(duì)稱(chēng)短路引起的工頻電壓升高甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高線(xiàn)性諧振過(guò)電壓鐵磁諧振過(guò)電壓參數(shù)諧振過(guò)電壓切斷空載線(xiàn)路過(guò)電壓空載線(xiàn)路合閘過(guò)電壓切斷空載變壓器過(guò)電壓斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓2024/5/124第一節(jié)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓的電路基礎(chǔ)第二節(jié)諧振過(guò)電壓第三節(jié)切斷空載線(xiàn)路過(guò)電壓第四節(jié)空載線(xiàn)路合閘過(guò)電壓第五節(jié)切除空載變壓器過(guò)電壓第六節(jié)雷電放電和雷電過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓2024/5/125第一節(jié)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓的電路基礎(chǔ)

（1）由于工頻電壓升高大都在空載或輕載條件下發(fā)生，所以它們有可能同時(shí)出現(xiàn)、相互疊加。（2）工頻電壓升高是決定某些過(guò)電壓保護(hù)裝置工作條件的重要依據(jù)，所以它直接影響到避雷器的保護(hù)特性和電力設(shè)備的絕緣水平。（3）由于工頻電壓升高是不衰減或弱衰減現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備絕緣及其運(yùn)行條件也有很大影響。工頻電壓升高的危害2024/5/126輸電線(xiàn)路在長(zhǎng)度不很大時(shí)的等值電路，由于空載，就可簡(jiǎn)化如圖所示?！玆LUR.UL.EUCC..空載長(zhǎng)線(xiàn)的簡(jiǎn)化等值電路2024/5/127一般R要比XL和XC小得多，而空載線(xiàn)路的工頻容抗XC又要大于工頻感抗XL，因此在工頻電勢(shì)的作用下，線(xiàn)路上流過(guò)的容性電流在感抗上造成的壓降將使容抗上的電壓高于電源電勢(shì)。

2024/5/128由于電感與電容上的壓降反相，且UC＞UL，可見(jiàn)電容上的壓降大于電源電勢(shì).為了限制這種工頻電壓升高現(xiàn)象，大多采用并聯(lián)電抗器來(lái)補(bǔ)償線(xiàn)路的電容電流以削弱電容效應(yīng)，效果十分顯著。2024/5/129第二節(jié)諧振過(guò)電壓一、諧振過(guò)電壓的類(lèi)型（1）線(xiàn)形諧振過(guò)電壓（2）參數(shù)諧振過(guò)電壓（3）鐵磁諧振過(guò)電壓2024/5/1210二、鐵磁諧振過(guò)電壓ULLEICUC～2024/5/1211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，鐵磁元件的非線(xiàn)性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因。2024/5/1212第三節(jié)切斷空載線(xiàn)路過(guò)電壓QF～z-Uφl(shuí)(a)(b)2024/5/1213影響因素（1）中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的中性點(diǎn)電位有可能發(fā)生位移，所以某一相的過(guò)電壓可能特別高一些。（2）斷路器的性能：重燃次數(shù)對(duì)這種過(guò)電壓的最大值有決定性的影響；（3）母線(xiàn)上的出線(xiàn)數(shù)：當(dāng)母線(xiàn)上同時(shí)接有幾條出線(xiàn)，而只切除其中一條時(shí)，這種過(guò)電壓將較小；2024/5/1214第四節(jié)空載線(xiàn)路合閘過(guò)電壓空載線(xiàn)的合閘可分為正常合閘和自動(dòng)重合閘。這時(shí)出現(xiàn)的操作過(guò)電壓稱(chēng)為合空線(xiàn)過(guò)電壓或合閘過(guò)電壓，重合閘過(guò)電壓是過(guò)電壓中最嚴(yán)重的一種。2024/5/1215如果是自動(dòng)重合閘，那么條件將不利，主要原因在于這時(shí)線(xiàn)路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時(shí)振蕩將更加劇烈。如果采用的是單相自動(dòng)重合閘，只切除故障相，而健全相不與電源電壓相脫離，那么當(dāng)故障相重合閘時(shí)，因該相導(dǎo)線(xiàn)上不存在殘余電荷和初始電壓，就不會(huì)出上述高幅值重合閘過(guò)電壓。在合閘過(guò)電壓中，以三相重合閘的情況最為嚴(yán)重，其過(guò)電壓理論值可達(dá)3Uφ2024/5/1216影響因素和限制措施影響因素（1）合閘相位：是隨機(jī)量，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。（2）線(xiàn)路損耗：主要來(lái)源：①線(xiàn)路及電源的電阻；②當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電暈起始電壓后，導(dǎo)線(xiàn)上出現(xiàn)電暈損耗。（3）線(xiàn)路殘余電壓的變化2024/5/1217合閘過(guò)電壓的限制、降低措施主要有：（1）裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻（2）同電位合閘

（3）利用避雷器來(lái)保護(hù)

2024/5/1218～ui=iL+iC電弧切除空載變壓器等值電路一、發(fā)展過(guò)程第五節(jié)切除空載變壓器過(guò)電壓≈iLiLLTCTiC2024/5/1219產(chǎn)生原因：流過(guò)電感的電流在到達(dá)自然零值之前就被斷路器強(qiáng)行切斷，從而迫使儲(chǔ)存在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能量而導(dǎo)致電壓的升高。2024/5/1220二、影響因素與限制措施影響因素（1）斷路器性能滅弧能力越強(qiáng)的斷路器，其對(duì)應(yīng)的切空變過(guò)電壓最大值也越大。（2）變壓器特性2024/5/1221第六節(jié)雷電放電和雷電過(guò)電壓一、雷云的形成關(guān)于雷云的形成機(jī)理有很多的理論，它們或從微觀(guān)的物理過(guò)程出發(fā)、或從宏觀(guān)的大氣現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)雷云形成過(guò)程中的電荷分離、電荷的積聚分布、雷云電場(chǎng)的形成等進(jìn)行分析、研究，其中比較有代表性的有感應(yīng)起電、對(duì)流起電、溫差起電、水滴分裂起電、融化起電、凍結(jié)起電等，但至今尚無(wú)定論。2024/5/1222二、雷電放電過(guò)程就其本質(zhì)而言，雷電放電是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，與金屬電極間的長(zhǎng)氣隙放電是相似的。所不同的是由于雷云的物理性質(zhì)畢竟與金屬板不同，因而具有多次重復(fù)雷擊等現(xiàn)象和特點(diǎn)。2024/5/1223雷云下部大部分帶負(fù)電荷，所以大多數(shù)的雷擊是負(fù)極性的，雷云中的負(fù)電荷會(huì)在地面感應(yīng)出大量正電荷。這樣地面與大地之間或兩塊帶異號(hào)電荷的雷云之間，會(huì)形成強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。2024/5/1224通?！霸啤亍敝g的線(xiàn)狀雷電在開(kāi)始時(shí)往往是一微弱發(fā)光的通道從雷云向地面伸展，它以逐級(jí)推進(jìn)的方式向下發(fā)展，每級(jí)長(zhǎng)度約25~50m，每級(jí)的伸展速度約104km/s，平均發(fā)展速度只有100~800km/s這種預(yù)放電稱(chēng)為先導(dǎo)放電。2024/5/1225當(dāng)先導(dǎo)放電接近地面時(shí)，地面上一些高聳的物體因周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了能使空氣電離程度，會(huì)發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)，當(dāng)它與下行先導(dǎo)相遇時(shí)，就出現(xiàn)了強(qiáng)烈的電荷中和過(guò)程，出現(xiàn)極大的電流，這就是雷電的主放電階段，伴隨著雷鳴和閃光。這段時(shí)間極短，只有50~100μs，它是沿著負(fù)的下行先導(dǎo)通道，由下而上逆向發(fā)展的，亦稱(chēng)“回?fù)簟薄?024/5/1226三架空輸電線(xiàn)路防雷保護(hù)輸電線(xiàn)路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，一條長(zhǎng)100m的架空線(xiàn)路一年往往要遭到數(shù)十次雷擊，因而線(xiàn)路的雷擊事故在電力系統(tǒng)總的雷害事故中占有很大的比重。輸電線(xiàn)路防雷保護(hù)的根本目的就是盡可能的減少線(xiàn)路雷害事故的次數(shù)和損失。2024/5/1227為了表示一條線(xiàn)路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果，通常采用的指標(biāo)有:耐雷水平:雷擊線(xiàn)路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值，單位為KA。雷擊跳閘率(n):是指在雷暴日Td=40的情況下、100km的線(xiàn)路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為“次/(100km.40雷暴日)”。2024/5/1228四變電所的防雷保護(hù)變電所是多條輸電線(xiàn)路的交匯點(diǎn)和電力系統(tǒng)的樞紐。變電所中出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓有兩個(gè)來(lái)源：雷電直擊變電所；沿輸電線(xiàn)路入侵的雷電過(guò)電壓波。2024/5/1229雷電直接擊中變電所設(shè)施的導(dǎo)電部分，則出現(xiàn)的雷電過(guò)電壓很高，一般都會(huì)引起絕緣的閃絡(luò)或擊穿，所以必須裝設(shè)避雷針或避雷線(xiàn)對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)。按照安裝方式的不同，可將避雷針?lè)譃楠?dú)立避雷針和裝設(shè)在配電裝置構(gòu)架上的避雷針兩類(lèi)。變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。2024/5/1230五、變電所的進(jìn)線(xiàn)段保護(hù)

從前面的分析可知：為了使閥式避雷器有效地發(fā)揮保護(hù)作用，就必須采取措施：限制進(jìn)波陡度限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值進(jìn)線(xiàn)段能起兩方面的作用：進(jìn)入變電所的雷電過(guò)電壓將來(lái)自進(jìn)線(xiàn)段以外的線(xiàn)路，它們?cè)诹鬟^(guò)進(jìn)線(xiàn)段時(shí)將因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；利用進(jìn)線(xiàn)段來(lái)限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值。2024/5/1231六旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)要比變壓器困難得多，其雷害事故也往往大于變壓器，這是由它的絕緣結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件等方面的特殊性造成的。在同一電壓等級(jí)的電氣設(shè)備中，以旋轉(zhuǎn)電機(jī)的沖擊電氣強(qiáng)度為最低。電機(jī)絕緣的沖擊耐壓水平與保護(hù)它的避雷器的保護(hù)水平相差不多、裕度很小。發(fā)電機(jī)繞組的匝間電容很小和不連續(xù)，迫使過(guò)電壓進(jìn)入電機(jī)繞組后只能沿著繞組導(dǎo)體傳播，而它的每匝繞