7-电力系统中的工频过电压

7电力系统中的工频过电压内部过电压电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在0.ls（五个工频周波）以内的过电压称为操作过电压。暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过电压倍数kn表示最高运行相电压幅值过电压幅值nk最高运行相电压幅值＝eU32)15.11.1(内部过电压工频电压升高谐振过电压空载长线容升效应不对称短路甩负荷操作过电压切、合空载长线过电压切空载变压器过电压弧光接地过电压暂时过电压线性谐振非线性谐振参数谐振断路器单相接地电力系统中的工频过电压工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的作用1）工频电压升高再叠加操作过电压过电压幅值高2）影响避雷器的最大允许工作电压灭弧电压最高工频电压3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响游离、老化、污闪、干扰等我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空载变压器允许1.3倍工频电压持续1min7.1空载长线路的电容效应由于电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗，使U2＞U1，而造成线路末端的电压高于首端的电压。忽略r的作用)(221CLCLXXIjUUU21LUUU在数值上γ输电线路的传播系数，α为相位移系数，β为衰减系数，Zc为线路特性阻抗（波阻抗）；))((0000CjGLjRj0000CjGLjRZC忽略线路损耗00CLZC00jLCjjxxchcosxjxshsin在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的相位相差为2π的两点间的距离称为波长。一条输电线路的电气长度，常用它的实际几何长度同波长之比来衡量。线路的长度为，则它对于波长的相对长度为0000122CLfCL2*lll长线路的入口阻抗当线路末端短路时，即XL=0当线路末端开路时，即XL→∞CkZjZctgZ输电线路的参数空载长线路的沿线电压分布空载线路，ll=1500km时，U2→∞，1/4波长谐振考虑电源漏抗Xs11SEjXIU电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路末端的电压升高。在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估算最严重的工频电压升高。对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。并联电抗器的均压作用11SEjXIU线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布沿线电压最大值应出现在x=β处，线路最高电压为coscos()EU在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。7.2不对称接地引起的工频过电压当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的依据。在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法，利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。A相发生接地，故障点的边界条件为021021ZZZEIIIA111IZEUA222IZU000IZU2202012202012(1)()(1)()BACAaZaaZUEZZZaZaaZUEZZZ010101011.53[j]221.53[j]22BACAXXUEXXXXUEXX32jea2001101()()13()2BCXXXXUUEEXXα：接地系数，说明单相接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值与故障前故障相对地电压有效值之比。忽略序阻抗中的电阻分量中性点绝缘的系统：X0主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时，健全相电压升高约为线电压的1.1倍（K=-20）。选择避雷器灭弧电压时，取110%的线电压（110%避雷器）。中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0为很大的正值；欠补偿运行时，X0为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电压。选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压（100%避雷器）。对中性点直接接地的110~220kV系统：X0为不大的正值，一般X0/X1≤3，健全相上电压升高不大于1.4倍相电压，约为80%的线电压（80%避雷器）。当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，与其相应的电源电势E’d不变。原来负荷的电感电流对主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使E’d上升。因此加剧了工频电压的升高。其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。7.3甩负荷引起的工频电压升高工频电压升高的限制措施目前我国规定：330kV，500kV，750kV系统，母线上的暂态工频过电压升高不超过最高工作相电压的1.3倍，线路不超过1.4倍。利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应2p2jUXI122212cos'jsin'jsin'cos'UUlIZlUIlIlZ2121coscos(')UKUlRjctg(')ZZlparctgZX1R01RSSctg(')jctg(')UZZlKEZXXZl020112coscoscos(')KKKl2021cos'UKEl不考虑电源感抗202coscoscos(')UKEl末端接入电抗器202coscos(')UKEl考虑电源感抗线路的电容电流流过电源感抗也会造成电压升，同样会增加电容效应，犹如增加了导线的长度一样。显然，电源容量越小，电容效应越严重。在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。利用静止补偿器补偿限制工频过电压可控硅开关投切电容器组可控硅相角控制的电抗器组SVC具有时间响应快、维护简单、可靠性高等优点。当系统由于某种原因发生工频电压升高时，TSC断开，TCR导通，吸收无功功率，从而降低工频过电压。根据需要，可改变TCR，TSC的导通相角，达到调节系统无功功率，控制系统电压，提高系统稳定性的目的。采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗故障点健全相电压的升高，主要决定于由故障点看进去的零序阻抗X0与正序阻抗X1的比值。X0，X1既包含集中参数的电机的暂态电抗、变压器的漏抗，又包含分布参数线路的阻抗。一般情况下电源侧零序阻抗与正序阻抗之比小于1，而线路的零序阻抗与正序阻抗之比则是大于1的。若采用良导体地线，可降低X0，进而降低由故障点看进去的零序、正序电抗的比值，达到限制工频过电压的目的。计算表明，电源容量愈大，良导体地线降低工频过电压愈明显。