操作过电压.

操作过电压操作过电压是由系统中开关操作和各种故障产生的过渡过程引起的。特点：幅值高、存在高频振荡、强阻尼和持续时间短。常见的操作过电压有：1.中性点不接地系统中电弧接地过电压；2.空载线路合闸过电压；3.切除空载线路过电压；4.切除空载变压器过电压等。操作过电压的幅值和波形与电网结构及其参数、开关性能、系统接线、运行操作方式及限压设备的性能等因素有关，具有随机性。合闸空载线路过电压成为决定电网绝缘水平的主要依据。7.1中性点不接地系统电弧接地引起的过电压当中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点将流过数值不大的接地电容电流。如果电网小，线路不太长．接地电容电流将很小。该电流引起电弧时燃时灭的不稳定状态，导致在健全相和故障相上产生间歇性电弧接地过电压。对称三相电路：若在t1时刻A相电压达到最大值，即U1(t1)=+1.0(p.u.)，U2(t1)＝U3(t1)＝-0.5(p.u.)时A相发生对地闪络，则U1(t1+)=0，U2(t1+)＝U3(t1+)＝-1.5(p.u.)Sxdy、集中LC电路从U0过渡到Us的过渡过程中可能出现的最大电压Umax近似:00max2)(UUUUUUsss则健全相上最大电压Umax为：..5.2.).)]}(5.0(5.1[5.1{max3max2upupUU显然发弧前与发弧后电容上的电压不等，这个过程中电源耍经过本身的漏抗对C2，C3充电．这是一个高频振荡的过程。t1时刻发弧后，按工频熄弧理论，经过T/2工频电流熄弧；..5.1)()(,0)(232221uptUtUtU电荷将重新分配，三相对地电容上叠加了一个直流分量1.0p.u.。电容电压应是三相对称交流电压与三相相等的直流分量的叠加：..5.1.).)(0.15.0()()(.;.5.1.).)(0.15.0()()(;0.).)(0.10.1()()(023230222202121upupUtutuupupUtutuupUtutu熄弧0.01s后，即t3＝t2+T/2时刻：..5.0)()(.;.0.23332max1uptutuupU若t3时刻故障点电弧重燃，则u1由2.0p.u.突然降为0，又出现过渡过程：U1(t3+)=0，U2(t1+)＝U3(t1+)＝-1.5(p.u.)..5.3.).)](5.05.1(5.1[max3max2upupUU每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，过渡过程将与上面完全重复，健全相的最大过电压3.5p.u.，故障相的最大过电压2.0p.u.。zxdbjddhjd7.1.2限制过电压的措施1)中性点直接接地；2)中性点经消弧线圈接地补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正常工作状态；降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。A相发生金属性接地时：UN=Uph；流过故障点的电流为Ijd；电容C2、C3在线电压作用下的电容电流IC；消弧线圈电感L在Uph作用下的电感电流IL；LcjdIIIIC和IL相位相反；调节消弧线圈的电感量，即可改变Ijd大小，限制短路电流。消弧线圈的补偿度Kr：LC3/10自振角频率：脱谐度：欠补偿、过补偿、全补偿：通常采用过补偿的运行方式：且应使残流值不超过10A。7.2合闸空载线路引起的过电压空载线路的合闸有两种情况．即正常合闸和自动重合闸。由于两者初始条件的差异，如电源电势的幅值及线路上的残余电荷，使上述两种产生的过电压幅值有较大的差异。一般情况下，重合闸过电压较为严重。合闸过电压的大小与电源容量、系统接线方式、线路长度、合闸相位、开关性能、故障类别及限压措施等因素有关，并且各因素相互影响，较为复杂。7.2.1产生过电压的物理过程线路用T型电路来等值，LT，CT分别为线路总的电感、电容，电源电感为LS。等值电路中：L=LS+LT由电路建立微分方程，根据初始条件，可求得电容上的电压为：0若，在电源电压到达峰值时合闸，可认为在振荡初期电源电势Em—保持不变，这样电容上电压可达2UCM。hzkzw0bghzkzhzkz2wdelta在超高压系统中，ω0通常等于1.5-3ω，线路上的电压要超过电源电势的2倍。若计及损耗，但忽略损耗对ω0的影响：如果是重合闸，线路上有残余电荷：线路上过电压的最大值可达3UCMhzkz2whzkz2wdeltach7.2.2影响过电压的因素(1)合闸相位(2)残余电荷(3)断路器合闸的不同期(4)回路损耗(5)电容效应7.2.3限制过电压的措施(1)降低工频电压升高(2)断路器装设并联电阻(3)控制合闸相位(4)消除线路上的残余电荷(5)装设避雷器7.3切除空载线路引起的过电压7.3.1过电压产生的物理过程在断路器打开前，电流i是容性电流，超前线路电压900，且电容上(即线路)的电压近似等于电源电压。当断路器断开后，触头间的电弧将在电流i在过工频零点时熄灭，这时电源上电压刚好为最大值+Em。电弧熄灭后，CT上的残余电荷无处流动，相当于一个直流电压。即线路侧保持此电压+Em，电源侧仍按余弦曲线变化。经过工频半波后，e(t)变为-Em，这时两触头间的电压，即恢复电压为2Em。如果两触头尚未拉开到足够距离，触头间介质的绝缘强度没有得到很好恢复，或绝缘恢复强度的上升速度不够快，则可能在2Em作用下使触头间隙发生电弧重燃。进而发生振荡过程和过电压。CT上的起始电压为+Em，电弧重燃后，它将具有新的“稳态电压”-Em。mmmmCEEEEU3)(1max若高频电流过0时，电弧又熄灭，导线上的残留电位为-3Em，电源仍按余弦曲线变化。再经过半个工频周波，这时触头间恢复电压达到4Em，若再发生电弧重燃，CT上的过电压为mmmmCEEEEU5))3((1max上面是一种理想化的分析，是最严重的情况，它有助于我们了解此类过电压产生的机理。系统实测结果表明，超过3Em的过电压概率是很小的，这是因为过电压受多种因素影响的缘故。qckzw0bg7.3.2影响过电压的因素(1)断路器的性能(2)中性点接地方式(3)损耗(4)其它7.3.3限制过电压的措施(1)采用不重燃断路器(2)在断路器装设分闸电阻(3)线路上装设泄流设备(4)装设避雷器7.4切除空载变压器产生的过电压相当于切除一个小容量的电感负荷；在切断小电感电流时，由于能量小，通常弧道中的电离并不强烈，电弧很不稳定；加之断路器去电离作用很强，可能在工频电流过零前使电弧电流截断而强制熄弧。弧道中电流被突然截断的现象称为”截流”。由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量，从而产生了过电压。7.4.1过电压产生的物理过程设被截断时iL的瞬时值为I0，而电感与电容上的电压相等为U0。开断后在电感与电容中储存的能量为：L、C构成振荡回路。当全部电磁能量转变为电场能时，电容C上的电压最大值Ucmax：若略去截流时电容上的能量，则:qckzb7.4.2影响过电压的因素(1)断路器的性能(2)变压器的参数7.4.3限制过电压的措施在变压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过电压。7.5GIS中快速暂态过电压（VFTO）GIS中的隔离开关在分合空母线时，由于触头运动速度慢、开关本身的灭弧性能差，触头间隙会发生多次重燃，这种破坏性放电引起高频振荡而形成快速的暂态过程，所产生的阶跃电压行波通过GIS和与之相连的设备传播，在每个阻抗突变处产生反射和折射，使波形畸变，引起陡波前过电压，即快速暂态过电压（VFTO）。7.5.1VFTO的产生机理GIS中的隔离开关（DS）和断路器（CB）的操作会产生快速暂态现象。DS两极为插入式同轴圆柱体，操作中触头运动速度慢（约1cm/s数量级），断口在SF6气体中发生多次的预、重击穿。在每一个电压跳变处将产生波前很陡(3-20ns)的阶跃电压波，并向断口两侧传播。—快速暂态过电压（VFTO）。SF6的绝缘性能和灭弧性能都优于空气；GIS的设备间距和母线长度都远小于空气绝缘变电站；产生的阶跃电压波在GIS中不断地产生、来回地传递，发生复杂的折、反射及叠加，形成频率极高(高达数百兆)的暂态振荡。7.5.6GIS的VFTO计算实例VFTO的幅值和很多因数有关，主要取决于GIS装置的结构，网络支路越多，幅值会随之下降，一般都采用单机、单变、单回线供电方式进行研究。3/2GIS断路器接线7.5.2VFTO的特性1）幅值：一般小于2.0p.u.，也有可能超过2.5p.u.。隔离开关操作产生的VFTO较高于断路器操作。2）陡度：DS断口击穿过程中，火花通道会在几个纳秒建立起来，在均匀和稍不均匀场中，通道形成冲击波的上升时间Tr(ns):)//(3.13suKTtr式中，是击穿前的电压(kV)；是Toepler火花常数；s是火花长度(cm)。正常设计的GIS，电压上升时间Tr可为3-20ns，随电场的非均匀度而异。utK)/50(cmnskVKt3）频率：主要有以下的频率分量1）基本振荡频率：几十至数百KHz，该频率电压由整个系统决定，绝缘设计不取决于其数值；2）高频振荡：数十MHz，由行波在GIS内发展形成，构成VFTO的主要部分，决定绝缘设计；3）特高频振荡：高达数百MHz，其幅值较低。7.5.3VFTO的影响因素1）残余电荷：2）变压器的入口电容CT；3）电压的上升时间Tr；4）GIS的支路长度；5）开关弧道电阻6）其它因素的影响reRRTarc)/1(0)1/(])1[(121212xxxVxVxx7.5.4VFTO的危害对于300kV以上的ＧＩＳ，当ＤＳ或ＣＢ操作时，会引起内部的击穿或外接设备的事故。图不同电极表面状态的GIS的伏-秒特性1—电极表面完好2—电极表面有针状突起物１）暂态接地电位升（ＴＧＰＲ）２）对二次设备的影响３）对变压器的影响7.5.5ＶＦＴＯ的防护１）快速动作隔离开关２）合闸电阻３）铁氧体磁环４）改变操作程序和简化接线５）其它