内部过电压概论.

内部过电压概论内部过电压的分类工频过电压概述谐振过电压概述操作过电压概述第一节内部过电压的分类内部过电压的定义电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或其它原因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量转化或传递所造成的电压升高通过电容的静电耦合和互感的电磁耦合，在相邻送电线路之间或变压器绕组之间导线的折断非线性电感（磁饱和现象）满足谐振的条件第一节内部过电压的分类内部过电压的特点过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统标称电压成正比，用Kn表征过电压的高低值系统最高运行相电压幅内过电压幅值nK影响因数有系统结构、中性点运行方式、元件的性能参数、故障性质及操作过程等系统参数变化的原因是多种多样的，因此内部过电压的幅值、振荡频率、持续时间不相同第一节内部过电压的分类内部过电压的分类操作过电压因操作或故障引起的暂态电压升高暂时过电压暂态电压后出现的持续时间较长的工频电压升高或谐振现象，过电压具有稳态性质工频过电压在正常或故障时出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，或称工频电压升高谐振过电压由于操作或故障使系统电感元件与电容元件参数匹配时，发生谐振，产生过电压内部过电压弧光接地解列切空变切空线合空线以内）操作过电压（甩负荷不对称的接地故障空载长线路的电容效应工频电压升高参数铁磁线性谐振谐振过电压暂时过电压s1.0500kV、336km空载线路合闸过电压倍数K随时间的变化曲线合闸后0.1秒内的电压升高：是高幅值、强阻尼、高频率的操作过电压0.1秒至1秒内的电压升高：是由于发电机的调压装置的惰性和线路的电容效应，称为暂时工频电压升高大于1秒后，发电机自动电压调整器发生作用，电压下降，2、3秒后，系统进入稳定状态，这时主要是长线路电容效应引起的稳态工频电压升高内部过电压概论内部过电压的分类工频过电压概述谐振过电压概述操作过电压概述第二节工频过电压概述工频过电压的定义在正常或故障时出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，或称工频电压升高工频过电压的分类空载长线路的电容效应不对称接地故障负荷突变工频过电压的分类空载长线路的电容效应当首端的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响(感性)时，不仅使线路末端电压高于首端，而且使线路首、末端电压高于电源电动势以单相接地故障最为常见，且引起的工频电压升高也最严重不对称接地故障负荷突变断路器跳闸前输送负荷的大小、空载长线路的电容效应、发电机励磁系统及电压调整器的特性、原动机调速器及制动设备的惰性第二节工频过电压概述讨论工频过电压的意义母线侧1.3p.u.线路侧1.4p.u.直接影响操作过电压的幅值持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行（油纸绝缘局放、绝缘子污闪、电晕等）在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时间也给予规定500kV空载变压器1.3p.u.允许持续1min500kV并联电抗器1.4p.u.允许持续1min第二节工频过电压概述讨论工频过电压的意义决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据3、6、l0kV系统工频电压升高可达系统最高运行线电压的1.1倍，避雷器额定电压规定为系统最高运行线电压的1.1倍，称为110％避雷器例如10kV系统的最高运行线电压按1.15Ue考虑，避雷器额定电压为12.7kV决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据35~60kV系统，工频电压升高可达系统最高运行线电压，避雷器额定电压规定为系统最高运行电压的100％，称为100％避雷器例如35kV阀型避雷器的额定电压为41kV110、220kV系统，工频电压升高可达系统最高电压的0.8倍，避雷器额定电压按系统最高电压的80％确定，称为80％避雷器例如：FZ-110J的灭弧电压为100kV决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据330kV及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80％，则根据安装位置的不同分为：电站型避雷器（即80％避雷器）及线路型避雷器（即90％避雷器）两种第二节工频过电压概述工频过电压的限制措施装设并联电抗器：电抗器的感性无功功率部分地补偿了线路的容性无功功率可同时降低线路首端及末端的工频电压升高选择合适的电抗器容量和位置来控制工频电压升高在允许范围内内部过电压概论内部过电压的分类工频过电压概述谐振过电压概述操作过电压概述第三节谐振过电压概述谐振过电压特点及分类电感元件：电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线电感等电容元件：线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形成各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫频率，发生谐振，系统元件上出现过电压第三节谐振过电压概述谐振过电压特点及分类谐振是一种周期性或准周期性的运行状态，直到破坏谐振的条件出现谐振过电压的严重性既取决于它的幅值，也取决于它的持续时间谐振过电压危及电气设备的绝缘持续的过电流烧毁小容量的电感元件，还影响保护装置的工作条件，如避雷器的灭弧条件第三节谐振过电压概述谐振过电压特点及分类系统中的有功负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压的有利因素对应三种电感参数，在一定的电容参数和其他条件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象线性谐振铁磁谐振参数谐振线性电感非线性电感周期性变化的电感第三节谐振过电压概述线性谐振谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。在正弦电源作用下，系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振线性谐振消弧线圈补偿电网：消弧线圈与导线对地电容串联谐振，或接近谐振，中性点出现危险的过电压线路末端接并联电抗器首端断路器非全相操作超高压电网：断开相（A相）有工频电容传递过电压（相间电容的耦合作用）CBA、CCA与LA构成串联谐振回路，参数配合不当时在断开相出现较高的工频谐振过电压第三节谐振过电压概述非线性谐振（铁磁谐振）谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因为铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振非线性谐振（铁磁谐振）断线引起的铁磁谐振过电压断线后非全相运行，可能组成多种串联谐振回路，回路中的电感可以是电网中空载或轻载运行的负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感，回路中的电容可以是导线对地和相间的部分电容，电感线圈对地杂散电容非线性谐振（铁磁谐振）电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压电网出现某些扰动，如电压互感器的突然合闸、瞬间单相弧光接地使健全相电压突升至线电压、故障相接地消失时可能有电压的突然上升，在这些暂态中的涌流使电压互感器三相电感饱和，且饱和程度不同，电网三相对地阻抗明显不同，此时与设备电容或对地电容构成谐振回路，可能激发起各种谐波谐振非线性谐振（铁磁谐振）传递过电压当系统中发生不对称接地故障或断路器不同期操作时，可能出现明显的零序工频电压，通过静电和电磁耦合在相邻输电线路之间或变压器绕组之间产生工频传递现象若与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压非线性谐振（铁磁谐振）铁磁谐振的特点相位反倾现象：回路电流由电感性突变为电容性外激发现象：需要经过过渡过程建立起谐振，维持很长时间不会衰减系统的突然合闸、发生故障以及故障的消除等，这些可造成铁芯电感两端的短时电压升高、大电流的振荡过程或电感中的涌流现象自激现象：没有外界的“冲击扰动”，工作在谐振状态第三节谐振过电压概述参数谐振谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd~Xq的周期性变化）和系统的电容元件（如空载长线）组成回路，当参数配合时，通过电感的周期变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振过电压第18讲内部过电压概论内部过电压的分类工频过电压概述谐振过电压概述操作过电压概述第四节操作过电压概述操作过电压发生在由于“操作”引起的过渡过程“操作”：分、合闸空载线路分、合闸空载变压器、电抗器各类故障，例如接地故障、断线故障等系统的运行状况发生突然变化，导致系统内部电感元件和电容元件之间电磁能量的互相转换，常常是强阻尼的、振荡性的过渡过程第四节操作过电压概述与工频电压升高和谐振过电压相比，其特点：过电压幅值高强阻尼、高振荡性持续时间短（几至几十毫秒）操作过电压的幅值和持续时间与电网结构参数、断路器性能、系统接线、操作类型等因素有关，其中很多因素具有随机性，因此过电压幅值和持续时间也具有统计性第四节操作过电压概述操作过电压类型间歇电弧接地过电压空载变压器分闸过电压（开断电感性负载，还包括电抗器、高压电动机等）空载线路分闸过电压（开断电容性负载，还包括电容器组等）空载线路合闸过电压（包括计划性、重合闸）解列过电压决定电力系统绝缘水平的依据之一对于电压等级低一些的系统，操作过电压虽不是决定绝缘水平的因素，但常因间隙电弧过电压等引起事故随着系统电压的提高，操作过电压的问题就突出出来，若不采取限压措施，将导致设备绝缘费用的迅速增加，因此330kV及以上超高压、特高压系统操作过电压及其限制措施的研究非常重要第四节操作过电压概述相对地绝缘系统过电压倍数3560kV及以下系统（非直接接地）4.0110~154kV系统（非直接接地）3.5110~220kV系统（直接接地）3.0330kV系统（直接接地）2.75500kV系统（直接接地）2.0或2.2规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数第四节操作过电压概述相间绝缘35~220kV的相间操作过电压可取相对地的1.3~1.4倍330kV的相间操作过电压可取相对地的1.4~1.45倍500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数采取必要措施将操作过电压限制在规定水平以下线路上装设并联电抗器，限制工频电压升高改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器采用金属氧化物避雷器限制操作过电压