第9章习题

第9章操作过电压与绝缘配合9-1试用集中参数等值电路来分析切空载线路过电压。9-2空载线路合闸过电压产生的原因和影响因素是什么？9-3某220kV线路全长500km，电源阻抗SX=115Ω，线路参数为0L=1.0mH/km，0C0C=0.015µF/km，设电源的电势为E=1.0p.u.，求线路空载时首末端的电压。9-4切除空载线路过电压与切除空载变压器时产生过电压的原因有何不同？断路器灭弧性能对这两种断路器有何影响？9-5为何阀式避雷器只能限制切空载变压器过电压而不能用来限制其它操作过电压？9-6断路器中电弧的重燃对这种过电压有什么影响？9-7试分析在电弧接地引起的过电压中，若电弧不是在工频电流过零时熄灭，而是在高频振荡电流过零时熄灭，过电压发展情况如何？9-8试述消除断续电弧接地过电压的途径。9-9试说明绝缘配合的重要性，实际应用中是如何考虑绝缘配合的？9-10试确定220kV线路杆塔的空气间隙距离和每串绝缘子的片数，假定该线路在非污秽地区。9-1试用集中参数等值电路来分析切空载线路过电压。答：我们用单相集中参数的简化等效电路来进行分析，如图9-1所示，在S断开之前线路电压UC(t)=e(t),设第一次熄弧（设时间为t1）发生断路器的工频电容电流ic(t)过零时，如图所示，线路上电荷无处泄放，uc(t)保留为Em，触头间电压ur（t）为Ur(t)=e(t)-Em=Em(coswt-1)经过半个周期以后，e(t)变为-Em，这时两触头间的电压，即恢复电压2Em。此时，如果触头间的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t2时刻发生电弧重燃，相当于一次反极性重合闸，UCmax将达到-3Em，设在t＝t3时，高频(重合闸过程，回路振荡的角频率为TLC/10，大于工频下的M)电容电流第一次过零时熄弧，则uc(t)将保持-3Em，又经过T／2后，e(t)又达最大值，触头间电压ur(t)为4Em。若此时触头再度重燃，则会导致更高幅值的振荡，UCmax将达+5Em。依此类推，每工频半周重燃一次，线路电压将达很高数值，直至触头间绝缘足够高，不再重燃为止。线路上的过电压将不断增大，一直达到很高的数值。图9-1切除空载线路时的等值计算电路图9-2空载线路合闸过电压产生的原因和影响因素是什么？答：产生的原因是合闸过程中电流无法突变，电路产生非周期分量，引起衰减性振荡，当时间达到某一值时，电压达到最大值，产生合闸过电压。影响因素一是合闸相位，二是线路损耗，三是线路上残压的变化。9-3某220kV线路全长500km，电源阻抗XS=115Ω，线路参数为L0=1.0mH/km，C0=0.015µF/km，设电源的电势为E=1.0p.u.，求线路空载时首末端的电压。解：略9-4切除空载线路过电压与切除空载变压器时产生过电压的原因有何不同？断路器灭弧性能对这两种断路器有何影响？答：切除空载线路过电压时切断的是电容电流，在介质的绝缘强度没有恢复的情况下，电弧的重燃导致电压的升高，产生过电压。而切除空载变压器时切断的是电感电流，变压器的等效回路LT、CT中产生电磁振荡，而截流现象使空载电流未过零之前就因强制熄弧而切断，此时电流不能突变，造成电容电压继续升高，产生过电压。在第一种情况下，断路器如果绝缘强度不高的话，接触点会产生重燃，而重燃加剧了电压的升高，如果要避免这种情况，就要增强断路器的灭弧性能；在第二种情况下，断路器截流能力不强则切空变过电压也比较低，反之则高。另外，如果断路器去游离作用不强时（由于灭弧能力差），截流后在断路器触头间可引起电弧重燃，使变压器侧的电容电场能量向电源释放，从而降低了这种过电压。9-5为何阀式避雷器只能限制切空载变压器过电压而不能用来限制其它操作过电压？答：阀式避雷器的通流能力和热容量有限，切空载变压器时产生的过电压幅值和电流较小，而其它操作过电压幅值较大，如在操作过电压下动作，往往发生爆炸或损坏。9-6断路器中电弧的重燃对这种过电压有什么影响？答：断路器中电弧的重燃可能会导致电磁振荡，从而引起过电压。9-7试分析在电弧接地引起的过电压中，若电弧不是在工频电流过零时熄灭，而是在高频振荡电流过零时熄灭，过电压发展情况如何？答：如果在高频电流分量过零时电弧不熄灭，则故障点的电弧将持续燃烧半个工频周期(2T)，直到工频电流分量过零时才熄灭(t2瞬间)，由于工频电流分量cI与AU的相位差为90。，t2正好是uA＝－UΦ的瞬间。以后发生的隔半个工频周期的熄弧与再隔半个周期的电弧重燃，其过渡过程与上面完全重复，且过电压的幅值也与之相同。9-8试述消除断续电弧接地过电压的途径。答：为了消除电弧接地过电压，最根本的途径是消除间歇性电弧。若中性点接地，一旦发生单相接地，接地点将流过很大的短路电流，断路器将跳闸，从而彻底消除电弧接地过电压。目前110kV及以上电网大多采用中性点直接接地的运行方式，而35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。9-9试说明绝缘配合的重要性，实际应用中是如何考虑绝缘配合的？答：绝缘的击穿是造成停电的主要原因之一，因此电力系统运行的可靠性，在很大程度上决定于设备的绝缘水平和工作状况，因此有必要考虑绝缘配合。实际应用中绝缘配合的考虑：（1）考虑到设备在运行时要承受运行电压、工频过电压及操作过电压，对电气设备绝缘规定了短时工频试验电压，对外绝缘还规定了干状态和湿状态下的工频放电电压；（2）考虑到在长期工作电压和工频过电压作用下内绝缘的老化和外绝缘的抗污秽性能，规定了设备的长时间工频试验电压；（3）考虑到雷电过电压对绝缘的作用，规定了雷电冲击试验电压等。9-10试确定220kV线路杆塔的空气间隙距离和每串绝缘子的片数，假定该线路在非污秽地区。答：220kV线路杆塔的空气间隙距离：按工作电压要求的S1值为65cm，按操作过电压要求的S2值为145cm，按雷电过电压要求的S3值为190cm，而每串绝缘子的片数至少为13。