11-12电力系统内部过电压

电力系统内部过电压由于开关操作、故障或其他原因，使电力系统参数发生变化，引起内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高——电力系统的内部过电压。能量来自电网本身，大小与电网工作电压有一定关系。用工作电压的倍数（过电压倍数p.u.）来表示。11电力系统内部过电压32nUkUk—容许电压偏离系数对220kV及以下系统：15.1k对330~500kV系统：1.1k内部过电压暂态过电压操作过电压工频电压升高谐振过电压切空线过电压合空线过电压切空变过电压间歇电弧接地过电压线性谐振过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压空载长线的电容效应不对称短路引起的工频过电压甩负荷引起的工频电压升高在一定位置上的相对地或相间的过电压，具有一定的振荡频率，由于无阻尼或弱阻尼，因此持续时间较长。操作过电压是电磁过渡过程的过电压。(0.1s以内)电力系统内部过电压类型411.1工频过电压（工频电压升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接地过电压11.4切除空载线路过电压11.5空载线路合闸过电压11.6切除空载变压器过电压11电力系统内部过电压11.1工频过电压（工频电压升高）电力系统中在正常或故障时可能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，统称工频过电压。直接影响操作过电压的幅值决定避雷器额定电压的重要依据持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响（绝缘内部游离、过热、电晕等）611.1工频过电压（工频电压升高）11.1.1空载长线的电容效应11.1.2不对称短路引起的工频电压升高11.1.3甩负荷引起的工频电压升高11电力系统内部过电压11.1.1空载长线的电容效应)(te0R0LTRTL2TC)(aRLC)(bRLuCuERULUCU)(cIu2TC)(teijjRLCLCEUUURIXIXI若忽略R的作用：j()LCLCEUUIXX输电线路不太长，集中参数电路进行分析：一般R要比XL、XC小得多，而工频下空载线路的XC比XL大11.1.1空载长线的电容效应输电线路长度增加，分布参数电路进行分析。dxL0SXxdxU1I1U2I2EUxdxC0xlEUxcos)cos(cosS00arctanXLZZC，，2U1U02U1UlxU..（1）空载时线路上的各点电压按余弦分布)cos(coscos)cos(cos02lExlEUxxUUxcos211.1.1空载长线的电容效应（2）线路末端电压升高程度与线路长度有关lUllExlEUlxcoscos)cos(coscos)cos(cos21lUUcos112线路长度越长，末端工频电压越高。对架空线路，约为0.06/km901500km0.06/kmool90lU2，线路处于谐振状态。（3）工频电压升高受电源容量的影响11.1.1空载长线的电容效应xllExlEUxcossinsincoscoscoscos)cos(cosScoscoscostansincossinEExxXllllZ电源容量越小（感抗XS越大），升高越严重。单电源供电，应取最小运行方式时的XS为依据。在双端电源供电，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。ERULUCUI00.9μH/mL00.0127nF/mC例：某500kV线路，长250km，电源电抗XS=263.2，线路参数，2.266100127.0109.09600CLZ00o69o32180500.9100.0127100.062501015lLCll2S1.41263.2cos15sin15cossin266.2EEUEXllZ2S1.035cos15cossinEEUEXllZ若Xs=0求线路终端电压？11.1.1空载长线的电容效应措施：补偿容性电流；超高压系统中为限制电容效应引起的工频电压升高，广泛采用并联电抗补偿0.6LCQQ1311.1工频过电压（工频电压升高）11.1.1空载长线的电容效应11.1.2不对称短路引起的工频电压升高11.1.3甩负荷引起的工频电压升高11电力系统内部过电压11.1.2不对称短路引起的工频电压升高系统中不对称短路故障，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短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，称为不对称效应。系统在发生不对称故障时，故障点各相电压和电流是不对称的，可以采用对称分量法利用复合序网进行分析。工频电压升高----决定避雷器额定电压的依据3、6、l0kV中性点不接地系统，可达最高运行线电压的1.1倍，取作避雷器的额定电压。如10kV系统最高电压按1.15UN考虑，则避雷器额定电压为12.7kV。(35-60)kV系统，一般采用消弧线圈接地，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的100％，选用的避雷器的灭弧电压规定为系统最高电压，称为100％避雷器，例如35kV避雷器的灭弧电压为41kV。＊对110、220kV系统，若中性点接地，则避雷器的灭弧电压则按系统最高电压的80％确定，称为80％避雷器，例如FZ-110J的灭弧电压为100kV。＊对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1711.1工频过电压（工频电压升高）11.1.1空载长线的电容效应11.1.2不对称短路引起的工频电压升高11.1.3甩负荷引起的工频电压升高11电力系统内部过电压引起工频电压升高的原因：（1）发电机电势不能突变。（2）空载长线的电容效应。（3）调速器和制动设备的惰性。在短时间内（一般持续数秒钟）电压和频率均上升，工频电压升高就更严重。11.1.3甩负荷引起的工频电压升高运行经验表明，若系统发生单相接地，使线路突然甩负荷，考虑到线路的容升效应，工频过电压可达2p.u.。1911.1工频过电压（工频电压升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接地过电压11.4切除空载线路过电压11.5空载线路合闸过电压11.6切除空载变压器过电压11电力系统内部过电压11.2谐振过电压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。谐振是一种周期性或准周期性的运行状态。发生谐振的那个谐波的振幅会急剧上升，且持续时间长，甚至稳定存在，属于暂时过电压。有功负荷能阻尼振荡和限制谐振过电压。但对于零序回路的谐振，正序的有功负荷不起作用。谐振过电压可在各种电压等级的电力系统中产生，尤其是在35kV及以下系统中，因谐振造成的事故较多。11.2谐振过电压2211.2谐振过电压11.2.1谐振过电压的类型11.2.2铁磁谐振过电压11.2.3几种常见的谐振过电压11电力系统内部过电压11.2.1谐振过电压的类型线性谐振：谐振回路由不带铁芯的电感元件或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件,和系统中的电容元件所组成。参数谐振：电感发生周期性变化，如发电机电感的大小随转子位置而周期性地变化。铁磁谐振：当电感元件带有铁心（如变压器、电压互感器等）时，一般都会出现饱和现象。这时电感不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。电感值呈现非线性特性，所以铁磁谐振又称为非线性谐振。2411.2谐振过电压11.2.1谐振过电压的类型11.2.2铁磁谐振过电压11.2.3几种常见的谐振过电压11电力系统内部过电压11.2.1铁磁谐振过电压ELCLUCURIUIPIP)(IUC)(IUL)(IUE031a2aamn感性电流容性电流必要条件：UC和UL两条曲线相交。过交点后回路呈容性。CL10L0为未饱和时的电感值三个平衡点二、铁磁谐振产生的物理过程LCEUUCLUUUEUIPIP)(IUC)(IUL)(IUE031a2aamn感性电流容性电流稳定点分析（小扰动法）a1点：无过电压，非谐振工作状态。a3点【谐振点】1111aaIUEaaI1111aaIUEaaI1a为稳定点LCEUUCLUUUEUIPIP)(IUC)(IUL)(IUE031a2aamn感性电流容性电流跃变过程电源电压逐渐升高，工作点由0逐渐上升到m，然后跃变到n点，再继续上升，电流由感性变成容性，相位反倾。回路电流激增，电感和电容上的电压大幅度提高——铁磁谐振的基本现象。谐振一旦激发，可以自保持，维持很长时间而不衰减。UIPIP)(IUC)(IUL)(IUE031a2aamn感性电流容性电流自激现象：电源电压很高时，△U与E的交点只有1个，只有一个稳定的谐振点，不需要激发，回路就处于谐振状态。22()EUUIR回路电阻的影响曲线△U抬高，当R增加到一定数值时，回路上只能有一个稳定的非谐振工作点，从而消除谐振的可能性。（1）必要条件：电感不是常数，存各种谐波谐振的可能性。（2）回路可能有非谐振状态和谐振状态。电路稳定状态取决于外界冲击引起的过渡过程。（3）非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值。回路损耗抑制了谐振过电压。电力系统中的铁磁谐振过电压往往发生在变压器处在空载或轻载的时候。CL10三、铁磁谐振的基本特点线性与非线性谐振比较：条件产生谐振频率限制线性与电源大小无关，由参数配合产生基波回路电阻非线性时要有激发，激发后能自保持；自激基波、高次、分次谐波电感饱和可以限制过电压幅值CL1CnLn10mUEmUE初态电感3111.2谐振过电压11.2.1谐振过电压的类型11.2.2铁磁谐振过电压11.2.3几种常见的谐振过电压11电力系统内部过电压A相电源侧导线对地电容及相间电容分别为：A相负载侧线路长度为l，导线折断处至电源短距离为00xCC1212xCC00)1(CxC1212)1(CxC中性点绝缘系统，线路末端接有空载变压器，A相导线折断)1~0(xxl忽略电源内阻抗、线路感抗中性点不接地系统单相断线接地11.2.3几种常见的谐振过电压abcLABC'12C'0C'12C''0C''12C''12CLL12C0C0ClxlAETTT..''0C''122C1.5LabAETA.1.5'122C02C线路正序电容与零序电容的比值01203CCC''''00122(12)(1)3CCCCx0AA''01231.51.5212CEEECCCab1.5LTE.00)1(CxC1212)1(CxCabcLABC'12C'0C'12C''0C''12C''12CLL12C0C0ClxlAETTT.''0C''122C1.5LabAETA.1.5Cab1.5LTE.对策：（1）保证断路器三相同时动作;不采用熔断器设备；（2）在中性点直接接地的电力系统中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器的中性点临时接地。0m14.5CX3611.1工频过电压（工频电压升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接地过电压11.4切除空载线路过电压11.5空载线路合闸过电压11.6切除空载变压器过电压11电力系统内部过电压产生于中性点不接地系统（66kV及以下