变电站过电压在线监测及变压器绝缘状态安全分析

变电站过电压在线监测及变压器绝缘状态安全分析题目：变电站过电压在线监测及变压器绝缘状态安全分析院系：西南交通大学网络教育学院专业：电气工程及其自动化姓名：林晓指导教师：解绍锋西南交通大学网络教育学院院系西南交通大学网络教育学院专业电气工程及其自动化年级2021秋学号13927150姓名林晓学习中心福建学习中心指导教师解绍锋题目变电站过电压在线监测及变压器绝缘状态安全分析指导教师评语是否同意答辩过程分(满分20)指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日毕业设计任务书班级2021秋学生姓名林晓学号13927150发题日期：年月日完成日期：年月日题目变电站过电压在线监测及变压器绝缘状态安全分析题目类型：工程设计√技术专题研究理论研究软硬件产品开发一、设计任务及要求1.过电压类型的统计和特点分析；2.目前过电压在线监测装置性能比较；3.变压器绝缘配合方法分析；4.变压器寿命预测；二、指导教师提供的设计资料1.《电力系统过电压与绝缘配合》指导、参考资料；三、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）1.《电气绝缘与过电压》2.变电站电气部分、变压器设计原理等教材。四、设计进度安排第一部分熟练课题，、整理课题（1周）第二部分收集查找相关资料（2周）第三部分编写设计提纲（3周）第四部分根据提纲进行设计（4、5周）第五部分毕业设计论文文档编写整理（6周）评阅及答辩（1周）指导教师：年月日学院审查意见：审批人：年月日诚信承诺一、本设计是本人独立完成；二、本设计没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩资格。承诺人：年月日摘要...................................................................................................I第1章绪论.(1)1.1引言(1)1.2国内外过电压监测装置及安全分析的现状(1)1.3本论文研究的主要内容(2)第2章过电压类型及特点分析(3)2.1过电压类型综述(3)2.2外部过电压(4)2.2.1直击雷过电压(4)2.2.2感应雷过电压(4)2.2.3流动波过电压(4)2.3内部过电压(5)2.3.1工频电压升高(5)2.3.2谐振过电压(5)2.3.3操作过电压(6)2.4小结(8)第3章过电压在线监测装置(9)3.1概述(9)3.2大电力系统电压等级变电站的过电压在线监测(9)3.2.1故障录波装置概述(10)3.2.2大电力系统过电压的在线监测系统(10)3.3小电力系统及配电系统过电压在线监测装置(11)3.4小结(14)第4章变压器绝缘配合及寿命预测(15)4.1概述(15)4.2惯用法(15)4.3变压器绝缘状态分析与寿命的预测(17)4.3.1概述(17)4.3.2过电压对变压器寿命的影响(18)4.3.3变压器寿命预测(19)4.4小结(21)结论(22)致谢(23)参考文献(24)摘要随着电力系统不断发展及供电可靠性要求的不断提高，对电气设备各种性能指标的在线监测就越显得重要，而过电压的在线监测就是其中一个很重要的内容。通过对电力系统暂态过电压的在线监测，可以反映电气设备的状况，分析过电压发生发展过程，对电网的影响提供可靠和准确的信息；还可为处理事故，提出改进措施提供重要参考依据。同时，也为电器制造厂改进产品及研制新产品提供了实际有利的运行资料。本文对大电力系统的过电压监测情况进行了整体地分析，并论述了在线监测装置将来的发展趋势。在大电力系统中，过电压在线监测系统与传统的故障录波装置相比较不但有精度高，速度快等优点，而且还能监测到快速的雷电过电压。电力系统的过电压分布情况决定了电气设备的绝缘水平，文章分析了各种原因对变压器绝缘寿命的影响，重点研究过电压对变压器寿命的影响，并粗略的估算出变压器剩余寿命公式，为电力系统安全运行提供科学依据。最后，对本文的工作进行了总结和提出了下一步工作的展望。关键词：过电压，在线监测，剩余寿命I西南交通大学网络教育毕业设计（论文）第1页第1章绪论1.1引言电力系统运行的可靠性主要由停电次数及停电时间来衡量，尽管停电原因很多，但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取决于设备的绝缘水平及工作状况。电气设备的绝缘长期处于工作电压的作用下，在运行过程中，电压还可能升高而超过工作电压(即内过电压)，其电源是系统中发电机的电动势，常见的原因是正常或事故操作会在系统中引起振荡过程或谐振现象。除了内部过电压外，电气装置的绝缘还有可能受到雷电过电压的作用，其产生原因是雷击于电气装置或沿导线传播作用于电气装置。因此在电力系统中对过电压的监测和分析有着极其重要的意义，它可分析过电压发生发展过程，对电网的影响提供可靠和准确的信息；还可为处理事故，提出改进措施提供重要参考依据。同时，也为电器制造厂改进产品及研制新产品提供了实际有利的运行资料。根据过电压的在线监测与统计分析，可以分析绝缘故障概率，再配合其他预防性试验判断设备的绝缘状况，做好预测及防护措施，力保变电站电力设备物绝缘安全，保证电力系统供电的可靠性。1.2国内外过电压监测装置及安全分析的现状目前国内外对过电压的研究做了不少工作，总的概括起来有以下几种方法：一、实验室物理模拟研究在实验室中根据过电压的产生机理以及实际的系统运行情况，来进行模拟。目前在实验室中可以模拟雷电冲击过电压以及操作过电压等。这种方法对过电压的研究做出了巨大的贡献。但是这种方法也有它的局限性，因为实际情况是错综复杂的，对过电压的影响因素很多，同时有可能几种过电压交织在一起。因此实验室模拟不可能完全真实的模拟现场过电压。二、计算机仿真计算计算机仿真就是根据电力系统情况来建造一个数学模型，在计算机上对此数学模型进行实验和研究，以达到对真实的过电压进行研究的目的。这种方法能够克服实验室模拟的某些物理局限性，近年来得到广泛的发展，比如EMPT暂态过西南交通大学网络教育毕业设计（论文）第2页电压计算等软件，但是这种方法也不可能作到与真实情况完全一致。三、在线监测国内对过电压在线监测装置的研究和开发是20世纪90年代才开始的，但其发展速度较快，它克服了以上两种方法的局限性，可以监测到真实可靠的过电压波形。然后通过RS232端口，将数据传输给计算机，然后通过软件系统，对过电压进行分析。目前，国内类似的装置也有不少，其特点将在第三章详细论述。在线监测技术有三要素：信息采集、数据处理与分析、处理意见与决策，本课题就是着重从数据处理与分析方面来研究过电压规律及绝缘配合问题的。因此，有很重要的现实意义。1.3本论文研究的主要内容本论文研究的主要内容就是对从电力系统现场收集过来的近半年的过电压数据进行分析，然后针对变电站中较重要的设备(如变压器)进行绝缘配合分析，并对变压器剩余寿命进行了粗略估算，为安全运行提供了科学的监测依据，具体为：1、对现有过电压在线监测装置进行比较分析，可分为大电网及配电电网中所用的不同种类过电压在线监测装置，并论述了线监测装置将来的发展趋势。2、分析各种原因对变压器绝缘寿命的影响，重点研究过电压对变压器寿命的影响，并粗略的估算出变压器剩余寿命公式，为电力系统安全运行提供科学依据。西南交通大学网络教育毕业设计（论文）第3页第2章过电压类型及特点分析2.1过电压类型综述过电压是电力系统在一定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象，其类型是多种多样的。它的波形、电压幅值、持续时间以及产生原因都各不相同，但是就其产生根源来说，过电压分为外部过电压和内部过电压两大类型。外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，由于大气中的雷云对地面放电而引起电网电压不正常升高。雷电过电压的持续时间极短，约在50~80脚之间，最大雷电流的幅值达到20OAk以上，具有脉冲的特性，称为雷电冲击波。当雷击输电线路或电气设备上时，会产生数百万伏以上的极高过电压，足以将所有的绝缘结构击穿损坏。雷电过电压又可分为：直击雷过电压、感应雷过电压和流动波过电压三种，雷电过电压的特点是，持续时间短，幅值大，危害性大。内部过电压是电力系统内部的能量转化或传递引起的，由于内过电压的能量来自电网本身，所以，它的幅值和电网的工频相电压基本上成正比例，通常把过电压的幅值与电网该处最大运行相电压幅值的比值称为内过电压倍数。由于产生的原因不同，内过电压可分为：暂时过电压和操作过电压，其中暂时过电压又分为工频电压升高和谐振过电压，一般操作过电压的持续时间较短，而工频电压升高和谐振过电压的持续时间要长得多。表2-1各过电压类型及相互关系西南交通大学网络教育毕业设计（论文）第4页2.2外部过电压外部过电压又称大气过电压，主要是雷电过电压。雷电是一种自然现象，是指雷云放电时所表现出的雷鸣电闪，即带电荷的雷云(雷电云)与大地之间或带异号电荷雷云之间的气体放电。从雷电放电所造成的后果来讲，人们更关心雷云与大地之间的放电，这将对人、动物、建筑物、电气设备、通讯网络等造成的破坏很大，甚至造成巨大的经济损失。雷电过电压分为直击雷过电压、感应雷过电压和流动波过电压。2.2.1直击雷过电压雷云直接对设备或导线放电引起的电网电压升高，叫做直击雷过电这类过电压幅值最高，危害性最大。对直击雷过电压的防护一般采用避雷针或避雷线，我国运行经验表明，凡按规程要求正确装设避雷针、避雷线和接地装置的发电厂、变电站，绕击和反击的事故都非常低，每年每一百个变电站发生绕击或反击约为.03次，防雷效果是很可靠的。2.2.2感应雷过电压设备或导线附近(几米至几百米)发生雷云放电时，在设备或导线上由于静电感应而产生的短时过电压，叫做感应雷过电压，其幅值要比强雷时的直击雷过电压低得多，通常只对35kV及以下的线路具有危险性。感应雷过电压包含静电感应和电磁感应两个分量。感应过电压的静电分量和电磁分量都是在主放电过程中，由统一的电磁场的突变而同时产生的，由于主放电通道和导线差不多互相垂直，互感不大，电磁感应较弱，因此电磁感应分量要比静电感应分量小得多，故静电分量将起主要的作用。2.2.3流动波过电压西南交通大学网络教育毕业设计（论文）第5页线路的导线上受到雷电直击、反击或产生感应时，雷电波沿着导线向发电厂升压站或变电站传递，从而使变电站的设备上出现过电压，叫做流动波过电压。对流动波过电压防护的主要措施是合理确定变电站内装设避雷器的类型、参数、数量和位置；同时在线路上采取辅助措施，来限制流过避雷器的雷电流和降低流动波陡度；变电站电气设备上过电压幅值限制在电气设备的雷电冲击耐受电压以下。2.3内部过电压在电力系统内部，由于断路器的操作或系统故障，使系统参数发生变化，由此发生的电力系统内部电磁能量转化或传递的过渡过程中出现过电压，这种过电压叫内部过电压。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、振荡频率以及持续时间不尽相同。通常可按产生原因将内部过电压分为操作过电压及暂时过电压。操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，而暂时过电压包括工频电压升高和谐振过电压。若以其持续时间长短区分，一般持续时间在0.1秒(五个工频周期)以内的称为操作过电压，持续时间长的过电压则称为暂时过电压，它是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，由于无阻尼或具有弱阻尼，因此持续时间较长。2.3.1工频电压升高在电力系统中，由于运行方式有时在操作或故障下突然改变而出现幅值超过最大运行相电压幅值、频率为工频或接近工频的过电压，称为工频电压升高。几种常见的工频电压升高是：空载长线路的电容效应引起的电压升高；不对称短路时正常相上的工频电压升高；甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高等。工频电压升高一般来说对系统中正常绝缘的电气设备是没有危险的，但伴着工频电压升高而同时发生的操作过电压会达到很高的幅值，在这种情况下，工频电压升高就直接影响操作过电压的数值。另一方面，工频电压升高又是决定保护电器工作条件的重要因素，它直接影响到避雷器的保护特性，影响到避雷器的安全