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1、笫五章电力系统的工频过电压一一.过电压的分类过电压的分类过过电电压压大气过电压大气过电压内部过电压内部过电压操作过电压操作过电压短暂过电压短暂过电压短暂过电压包括谐振过电压及工频过电压短暂过电压包括谐振过电压及工频过电压二、工频过电压二、工频过电压1 1、定义、定义 在正常或故障时，电力系统中所出现在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相电压、频率为工的幅值超过最大工作相电压、频率为工频（频（50Hz50Hz）或接近工频的过电压称为）或接近工频的过电压称为工工频过电压频过电压2 2、特点、特点（1)1)它的大小会干脆影响操作过电压的实际它的大小会干脆影响操作过电压的实际幅值幅值（2
2、 2）它的大小会影响爱护电器的工作条件和）它的大小会影响爱护电器的工作条件和爱护效果爱护效果(3(3）工频电压上升使断路器操作时流过其并）工频电压上升使断路器操作时流过其并联电阻的电流增大联电阻的电流增大（4 4）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响有重大影响3 3、分析结论、分析结论（1 1）工频过电压就其过电压倍数的大小来）工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统中正常绝缘的电气设备一般不够讲，对系统中正常绝缘的电气设备一般不够成危急成危急（2 2）对于超高压系统，确定电气设备的绝）对于超高压系统，确定电气设备的绝缘水平将起愈来愈大的作用缘水平
3、将起愈来愈大的作用v常见类型：v空载线路电容效应引起的电压高；v不对称短路时正常相上的工频电压上升v甩负荷引起发电机加速而产生的电压上升三、空载线路电容效应引起的工频过电压三、空载线路电容效应引起的工频过电压1 1、线路较短时、线路较短时（1 1）等值电路图和相量图）等值电路图和相量图从相量图看出：从相量图看出：由于空载线路的电容效应，空载线路末端电压由于空载线路的电容效应，空载线路末端电压较线路首端电压有较大的上升较线路首端电压有较大的上升电容效应：在无负载电流的状况下，回路中流过容性电电容效应：在无负载电流的状况下，回路中流过容性电流，于是线路末端将有较大的电压上升流，于是线路末端将有较大
4、的电压上升2 2、线路较长时、线路较长时（1 1）等值电路图）等值电路图（2 2）线路距末端）线路距末端X X处电压分布处电压分布式中式中 -系统电源电压系统电源电压 -导线波阻导线波阻 -系统电源的等效电抗系统电源的等效电抗 -光速光速 -该点到线路终端的距离该点到线路终端的距离 -电源角频率电源角频率 -线路长度线路长度线路末端电压最高线路末端电压最高线路长度线路长度L L越长，末端电压升得越高。但由越长，末端电压升得越高。但由于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会超过超过2.92.9倍倍当当即空载线路末端电压恒比首端电压高，且线路越长，末即空载线路末
5、端电压恒比首端电压高，且线路越长，末端电压越高，这种现象称为长输电线路的电容效应，又端电压越高，这种现象称为长输电线路的电容效应，又称为称为费兰梯效应费兰梯效应（5 5）工频电压及其影响因素）工频电压及其影响因素a.a.与电源容量有关，电源容量越小工频电与电源容量有关，电源容量越小工频电压上升越严峻压上升越严峻b.b.通过补偿电容电流，可减弱电容效应以通过补偿电容电流，可减弱电容效应以降低工频过电压降低工频过电压双电源的线路中，合闸时电源容量大的一侧先双电源的线路中，合闸时电源容量大的一侧先合闸，从电源容量小的一侧先分闸合闸，从电源容量小的一侧先分闸四、不对称短路引起的工频电压上升四、不对称短
6、路引起的工频电压上升v对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压上升约为线电压的频电压上升约为线电压的1.11.1倍，因此，在选择避雷器倍，因此，在选择避雷器时，灭弧电压取时，灭弧电压取110%110%的线电压，称为的线电压，称为110%110%避雷器避雷器v对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器灭弧时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器灭弧电压时，取电压时，取100%100%的线电压，称为的线电压，称为100%100%避雷器避雷器v对中性
7、点干脆接地系统单相故障接地时，健全相电压对中性点干脆接地系统单相故障接地时，健全相电压约为约为0.80.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧电压倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧电压取为最大线电压的取为最大线电压的80%80%，称为，称为80%80%避雷器避雷器五、甩负荷时引起的工频电压上升五、甩负荷时引起的工频电压上升v六、工频电压上升的限制措施六、工频电压上升的限制措施v1 1、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应v2 2、利用静止补偿装置（、利用静止补偿装置（SVC)SVC)限制工频过电压限制工频过电压v3 3、接受良导体地线降低输电线路的零序阻
8、抗、接受良导体地线降低输电线路的零序阻抗其次节其次节谐振过电压谐振过电压一、谐振过电压及其分类一、谐振过电压及其分类1.1.谐振过电压定义谐振过电压定义 具有电感电容等元件的电力系统具有电感电容等元件的电力系统可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，当系统进行操作或发生故障时，某些振荡当系统进行操作或发生故障时，某些振荡回路就有可能与外加电源发生谐振现象，回路就有可能与外加电源发生谐振现象，导致系统中某些部分导致系统中某些部分(或设备或设备)上出现过电上出现过电压，这就是谐振过电压。压，这就是谐振过电压。2.2.按其性质可分为三类按其性质可分为三类(1).(
9、1).线性谐振线性谐振(2).(2).铁磁谐振铁磁谐振(3).(3).参数谐振参数谐振二、铁磁谐振的基本原理二、铁磁谐振的基本原理1 1、铁磁谐振、铁磁谐振产生谐振条件产生谐振条件:2 2、物理过程、物理过程(1)(1)串联铁磁谐振回路的伏安特性串联铁磁谐振回路的伏安特性（2 2）分析时留意：）分析时留意：l产生铁磁谐振的必要条件产生铁磁谐振的必要条件l正确分析平衡点的稳定性正确分析平衡点的稳定性3.3.主要特点：主要特点：（1 1）对于确定的）对于确定的 值当值当 都可能产生铁磁谐振都可能产生铁磁谐振（2 2）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生
10、过电压和过电流过电压和过电流（3 3）铁芯的饱和会限制过电压的幅值）铁芯的饱和会限制过电压的幅值三、几种常见的谐振过电压三、几种常见的谐振过电压1 1、传递过电压、传递过电压l发生于中性点绝缘或经稍弧线圈接地的电网中发生于中性点绝缘或经稍弧线圈接地的电网中l通过静电耦合和电磁耦合，在变压器的不同绕通过静电耦合和电磁耦合，在变压器的不同绕组之间或相邻的输电线路之间发生电压的传递组之间或相邻的输电线路之间发生电压的传递l耦合回路在不利参数协作下将出现线性或铁磁耦合回路在不利参数协作下将出现线性或铁磁谐振过电压谐振过电压2 2、断线引起的谐振过电压、断线引起的谐振过电压l由于线路故障断线、断路器的不
11、同期切合和由于线路故障断线、断路器的不同期切合和熔断器的不同期熔断时而形成熔断器的不同期熔断时而形成l限制断线过电压可实行以下措施：限制断线过电压可实行以下措施：(1)(1)保证断路器的三相同期动作，不接受熔断器保证断路器的三相同期动作，不接受熔断器(2)(2)加强线路的巡察和检修，预防发生断线加强线路的巡察和检修，预防发生断线(3)(3)断路器操作后有异样状况，可马上复原，断路器操作后有异样状况，可马上复原，并进行检查并进行检查(4)(4)在中性点接地电网中，操作中性点不接在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。接地
12、。3 3、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压l 在接有在接有Y Y0 0接线的电磁式电压互感器的中性接线的电磁式电压互感器的中性点不接地系统中，当出现某些扰动，使电压点不接地系统中，当出现某些扰动，使电压互感器各相电感的饱和程度不同时，有可能互感器各相电感的饱和程度不同时，有可能出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过电压。电压。l常见的扰动有：电压互感器的突然合闸、常见的扰动有：电压互感器的突然合闸、由于雷击或其他缘由发生瞬间单相弧光接地、由于雷击或其他缘由发生瞬间单相弧光接地、传递过电压传递过电压l限制措施：限制措
13、施：l(1)(1)选用励磁特性较好的电压互感器或选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器改用电容式电压互感器l(2)(2)在电磁式电压互感器的开口三角绕在电磁式电压互感器的开口三角绕组中加阻尼电阻组中加阻尼电阻l(3)(3)在母线上加装确定的对地电容在母线上加装确定的对地电容l(4)(4)实行临时的倒闸措施实行临时的倒闸措施笫六章电力系统操作过电压操 作 过 电 压v操作过电压操作过电压：是由系统中断路器操：是由系统中断路器操作中各种故障产生的过渡过程引起的。作中各种故障产生的过渡过程引起的。特点特点：幅值高、存在高频振荡、强阻尼、幅值高、存在高频振荡、强阻尼、持续时间短的特点。持续
14、时间短的特点。一、一般特征一、一般特征1 1、持续时间比较短、持续时间比较短2 2、其幅值与系统相电压幅值有确定倍数关系、其幅值与系统相电压幅值有确定倍数关系3 3、其幅值与系统的各种因素有关，有猛烈的统、其幅值与系统的各种因素有关，有猛烈的统 计性计性 4 4、依据系统的电压等级不同，显示重要性、依据系统的电压等级不同，显示重要性也不同也不同5 5、在超高压系统中，它是确定系统绝缘水、在超高压系统中，它是确定系统绝缘水平依据之一平依据之一常见类型：常见类型：v中性点不接地系统弧光接地过电压中性点不接地系统弧光接地过电压v空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压v切空载线路过电压切空载线路过电压v
15、切空载变压器过电压切空载变压器过电压二、间隙电弧接地过电压二、间隙电弧接地过电压1 1、产生缘由、产生缘由 在中心点不接地系统中，当一相发生在中心点不接地系统中，当一相发生故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧接地过电压）接地过电压）2.单相接地电路图及相量图单相接地电路图及相量图3、分析留意几点留意几点（1 1）应假设某故障相达到最大值时电弧接地，）应假设某故障相达到最大值时电弧接地，这是最严峻状况这是最严峻状况（2
16、 2）驾驭某一状态、某一时间下电压初始值、）驾驭某一状态、某一时间下电压初始值、稳态值稳态值（3 3）过电压的最大幅值可用下面公式估算）过电压的最大幅值可用下面公式估算 过电压幅值过电压幅值=稳态值稳态值+（稳态值（稳态值-初始值）初始值）4 4、影响因素、影响因素（1 1）电弧熄灭与重燃时的相位）电弧熄灭与重燃时的相位（2 2）系统的相关参数）系统的相关参数（3 3）中性点接地方式）中性点接地方式5、限制措施：、限制措施：中性点安装消弧线圈中性点安装消弧线圈6 6、消弧线圈及其对限制电弧接地过电压的作用、消弧线圈及其对限制电弧接地过电压的作用（1 1）消弧线圈）消弧线圈 是一个铁芯有气隙的消
17、弧线圈，它接在是一个铁芯有气隙的消弧线圈，它接在中性点与地之间中性点与地之间(2)(2)中性点经消弧线圈接地后的电路图及相量图中性点经消弧线圈接地后的电路图及相量图（3 3）作用）作用 当故障相接地，非故障相电流应包括当故障相接地，非故障相电流应包括原先通过的电容电流加上流过消弧线圈上原先通过的电容电流加上流过消弧线圈上电流，两者相位反向，使接地点电流（称电流，两者相位反向，使接地点电流（称经消弧线圈补偿后的残流）削减到足够少，经消弧线圈补偿后的残流）削减到足够少，使接地电弧很快熄灭且不易重燃。使接地电弧很快熄灭且不易重燃。（4 4）消弧线圈的补偿度）消弧线圈的补偿度 是消弧线圈电感电流补偿系
18、统对地电容电是消弧线圈电感电流补偿系统对地电容电流的百分数流的百分数有三种运行状态：有三种运行状态：l欠补偿欠补偿l全补偿全补偿l过补偿过补偿三、空载线路分闸过电压三、空载线路分闸过电压1 1、产生缘由、产生缘由 在切除空载线路时，断路器触在切除空载线路时，断路器触头间的电弧重燃头间的电弧重燃2.2.切除空载线路时的等值电路切除空载线路时的等值电路 用单相集中参数的简化等效电路来进行分析触头间电压ur(t)为3 3、分析、分析留意留意（1 1）可从产生过电压最严峻的状态下分析）可从产生过电压最严峻的状态下分析（2 2）把握好每一状态下起始和稳定值）把握好每一状态下起始和稳定值（3 3）只须考虑
19、在振荡过程中产生的最大过）只须考虑在振荡过程中产生的最大过电压幅值电压幅值5 5、限制措施、限制措施（1 1）提高断路器灭弧性能）提高断路器灭弧性能（2）接受带并联电阻的断路器）接受带并联电阻的断路器四、空载线路合闸过电压四、空载线路合闸过电压1 1、产生缘由、产生缘由 在支配性合闸或自动重合闸时，由于系统在支配性合闸或自动重合闸时，由于系统中储能元件存在，状态的变更将引起振荡型的中储能元件存在，状态的变更将引起振荡型的过渡过程。过渡过程。2 2、产生的物理过程、产生的物理过程（1 1）支配性合闸）支配性合闸（2 2）自动重合闸）自动重合闸空载线路支协作闸过电压由于正常的运行须要而进行的合闸操
20、作叫正常合闸。在电压峰值处合闸时过电压最大，电源电压变更是比较缓慢的。Em为稳态重量12.1.2 重合闸过电压 自动重合闸是线路发生故障后，由继电爱护系统限制的合闸操作。重合闸时在线路上可能出现的最大过电压幅值为3Em,波形如图12-2(b)所示。3 3、影响因素、影响因素（1 1）合闸相位）合闸相位（2 2）线路残余电压的大小与极性）线路残余电压的大小与极性4 4、限制措施、限制措施（1 1）接受带并联电阻的断路器）接受带并联电阻的断路器(2)(2)消退和减弱线路残余电压消退和减弱线路残余电压（3 3）同步合闸）同步合闸（4 4）安装避雷器）安装避雷器五、切除空载变压器过电压五、切除空载变压
21、器过电压1.1.切除空载变压器等值电路切除空载变压器等值电路2 2、产生缘由、产生缘由 空载变压器切除前流过空载变压器的电流空载变压器切除前流过空载变压器的电流很小，当断路器在切除相对很小的空载励磁电很小，当断路器在切除相对很小的空载励磁电流时，使空载电流未到零之前就发生熄弧（称流时，使空载电流未到零之前就发生熄弧（称为空载电流的突然为空载电流的突然“截断截断”），由于这一），由于这一“载载断断”，使载断前的磁场能量全部转变为电场能，使载断前的磁场能量全部转变为电场能量，从而产生空载变压器过电压量，从而产生空载变压器过电压3 3、物理过程、物理过程可用能量守恒原理分析可用能量守恒原理分析4 4、影响因素、影响因素与空载电流截断值以及变压器自振频率有关与空载电流截断值以及变压器自振频率有关与断路器灭弧性能有关与断路器灭弧性能有关与变压器引线电容大小有关与变压器引线电容大小有关5、限压措施、限压措施主要接受阀型避雷器主要接受阀型避雷器