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1、1第二篇第二篇 电力系统过电压及保护电力系统过电压及保护第七章第七章 线路和绕组中的波过程线路和绕组中的波过程2 电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工作电压的作用外，还会受到各种比作电压的作用外，还会受到各种比工作电压工作电压高得多高得多的电压的短时作用，这种电压就称之为的电压的短时作用，这种电压就称之为过电压过电压。过电压过电压就是指电力系统中出现的对绝缘有危险的就是指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位升高。电压升高和电位升高。3 过电压的分类过电压的分类 工频电压工频电压 暂时过电压暂时过电压 内部过电压内部过电压 谐振过电压谐振过电压
2、 操作过电压操作过电压电力系统过电压电力系统过电压 直击雷过电压直击雷过电压 雷电过电压雷电过电压 感应雷过电压感应雷过电压4 7-1 7-1 无损耗单导线线路中的波过程无损耗单导线线路中的波过程波传播的过程波传播的过程5v电电源源向向电电容容充充电电，在在导导线线周周围围建建立立起起电电场场，靠靠近近电源的电容立即充电，并向相邻的电容放电；电源的电容立即充电，并向相邻的电容放电；v由由于于电电感感作作用用，较较远远处处电电容容要要间间隔隔一一段段时时间间才才能能充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路传播；充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路传播；v随随着着线线路路电电容容的的充充放放电电，将将
3、有有电电流流流流过过导导线线的的电电感感，在在导导线线周周围围建建立立起起磁磁场场。电电流流波波以以同同样样速速度度沿沿x x方向流动。方向流动。6一般单条架空线路的长度在几百公里以内。一般单条架空线路的长度在几百公里以内。工频时：一个周期为工频时：一个周期为2020msms，在架空线上波传播在架空线上波传播距离距离60006000kmkm。雷电冲击：上升沿雷电冲击：上升沿1.21.2 S S，在架空线上波传播距在架空线上波传播距离离300300m m。可见在频率较高的情况下，不得不考虑波的传可见在频率较高的情况下，不得不考虑波的传播速度。播速度。7 波沿单根无损线传播的基本规律波沿单根无损线
4、传播的基本规律8采用拉氏变换求解得：采用拉氏变换求解得：简化表示为简化表示为式中：为波速，为波速，为波阻抗。为波阻抗。分别是单位长度线路的电感和对地电容。分别是单位长度线路的电感和对地电容。910Q1Q1:一条一条1010kmkm的线路，已知单位长度的电感为的线路，已知单位长度的电感为L L0 0，对对地电容为地电容为C C0 0。问这条线路上波速为多少？线路波问这条线路上波速为多少？线路波阻抗为多少？阻抗为多少？Q2Q2:另外一条另外一条100100kmkm的同类型线路，单位长度的电感的同类型线路，单位长度的电感也为也为L L0 0，对地电容也为对地电容也为C C0 0。问这条线路上波速又问
5、这条线路上波速又为多少？线路波阻抗又为多少？为多少？线路波阻抗又为多少？11对于架空线：对于架空线：式中式中h h为导线离地面的平均高度（为导线离地面的平均高度（m m）,r r为导线的半径（为导线的半径（m m），），0 0、0 0分别为空气的磁分别为空气的磁导率和介电常数。导率和介电常数。因此：架空线中：因此：架空线中：v v 300000km/s300000km/s12 单根无损线波过程特点单根无损线波过程特点n波波阻阻抗抗Z Z表表示示同同一一方方向向传传播播的的电电压压波波与与电电流流波波之之间的比例大小；间的比例大小；n不同方向的行波，不同方向的行波，Z Z前面有正负号；前面有正负
6、号；nZ Z只只与与单单位位长长度度的的电电感感和和电电容容有有关关，与与线线路路长长度度无关；无关；n既有前行波，又有反行波时：既有前行波，又有反行波时：思考思考：波阻抗：波阻抗Z与电阻的物理意义不同，表现在哪些方面？与电阻的物理意义不同，表现在哪些方面？13一、波的折反射一、波的折反射实际工程中波可能遇到线路参数突变的地方（节点）实际工程中波可能遇到线路参数突变的地方（节点）架空线架空线-电缆电缆 架空线架空线-终端（开路、短路）终端（开路、短路）u u1q1q：入射波：入射波u u2q2q：折射波：折射波u u1f1f：反射波：反射波 7-7-2 2 行波的折射和反射行波的折射和反射14
7、二、折反射波的计算折、反射系数二、折反射波的计算折、反射系数Z Z1 1上：上：u=uu=u1q1q+u+u1f 1f i=ii=i1q1q+i+i1f1fZ Z2 2上：上：u=uu=u2q 2q i=i i=i2q2qA A点既在点既在Z Z1 1上又在上又在Z Z2 2上：上：u uA A=u=u1q1q+u+u1f 1f=u=u2q2q i iA A=i=i1q1q+i+i1f 1f=i=i2q2q又：又：u u1q1q=z=z1 1i i1q 1q u u2q2q=z=z2 2i i2q 2q u u1f 1f=z z1 1i i1f1f入射波入射波U0=U1q151+1+u u=u
8、 u 节点电压连续节点电压连续1+1+i i=i i 节点电流连续节点电流连续 16z1=z2z1z217电压正的全反射电流负的全反射电压负的全反射电流正的全反射18线路末端接有与线路波阻抗线路末端接有与线路波阻抗Z Z相等的集中参数电阻相等的集中参数电阻R电压波和电流波在线路末端不产生折射和反射电压波和电流波在线路末端不产生折射和反射-匹配匹配19三、三、彼德逊法则（等值集中参数定理）彼德逊法则（等值集中参数定理）20适用条件：适用条件：1.1.入射波必须是沿分布参数线路传播而来。入射波必须是沿分布参数线路传播而来。2.2.被入射线路被入射线路(Z Z2 2)必须为无穷长或反射波尚未必须为无
9、穷长或反射波尚未到达待求解点到达待求解点 。21波阻抗为波阻抗为Z长度为长度为l的电缆充电到电压的电缆充电到电压E，t=0时刻合闸于波时刻合闸于波阻抗为阻抗为Z长度为长度为l的电缆，求合闸后节点的电缆，求合闸后节点1、2、3的电压。的电压。例题：例题：22解解：（：（1）根据分布参数线路上电压为前行波和反行波的叠加）根据分布参数线路上电压为前行波和反行波的叠加 E=uE=uq q+u+uf f i=i i=iq q+i+if f=0=0 u uq q=zi=ziq q u uf f=zizif f 求得求得t=0t=0-时：时：u uq q=u=uf f=E/2=E/2 （2 2）求）求2-1
10、2-1和和2-32-3的反射系数：的反射系数：1 11 1 2 21 123（3）画出不同时刻1、2、3点上的电压波形t=0 ut=0 u1 1（0 0）E uE u2 2（0 0）E uE u3 3（0 0）0 0 u u1 1（0 0）E/2E/2+1 1E/2E/2=E E u u2 2（0 0）E/2E/2 u u3 3（0 0+）0 00t0t u u1 1（t t）=E/2E/2+1 1E/2E/2=E E u u2 2（t t）=E/2E/2 u u3 3（t t）0 024t=t=u u1 1（）E/2E/2+1 1E/2E/2=E E u u2 2（）E/2E/2 u u3
11、3（）0 0 u u1 1（）0 0 u u2 2（）E/2E/2 u u3 3（+）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E25t2t2 u u1 1（t t）=0=0 u u2 2（t t）=E/2E/2 u u3 3（t t）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E26t=2t=2 u u1 1（2 2 ）0 0 u u2 2（2 2 ）E/2E/2 u u3 3（2 2 ）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E u u1 1（2 2 ）0 0 u u2 2（2 2 ）E/2E/2 u u3 3（2 2 ）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E272 2t3t3 u u1 1（t t
12、）=0=0 u u2 2（t t）=E/2E/2 u u3 3（t t）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E28t=3t=3 u u1 1（3 3 ）0 0 u u2 2（3 3 ）E/2E/2 u u3 3（3 3 ）E/2E/2+2 2E/2E/2=E E u u1 1（3 3 ）E/2E/2+1 1E/2E/2=E E u u2 2（3 3 ）E/2E/2 u u3 3（3 3 ）0 0293 3 t4 tC1261(二二)电磁感应电磁感应(磁传递磁传递)这个分量是因磁耦合而产生的。初时电流为0，耦合为0；随电流增加，耦合按变比传递到其他绕组 通常依靠紧贴每相的高压绕组端安装的三相避雷器对这种电压进行保护。