线路和绕组中的波过程幻灯片.ppt

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1、线路和绕组中的波过程第1页，共54页，编辑于2022年，星期二电力系统过电压外部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在 0.ls（五个工频周波）以内的过电压称为操作过电压。暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。第2页，共54页，编辑于2022年，星期二外部过电压外部过电压(雷作用在输电线路的过程雷作用在输电线路的过程)雷击线路附近地面 雷击塔顶 雷击档距中央的避雷线 雷击导线 感应雷

2、过电压直击雷过电压第3页，共54页，编辑于2022年，星期二线路感应雷过电压线路感应雷过电压静电场突然消失静电场突然消失静电分量静电分量主放电产生脉冲磁场主放电产生脉冲磁场静电分量静电分量第4页，共54页，编辑于2022年，星期二操作过电压包括操作过电压包括中性点不接地系统电弧接地引起的过电中性点不接地系统电弧接地引起的过电压压合闸空载线路引起的过电压合闸空载线路引起的过电压切除空载线路引起的过电压切除空载线路引起的过电压切除空载变压器引起的过电压切除空载变压器引起的过电压GIS中的快速暂态过电压中的快速暂态过电压等等第5页，共54页，编辑于2022年，星期二暂时过电压包括暂时过电压包括:电压

3、升高的原因电压升高的原因 2.谐振过电压谐振过电压1.工频电压的升高工频电压的升高1 空载长线的电容效应空载长线的电容效应 不对称短路引起的工频电压升高不对称短路引起的工频电压升高 突然甩负荷引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高第6页，共54页，编辑于2022年，星期二12.2 谐振过电压谐振过电压谐振线性谐振参数谐振铁磁谐振电感元件是线性的；完全满足线性谐振的机会极少，但是，即使在接近谐振条件下，也会产生很高的过电压。线性谐振条件是等值回路中的自振频率等于或接近电源频率。其过电压幅值只受回路中损耗（电阻）的限制。电感参数在某种情况下发生周期性的变化；参数谐振所需能量来源于改变参数的

4、原动机，不需单独电源，一般只要有一定剩磁或电容的残余电荷，参数处在一定范围内，就可以使谐振得到发展。电感的饱和会使回路自动偏离谐振条件，使过电压得以限制。电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。12.2.1 谐振的类型谐振的类型第7页，共54页，编辑于2022年，星期二高电压技术第第6章章 线路和绕组中的波过程线路和绕组中的波过程 .1 波在单根均匀无损导线上的传播波在单根均匀无损导线上的传播 .2 波的折射与反射波的折射与反射 .

5、4 行波在多导线系统中的传播行波在多导线系统中的传播 .5 绕组中的波过程绕组中的波过程 第8页，共54页，编辑于2022年，星期二.1 波在单根均匀无损导线上的传播波在单根均匀无损导线上的传播.1.1 单根输电线路的等值电路单根输电线路的等值电路 L0，R0，C0，G0：表示导线单位长度上的电感、电阻、对地 电容和电导。高电压技术第9页，共54页，编辑于2022年，星期二无损导线的等效电路（不计 R0、G0）.1.2 波阻抗与波速波阻抗与波速 根据电荷关系可知：根据磁链关系可知：波阻抗波速高电压技术第10页，共54页，编辑于2022年，星期二 波阻抗是表征分布参数电路特点的最重要参数,它是储

6、能元件,表示导线周围介质获得电磁能的大小,具有阻抗的量纲,是一常量,其值取决于单位导线的电感和电容.架空线的波阻抗一般在 300 500 范围内；对电缆线路，约在 10 100 之间。波速与导线周围介质有关，与导线的几何尺寸及悬挂高度无关。对架空线路v3108 m/s，接近光速；对于电缆，v1.5108 m/s，为光速的一半。高电压技术第11页，共54页，编辑于2022年，星期二.1.3 波动方程及其解波动方程及其解 高电压技术第12页，共54页，编辑于2022年，星期二.1.4 前行波和反行波前行波和反行波 高电压技术第13页，共54页，编辑于2022年，星期二.1.4 前行波和反行波前行波

7、和反行波 前行电压波反行电压波前行电流波反行电流波高电压技术第14页，共54页，编辑于2022年，星期二 综上所述，可得出描述行波在均匀无损单根导线上传播的基本规律的四个方程。物理意义：导线上任何一点的电压或电流，等于通过该点的前行波与反行波之和；前行波电压与电流之比等于+Z；反行波电压与电流之比等于-Z。高电压技术第15页，共54页，编辑于2022年，星期二 例:沿高度 h 为 10m，导线半径为 10mm 的单根架空线有一幅值为 700kV 过电压波运动，试求电流波的幅值。解：导线的波阻抗 Z 为：电流波幅值为：高电压技术第16页，共54页，编辑于2022年，星期二.2 行波的折射与反射行

8、波的折射与反射 Z1Z2 .2.1 折射系数和反射系数折射系数和反射系数 无限长直角波无限长直角波高电压技术第17页，共54页，编辑于2022年，星期二高电压技术第18页，共54页，编辑于2022年，星期二高电压技术第19页，共54页，编辑于2022年，星期二 线路末端开路时高电压技术第20页，共54页，编辑于2022年，星期二 线路末端开路时 电压反射波与入射波叠加，使末端电压上升一倍，电流为零。即波到达开路的末端时，全部磁场能量变为电场能量。高电压技术第21页，共54页，编辑于2022年，星期二 线路末端短路时高电压技术第22页，共54页，编辑于2022年，星期二 线路末端短路时高电压技术

9、第23页，共54页，编辑于2022年，星期二 线路末端短路时 电压的反射波与入射波符号相反，数值相等，故末端电压为零，电流上升一倍。即全部电场能量转变为磁场能量，使电流上升一倍。高电压技术第24页，共54页，编辑于2022年，星期二 Z1 Z2 的两导线相连(a)Z1Z2,(b)Z1Z2,高电压技术第25页，共54页，编辑于2022年，星期二R=Z1 时 没有行波的反射现象，波形不发生任何变化。当 R=Z1 时，与 Z2=Z1一样，称之为匹配，不同的是入射的电磁波能量全部被 R 吸收，并转变为热能。高电压技术 线路末端接电阻第26页，共54页，编辑于2022年，星期二.2.2 彼德逊法则彼德逊

10、法则 高电压技术第27页，共54页，编辑于2022年，星期二.2.2 彼德逊法则彼德逊法则 高电压技术第28页，共54页，编辑于2022年，星期二.2.2 彼德逊法则彼德逊法则 高电压技术第29页，共54页，编辑于2022年，星期二 例-1 某一变电所的母线上有 n 条出线，其波阻抗均为 Z，如沿一条出线有幅值为 U0 的直角波袭来，求各出线电压幅值及电压折射系数。解：应用彼德逊等值电路，可求出各出线电压幅值为：高电压技术第30页，共54页，编辑于2022年，星期二.2.3 行波通过串联电感与旁过并联电容行波通过串联电感与旁过并联电容 1 波通过串联电感波通过串联电感 高电压技术第31页，共5

11、4页，编辑于2022年，星期二前行波电压、电流都由强制分量、自由分量组成。波通过集中电感时，波头被拉长。当波到达电感瞬间，电感相当于开路，使电压升高一倍，然后按指数规律变化。当 t 时，电感相当于短路，折、反射系数，的与无电感时一样。高电压技术第32页，共54页，编辑于2022年，星期二折射电压波 的陡度：t=0 时陡度有最大值：最大空间陡度：可见，降低 Z2 上前行电压波 陡度的有效措施是增加电感 L，电感愈大，陡度愈小。所以在电力系统中，有时用电感来限制侵入波的陡度。波通过电感后，前行波电压、电流变为指数波。高电压技术第33页，共54页，编辑于2022年，星期二2 波旁过并联电容波旁过并联

12、电容高电压技术第34页，共54页，编辑于2022年，星期二前行电压波和前行电流波 均由零值按指数规律渐趋稳态值，波变为指数波，波首变平，且稳态值只决定于波阻抗 Z1 与 Z2，与电容 C 无关。这说明在波作用下，当 t 时，电容相当于开路，对导线 1 与导线 2 之间的波传播过程不再起任何作用。高电压技术第35页，共54页，编辑于2022年，星期二在 Z2 线路中折射电压的最大陡度：最大空间陡度：波旁过电容时，前行波电压、电流变为指数波。最大空间陡度与 Z2 无关，仅与 Z1 有关。为了限制波的陡度，采用并联电容或采用串联电感需要进行经济上的核算。高电压技术第36页，共54页，编辑于2022年

13、，星期二例-2 有一幅值 E=100 kV 的直角波沿波阻抗 Z1=50 的电缆线路侵入波阻抗为 Z2=800 的发电机绕组，绕组每匝长度为 3 m，匝间绝缘耐压为 600 V，绕组中波的传播速度 v=6107 m/s。求用并联电容器或串联电感来保护匝间绝缘时它们的数值。最大空间陡度解：电机允许承受的侵入波最大陡度为：高电压技术第37页，共54页，编辑于2022年，星期二.4 行波在多导线系统中的传播行波在多导线系统中的传播高电压技术第38页，共54页，编辑于2022年，星期二.4 行波在多导线系统中的传播行波在多导线系统中的传播高电压技术第39页，共54页，编辑于2022年，星期二-3 有一

14、两导线系统，其中 1 为避雷线，2 为对地绝缘的导线。假定雷击塔顶，避雷线上有电压波 u1 传播，求避雷线与导线之间绝缘上所承受的电压。解：列方程列方程：边界条件边界条件：导线2电压：导线间电位差：Kc12：导线 1 对 2 的耦合系数，z21 z11，故 Kc12 1，其值约为0.2 0.3。当计及Kc12时，绝缘子串上承受的电压降低，Kc12 越大，降低越多。Kc12是输电线路防雷中的一个重要参数。高电压技术第40页，共54页，编辑于2022年，星期二例 6-4某 220 kV 输电线路架设双避雷线，它们通过金属杆塔彼此连接。雷击塔顶时，求避雷线 1，2 对导线 3 的耦合系数。边界条件边

15、界条件：z11=z22，z12=z21，z13=z31，z23=z32，i1=i2，i3=0，u1=u2=u。解：列方程列方程：高电压技术第41页，共54页，编辑于2022年，星期二图示为一对称三相系统，求三相同时进波时的总波阻抗。解：列方程：列方程：边界条件边界条件：u1=u2=u3=u；若三相导线对称分布，且均匀换位，则有 z11=z22=z33=zs，z12=z23=z31=zm，i1=i2=i3=i。三相同时进波时，每相导线的等值阻抗增大为 Zs+2Zm，比单相导线单独存在时大，这是由于相邻导线的电流通过互波阻抗在本导线上产生感应电压，使其波阻抗相应增大。高电压技术第42页，共54页，

16、编辑于2022年，星期二.5绕组中的波过程绕组中的波过程1.单绕组中的波过程单绕组中的波过程dx段的电感dx段的对地电容dx段的匝间电容开关可表示末端接地情况高电压技术第43页，共54页，编辑于2022年，星期二 起始电压分布与入口电容其中高电压技术第44页，共54页，编辑于2022年，星期二末端接地末端开路高电压技术第45页，共54页，编辑于2022年，星期二 愈大，大部分压降在绕组首端附近，绕组首端的电位梯度最大，其值为：绕组首端（x=0）的电位梯度比平均值 U0/l 大 l 倍，因此，对绕组首端的绝缘应采取保护措施！当分析变电所防雷保护时，因雷电冲击波作用时间很短，由实验可知，流过变压器

17、电感中的电流很小，忽略其影响，则变压器可用归算至首端的对地电容来代替，通常叫做入口电容入口电容。高电压技术第46页，共54页，编辑于2022年，星期二额定电压(kV)35110220330500入口电容(pF)500100010002000150030002000500040005000 变压器绕组入口电容与其结构有关，不同电压等级变压器的入口电容列于下表中，对于纠结式绕组，因匝间电容增大，其入口电容比表中的数值大。高电压技术第47页，共54页，编辑于2022年，星期二 稳态电压分布 确定绕组稳态电压分布时，C0、K0 均开路，电感相当于短路，故只决定于绕组的电阻。当绕组中性点接地时，电压自首

18、端(x=0)至中性点(x=l)均匀下降；而中性点绝缘时，绕组上各点对地电位均与首端对地电位相同。中性点绝缘中性点接地高电压技术第48页，共54页，编辑于2022年，星期二 最大电位包络线最大电位将出现在绕组首端附近1/3处，其值可达 1.4U0 左右 绕组中最大电位将出现在中性点附近，其值可达 1.9U0 左右 高电压技术第49页，共54页，编辑于2022年，星期二 若不计损耗，作定性分析，可将上图中的稳态电压分布曲线与初始电压分布曲线 1 的差值曲线 4 叠加到稳态电压分布曲线 2 上，得到曲线 3，则可近似地描述绕组中各点的最大电位包络线。高电压技术第50页，共54页，编辑于2022年，星

19、期二2.三相绕组中的振荡过程三相绕组中的振荡过程单相进波：中性点 O 的最大对地电位可达 2U0/3；两相、三相同时进波：由叠加法来知中性点最高电位分别可达 4U0/3 和 2U0。中性点不接地的星形接线的三相绕组三角形接线三相来波 一相进波：与末端接地绕组相同；三相进波：变压器绕组中部对地电位高达 2U0。第51页，共54页，编辑于2022年，星期二绕组间波的传递绕组间波的传递 电磁耦合分量 电磁分量与变比有关，在三相绕组中，电磁分量的数值还与绕组的接线方式、来波相数等有关。静电耦合分量 静电耦合分量决定于高低压绕组之间的电容、低压绕组对地电容及入射波的陡度。第52页，共54页，编辑于202

20、2年，星期二3.变压器的内部保护变压器的内部保护 绕组首端加电容环或采用 屏蔽线匝 加大纵向电容，即所谓纵补偿，采用纠结式绕组 第53页，共54页，编辑于2022年，星期二旋转电机绕组中的波过程旋转电机绕组中的波过程 纵向电磁耦合都比较弱，可略去匝间电容的影响；绕组可分槽内、槽外两部分。这两部分由于绝缘介质不同，对地高度不一样，因此波阻抗 Z 及速度 v 均不同。通常所说的波阻抗、波速只是槽内外的平均值。若在直角波作用下，对中性点不接地的发电机，在中性点处最大对地电位可达首端电压的两倍。若降低来波陡度，使之在波头部分已在绕组中产生了很多次折、反射，将会有效地降低末端开路电压；加之损耗的存在，会使波的幅值下降。为使一般电机的匝间绝缘不致损坏，应将侵入波的陡度限制在 5kV/s 以下。第54页，共54页，编辑于2022年，星期二