操作過電壓課件

1、操作過電壓,1. 電力系統(tǒng)操作過電壓,操作過電壓發(fā)生在由于“操作”引起的過渡過程 系統(tǒng)的運(yùn)行狀況發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電感元件和電容元件之間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換常常是強(qiáng)阻尼的、振蕩性的過渡過程 操作： 分、合閘空載線路 分、合閘空載變壓器、電抗器 各類故障，例如接地故障、斷線故障等,1.1 操作過電壓的特點(diǎn),與工頻電壓升高和諧振過電壓相比： 過電壓幅值高 強(qiáng)阻尼、高振蕩性 持續(xù)時間短 由于操作過電壓的能量來源于系統(tǒng)本身，故其幅值與額定電壓大致有一定倍數(shù)關(guān)系，通常以系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓的幅值Uphm作為基值來計(jì)算過電壓倍數(shù)Kn,操作過電壓的幅值，持續(xù)時間與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，斷路器性能，系統(tǒng)接線

2、，操作類型等因素有關(guān)，其中很多因素具有隨機(jī)性，因此過電壓幅值持續(xù)時間也具有統(tǒng)計(jì)性,1.2 操作過電壓的特點(diǎn),1.3 操作過電壓的類型,空載線路分閘過電壓（開斷電容性負(fù)載，還包括電容器組等） 空載線路合閘過電壓（包括計(jì)劃性、重合閘） 空載變壓器分閘過電壓（開斷電感性負(fù)載，還包括電抗器、高壓電動機(jī)等） 間歇電弧接地過電壓 解列過電壓,1.4 決定電力系統(tǒng)絕緣水平的依據(jù)之一,對于電壓等級低一些的系統(tǒng)，操作過電壓雖不是決定絕緣水平的因素，但常因間隙電弧過電壓等引起事故 隨著系統(tǒng)電壓的提高，操作過電壓的問題就突出出來，若不采取限壓措施，將導(dǎo)致設(shè)備絕緣費(fèi)用的迅速增加，因此330kV及以上超高壓、特高壓系統(tǒng)

3、操作過電壓及其限制措施的研究就非常重要,1.5 規(guī)程規(guī)定選擇絕緣時計(jì)算用操作過電壓倍數(shù),相對地絕緣,1.5 規(guī)程規(guī)定選擇絕緣時計(jì)算用操作過電壓倍數(shù),相間絕緣 35220kV的相間操作過電壓可取相對地的1.31.4倍 330kV的相間操作過電壓可取相對地的1.41.45倍 500kV的相間操作過電壓可取相對地的1.5倍,1.6 限制操作過電壓措施,線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器，限制工頻電壓升高 改進(jìn)斷路器性能，采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器 采用氧化鋅避雷器限制過電壓,1.7 研究操作過電壓方法,理論分析和數(shù)值計(jì)算 模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場測試、運(yùn)行紀(jì)錄，暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀（TNA）、數(shù)字模擬混合實(shí)時仿真系統(tǒng)以及先進(jìn)的儀器

4、儀表 本課程主要介紹幾種典型的操作過電壓形成的原理，影響因素及主要防護(hù)措施,2. 合閘空載線路的過電壓,正常合閘:零初始條件 自動重合閘: 非零初始條件 在超高壓、特高壓系統(tǒng)中，是決定電網(wǎng)絕緣水平的重要因素,2.1 產(chǎn)生合閘過電壓的物理過程,2.2 產(chǎn)生合閘過電壓的物理過程,正常合閘 采用集中參數(shù)的型等值電路進(jìn)行計(jì)算分析,單相集中參數(shù)等值電路,單相簡化電路,如忽略回路電阻， = 0，設(shè) ，則,穩(wěn)態(tài)分量最大值 Ucm，反映空載線路的電容效應(yīng),0 / 在1.53的范圍內(nèi),正常合閘時電路方程的解,可能出現(xiàn)的最大過電壓值,正常合閘,過電壓倍數(shù),為工頻電壓升高系數(shù)， 為操作沖擊系數(shù),2.3 合閘過電壓倍

5、數(shù),發(fā)生單相接地故障，DL2三相跳閘，線路成為帶接地故障的空載線路，DL1三相跳閘后，健全相分別在電容電流過零時熄弧，線路上留有殘余電壓，數(shù)值為 約0.5秒后，DL1自動重合閘，如果線路上的殘余電荷沒有釋放掉，且健全相中有一相的電源電勢達(dá)最大、極性與殘余電壓相反，則該相將出現(xiàn)的過電壓幅值為,2.4 自動重合閘,自動重合閘過電壓波形,影響因素,合閘相位（隨機(jī)） 正常合閘， ， ，時最嚴(yán)重 合閘速度愈低的斷路器愈容易發(fā)生較大斷口電壓下的預(yù)擊穿（如油斷路器），0 多處在最大值附近 ，幅值（反相）合閘幾率較高，過電壓高 合閘速度較高時，預(yù)擊穿可在任何相位下發(fā)生（如空氣斷路器），產(chǎn)生高幅值過電壓的概率就

6、小一些 采用選相合閘，使斷路器在兩觸頭電位極性相同或電位差接近于零時完成合閘操作,2.5 限制措施,合理裝設(shè)并聯(lián)電抗器，降低因線路電容效應(yīng)等引起的工頻電壓的升高 采用單相自動重合閘，避免線路殘壓的影響 故障相被切除后，線路上沒有殘余電荷，而且系統(tǒng)零序回路的阻尼作用大于正序回路，甚至?xí)箚蜗嘀睾祥l過電壓低于正常合閘過電壓,斷路器帶并聯(lián)合閘電阻,輔助觸頭B2先接通，并聯(lián)電阻R串入回路，經(jīng)過12個工頻周期后，主觸頭B1閉合，并聯(lián)電阻短接，完成了合閘過程,合閘過程的等值電路,2.5 限制措施,利用避雷器限制合閘 避雷器動作后有工頻電源的作用，對避雷器的通流容量要求較高,3. 切除空載線路過電壓,原因：

7、斷路器分閘過程中的重燃現(xiàn)象 切除空載線路，斷路器切除的是較小的容性電流（幾十幾百安），比短路電流小得多 取決于觸頭間恢復(fù)電壓上升速度與介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度,3.1 開斷空載線路等值電路,L1：電源等值漏感 L2： 線路電感 C1： 母線側(cè)對地電容 C2： 線路電容 e(t)：電源電勢 e(t)=Emcos(t+0,斷路器的工頻電流（容性電流），過零電弧熄滅，此時電容C上的電壓為最大值 ，不考慮線路上殘余電荷泄漏，斷路器觸頭間恢復(fù)電壓Ur(t)為 經(jīng)過半個周期，恢復(fù)電壓達(dá)2Em，此時，如果斷路器斷口處介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)很快，電弧從此弧滅，分閘過程結(jié)束，不會產(chǎn)生過電壓，否則可能重燃,斷路器觸頭間恢復(fù)電壓,3

8、.2 切空線過電壓發(fā)展過程,t1 第一次熄弧，t2 第一次重燃，t3 第二次熄弧 T4 第二次重燃，t5 第三次熄弧,每隔半個工頻周期就重燃一次和熄弧一次，過電壓將按7Em，-9 Em . 逐次增加，直到觸頭間已有足夠的絕緣強(qiáng)度，電弧不再重燃為止,發(fā)生了兩次重燃，最大過電壓倍數(shù)為2.72,少油斷路器切切除220kV 330km長線路時的實(shí)測波形,3.2 切空線過電壓發(fā)展過程,3.3 影響因素,斷路器的性能 自能式斷路器（如多油斷路器和老式的少油斷路器）開斷小電流時，滅弧室壓力低，熄弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)慢，易發(fā)生多次重燃（67次），恢復(fù)電壓低時重燃過電壓低，但重燃次數(shù)多增加了高幅值過電壓出現(xiàn)的可能性

9、,斷路器觸頭重燃、熄弧具有明顯的隨機(jī)性 分閘時，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在電源到達(dá)最大值并與線路殘壓極性相反時發(fā)生。如果重燃提前發(fā)生，振蕩振幅和相應(yīng)的過電壓隨之降低，當(dāng)重燃在斷弧后的1/4工頻周期內(nèi)產(chǎn)生，則不會引起過電壓 熄弧不一定在高頻電流第一次過零時發(fā)生，在第二次或更后的時間才被切斷，線路上殘余電壓大大降低，斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓和重燃過電壓都大大減小,電網(wǎng)接線方式 線路側(cè)裝電磁式PT時，斷路器滅弧后，線路殘余電荷經(jīng)PT阻尼振蕩釋放，其直流電阻約315k，幾個工頻周期內(nèi)殘余電荷釋放掉，降低了重燃過電壓，甚至可避免重燃 線路的電暈損失，同樣是降低過電壓的有利因素 母線上有其他出線或

10、大電容時使過電壓降低，相當(dāng)于圖中C1值增大，重燃時電荷分配，降低空載線路的初始電壓 ，另外，出線的有功負(fù)荷，增強(qiáng)了阻尼效應(yīng)，降低重燃過電壓,無電磁式電壓互感器 有電磁式電壓互感器,3,1,2,220kV切空線過電壓倍數(shù)K的統(tǒng)計(jì)曲線,3.5 限制措施,改進(jìn)斷路器結(jié)構(gòu) 切電容負(fù)載時產(chǎn)生過電壓的根本原因是斷路器的重燃，改進(jìn)斷路器結(jié)構(gòu)，提高觸頭間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，避免重燃，可從根本上消除這種過電壓 采用外能式方法滅?。ú捎肧F6，壓縮空氣，帶壓油活塞的少油斷路器），切除空載線時可做到不重燃，老式的少油斷路器或多油斷路器還存在重燃,采用并聯(lián)電抗器 降低重燃后的工頻穩(wěn)態(tài)分量，并使斷弧后線路上殘壓不再是直

11、流電壓，而是交流衰減正弦電壓 ，恢復(fù)電壓上升速度大為降低 ,可避免電弧重燃,3.5 限制措施,先斷主觸頭DL1，將R串入回路：一是泄放殘余電荷，二是降低觸頭間電壓，此過程希望R值小 經(jīng)1.52周波，再斷開輔助觸頭DL2，此過程希望R大，電容上分壓小，恢復(fù)電壓小，不易重燃,裝分閘并聯(lián)電阻,3.5 限制措施,氧化鋅避雷器作為后備保護(hù),4. 切除電感性負(fù)荷過電壓,切除空載變壓器、消弧線圈、并聯(lián)電抗器、電動機(jī)等電感性負(fù)荷是常見的操作，產(chǎn)生過電壓的原因是分?jǐn)喔行孕‰娏鲿r，發(fā)生截流現(xiàn)象。由于截流流在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場能量，從而產(chǎn)生過電壓 超高壓系統(tǒng)中的斷路器采用外能式方法滅弧，且滅弧能力是

12、按切斷短路電流來設(shè)計(jì)的，分?jǐn)噙@樣的電流時，電弧被迅速拉長，弧阻劇增，發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，在工頻電流過零前發(fā)生強(qiáng)制熄弧，有時甚至在電流的最大值時電流突然截?cái)?，稱為截流 以切除空載變壓器為例分析,4.1 過電壓產(chǎn)生原理,過電壓產(chǎn)生原理,LS：電源等值電感 CS：電源對地雜散電容 LK：母線至變壓器聯(lián)系電感 L：空載變壓器的勵磁電感 C：變壓器繞組及引線等值 電容，幾十幾千PF DL：斷路器,簡化等值電路,電流截流時，激磁電流為I0，對地電容上的電壓為U0，因電感中的電流不能突變，向C充電，當(dāng)全部磁場能量都轉(zhuǎn)到電容的電場中時，由于C值小，電容電壓很高,5. 間歇電弧接地過電壓,中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，10k

13、V電網(wǎng)，l 1000km，Ijd30A；35kV電網(wǎng)， l 100km， Ijd 10A，接地電弧在幾秒至幾十秒內(nèi)自熄，繼續(xù)增大，電弧不能自熄，且不形成穩(wěn)定電?。◣装侔玻?，此時出現(xiàn)時燃時滅的不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓,5.1 間歇性電弧的產(chǎn)生,產(chǎn)生過電壓的機(jī)理,Ijd 有兩個分量：工頻電流（強(qiáng)制）分量和高頻電流（自由）分量 通常認(rèn)為，油中電弧可能在過渡過程中高頻過零熄弧，空氣中的開放電弧大多在工頻電流過零時熄弧，前者稱為高頻熄弧理論，過電壓值較高，后者稱為工頻熄弧理論，過電壓值較低 采用工頻熄弧理論分析間歇性電弧接地過電壓的形成過程,5.2 間歇電弧接地過電壓的發(fā)展,電荷重新分配,短

14、路故障前后的電壓值不同引起的振蕩 振蕩幅值=2穩(wěn)態(tài)值-初始值,5.3 影響因數(shù),發(fā)生電弧部位的介質(zhì)（空氣、油、固體介質(zhì)）、外界氣象條件（風(fēng)、雨、濕度、溫度 )，這些隨機(jī)因數(shù)，直接影響過電壓的發(fā)展過程，過電壓數(shù)值具有統(tǒng)計(jì)性,影響因數(shù),回路損耗 電源內(nèi)阻抗，線路阻抗中的電阻損耗，電弧本身的弧阻損耗，使高頻振蕩很快衰減，過電壓降低,5.4 限制措施,中性點(diǎn)直接接地 中性點(diǎn)采用消弧線圈,5.5 消弧線圈的應(yīng)用,中性點(diǎn)不接地的360kV電網(wǎng)中，在單相接地電流超過30A（310kV電網(wǎng)）或者10A（35kV及以上電網(wǎng)），需要在電網(wǎng)中性點(diǎn)和地之間接入消弧線圈 作用：減小單相接地電流，緩減接地故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的

15、上升速度，從而增大接地故障點(diǎn)自熄的概率，以防止發(fā)展成相間短路或燒傷導(dǎo)線,適當(dāng)選擇電感 L的數(shù)值，Ijd 將減小到零,物理意義：接地的電容電流分量完全被消弧線圈的電感電流補(bǔ)償，接地電弧消滅，這是完全協(xié)調(diào)的情況。實(shí)際中，用補(bǔ)償度 k 和脫諧度 來描述消弧線圈的補(bǔ)償程度,消弧線圈的作用,補(bǔ)償度K和脫諧度,補(bǔ)償度k 脫諧度,當(dāng) k1、0，即ILIC時， 為過補(bǔ)償狀態(tài) 當(dāng)k1、0 ，即ILIC時， 為欠補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)k=1、=0，即IL=IC時， 為全補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài),中性點(diǎn)位移電位,為中性點(diǎn)不接地（無消弧線圈）電網(wǎng)，因三相對地電容不等而引起的電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電位，稱電網(wǎng)不對稱電壓,U0 的大小主要決定于KC及，以KC=1.5%為例，無消弧線圈，Ubd=0.015EA，接消弧線圈，若=3%，