電力系統(tǒng)過電壓第5章暫時(shí)過電壓

1、2022-3-1712022-3-172-2-2022-3-173-3-2022-3-174-4-在在500 kV 輸變電系統(tǒng)中，實(shí)測(cè)得到的某輸變電系統(tǒng)中，實(shí)測(cè)得到的某 336 km 空載線路合閘過空載線路合閘過電壓隨時(shí)間變化的曲線，圖中電壓隨時(shí)間變化的曲線，圖中K0為過電壓倍數(shù)為過電壓倍數(shù)。該線路的斷路器。該線路的斷路器帶有帶有 400 的合閘電阻，線路兩端并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度為的合閘電阻，線路兩端并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度為 71.5 % 。2022-3-175-5-合閘后合閘后 0.ls 前前高幅值、強(qiáng)阻尼的高頻振蕩操作過高幅值、強(qiáng)阻尼的高頻振蕩操作過電壓電壓合閘后合閘后 0.1 1.0s 時(shí)間內(nèi)

2、時(shí)間內(nèi)：暫態(tài)工：暫態(tài)工頻電壓升高。由于發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓頻電壓升高。由于發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器的慣性，發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)調(diào)整器的慣性，發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì) Ed 保持不變，再加上空載線路的保持不變，再加上空載線路的電容效應(yīng)，使電壓升高，電容效應(yīng)，使電壓升高， 1.0s 后，后，由于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)整器開始由于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)整器開始發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降。發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降。在在 2 3s 以后：以后：穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。2022-3-176-6-2022-3-177-7-2022-3-178-8-集中參數(shù)LC串聯(lián)回路的電容效應(yīng)1LC20

3、22-3-179-9-一條空載長(zhǎng)線可以看作由無(wú)數(shù)個(gè)串聯(lián)的一條空載長(zhǎng)線可以看作由無(wú)數(shù)個(gè)串聯(lián)的L L，C C回路構(gòu)成，在工頻電回路構(gòu)成，在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。 2022-3-1710-10-輸電線路為無(wú)損長(zhǎng)線輸電線路為無(wú)損長(zhǎng)線122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ1212cosj sin=sinjcoslZlUUllIIZ式中 Z ：線路的波阻抗， ：相位系數(shù)，（為電源角

4、頻率，L0，C0分別為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感與電容），對(duì)于輸電線路，通常0.06/km；l ：線路的長(zhǎng)度，km。 00L C2022-3-1711-11-若線路末端開路，即：20I 線路首、末端電壓關(guān)系為：21/cosUUl122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ21cos1lUU線路末端電壓高于首端當(dāng)2l時(shí)，cos0l不論首端電壓為多高，末端電壓將趨于無(wú)窮大。24vl此時(shí)，線路電感與電容構(gòu)成諧振狀態(tài)。稱為1/4 波長(zhǎng)諧振。 2022-3-1712-12-I1212cosj sin11=sin0101jcossslZlXXUUEllIIIZ 111sEUI XII2022

5、-3-1713-13-1R1j ctgUZZlI 1RSRS(ctg )jctgEEUZZlXZXZl2022-3-1714-14-線路首端對(duì)電源的電壓傳遞系數(shù)線路首端對(duì)電源的電壓傳遞系數(shù) 011Sctg/ctgZlKUEZlX線路末端對(duì)電源電勢(shì)的傳遞系數(shù)線路末端對(duì)電源電勢(shì)的傳遞系數(shù) 21202S1Sctg11ctgcoscossinUU UZlKXEE UZlXlllZSarctgXZ令則02coscos()Kl2022-3-1715-15-工頻電壓升高的情況可能工頻電壓升高的情況可能與線路長(zhǎng)度，電源阻抗與線路長(zhǎng)度，電源阻抗( (電電源容量源容量) )等情況有關(guān)，因?yàn)榈惹闆r有關(guān)，因?yàn)殡娫慈萘?/p>

6、越小，其阻抗越大，電源容量越小，其阻抗越大，故計(jì)算工頻電壓升高時(shí)，必故計(jì)算工頻電壓升高時(shí)，必須計(jì)及系統(tǒng)可能出現(xiàn)最小運(yùn)須計(jì)及系統(tǒng)可能出現(xiàn)最小運(yùn)行方式。行方式。電源阻抗電源阻抗X Xs s越大，工頻越大，工頻電壓升高越嚴(yán)重電壓升高越嚴(yán)重2022-3-1716-16-當(dāng)線路上出現(xiàn)單相或兩相接地故障時(shí)，健全相上工頻電壓升高不僅由長(zhǎng)線的電容效應(yīng)所致，還有短路電流的零序分量，也會(huì)使健全相電壓升高。 單相接地故障模型2202012202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZAE式中 ：正常運(yùn)行時(shí)故障點(diǎn)處A相電壓；Z1，Z2，Z0：從故障點(diǎn)看進(jìn)去的電網(wǎng)正序、負(fù)序、零序阻

7、抗；2022-3-1717-17-2022-3-1718-18-010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 對(duì)于較大電源容量的系統(tǒng)，Z1Z2，若再忽略各序阻抗中的電阻分量R0，R1，R2 則上式可改寫成： 健全相工頻電壓升高的模：20101(1)01()() 13()2BCUUXXEXXKXEX2022-3-1719-19-(a) B相；(b) C相2022-3-1720-20-中性點(diǎn)接地3-10 kV系統(tǒng)：X0主要由線路容抗決定，故應(yīng)為負(fù)值(X0/X1=(-20)-(-)。 2(1)( 20)( 20) 131.08 31.1 3( 20)2K 在選擇避雷器

8、滅弧電壓時(shí)，取在選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取 110% 110% 的線電壓，這時(shí)避雷器稱為的線電壓，這時(shí)避雷器稱為110% 110% 避雷器。避雷器。 2022-3-1721-21-中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的35-60 kV系統(tǒng)：在過補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，X0為很大的正值，如取X0/X1=。 采用采用100% 100% 避雷器。避雷器。 0120011(1)01()() 1lim 33()2XXXXXXKXX2022-3-1722-22-中性點(diǎn)直接接地的110-220 kV系統(tǒng)：X0為不大的正值。一般X0/X13，因此，健全相上電壓升高不大于80%的線電壓，故采用 80% 的避雷器。采用采用80% 80%

9、避雷器，如考慮到長(zhǎng)避雷器，如考慮到長(zhǎng)線效應(yīng)，可采用線效應(yīng)，可采用90%90%避雷器。避雷器。 2(1)33 130.72 30.8 332K 同一系統(tǒng)，運(yùn)行方式不同時(shí)，若某一點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，從故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序阻抗與正序阻抗比值將不同，故單相接地系數(shù)K(1) 也不是定值。一般情況下，“大方式”運(yùn)行時(shí)單相接地系數(shù)大。2022-3-1723-23-2022-3-1724-24-2022-3-1725-25-無(wú)損線路末端接有并聯(lián)電抗器 1212cosj sin=sinjcoslZlUUllIIZ無(wú)損長(zhǎng)線的方程 2p2jUX IparctgZX令 21211coscos()cossinUKZUlll

10、L（由零增加，K12減小）則線路首末端電壓的傳遞系數(shù)為： 2022-3-1726-26-21211coscos()cossinUKZUlllL末端開路首端看進(jìn)去的阻抗： 1R1j ctgUZZlI 末端接電抗器首端看進(jìn)去的阻抗： 1R1j ctg()UZZlI 電源對(duì)線路首端的傳遞系數(shù)為： 1R01RSSctg()jctg()UZZlKEZXXZl2022-3-1727-27-電源對(duì)線路末端的傳遞系數(shù)為： 其中：020112Scosctg( )coscoscos( )ctg( )cos( )ZlKK KlXZllarctgSXZ線路末端電抗器可以降低電壓傳遞系數(shù)線路末端電抗器可以降低電壓傳遞系

11、數(shù)K02 ，從而降低了線路的末端電壓。，從而降低了線路的末端電壓。2022-3-1728-28-2022-3-1729-29-2022-3-1730-30-它包含三個(gè)部分：可控硅開關(guān)投切電容器組（TSC）；可控硅相角控制的電抗器組（TCR）；調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2022-3-1731-31-2022-3-1732-32-2022-3-1733-33-2022-3-1734-34-01LC2222222000( )cos()(1)4CEutt 22022arctgRL2022-3-1735-35-2022-3-1736-36-2022-3-1737-37-000=02022-3-1738-38-參數(shù)諧振所

12、需能量來(lái)源于改變參數(shù)的原動(dòng)機(jī)。當(dāng)電感參數(shù)變化時(shí)所引入的能量足以補(bǔ)償回路中的損耗，諧振不斷發(fā)展。對(duì)應(yīng)于一定的回路電阻，有一定的自激范圍。諧振發(fā)生后，理論上振幅趨向無(wú)窮大，而不像線性諧振那樣受到回路電阻的限制。但實(shí)際上電感的飽和會(huì)使回路自動(dòng)偏離諧振條件，使過電壓得以限制。電感變化(-)磁鏈不能突變電流變化(+)能量突增(+)能量轉(zhuǎn)移給電容電感變化(+)2022-3-1739-39-2022-3-1740-40-c)s(oLCLCdudtduiCdtuEf iut 2022-3-1741-41-2022-3-1742-42-2022-3-1743-43-只考慮基頻分量時(shí)：1LcLEUUUIj C 電

13、感電容串聯(lián)回路伏安特性曲線可分為兩部分：LcUU電流小時(shí)感性電路LcUU電流大時(shí)，鐵芯開始飽和容性電路回路的三個(gè)回路的三個(gè)平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)：a1, a2, a3a1, a3是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，是穩(wěn)定平衡點(diǎn)， a2是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，它經(jīng)不起任何的擾動(dòng)，在擾動(dòng)下是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，它經(jīng)不起任何的擾動(dòng)，在擾動(dòng)下會(huì)趨向于會(huì)趨向于a1或或 a3 。2022-3-1744-44-鐵磁諧振的發(fā)生：a1, a3是電路的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，當(dāng)外加電勢(shì)E從小增加時(shí)，系統(tǒng)首先穩(wěn)定在a1點(diǎn)。若此時(shí)繼續(xù)增大E，則a1點(diǎn)上移，以致于和a2點(diǎn)重合，系統(tǒng)從點(diǎn)跳躍至a3點(diǎn)。在躍變的過程中，電路發(fā)生如下現(xiàn)象：電感鐵芯飽和，回路電流急劇增大。電容電壓急劇增大系統(tǒng)由感性變?yōu)槿菪澡F磁諧振的“激發(fā)”條件：為了建立起穩(wěn)定的諧振點(diǎn)a3，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的擾動(dòng)過程，例如發(fā)生故障，斷路器跳閘，切除故障等。鐵磁諧振的“保持”：在鐵磁諧振的條件下，即使降低電壓，鐵磁諧振也不會(huì)馬上消失。2022-3-1745-45-2022-3-1746-46-2022-3-1747-47-2022-3-1748-48-2022-3-1749-49-2022-3-1750-50-2022-3-1751-51-2022-3-1752-5