電力系統(tǒng)過電壓及接地裝置

1、課 程 設 計設計題目: 電力系統(tǒng)過電壓與接地裝置班 級：電氣化鐵道技術1132姓 名：劉浩學 號：201108023211指導教師：趙永君二一三年六月十九日摘要本課程設計中和運用高電壓技術、電力系統(tǒng)過電壓、接地技術等知識，采用理論與實踐相結合的方法，研究電力系統(tǒng)各種過電壓防護措施研究接地裝置的測量方法和降阻方式，設計電力系統(tǒng)的接地裝置等。關鍵詞:內(nèi)部過電壓 雷電過電壓 接地保護前言電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運行。研究各種過電壓的起

2、因，預測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對于電工設備制造和電力系統(tǒng)運行都具有重要意義。為了保護電力系統(tǒng)、用電設備和人員的安全，往往采用接地的方式來保證設備和人員的安全。本課程設計根據(jù)高電壓技術簡單的對電力系統(tǒng)的過電壓與接地裝置進行研究。電力系統(tǒng)過電壓與接地裝置一、電力系統(tǒng)過電壓在電力系統(tǒng)中，由于雷電、電磁能量的轉換會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生瞬間升高，其值可能大大超過電氣設備的最高工頻運行電壓。其對電力系統(tǒng)的危害是很大的。電力系統(tǒng)過電壓主要分以下幾種類型:雷電過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。1內(nèi)部過電壓 1.1工頻過電壓系統(tǒng)中在操作或接地故障時發(fā)生的頻率等于工頻(50

3、 Hz)或接近工頻的高于系統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。特點是持續(xù)時間長,過電壓倍數(shù)不高,一般對設備絕緣危險性不大,但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用當系統(tǒng)操作、接地跳閘后的數(shù)百毫秒之內(nèi)，由于發(fā)電機中磁鏈不可能突變，發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器的慣性作用，使發(fā)電機電動勢保持不變，這段時間內(nèi)的工頻過電壓稱為暫時工頻過電壓。隨著時間的增加，發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生作用，使發(fā)電機電動勢有所下降并趨于穩(wěn)定，這時的工頻過電壓稱為穩(wěn)態(tài)工頻過電壓。產(chǎn)生工頻過電壓的主要原因是：空載長線路的電容效應，不對稱接地引起的正序、負序和零序電壓分量作用，系統(tǒng)突然甩負荷使發(fā)電機加速旋轉等。限制工頻過電壓應針對具體情況采取專

4、門的措施，常用的方法有：采用并聯(lián)電抗器補償空載長線的電容效應，選擇合理的系統(tǒng)中性點運行方式，對發(fā)電機進行快速電壓調(diào)整控制等等。1.2操作過電壓操作過電壓:由于操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統(tǒng)參數(shù)突然變化，系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)，在此過渡過程中系統(tǒng)本身的電磁能振蕩而產(chǎn)生的過電壓。特點是具有隨機性,但最不利情況下過電壓倍數(shù)較高。 （1） 電網(wǎng)的操作過電壓一般由下列原因引起A.線路合閘和重合閘； B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘；C.線路非對稱故障分閘和振蕩解列；D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對電網(wǎng)設備絕緣配合有重要影響，應采用有合閘電阻的斷路器對該過電壓加以限

5、制。避雷器可作為變電所電氣設備操作過電壓的后備保護裝置，該避雷器同時是變電所的雷電過電壓的保護裝置。 設計時對A、C 類過電壓，應結合電網(wǎng)條件加以預測。（2） 線路合閘和重合閘操作過電壓空載線路合閘時，由于線路電感電容的振蕩將產(chǎn)生合閘過電壓。線路重合時，由于電源電勢較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過程，使過電壓進一步提高。因此斷路器應安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過電壓。 應按電網(wǎng)預測條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運行中使用時)的過電壓分布，求出包括線路受端的相對地及相間統(tǒng)計操作過電壓。預測這類操作過電壓的條件如下：A.空載線路合閘，線

6、路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網(wǎng)最高電壓；B.成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障，非成功的三相重合閘時，線路受端有單相接地故障。空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運行中使用時)，在線路受端產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計操作過電壓大小。（3） 分斷空載變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過電壓由于斷路器分斷這些設備的感性電流時強制熄弧所產(chǎn)生的操作過電壓，應根據(jù)斷路器結構、回路參數(shù)、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(并聯(lián)電抗器)之間的避雷器予以限制。對變壓器，避雷器可安裝在低壓側或高壓側，但如高低壓電網(wǎng)中性點接地方式不同時，低壓側宜采用磁吹閥型避

7、雷器。當避雷器可能頻繁動作時，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。（4） 線路非對稱故障分閘和振蕩解列操作過電壓電網(wǎng)送受端聯(lián)系薄弱，如線路非對稱故障導致分閘，或在電網(wǎng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線路非對稱故障分閘或振蕩解列過電壓。 預測線路非對稱故障分閘過電壓，可選擇線路受端存在單相接地故障的條件，分閘時線路送受端電勢功角差應按實際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線路非對稱故障分閘及振蕩解列過電壓。當不具備這一條件時，應采用安裝于線路上的避雷器加以限制。限制操作過電壓的措施有：選用滅弧能力強的高壓開關；提高開關動作的同期性；開關斷口加裝并聯(lián)電阻；采用性能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器；使電網(wǎng)的中性點直

8、接接地運行。1.3諧振過電壓電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路,在一定的能源作用下,會產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,導致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴重的過電壓。諧振過電壓分為以下幾種: (1) 線性諧振過電壓 諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統(tǒng)中的電容元件所組成。 (2) 鐵磁諧振過電壓 諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統(tǒng)的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現(xiàn)象,使回路的電感參數(shù)是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,會產(chǎn)生鐵磁諧振。 (3) 參

9、數(shù)諧振過電壓 由電感參數(shù)作周期性變化的電感元件(如凸極發(fā)電機的同步電抗在Xd Xq間周期變化)和系統(tǒng)電容元件(如空載線路)組成回路,當參數(shù)配合時,通過電感的周期性變化,不斷向諧振系統(tǒng)輸送能量,造成參數(shù)諧振過電壓。 限制諧振過電壓的主要措施有: (1) 提高開關動作的同期性由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的,因此提高開關動作的同期性,防止非全相運行,可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生。 (2) 在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗，用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振。 (3) 破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件,防止參數(shù)諧振過電壓2外部過電壓 2.1雷電過電壓由直擊雷或雷電感應突然加到

10、電力系統(tǒng)中，使電氣設備所承受的電壓遠遠超過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。電力系統(tǒng)遭受大氣過電壓后，可使輸配電線路及電氣設備的絕緣發(fā)生擊穿或閃絡，造成停電以致危害人的生命安全。 特點是持續(xù)時間短暫,沖擊性強,與雷擊活動強度有直接關系,與設備電壓等級無關。 防止大氣過電壓，通常采取裝設避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，采用自動重合閘裝置等措施。二、電力系統(tǒng)接地裝置接地為防止觸電或保護設備的安全,把電力電訊等設備的金屬底盤或外殼接上地線;利用大地作電流回路接地線。在電力系統(tǒng)中，將設備和用電裝置的中性點、外殼或支架與接地裝置用導體作良好的電氣連接叫做接地。最大功用

11、為保護使用者，和電氣設備的安全。1接地的種類1.1工作接地在正?；虍惓Ｇ闆r下，為了保證正常且可靠地運行，必須將供電系統(tǒng)中的某點與地做可靠的金屬連接，稱為工作接地。如變壓器的中性點與接地裝置的可靠金屬連接等。 其作用：降低人體的接觸電壓，在中性點對地絕緣的系統(tǒng)中，當一相接地，而人體又觸及另一相時，人體將受到線電壓，但對中性點接地系統(tǒng)，人體受到的為相電壓；迅速切斷故障設備。在中性點絕緣的系統(tǒng)中，一相接地時，接地電流僅為電容電流和泄漏電流，數(shù)值很小，不足以使保護裝置動作以切斷故障設備。在中性點接地系統(tǒng)中，發(fā)生碰地時將引起單相接地短路，能使保護裝置迅速動作以切斷故障；減輕高壓竄人低壓的危險。1.2保護

12、接地 在正常工作狀態(tài)下，各種電器的外殼是不帶電的。但由于某些原因，造成設備絕緣損壞后可能使外殼帶電，人或動物一旦接觸到這種外殼帶電的設備就有觸電的危險。為了防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)時危及人身安全，將電器設備正常時不帶電的金屬外殼、配電裝置的金屬部分同大地做良好的電氣連接，稱作保護接地。變電所中需要保護接地的的部分一般有變壓器及各種電器設備的底座和外殼、開關電器的操作機構、互感器副邊繞組、配電屏與控制屏的框架、屋外配電裝置的金屬架構、鋼筋混凝土架構、電纜金屬支架以及靠近帶電部分的金屬遮欄、金屬門等。1.3防雷接地為了使雷電流安全地向大地泄放，以保護被擊建筑物或電力設備而采取的接地，稱為防雷接地。1.4等

13、電位接地 在電力系統(tǒng)中，通常有許多不同型號不同性能的電氣設備同時工作。由于這些設備的工作狀態(tài)不同，當發(fā)生故障時，不同的設備，其外露金屬部分可能有不同的電位，因此當人體同時接觸這些設備時，會產(chǎn)生一定的接觸電壓，從而造成觸電事故。所謂等電位接地，就是用金屬導線將上述設備的外露金屬部分相互連接在一起，并將它們進行共同接地。這樣，當人體同時接觸不同的設備時，就不會產(chǎn)生危險電壓，即將各設備的電位等電位化了。2接地電阻降阻方法接地系統(tǒng)的好壞與接地電阻的大小有著很大的關系，若接地電阻過大，故障電流不能順利的流向大地，對電氣設備照成損害。2.1敷設水平外延接地 因為水平敷設施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻

14、，還可以有效地降低沖擊接地電阻2.2利用接地電阻降阻劑 在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學降阻劑，是具有導電性能良好的強電解質(zhì)和水分。這些強電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導電作用。而降阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的接地電阻。2.3深埋式接地極 在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達到減小接地電阻的目的。2.4其他方法 在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。因此利用大地性質(zhì)，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達到減小接地電阻的目的。避