高電壓技術(shù)相關(guān)課件9 10

1、高高 電電 壓壓 技技 術(shù)術(shù)電氣工程學(xué)院第九章第九章電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓 中國(guó)石油大學(xué)中國(guó)石油大學(xué) 薛永端薛永端內(nèi)部過電壓：內(nèi)部過電壓：電力系統(tǒng)中，因?yàn)閿嗦菲鞯牟僮?、事故或其它原因，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電磁能量振蕩轉(zhuǎn)換或傳遞所出現(xiàn)的超過正常運(yùn)行電壓的電壓升高。 由于引起內(nèi)部過電壓的電磁能量來自電力系統(tǒng)內(nèi)部，其幅值與額定電壓成正比，工程上內(nèi)部過電壓的大小用內(nèi)部過電壓倍數(shù)內(nèi)部過電壓倍數(shù)kn表示。最高運(yùn)行相電壓幅值過電壓幅值nk最高運(yùn)行相電壓幅值NU32)15. 11 . 1 (內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓內(nèi)內(nèi)部部過過電電壓壓工頻電壓升高工頻電壓升高諧振過電壓諧振過電壓空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)空載

2、長(zhǎng)線電容效應(yīng)甩負(fù)荷甩負(fù)荷不對(duì)稱短路不對(duì)稱短路操操作作過過電電壓壓切除小電感負(fù)荷切除小電感負(fù)荷斷開小電容負(fù)荷斷開小電容負(fù)荷空載線路合閘空載線路合閘間歇性、弧光接地過電壓間歇性、弧光接地過電壓暫暫時(shí)時(shí)過過電電壓壓線性諧振線性諧振非線性諧振非線性諧振參數(shù)諧振參數(shù)諧振單相接地內(nèi)部過電壓分類內(nèi)部過電壓分類電力系統(tǒng)操作過電壓（電力系統(tǒng)操作過電壓（1）操作過電壓屬于內(nèi)部過電壓。操作過電壓屬于內(nèi)部過電壓。操作是廣義的：操作是廣義的：計(jì)劃性斷路器的合閘和跳閘計(jì)劃性斷路器的合閘和跳閘故障時(shí)斷路器的跳閘故障時(shí)斷路器的跳閘切：L（空變、L、電動(dòng)機(jī)） C（空線、電容器組） 解列合：空線35kV及以下中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生

3、單相弧光接地時(shí)，及以下中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地時(shí)，不大的電容電流流經(jīng)接地點(diǎn)，產(chǎn)生時(shí)燃時(shí)滅的電弧。不大的電容電流流經(jīng)接地點(diǎn)，產(chǎn)生時(shí)燃時(shí)滅的電弧。相當(dāng)于開關(guān)的反復(fù)操作相當(dāng)于開關(guān)的反復(fù)操作 弧光接地過電壓弧光接地過電壓操作引起暫態(tài)過程，電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)過電壓操作引起暫態(tài)過程，電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)過電壓 。 由于操作過電壓幅值與系統(tǒng)額定電壓有關(guān)，因此電壓等級(jí)越高的系由于操作過電壓幅值與系統(tǒng)額定電壓有關(guān)，因此電壓等級(jí)越高的系統(tǒng)操作過電壓值越高。統(tǒng)操作過電壓值越高。系統(tǒng)的絕緣水平系統(tǒng)的絕緣水平220kV220kV及以下及以下330kV330kV及以上及以上雷電過電壓雷電過電壓操作過電壓操作

4、過電壓主要主要我國(guó)規(guī)程規(guī)定：我國(guó)規(guī)程規(guī)定： 操作過電壓倍數(shù)操作過電壓倍數(shù)353560kV60kV及以下（非直接接地）系統(tǒng)及以下（非直接接地）系統(tǒng) 4.04.0110110220kV220kV（直接接地）系統(tǒng)（直接接地）系統(tǒng) 3.03.0330kV330kV系統(tǒng)系統(tǒng) 2.752.75500kV500kV系統(tǒng)系統(tǒng) 2.02.0（或（或2.22.2）750kV750kV及及1000kV1000kV系統(tǒng)系統(tǒng) 1.61.6限制操作過電壓措施：斷路器帶并聯(lián)電阻、限制操作過電壓措施：斷路器帶并聯(lián)電阻、MOAMOA、高壓并聯(lián)電抗器、高壓并聯(lián)電抗器電力系統(tǒng)操作過電壓（電力系統(tǒng)操作過電壓（2）主要內(nèi)容主要內(nèi)容主要

5、內(nèi)容：主要內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 第二節(jié)第二節(jié) 第三節(jié)第三節(jié) 第四節(jié)第四節(jié) 第五節(jié)第五節(jié) 第六節(jié)第六節(jié) 9.1 切除小電感負(fù)荷過電壓切除小電感負(fù)荷過電壓 斷路器開斷特點(diǎn)斷路器開斷特點(diǎn)常見的操作：切除空載變壓器、消弧線圈、并聯(lián)電常見的操作：切除空載變壓器、消弧線圈、并聯(lián)電抗器。抗器。斷路器開斷特點(diǎn)：斷路器開斷特點(diǎn)：大電流時(shí)，過零點(diǎn)自然滅??；大電流時(shí)，過零點(diǎn)自然滅??； 如如100A以上的負(fù)荷電流或短路電流以上的負(fù)荷電流或短路電流小電流時(shí)，強(qiáng)行斷開，即呈現(xiàn)小電流時(shí)，強(qiáng)行斷開，即呈現(xiàn)“截流截流”現(xiàn)象現(xiàn)象如為額定電流如為額定電流0.5%5%的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流截流時(shí)，電感中儲(chǔ)存的磁能將轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能被容量很小的

6、截流時(shí)，電感中儲(chǔ)存的磁能將轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能被容量很小的分布電容吸收，致電壓升高分布電容吸收，致電壓升高產(chǎn)生切除空載變壓器過電壓的根本原因是斷路器的產(chǎn)生切除空載變壓器過電壓的根本原因是斷路器的截流截流現(xiàn)象現(xiàn)象過電壓產(chǎn)生的過程（過電壓產(chǎn)生的過程（1） 等值電路等值電路斷路器閉合時(shí)，可忽斷路器閉合時(shí)，可忽略略CT作用作用斷路器斷開時(shí)，勵(lì)磁斷路器斷開時(shí)，勵(lì)磁線圈的電流不能突變線圈的電流不能突變，只能和電容構(gòu)成回，只能和電容構(gòu)成回路路設(shè)截流瞬間，勵(lì)磁電設(shè)截流瞬間，勵(lì)磁電流為流為I0，電壓為，電壓為U0，此時(shí)的總能量為：此時(shí)的總能量為： 20202121UCILWWWTTCLLT為變壓器勵(lì)磁電感CT為變壓器和連

7、接母線對(duì)地電容，數(shù)百數(shù)千pF過電壓產(chǎn)生的過程（過電壓產(chǎn)生的過程（2）變壓器上的最大過電壓，出現(xiàn)在磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)為變壓器上的最大過電壓，出現(xiàn)在磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能量的時(shí)刻，有：電場(chǎng)能量的時(shí)刻，有： 最大過電壓是勵(lì)磁電流最大時(shí)截?cái)?，即最大過電壓是勵(lì)磁電流最大時(shí)截?cái)?，即I0=Im（勵(lì)（勵(lì)磁電流的峰值），磁電流的峰值），U0=0，有，有 ZT稱為變壓器的稱為變壓器的特性阻抗特性阻抗 TTTTTTTCLIUICLUUCILUCW02020max2020max2212121TmTTmZICLIUmax例題例題9-1某變壓器某變壓器PN=31500kVA，UN=121kV，空載電流為，空載電流為IN的的4

8、%，對(duì)地電容為，對(duì)地電容為5000pF。計(jì)算切除空載變壓器的最大可能過。計(jì)算切除空載變壓器的最大可能過電壓值。電壓值。AUPIINNN5 . 83%42%42maxHIULmNT373286000TTTCLZkVZIUTm731max過電壓影響因素過電壓影響因素影響過電壓的因素影響過電壓的因素?cái)嗦菲餍阅埽簲嗦菲餍阅埽簲嗦菲鞯慕亓髂芰υ綇?qiáng)，過電壓就越高。即斷路器的截流能力越強(qiáng)，過電壓就越高。即I0max成為一成為一個(gè)重要指標(biāo)個(gè)重要指標(biāo)觸頭分開過程中，電弧重燃可使變壓器能量向電源釋放觸頭分開過程中，電弧重燃可使變壓器能量向電源釋放，過電壓降低，過電壓降低變壓器性能變壓器性能變壓器變壓器LT越大、越

9、大、CT越小，則過電壓越高越小，則過電壓越高變壓器的相數(shù)、繞組連接方式、鐵芯結(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地變壓器的相數(shù)、繞組連接方式、鐵芯結(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式、斷口電容，以及連接線等方式、斷口電容，以及連接線等過電壓限制措施過電壓限制措施限制過電壓的措施限制過電壓的措施在斷路器的主觸頭上并高值電阻在斷路器的主觸頭上并高值電阻（線性或非線性，數(shù)萬歐姆）（線性或非線性，數(shù)萬歐姆）為何要兩個(gè)開關(guān)？為何要兩個(gè)開關(guān)？注意分析，合閘和分閘的先后順序注意分析，合閘和分閘的先后順序。先合電阻先合電阻Q2、再合主觸頭、再合主觸頭Q1減小變壓器的特性阻抗：減小變壓器的特性阻抗：增大電容：改變繞組結(jié)構(gòu)、增加靜增大電容：改變繞組結(jié)

10、構(gòu)、增加靜電屏蔽電屏蔽減小電感：鐵芯使用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料減小電感：鐵芯使用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料采用避雷器保護(hù)采用避雷器保護(hù)9.2 切除小電容負(fù)載過電壓切除小電容負(fù)載過電壓 切除小電容負(fù)載過電壓產(chǎn)生機(jī)理切除小電容負(fù)載過電壓產(chǎn)生機(jī)理常見操作：切除空載長(zhǎng)線、電纜，斷開電容器組。常見操作：切除空載長(zhǎng)線、電纜，斷開電容器組。過電壓的產(chǎn)生：在恢復(fù)電壓作用下，觸頭一次或多次重燃，過電壓的產(chǎn)生：在恢復(fù)電壓作用下，觸頭一次或多次重燃，產(chǎn)生過電壓產(chǎn)生過電壓 斷路器觸頭分離后，電弧熄滅，斷路器觸頭分離后，電弧熄滅，觸頭兩極間存在兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過程：電壓的上升觸頭兩極間存在兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過程：電壓的上升&絕緣的恢復(fù)絕緣的恢復(fù)二者

11、都和時(shí)間有關(guān)二者都和時(shí)間有關(guān)如果觸頭間電壓上升速度小于絕緣恢復(fù)速度，電弧就如果觸頭間電壓上升速度小于絕緣恢復(fù)速度，電弧就不重燃不重燃如果觸頭間恢復(fù)電壓上升速度超過了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，電弧就如果觸頭間恢復(fù)電壓上升速度超過了介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，電弧就可能發(fā)生可能發(fā)生重燃重燃，在線路上出現(xiàn)過電壓。，在線路上出現(xiàn)過電壓。如果斷路器滅弧能力越差，重燃概率越大，過電壓幅值就越如果斷路器滅弧能力越差，重燃概率越大，過電壓幅值就越高（高（3倍以上）且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)（倍以上）且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)（0.51個(gè)周期）。個(gè)周期）。220kV及以下系統(tǒng)絕緣水平考慮過電壓時(shí)，主要以切空線過電壓為依及以下系統(tǒng)絕緣水平考慮過電壓時(shí)

12、，主要以切空線過電壓為依據(jù)據(jù)切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（1）斷路器閉合時(shí)，因感抗斷路器閉合時(shí)，因感抗容抗，電流呈現(xiàn)容性，故容抗，電流呈現(xiàn)容性，故Uc約等約等于電源電壓于電源電壓忽略容升效應(yīng)忽略容升效應(yīng)觸頭分開時(shí)，電弧在工頻電流過零時(shí)熄滅，此時(shí)線路電壓觸頭分開時(shí)，電弧在工頻電流過零時(shí)熄滅，此時(shí)線路電壓U為最大值，設(shè)為為最大值，設(shè)為+Um電弧熄滅后，電容電荷無處泄漏，使觸頭電弧熄滅后，電容電荷無處泄漏，使觸頭B和線路維持殘和線路維持殘壓壓+ Um半個(gè)周期后，觸頭半個(gè)周期后，觸頭A隨電源變?yōu)殡S電源變?yōu)? Um ，兩個(gè)觸頭間的恢復(fù)，兩個(gè)觸頭間的恢復(fù)電壓為電壓為2 UmU(t

13、),Ls為電源電勢(shì)和電感為電源電勢(shì)和電感 LT,CT為線路電感和電容為線路電感和電容切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（2）如果觸頭不能耐受恢復(fù)電壓、發(fā)生復(fù)燃，將引起電磁振蕩如果觸頭不能耐受恢復(fù)電壓、發(fā)生復(fù)燃，將引起電磁振蕩，形成過電壓，形成過電壓 復(fù)燃后的電壓電流為高頻振蕩過程，振蕩頻率復(fù)燃后的電壓電流為高頻振蕩過程，振蕩頻率 根據(jù)根據(jù)已知起始電壓為已知起始電壓為+ Um ，將具有的穩(wěn)態(tài)電壓為，將具有的穩(wěn)態(tài)電壓為- Um ，則振蕩過程的，則振蕩過程的最大過電壓（瞬時(shí)值）為：最大過電壓（瞬時(shí)值）為： 如果在高頻振蕩電流首次過零時(shí)，電弧熄滅，則電容如果在高頻振蕩電流首次過零時(shí)

14、，電弧熄滅，則電容CT保持過電保持過電壓壓 -3 UmTLC100max22UUUUUUUUw起始穩(wěn)態(tài)起始穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)）（max()3UUUUU 切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（切除小電容負(fù)載過電壓的產(chǎn)生（3）如果電弧多次重燃，則電容（線路）電壓將按照如果電弧多次重燃，則電容（線路）電壓將按照+5，-7，+9變化變化電弧多次重燃電弧多次重燃是切除空載線路產(chǎn)生危險(xiǎn)過電壓的根本原因是切除空載線路產(chǎn)生危險(xiǎn)過電壓的根本原因影響過電壓的因素影響過電壓的因素 實(shí)際過電壓沒有理論分析的嚴(yán)重。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：超過實(shí)際過電壓沒有理論分析的嚴(yán)重。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：超過3的的過電壓概率很小過電壓概率很小電弧重燃時(shí)，電源電壓不一定

15、是反極性的最大值電弧重燃時(shí)，電源電壓不一定是反極性的最大值重燃后的電弧不一定在高頻電流首次過零時(shí)熄滅，如第二次過零或重燃后的電弧不一定在高頻電流首次過零時(shí)熄滅，如第二次過零或工頻過零時(shí)熄滅，則殘壓將小很多，且極性也可能相反。工頻過零時(shí)熄滅，則殘壓將小很多，且極性也可能相反。線路存在電暈及電阻等損耗線路存在電暈及電阻等損耗影響過電壓的因素影響過電壓的因素 斷路器性能：觸頭的重燃次數(shù)。近年已大幅減少。斷路器性能：觸頭的重燃次數(shù)。近年已大幅減少。電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)非有效接地方式中，三相斷路器不同電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)非有效接地方式中，三相斷路器不同期將使中性點(diǎn)發(fā)生偏移，使某相過電壓特別高

16、一些，約高期將使中性點(diǎn)發(fā)生偏移，使某相過電壓特別高一些，約高20%母線有多條出線時(shí)，過電壓較?。耗妇€有多條出線時(shí)，過電壓較小：電弧重燃瞬間，電容電荷將分配給其他線路，降低起始電壓電弧重燃瞬間，電容電荷將分配給其他線路，降低起始電壓線路側(cè)裝有電磁式電壓互感器（線路側(cè)裝有電磁式電壓互感器（PT）等設(shè)備，過電壓低：電容電荷）等設(shè)備，過電壓低：電容電荷有放電通道有放電通道限制過電壓的措施限制過電壓的措施 采用不重燃斷路器：壓縮空氣斷路器、采用不重燃斷路器：壓縮空氣斷路器、SF6斷路器等斷路器等并聯(lián)分閘電阻并聯(lián)分閘電阻R（10003000歐）。歐）。兩種接法兩種接法分析兩個(gè)開關(guān)的動(dòng)作先后順序分析兩個(gè)開關(guān)

17、的動(dòng)作先后順序線路首末端裝設(shè)避雷器線路首末端裝設(shè)避雷器 9.3 空載線路合閘過電壓空載線路合閘過電壓 基本狀況基本狀況空載線路合閘操作分為：正常合閘與自動(dòng)重合閘，空載線路合閘操作分為：正常合閘與自動(dòng)重合閘，二者起始條件不同，出現(xiàn)的過電壓幅值差異較大。二者起始條件不同，出現(xiàn)的過電壓幅值差異較大。其中三相重合閘產(chǎn)生的過電壓最嚴(yán)重。其中三相重合閘產(chǎn)生的過電壓最嚴(yán)重。在超高壓和特高壓電網(wǎng)中，空載合閘已成為電網(wǎng)絕在超高壓和特高壓電網(wǎng)中，空載合閘已成為電網(wǎng)絕緣水平的決定性因素緣水平的決定性因素緣由：切除空載線路的過電壓曾經(jīng)是電網(wǎng)絕緣的決定性緣由：切除空載線路的過電壓曾經(jīng)是電網(wǎng)絕緣的決定性因素，隨著斷路器滅

18、弧性能改善，切除空載線路的過電因素，隨著斷路器滅弧性能改善，切除空載線路的過電壓幅值已顯著降低。壓幅值已顯著降低。切斷空載線路過電壓最大過電壓只測(cè)到切斷空載線路過電壓最大過電壓只測(cè)到1.19倍倍而合閘空載線路最大過電壓達(dá)而合閘空載線路最大過電壓達(dá)2.03倍倍 不同合閘的過電壓大小不同合閘的過電壓大小綜合分析，單相計(jì)劃性重合閘過電壓最低，自動(dòng)綜合分析，單相計(jì)劃性重合閘過電壓最低，自動(dòng) 重重合閘次之，三相重合閘過電壓最高合閘次之，三相重合閘過電壓最高單相重合閘時(shí)，無不同期問題、耦合電壓低；暫態(tài)單相重合閘時(shí)，無不同期問題、耦合電壓低；暫態(tài)分量將通過一個(gè)損耗大、衰減快的零序回路。分量將通過一個(gè)損耗大、

19、衰減快的零序回路。合閘：先合相過電壓將耦合到后合相，使之帶有一合閘：先合相過電壓將耦合到后合相，使之帶有一定初始值。定初始值。三相重合閘：初始值最大三相重合閘：初始值最大。 影響合閘過電壓的因素影響合閘過電壓的因素 合閘相角：是一個(gè)隨機(jī)值，遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。合閘相角：是一個(gè)隨機(jī)值，遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。與斷路器合閘速度、合閘過程中的預(yù)擊穿特性有關(guān)。與斷路器合閘速度、合閘過程中的預(yù)擊穿特性有關(guān)。線路殘余電壓值：殘余電荷的極性、大小。線路殘余電壓值：殘余電荷的極性、大小。合閘電源電壓為峰值且殘余電壓異極性時(shí)，過電壓最大合閘電源電壓為峰值且殘余電壓異極性時(shí)，過電壓最大線路側(cè)線路側(cè)PT具有阻尼作用，可使線路電荷在

20、重合前釋放，具有阻尼作用，可使線路電荷在重合前釋放，可降低過電壓可降低過電壓回路損耗：線路電阻損耗、電暈損耗?；芈窊p耗：線路電阻損耗、電暈損耗。另：斷路器的同期性、母線出線數(shù)、空載線路的另：斷路器的同期性、母線出線數(shù)、空載線路的電容效應(yīng)等電容效應(yīng)等 限制合閘過電壓措施限制合閘過電壓措施 控制合閘相角。控制合閘時(shí)電源電壓控制合閘相角?？刂坪祥l時(shí)電源電壓的角度，在兩端電位同極性時(shí)合閘的角度，在兩端電位同極性時(shí)合閘國(guó)外已研制成功：檢測(cè)端口，在同電位瞬國(guó)外已研制成功：檢測(cè)端口，在同電位瞬間合閘的斷路器間合閘的斷路器在斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻在斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻R一般取值：一般取值：40010

21、00歐姆，低值電阻歐姆，低值電阻為何要兩個(gè)開關(guān)？為何要兩個(gè)開關(guān)？注意分析，合閘的先后順序。先合電阻、注意分析，合閘的先后順序。先合電阻、再合主觸頭再合主觸頭電阻熱容量大，壽命有限，維修工作量大電阻熱容量大，壽命有限，維修工作量大線路首末端裝設(shè)避雷器線路首末端裝設(shè)避雷器線路側(cè)線路側(cè)PT，超高壓電網(wǎng)中并聯(lián)電抗器，超高壓電網(wǎng)中并聯(lián)電抗器、靜止無功補(bǔ)償裝置（削弱長(zhǎng)線電容、靜止無功補(bǔ)償裝置（削弱長(zhǎng)線電容效應(yīng)）效應(yīng)） 9.4 間歇電弧接地過電壓間歇電弧接地過電壓 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)我國(guó)中壓配電網(wǎng)主要是非有效接地我國(guó)中壓配電網(wǎng)主要是非有效接地單相接地是最主要故障形式單相接地是最主要故障形式單相接地故障點(diǎn)電弧電

22、流大小與電單相接地故障點(diǎn)電弧電流大小與電弧的發(fā)展關(guān)系弧的發(fā)展關(guān)系接地電流接地電流5A時(shí)，電弧會(huì)迅速自行熄時(shí)，電弧會(huì)迅速自行熄滅，電網(wǎng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行；滅，電網(wǎng)即可恢復(fù)正常運(yùn)行；接地電流較大（接地電流較大（30A以上）時(shí)，一般以上）時(shí)，一般形成持續(xù)性電弧接地；形成持續(xù)性電弧接地；接地電流大于接地電流大于5A但小于但小于30A時(shí)，將會(huì)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)間歇性電弧接地。出現(xiàn)間歇性電弧接地。間歇性電弧將引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬間歇性電弧將引起電力系統(tǒng)狀態(tài)瞬息改變，導(dǎo)致線路電感電容產(chǎn)生電息改變，導(dǎo)致線路電感電容產(chǎn)生電磁振蕩，在健全相和故障相均產(chǎn)生磁振蕩，在健全相和故障相均產(chǎn)生過電壓過電壓間歇電弧接地過電壓的分析過程

23、間歇電弧接地過電壓的分析過程故障點(diǎn)首次擊穿時(shí)的過電壓故障點(diǎn)首次擊穿時(shí)的過電壓設(shè)定擊穿時(shí)刻：按最嚴(yán)重情況設(shè)計(jì)設(shè)定擊穿時(shí)刻：按最嚴(yán)重情況設(shè)計(jì)計(jì)算故障瞬間的初始值計(jì)算故障瞬間的初始值計(jì)算故障后的穩(wěn)態(tài)值計(jì)算故障后的穩(wěn)態(tài)值計(jì)算過電壓：計(jì)算過電壓：=2倍的穩(wěn)態(tài)值倍的穩(wěn)態(tài)值-初始值初始值電流過零時(shí)滅弧后的對(duì)地電容上電流過零時(shí)滅弧后的對(duì)地電容上的殘余電荷的殘余電荷分為：工頻電流過零熄滅、暫態(tài)電分為：工頻電流過零熄滅、暫態(tài)電流過零熄滅流過零熄滅故障點(diǎn)重燃后的過電壓故障點(diǎn)重燃后的過電壓按最嚴(yán)重情況設(shè)定重燃時(shí)刻按最嚴(yán)重情況設(shè)定重燃時(shí)刻計(jì)算重燃瞬間的初始值計(jì)算重燃瞬間的初始值計(jì)算重燃后的穩(wěn)態(tài)值計(jì)算重燃后的穩(wěn)態(tài)值計(jì)算過

24、電壓：計(jì)算過電壓：=2倍的穩(wěn)態(tài)值倍的穩(wěn)態(tài)值-初始值初始值故障點(diǎn)首次擊穿時(shí)的過電壓故障點(diǎn)首次擊穿時(shí)的過電壓設(shè)故障相電壓峰值時(shí)（設(shè)故障相電壓峰值時(shí)（t1）發(fā)弧，）發(fā)弧，發(fā)弧前瞬間三相電壓（初始值）為：發(fā)弧前瞬間三相電壓（初始值）為：發(fā)弧后瞬間三相電壓（穩(wěn)態(tài)值）：發(fā)弧后瞬間三相電壓（穩(wěn)態(tài)值）：如何求得？如何求得？發(fā)弧瞬間為高頻振蕩過程，健全相最發(fā)弧瞬間為高頻振蕩過程，健全相最大電壓為：大電壓為：Utu)(11Ututu5 . 0)()(13120)(11tuUtutu5 . 1)()(1312UUUtUtUmm5 . 2)5 . 0()5 . 1( 2)()(1312熄弧后對(duì)地電容上的殘余電荷（熄弧

25、后對(duì)地電容上的殘余電荷（1）設(shè)為工頻電流過零時(shí)熄滅。設(shè)為工頻電流過零時(shí)熄滅。對(duì)于故障后的容性電流，工頻電流將在對(duì)于故障后的容性電流，工頻電流將在T/2后，即后，即t2=t1+T/2時(shí)刻熄弧時(shí)刻熄弧 熄弧前瞬間三相電壓起始值為熄弧前瞬間三相電壓起始值為 對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，熄弧后健全相對(duì)對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，熄弧后健全相對(duì)地電荷重新分配到三相中，使三相對(duì)地電地電荷重新分配到三相中，使三相對(duì)地電荷及電位相等，則中性點(diǎn)電壓：荷及電位相等，則中性點(diǎn)電壓：通過變壓器繞組實(shí)現(xiàn)電荷重新分配通過變壓器繞組實(shí)現(xiàn)電荷重新分配忽略重新分配時(shí)的暫態(tài)過程忽略重新分配時(shí)的暫態(tài)過程0)(21tuUtutu5 . 1)()

26、(2322UCUCtUN3/5 . 1*2)(2熄弧后對(duì)地電容上的殘余電荷（熄弧后對(duì)地電容上的殘余電荷（2）熄弧后瞬間，三相電壓分別為三相交流熄弧后瞬間，三相電壓分別為三相交流電壓與中性點(diǎn)電壓的疊加：電壓與中性點(diǎn)電壓的疊加： 正常三相交流電疊加一正常三相交流電疊加一Um直流量直流量在熄弧前后，各相電壓沒有突變，不產(chǎn)在熄弧前后，各相電壓沒有突變，不產(chǎn)生高頻振蕩過程生高頻振蕩過程應(yīng)注意：三相電容正常運(yùn)行時(shí)總電荷為應(yīng)注意：三相電容正常運(yùn)行時(shí)總電荷為0；接地后通過故障點(diǎn)注入不平衡電荷；接地后通過故障點(diǎn)注入不平衡電荷；熄弧后無泄漏通道，不平衡電荷將在三熄弧后無泄漏通道，不平衡電荷將在三相間平均分布。相間

27、平均分布。0)()()(2221UUtUtutuNAUtutu5 . 1)()(2322熄弧后三相電壓變化熄弧后三相電壓變化00.050.40.450.5-2-10123x 104t/sUa Ub UcUaUbUc電弧重燃時(shí)的過電壓電弧重燃時(shí)的過電壓熄弧后熄弧后T/2，在，在t3=t2+T/2、故障相電壓峰、故障相電壓峰值時(shí)刻，如再次發(fā)弧，則再有過渡過程值時(shí)刻，如再次發(fā)弧，則再有過渡過程 電弧重燃前，三相電壓起始值為電弧重燃前，三相電壓起始值為 電弧重燃后，三相新的穩(wěn)態(tài)電壓分別為電弧重燃后，三相新的穩(wěn)態(tài)電壓分別為與首次發(fā)弧后穩(wěn)態(tài)值相同與首次發(fā)弧后穩(wěn)態(tài)值

28、相同 電弧重燃過渡過程中，健全相最大電壓為電弧重燃過渡過程中，健全相最大電壓為： UUUtu2)(31UUUtutu5 . 05 . 0)()(33320)(31tuUtutu5 . 1)()(3332UUUtUtUmm5 . 3)5 . 0()5 . 1(2)()(3332間歇性接地故障過電壓總體特點(diǎn)間歇性接地故障過電壓總體特點(diǎn)故障相不存在振蕩過程，故障相不存在振蕩過程，最大過電壓為最大過電壓為以此類推，每過半個(gè)周期發(fā)生一以此類推，每過半個(gè)周期發(fā)生一次熄弧和重燃，則過程相同。次熄弧和重燃，則過程相同。如果高頻電流過零時(shí)熄滅，過電如果高頻電流過零時(shí)熄滅，過電壓將比工頻電流熄弧時(shí)更嚴(yán)重壓將比工頻

29、電流熄弧時(shí)更嚴(yán)重高頻電流過零時(shí)，暫態(tài)電壓正處于高頻電流過零時(shí)，暫態(tài)電壓正處于最大值。熄弧后的電容電荷將更大最大值。熄弧后的電容電荷將更大。實(shí)際間歇電弧過電壓的特點(diǎn)：實(shí)際間歇電弧過電壓的特點(diǎn)：過電壓最大值比理論分析小。過電壓最大值比理論分析小。發(fā)弧、熄弧、重燃時(shí)刻具有隨機(jī)性發(fā)弧、熄弧、重燃時(shí)刻具有隨機(jī)性，不一定在最大值時(shí)刻。，不一定在最大值時(shí)刻。相間電容，線路電阻損耗、電暈損相間電容，線路電阻損耗、電暈損耗等耗等危害性很大：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、波及范危害性很大：持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、波及范圍廣圍廣 U2限制間歇性接地過電壓的措施限制間歇性接地過電壓的措施 過電壓的根本原因：中性點(diǎn)電位偏移。消除過電過電壓的根本原因

30、：中性點(diǎn)電位偏移。消除過電壓，應(yīng)改變中性點(diǎn)接地方式壓，應(yīng)改變中性點(diǎn)接地方式方法一：采用中性點(diǎn)有效接地方式。方法一：采用中性點(diǎn)有效接地方式。110kV及以上電網(wǎng)多采用有效接地及以上電網(wǎng)多采用有效接地增加線路跳閘率，對(duì)中壓電網(wǎng)不可取。增加線路跳閘率，對(duì)中壓電網(wǎng)不可取。方法二：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。方法二：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。補(bǔ)償接地電流，使故障點(diǎn)殘流減小，促使電弧自行熄滅補(bǔ)償接地電流，使故障點(diǎn)殘流減小，促使電弧自行熄滅，避免間歇性弧光出現(xiàn)，避免間歇性弧光出現(xiàn) 消弧線圈的基本工作原理消弧線圈的基本工作原理 （1）消弧線圈是一電感線圈，提供電感電流補(bǔ)償線路對(duì)地電容消弧線圈是一電感線圈，提供電感電流補(bǔ)

31、償線路對(duì)地電容電流。電流。消弧線圈補(bǔ)償度（調(diào)諧度）：電感電流與電容電流之比消弧線圈補(bǔ)償度（調(diào)諧度）：電感電流與電容電流之比脫諧度脫諧度自振角頻率）LCLCCULUIIKCL3/1( ,313/0220222011K故障點(diǎn)電容電流 （THPQiiii）10kV110 kVTCCCLRLRLR消弧線圈消弧線圈電流 （Qi）故障點(diǎn)消弧線圈的基本工作原理消弧線圈的基本工作原理 （2）欠補(bǔ)償：故障電流呈現(xiàn)容性。欠補(bǔ)償：故障電流呈現(xiàn)容性。 K0 過補(bǔ)償：故障電流呈現(xiàn)感性。過補(bǔ)償：故障電流呈現(xiàn)感性。 K1，XL時(shí)，由于電容電流時(shí)，由于電容電流在電感上的電壓升作用，電容電壓將比電源電壓高在電感上的電壓升作用，

32、電容電壓將比電源電壓高。對(duì)于分布參數(shù)的線路，每一段對(duì)于分布參數(shù)的線路，每一段dx上，都有同樣的效上，都有同樣的效應(yīng)。應(yīng)。對(duì)于有限大電源，有：線路末端電壓對(duì)于有限大電源，有：線路末端電壓線路首端電線路首端電壓壓電源電壓電源電壓估算最嚴(yán)重的工頻電壓升高時(shí)，電源內(nèi)阻應(yīng)按最小估算最嚴(yán)重的工頻電壓升高時(shí)，電源內(nèi)阻應(yīng)按最小運(yùn)行方式取。運(yùn)行方式取。屬于暫時(shí)過電壓屬于暫時(shí)過電壓不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 不對(duì)稱短路故障分為：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相接地并短路不?duì)稱短路故障分為：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相接地并短路兩相接地短路故障概率較小，一般以單相接地故障為主兩相接地短路故障概率較小，一般以單相接地故

33、障為主健全相上工頻電壓升高的原因：長(zhǎng)線的電容效應(yīng)，短路電健全相上工頻電壓升高的原因：長(zhǎng)線的電容效應(yīng)，短路電流的零序分量作用流的零序分量作用對(duì)對(duì)310kV中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，零序阻抗為容性，健全相工頻中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，零序阻抗為容性，健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的電壓升高約為額定線電壓的1.1倍倍避雷器滅弧電壓按避雷器滅弧電壓按110%UN選擇，稱為選擇，稱為110%避雷器避雷器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，過補(bǔ)償狀態(tài)下，零序阻抗中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，過補(bǔ)償狀態(tài)下，零序阻抗為感性、幅值大，健全相工頻電壓接近額定線電壓為感性、幅值大，健全相工頻電壓接近額定線電壓采用采用100%避雷器避雷器對(duì)中性

34、點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)，零序阻抗為感性、幅值較小，對(duì)中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)，零序阻抗為感性、幅值較小，健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的健全相工頻電壓升高約為額定線電壓的0.8倍倍采用采用80%避雷器避雷器對(duì)于對(duì)于330kV以上系統(tǒng)，線路距離長(zhǎng)，由于電容效應(yīng)，線路以上系統(tǒng)，線路距離長(zhǎng)，由于電容效應(yīng)，線路末端可能超過末端可能超過80%UN 突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高 機(jī)電暫態(tài)過程。而非電磁暫態(tài)過程。機(jī)電暫態(tài)過程。而非電磁暫態(tài)過程。電壓升高的機(jī)理一：磁鏈?zhǔn)睾?，?lì)磁繞組磁通不電壓升高的機(jī)理一：磁鏈?zhǔn)睾?，?lì)磁繞組磁通不變，感應(yīng)電流的去磁突變變，感應(yīng)電流的去磁突變機(jī)理二：機(jī)械響應(yīng)慢

35、，機(jī)械能大于輸出能，機(jī)理二：機(jī)械響應(yīng)慢，機(jī)械能大于輸出能，同時(shí)計(jì)及三個(gè)因素：長(zhǎng)線電容效應(yīng)、單相接地、同時(shí)計(jì)及三個(gè)因素：長(zhǎng)線電容效應(yīng)、單相接地、甩負(fù)荷，則工頻電壓升高可達(dá)甩負(fù)荷，則工頻電壓升高可達(dá)2倍相電壓倍相電壓 限制工頻電壓升高的措施限制工頻電壓升高的措施 220kV以下電網(wǎng)，一般不需要采取特殊措施。以下電網(wǎng)，一般不需要采取特殊措施。330kV及以上系統(tǒng)則需采取措施及以上系統(tǒng)則需采取措施抑制措施：抑制措施：合理電網(wǎng)接線合理電網(wǎng)接線科學(xué)的操作程序科學(xué)的操作程序正確設(shè)置設(shè)置并聯(lián)電抗器或采用新型靜止無功補(bǔ)償正確設(shè)置設(shè)置并聯(lián)電抗器或采用新型靜止無功補(bǔ)償 裝置裝置我國(guó)規(guī)定：母線電壓升高不超過最高工頻相

36、電壓我國(guó)規(guī)定：母線電壓升高不超過最高工頻相電壓的的1.3倍，線路不超過倍，線路不超過1.4倍倍 第十章第十章電力系統(tǒng)絕緣配合電力系統(tǒng)絕緣配合10.1 絕緣配合的基本概念絕緣配合的基本概念絕緣配合的根本任務(wù)、基本原則和核心問題絕緣配合的根本任務(wù)、基本原則和核心問題絕緣配合的根本任務(wù)：正確處理過電壓和絕緣這一矛盾，以絕緣配合的根本任務(wù)：正確處理過電壓和絕緣這一矛盾，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)供電的目的達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)供電的目的絕緣配合的基本原則：綜合考慮電氣設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受絕緣配合的基本原則：綜合考慮電氣設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的各種作用電壓（工作電壓和過電壓）、保護(hù)裝置的特性和的各種作用電壓（工

37、作電壓和過電壓）、保護(hù)裝置的特性和設(shè)備絕緣對(duì)電壓的耐受特性，合理確定設(shè)備必要的絕緣水平設(shè)備絕緣對(duì)電壓的耐受特性，合理確定設(shè)備必要的絕緣水平，使設(shè)備造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用和絕緣故障損失的總體效益最高。，使設(shè)備造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用和絕緣故障損失的總體效益最高。技術(shù)上：處理好各種作用電壓、限壓措施、設(shè)備絕緣耐受能力之間技術(shù)上：處理好各種作用電壓、限壓措施、設(shè)備絕緣耐受能力之間的相互配合關(guān)系的相互配合關(guān)系經(jīng)濟(jì)上：協(xié)調(diào)投資、維護(hù)和事故損失三部分費(fèi)用關(guān)系。經(jīng)濟(jì)上：協(xié)調(diào)投資、維護(hù)和事故損失三部分費(fèi)用關(guān)系。核心問題：確定各種電氣設(shè)備的絕緣水平核心問題：確定各種電氣設(shè)備的絕緣水平絕緣設(shè)計(jì)的首要前提絕緣設(shè)計(jì)的首要前提設(shè)備所承受

38、的電壓：運(yùn)行電壓、工頻過電壓，雷電和操作過電壓設(shè)備所承受的電壓：運(yùn)行電壓、工頻過電壓，雷電和操作過電壓試驗(yàn)電壓分：短時(shí)工頻和長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓、雷電沖擊試驗(yàn)電壓試驗(yàn)電壓分：短時(shí)工頻和長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓、雷電沖擊試驗(yàn)電壓目標(biāo)：作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合目標(biāo)：作用電壓與絕緣強(qiáng)度的全伏秒特性配合絕緣配合中存在的問題（絕緣配合中存在的問題（1）架空線路與變電所之間的絕緣配合架空線路與變電所之間的絕緣配合早期，取輸電線路絕緣水平低于變電所設(shè)備絕緣水平早期，取輸電線路絕緣水平低于變電所設(shè)備絕緣水平線路絕緣自恢復(fù)，而變電所設(shè)備絕緣不可自恢復(fù)線路絕緣自恢復(fù)，而變電所設(shè)備絕緣不可自恢復(fù)大多數(shù)過電壓源于輸

39、電線路大多數(shù)過電壓源于輸電線路線路作為變電所設(shè)備的線路作為變電所設(shè)備的“避雷器避雷器”現(xiàn)在，輸電線路絕緣水平高于變電設(shè)備現(xiàn)在，輸電線路絕緣水平高于變電設(shè)備通過避雷器（特別是通過避雷器（特別是MOA），變電所防雷水平大幅提高），變電所防雷水平大幅提高通過避雷器保護(hù)，可以降低變電所設(shè)備的絕緣水平通過避雷器保護(hù)，可以降低變電所設(shè)備的絕緣水平通過線路將雷電波引入變電所避雷器，同時(shí)保護(hù)線路和設(shè)備通過線路將雷電波引入變電所避雷器，同時(shí)保護(hù)線路和設(shè)備但需要限制雷電波的陡度、幅值：進(jìn)線段保護(hù)但需要限制雷電波的陡度、幅值：進(jìn)線段保護(hù)同桿架設(shè)的雙回線之間的絕緣配合同桿架設(shè)的雙回線之間的絕緣配合不平衡絕緣方案：一回線路的絕緣子片數(shù)少于另一回線不平衡絕緣方案：一回線路的絕緣子片數(shù)少于另一回線避免雷擊線路引起兩回線路同時(shí)跳閘停電避免雷擊線路引起兩回線路同時(shí)跳閘停電絕緣水品低的線路起到減壓閥的作用絕緣水品低的線路起到減壓閥的作用需要選擇合適的差距需要選擇合適的差距絕緣配合中存在的問題（絕緣配合中存在的問題（2）電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣和外絕緣之間的絕緣配合電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣和外絕緣之間的絕緣配合以前：取內(nèi)絕緣水平高于外絕緣水平以前：取內(nèi)絕緣水平高于外絕緣水平內(nèi)絕緣擊穿的后果內(nèi)絕緣擊穿的后果遠(yuǎn)比遠(yuǎn)比外絕緣閃絡(luò)嚴(yán)重外絕緣閃絡(luò)嚴(yán)重有現(xiàn)代避雷器的可靠保護(hù)