高電壓技術(shù)-6章

1、第二篇第二篇 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合 第三篇第三篇 電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行中除了受電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行中除了受長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高得多的過電壓的短時(shí)作用。比工作電壓高得多的過電壓的短時(shí)作用。所謂過電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕所謂過電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位升高。通常緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位升高。通常過電壓可以作如下分類：過電壓可以作如下分類： 過電壓的分類過電壓的分類過電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危過電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位差升高

2、。險(xiǎn)的電壓升高和電位差升高。 內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)過電壓過電壓雷電過電壓雷電過電壓諧振過電壓諧振過電壓暫時(shí)過電壓暫時(shí)過電壓操作過電壓操作過電壓工頻電壓升高工頻電壓升高直接雷過電壓直接雷過電壓感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓本篇首先介紹過電壓及其防護(hù)問題的基礎(chǔ)波過程本篇首先介紹過電壓及其防護(hù)問題的基礎(chǔ)波過程理論。理論。 然后探討各種過電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過程、影然后探討各種過電壓的產(chǎn)生機(jī)理、發(fā)展過程、影響因素、防護(hù)措施等。響因素、防護(hù)措施等。 最后探討電力系統(tǒng)絕緣配合問題。最后探討電力系統(tǒng)絕緣配合問題。 本篇主要內(nèi)容本篇主要內(nèi)容第六章第六章 輸電線路和繞組中的波過程輸電線路和繞組中的波過

3、程波過程實(shí)質(zhì)上是能量沿著導(dǎo)線傳播的過程，即在導(dǎo)線波過程實(shí)質(zhì)上是能量沿著導(dǎo)線傳播的過程，即在導(dǎo)線周圍空間儲(chǔ)存電磁能的過程。周圍空間儲(chǔ)存電磁能的過程。從電磁場(chǎng)方程組出發(fā)來研究比較繁復(fù)，方便起見，一從電磁場(chǎng)方程組出發(fā)來研究比較繁復(fù)，方便起見，一般都采用以積分量般都采用以積分量u u和和I I表示的關(guān)系式，而且必須用表示的關(guān)系式，而且必須用分布分布參數(shù)電路參數(shù)電路和和行波理論行波理論來進(jìn)行分析來進(jìn)行分析。 這是因?yàn)檫^電壓波的變化速度很快、延續(xù)時(shí)間很短，這是因?yàn)檫^電壓波的變化速度很快、延續(xù)時(shí)間很短，以波前時(shí)間等于以波前時(shí)間等于1.2us的沖擊波為例，電壓從零變化的沖擊波為例，電壓從零變化到最大值（到最大

4、值（0Um）只需要）只需要1.2us，波的傳播速度為，波的傳播速度為光速光速c（300m/us），所以沖擊電壓波前在線路上），所以沖擊電壓波前在線路上的分布長(zhǎng)度只有的分布長(zhǎng)度只有360m。 換言之，線路各點(diǎn)的電壓和電流都將是不同的，根換言之，線路各點(diǎn)的電壓和電流都將是不同的，根本不能將線路各點(diǎn)的電路參數(shù)合并成集中參數(shù)來處理本不能將線路各點(diǎn)的電路參數(shù)合并成集中參數(shù)來處理問題。問題。 為了便于比較，可取工頻正弦電壓的第一個(gè)為了便于比較，可取工頻正弦電壓的第一個(gè)1/4周波周波（0Um）作為波前，那么這時(shí)的波前時(shí)間為）作為波前，那么這時(shí)的波前時(shí)間為5000us，整個(gè)波前分布在整個(gè)波前分布在1500km

5、長(zhǎng)的導(dǎo)線上（如圖長(zhǎng)的導(dǎo)線上（如圖61）。）。 用分布參數(shù)電路來處理問題，實(shí)質(zhì)上就是用分布參數(shù)電路來處理問題，實(shí)質(zhì)上就是承認(rèn)導(dǎo)線上的電壓承認(rèn)導(dǎo)線上的電壓u u和電流和電流i i不但隨時(shí)間不但隨時(shí)間t t而而變化，而且也隨空間位置的不同而異，即變化，而且也隨空間位置的不同而異，即: : U=f(x,t U=f(x,t) ) I=f(x,t I=f(x,t) )第一節(jié)第一節(jié) 波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播 線路方程及解線路方程及解波速和波阻抗波速和波阻抗 均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念 實(shí)際輸電線路往往采用三相交流或雙極直流輸實(shí)際輸電線路往往采用三相交

6、流或雙極直流輸電，均屬多導(dǎo)線系統(tǒng)。為了清晰地揭示線路波電，均屬多導(dǎo)線系統(tǒng)。為了清晰地揭示線路波過程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，先從理想的均勻過程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，先從理想的均勻無損單導(dǎo)線入手，是比較合適的。無損單導(dǎo)線入手，是比較合適的。 一、一、 均勻無損導(dǎo)線的單元等值電路均勻無損導(dǎo)線的單元等值電路 x dx L0dx i L0dx i+dxxi C0dx u C0dx u+dxcu 二、 均勻無損導(dǎo)線的方程組xuCxuxiLxu0021)()(uuvtxfvtxfu21)()(1iivtxfvtxfZi(6-3)(6-3)(6-4)(6-4)上面波動(dòng)方程的解為上面波動(dòng)方程的解為: :均勻無損單

7、導(dǎo)線的方程組為均勻無損單導(dǎo)線的方程組為: :)(1vtxfu)(2vtxfu代表一個(gè)任意形狀并以速度代表一個(gè)任意形狀并以速度v v朝著朝著x x的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波；的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波； 是一個(gè)以速度是一個(gè)以速度v v朝著朝著x x的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓反行波。的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓反行波。 電壓波的符號(hào)只取決于它的極性電壓波的符號(hào)只取決于它的極性, ,而與電而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。；ZuiZuivtxfuvtxfuZCLvCL2100)()(100(6-5)(6

8、-5)(6-6)(6-6)式中式中二、波速和波阻抗二、波速和波阻抗 波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。行波在均勻無損單導(dǎo)線上的傳播速度行波在均勻無損單導(dǎo)線上的傳播速度001CLv架空單導(dǎo)線的架空單導(dǎo)線的L0和和C0可由下式求得可由下式求得rhuuLcr2ln200（H/m)rhCcr2ln200(F/m)將式將式(6-8)(6-8)、(6-8)(6-8)代入式代入式(6-7),(6-7),可得可得: : 與之相似與之相似, ,單芯同軸電纜的單芯同軸電纜的由上述可知由上述可知

9、: :波速與導(dǎo)線周圍的媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)波速與導(dǎo)線周圍的媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān), ,而而與導(dǎo)線半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等集合尺寸無關(guān)。與導(dǎo)線半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等集合尺寸無關(guān)。波在油紙絕緣電纜中的傳播速度幾乎只有架空線上波在油紙絕緣電纜中的傳播速度幾乎只有架空線上波速的一半。波速的一半。rrrrv8001031rRrrRrCLln2ln20000特別注意點(diǎn)：特別注意點(diǎn)： 電流波的波速是導(dǎo)線中的帶電粒子開電流波的波速是導(dǎo)線中的帶電粒子開始運(yùn)動(dòng)的這一狀態(tài)由線路的一點(diǎn)向前或向后始運(yùn)動(dòng)的這一狀態(tài)由線路的一點(diǎn)向前或向后傳播的速度，而不是電荷在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)速傳播的速度，而不是電荷在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)速度。度。 Z Zu

10、/iu/i rhuuCLZcrr2ln210000架空線路的波阻抗約在架空線路的波阻抗約在300300500 500 之間之間 電纜線路的波阻抗約在電纜線路的波阻抗約在101050 50 之間。之間。 波阻抗波阻抗Z Z是電壓波與電流波之間的一個(gè)比例常數(shù)是電壓波與電流波之間的一個(gè)比例常數(shù)ZiuZiu,傳播過程如圖所示 三、均勻無損單導(dǎo)線波過程的基本概念小小 結(jié)結(jié)電壓電壓u由朝著由朝著x的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波u和朝著和朝著x的的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓波負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓波u“疊加而成；疊加而成；電壓波的符號(hào)只取電壓波的符號(hào)只取決于它的極性決于它的極性, ,而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)；電流波

11、不而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)；電流波不但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。有關(guān)。 波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、波速與導(dǎo)線周圍媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無關(guān)。 架空線路的波阻抗約在架空線路的波阻抗約在300300500500之間，電纜線路之間，電纜線路的波阻抗約在的波阻抗約在10105050之間。之間。（本節(jié)完）（本節(jié)完）第二節(jié)第二節(jié) 行波的折射和反射折射系數(shù)和反射系數(shù) 幾種特殊端接情況下的波過程 集中參數(shù)等值電路 在實(shí)際的線路上，常常會(huì)遇到線路均勻性遭受在

12、實(shí)際的線路上，常常會(huì)遇到線路均勻性遭受破壞的情況。均勻性開始遭受破壞的點(diǎn)可成為破壞的情況。均勻性開始遭受破壞的點(diǎn)可成為節(jié)點(diǎn)，當(dāng)行波投射到節(jié)點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)電壓、節(jié)點(diǎn)，當(dāng)行波投射到節(jié)點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)電壓、電流、能量重新調(diào)整分配的過程，即在節(jié)點(diǎn)處電流、能量重新調(diào)整分配的過程，即在節(jié)點(diǎn)處發(fā)生行波的折射和反射的現(xiàn)象。發(fā)生行波的折射和反射的現(xiàn)象。 在介紹線路波過程的基本概念時(shí)，通常采用最在介紹線路波過程的基本概念時(shí)，通常采用最簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的無限長(zhǎng)直角波無限長(zhǎng)直角波。因?yàn)樵诠ゎl交流電流的。因?yàn)樵诠ゎl交流電流的情況下，只要線路不太長(zhǎng)，行波從始端傳播到情況下，只要線路不太長(zhǎng)，行波從始端傳播到終端所需的時(shí)間還不到

13、終端所需的時(shí)間還不到1ms1ms，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，電源電壓變化不大，因而也可以看作與直角電電源電壓變化不大，因而也可以看作與直角電源相似。此外任何其他波形都可以用一定數(shù)量源相似。此外任何其他波形都可以用一定數(shù)量的單元無限長(zhǎng)直角波疊加而得。的單元無限長(zhǎng)直角波疊加而得。下面舉兩個(gè)最簡(jiǎn)單的例子：（1）有限長(zhǎng)直角波（幅值為U0，波長(zhǎng)為lt):可用兩個(gè)幅值相同（均為U0、極性相反、在時(shí)間上相差Tt或在空間上相距l(xiāng)t（=vTt）、并以同樣的波速v朝同一方向推進(jìn)的無限長(zhǎng)直角波疊加而成，如圖6-4所示。（2）平頂斜角波（幅值為U0，波前時(shí)間為Tf）：其組成方式如圖65所示，如單元無限長(zhǎng)直角

14、波的數(shù)量為n，則單元波的電壓級(jí)差 ，時(shí)間級(jí)差 。n越大，越接近于實(shí)際波形。 nTTfnUU01u2u1i2i1u1i入射波 ， 折射波 ， 反射波 ， 20111121222uuZZZu1121121uuZZZZu1Z2z電壓折射系數(shù)電壓反射系數(shù) 二者之間有如下關(guān)系 1+= 隨 與 的數(shù)值而異，和之值在下面的范圍內(nèi)變化 A點(diǎn)的折、反射電壓如下二、幾種特殊端接情況下的波過程(一)線路末端開路（圖6-9） 發(fā)生全反射，開路電壓加倍，電流變零。 (二)線路末端短路（接地）（圖6-10） 負(fù)的全反射，電流加倍，電壓為零(三）線路末端對(duì)地跨接一阻值R=Z1的電阻（圖6-11） 行波到達(dá)線路末端A點(diǎn)時(shí)完全

15、不發(fā)生反射，與A點(diǎn)后面接一條波阻抗Z2=Z1的無限長(zhǎng)導(dǎo)線的情況相同。三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）一個(gè)節(jié)點(diǎn)上接有多條分布參數(shù)長(zhǎng)線和若干集中參數(shù)元件。見圖6-12電壓反射波Ziuu2122已知電流源（例如雷電流）的情況，采用電流源等值電路更加簡(jiǎn)單方便。2212iZui例6-1 設(shè)某變電所的母線上共接有n條架空線路，當(dāng)其中某一線路遭受雷擊時(shí)，即有一過電壓波U0沿著該線進(jìn)入變電所，試求此時(shí)的母線電壓Ubb。 解：由于架空線路的波阻抗均大致相等，所以可得出圖6-15中的接線示意圖（a）和等值電路圖（b）。易得nZUnnZZUI00)1(212所以nUnZIUbb021或者nUIZUUbb0022由

16、此可知：變電所母線上接的線路數(shù)越多，則母線上的過電壓越低，在變電所的過電壓防護(hù)中對(duì)此應(yīng)有所考慮。當(dāng)n=2時(shí)，UbbU0，相當(dāng)于Z2 Z1的情況，沒有折、反射現(xiàn)象。入射波必須是沿一條分布參數(shù)線路傳輸過來 適用于節(jié)點(diǎn)A之后的任何一條線路末端反射波未達(dá)到A之前彼德遜法則的適用范圍：若要計(jì)算線路末端產(chǎn)生的反射波回到節(jié)點(diǎn)A以后的過程，就要采用后面將要介紹的行波多次折、反射計(jì)算法。小 結(jié)電壓折射系數(shù) ，電壓反射系數(shù) ，二 者之間有如下關(guān)系： 。 線路末端開路時(shí)，發(fā)生全反射，開路電壓加倍，電流變零。 線路末端短路時(shí)，發(fā)生負(fù)的全反射，電流加倍，電壓為零。 線路末端對(duì)地跨接一阻值R=Z1的電阻時(shí)，行波到達(dá)線路末

17、端A點(diǎn)時(shí)完全不發(fā)生反射，與A點(diǎn)后面接一條波阻抗Z2=Z1的無限長(zhǎng)導(dǎo)線的情況相同。2122ZZZ2112ZZZZ1第三節(jié) 行波的多次折、反射利用網(wǎng)格法分析多次折、反射波過程 分析中間線段的波阻抗Z0的大小對(duì)uB的波形的影響 實(shí)際電力系統(tǒng)中常會(huì)遇到一些并不太長(zhǎng)的線路，會(huì)出現(xiàn)多次的折、反射，常用網(wǎng)格法來計(jì)算多次折、反射波過程。 設(shè)一無限長(zhǎng)直角波U0從線路1投射到節(jié)點(diǎn)A上來，折射波 從線路Z0繼續(xù)投射到B點(diǎn)上來，在B點(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)折射波 沿著線路2繼續(xù)傳播，而在B點(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)反射波 又向A點(diǎn)傳去，而在A點(diǎn)產(chǎn)生的反射波 又沿著Z0投射到B點(diǎn)，在B點(diǎn)產(chǎn)生的第二個(gè)折射波 沿著線路2繼續(xù)傳播，而在B點(diǎn)產(chǎn)生的

18、第二個(gè)反射波 又向A點(diǎn)傳去，如此等等。 01U021U021U0121U02121U01221U折射系數(shù) ， 和反射系數(shù) ， 的計(jì)算式如下121201012ZZZ，20022ZZZ01011ZZZZ，02022ZZZZ線路各點(diǎn)上的電壓即為所有折、反射波的疊加，但要注意它們到達(dá)時(shí)間的先后，波傳過長(zhǎng)度為 的中間線段所需的時(shí)間 （式中 為中間線段的波速）。0l00vl0v以節(jié)點(diǎn)B上的電壓為例，參照?qǐng)D6-22中的網(wǎng)格圖，以入射波 到達(dá)A點(diǎn)的瞬間作為時(shí)間的起算點(diǎn)（t=0），則節(jié)點(diǎn)B在不同時(shí)刻的電壓為：0U當(dāng) 時(shí)，t00Bu當(dāng) 時(shí)，3t021UuB當(dāng) 時(shí)，53t02121)1 (UuB當(dāng) 時(shí)，75t022

19、12121)(1 UuB當(dāng) 時(shí)，即 時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓最終幅值將為tn002122UUZZZUB當(dāng)發(fā)生第n次折射后，即當(dāng) 時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓將為) 12() 12(ntn21212101)(1nBUu式中 表示波從線路1直接傳入線路2時(shí)的電壓折射系數(shù)，這意味著進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來決定，而與中間線段的存在與否無關(guān)。 但是中間線段的存在及其波阻抗Z0的大小決定著uB的波形、特別是它的波前，現(xiàn)分別討論如下：(1)如果Z0Z1和Z2（例如在兩條架空線之間插接一段電纜），則 和 均為正值，因而各次折射波都是正的，總的電壓 逐次疊加而增大，如圖6-23（a）所示。若Z0Z1和Z2（例如

20、在兩條電纜線路中間插接一段架空線），則 和 皆為負(fù)值，但其乘積（ ）仍為正值，所以折射電壓 也逐次疊加增大，其波形亦如圖6-23（a）所示。若Z0Z1和Z2,表示中間線段的電感較大、對(duì)地電容較小，因而可以忽略電容而用一只串連電感來代替中間線段，同樣可使波前陡度減小。 1221（3）如果Z1Z0U0。 010221BuBu（4）如果Z1Z0Z2，此時(shí)的 ， ，乘積（ ）亦為負(fù)值，故 的波形如圖6-23(b)所示，且 的最終穩(wěn)態(tài)值UB Z12。設(shè)u1=u2=u,即可得以下方程222121212111iZiZiZiZu因?yàn)閆12=Z22,上式可簡(jiǎn)化為121111iZiZ由于Z11Z21，只有在 i1

21、=0時(shí)，上式才能成立。這意味著，電流不經(jīng)纜芯流動(dòng)，全部電流都被擠到纜皮里去了。其物理解釋為：當(dāng)電流在纜皮上流動(dòng)時(shí)，纜芯上會(huì)感應(yīng)出與纜皮電壓相等、但方向相反的電動(dòng)勢(shì)，阻止電流流進(jìn)纜芯，這與導(dǎo)線中的集膚效應(yīng)相似，這個(gè)現(xiàn)象在有直配線的發(fā)電機(jī)的防雷保護(hù)中獲得了實(shí)際應(yīng)用。 小 結(jié)忽略導(dǎo)線和大地的損耗，多導(dǎo)線系統(tǒng)中的波過程可近似地看成是平面電磁波的沿線傳播。 引入波速v的概念就可將靜電場(chǎng)中的麥克斯韋方程應(yīng)用于平行多導(dǎo)線系統(tǒng)。（本節(jié)完）第五節(jié) 波在有損耗線路上的傳播線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響 沖擊電暈的影響引起能量損耗的因素有： 1)導(dǎo)線電阻（包括集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響）； 2)大地電阻（包括波形對(duì)地中電流

22、分布的影響）； 3)絕緣的泄漏電導(dǎo)與介質(zhì)損耗（后者只存在于電纜線路中） 4)極高頻或陡坡下的輻射損耗； 5)沖擊電暈。能量損耗引起的行波變化：1)幅值降低 2)波前陡度減小 3)波長(zhǎng)增大 4)波形變得平滑 5)電壓波與電流波波形不再相同 以上現(xiàn)象對(duì)電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)有著重要意義 考慮單位長(zhǎng)度線路電阻R0和對(duì)地電導(dǎo)G0后，輸電線路的分布參數(shù)等值電路如圖6-29 一 、線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響波所流過的距離x越長(zhǎng)，衰減得越多；R0/Z的比值越大，衰減的越多。R0與波的等效頻率有關(guān)，波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著。 0000R CG LxZGZRtCGLRxeUeUU)(210)(210000000

23、xZRxeUU0210R0和G0的存在使得波形畸變，但是如果線路參數(shù)滿足條件 ，那么波形不產(chǎn)生畸變，此時(shí)過電壓波的衰減規(guī)律如下波沿架空線傳播時(shí)， G0可忽略，其衰減可近似地按下式進(jìn)行計(jì)算一旦過電壓的幅值很大，超過了導(dǎo)線電暈起始電壓Uc，那么波沿線路傳播時(shí)的衰減和變形將主要因沖擊電暈而引起。 沖擊電暈是在沖擊電壓波前上升到等于Uc(導(dǎo)線電暈起始電壓)時(shí)才開始出現(xiàn)的，形成沖擊電暈所需的時(shí)刻極短。二、沖擊電暈的影響 沖擊電暈的產(chǎn)生相當(dāng)于增大的導(dǎo)線的半徑，增大了導(dǎo)線對(duì)地電容，因此對(duì)波過程產(chǎn)生如下影響：1）導(dǎo)線波阻抗減小 減小2030% 2）波速減小 可減小到等于0.75c 3) 耦合系數(shù)增大 4) 引

24、起波的衰減與變形 小 結(jié) 時(shí)，電壓波僅僅按指數(shù)規(guī)律衰減而不變形。 波所流過的距離越長(zhǎng)，衰減地越多；線路電阻與波的等效頻率有關(guān)，波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著。 沖擊電暈是在沖擊電壓波前上升到導(dǎo)線電暈起始電壓時(shí)才開始出現(xiàn)的，形成沖擊電暈所需的時(shí)刻極短。 沖擊電暈對(duì)波過程的影響如下：導(dǎo)線波阻抗減小、波速減小、耦合系數(shù)增大、引起波的衰減與變形。 0000GLCR（本節(jié)完）第六節(jié) 變壓器繞組中的波過程單相繞組中的波過程 變壓器對(duì)過電壓的內(nèi)部保護(hù) 三相繞組中的波過程 波在變壓器繞組間的傳遞1) 繞組的接法星形(Y)或三角形()； 2) 中性點(diǎn)接地方式(接地還是不按地)； 3) 進(jìn)波情況(一相、兩相或三相進(jìn)

25、波)。分析變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣上出現(xiàn)的過電壓可能達(dá)到的幅值和波形是變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 變壓器繞組中的波過程與下列三個(gè)因素有很大的關(guān)系：只需研究單相繞組中波過程的兩種情況： 1)采用Y接法的高壓繞組的中性點(diǎn)直接接地（任何一相進(jìn)來的過電壓都在中性點(diǎn)入地，對(duì)其他幾相沒有影響） 2)中性點(diǎn)不接地，但三相同時(shí)進(jìn)波（各相完全對(duì)稱）。一 、單相繞組中的波過程為了便于分析，通常作如下簡(jiǎn)化： 1)假定電氣參數(shù)在繞組各處均相同（即繞組均勻）； 2)忽略電阻和電導(dǎo)； 3)不單獨(dú)計(jì)如各種互感，而把它們的作用歸并到自感中 得如圖6-31所示的單相繞組波過程簡(jiǎn)化等值電路：)(|000llUUdxdux變壓器

26、繞組中的波過程是以一系列振蕩形成的駐波的方法來探討。無論中性點(diǎn)接地方式如何，初始最大電位梯度均出現(xiàn)在繞組首端，其值為 是代表變壓器沖擊波特性的一個(gè)很重要的指標(biāo)， 越大，初始分布越不均勻，故 越小越好。在由電感、電容構(gòu)成的復(fù)雜回路中，從電壓的初始分布到達(dá)最終穩(wěn)態(tài)分布，必然經(jīng)過一個(gè)過渡過程，會(huì)出現(xiàn)一系列電磁振蕩，這個(gè)振蕩有一定的阻尼制約。在無阻尼狀態(tài)下，繞組各點(diǎn)在振蕩中所能達(dá)到的最大電壓將遵循下式的規(guī)律 。將各點(diǎn)最大電壓值用曲線連起來，即可得到一條 的包絡(luò)線。初始穩(wěn)態(tài)最大UUU2maxu初始穩(wěn)態(tài)最大UUU2末端接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組首端約l/3處，值達(dá)1.4U0；末端不接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組末

27、端約l/3處,值達(dá)1.9U0圖6-35中分別畫出了中性點(diǎn)接地和不接地的變壓器繞組中的電壓初始分布、穩(wěn)態(tài)分布和各點(diǎn)的 包絡(luò)線。maxu繞組內(nèi)的波過程除了與電壓波的幅值有關(guān)外，還與它的波形有關(guān)。過電壓波的波前時(shí)間越長(zhǎng)、則振蕩過程的發(fā)展就比較和緩，繞組各點(diǎn)的最大對(duì)地電壓和縱向電位梯度都將較小，所以設(shè)法降低入侵過電壓波的幅值和陡度對(duì)于變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣都有很大的好處，這是變壓器外部保護(hù)所應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)，通常通過變電所進(jìn)線段保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。對(duì)繞組絕緣最嚴(yán)重的威脅是直角短波。這就是為什么變壓器類電力設(shè)備在高壓試驗(yàn)中要進(jìn)行截波試驗(yàn)的理由，沖擊截波就是實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最接近于直角短波的嚴(yán)重波形。二 、變

28、壓器對(duì)過電壓的內(nèi)部保護(hù)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行過電壓保護(hù)的思路包括兩個(gè) 方面1)減弱振蕩 2)使繞組的絕緣結(jié)構(gòu)與過電壓的分布狀況相適應(yīng)“非共振變壓器”的基本原理是使電壓的初始分布盡可能接近穩(wěn)態(tài)分布，因而從根本上消除或削弱振蕩的根源，其措施包括(一)補(bǔ)償對(duì)地電容電流（橫向補(bǔ)償） (二)增大縱向電容（縱向補(bǔ)償）三、三相繞組中的波過程三相繞組中性點(diǎn)接地方式、繞組的連接方式和進(jìn)波過程不同，則波的振蕩過程不同(一) Y0接線方式，三相間影響小，可看作三個(gè)單相繞 組的進(jìn)波過程 (二) Y接線方式 如果三相同時(shí)進(jìn)波，中性點(diǎn)處的最大電壓可達(dá)首端電壓的兩倍左右 僅有一相進(jìn)波，中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓為U0/3, 最大電壓2/

29、3 U0 (三) 接線方式 振蕩中最大電壓在繞組中部，數(shù)值接近2U0(一)靜電感應(yīng)（電容傳遞） 通過繞組之間的電容耦合而傳遞過來。 只要用一只閥式避雷器FV接在任一相出線端上，就能為整個(gè)三相繞組提供保護(hù)。(二)電磁感應(yīng)（磁傳遞） 因磁耦合產(chǎn)生。 低壓繞組的耐沖擊強(qiáng)隊(duì)相對(duì)較高，高壓繞組進(jìn)波不會(huì)對(duì)低壓繞組產(chǎn)生影響，而當(dāng)?shù)蛪豪@組進(jìn)波時(shí)，則可能在高壓繞組中引起危險(xiǎn)。依靠緊貼每相高壓繞組出線端安裝的三相避雷器對(duì)過電壓進(jìn)行保護(hù)。四、波在變壓器繞組間的傳遞小 結(jié)變壓器繞組中的波過程與輸電線路中的波過程有很大的差別，應(yīng)以一系列振蕩形成的駐波的方法來探討。 無論中性點(diǎn)接地方式如何，初始最大電位梯度均出現(xiàn)在繞組首

30、端，其值為 末端接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組首端約l/3處，值達(dá)1.4U0；末端不接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組末端約l/3處,值達(dá)1.9U0 繞組內(nèi)的波過程除了與電壓波的幅值有關(guān)外，還與它的波形有關(guān)；對(duì)繞組絕緣最嚴(yán)重的威脅是直角短波。 )(|000llUUdxdux“非共振變壓器”的基本原理是使電壓的初始分布盡可能接近穩(wěn)態(tài)分布，因而從根本上消除或削弱了振蕩的根源。 隨著三相繞組的接法、中性點(diǎn)接地方式和進(jìn)波情況的不同，振蕩的結(jié)果不盡相同。 對(duì)于繞組之間的靜電感應(yīng)問題，只要用一只閥式避雷器FV接在任一相出線端上，就能為整個(gè)三相繞組提供保護(hù)。 對(duì)于繞組之間的電磁感應(yīng)問題，需要依靠緊貼每相高壓繞組出線端安裝的

31、三相避雷器對(duì)過電壓進(jìn)行保護(hù)。（本節(jié)完）第七節(jié) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過程引入波阻抗、波速等概念，采用類似于輸電線路那樣的波過程分析方法來分析旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過程。 電機(jī)繞組中的波過程因大量折、反射而變得極其復(fù)雜，可采取平均的方法作宏觀的處理，即不必區(qū)分槽內(nèi)、槽外，而用一個(gè)平均波阻抗和平均波速來表示。此處所說的旋轉(zhuǎn)電機(jī)指的是經(jīng)過電力變壓器或直接與電網(wǎng)相連的發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和大型電動(dòng)機(jī)等，它們的繞組在運(yùn)行過程中都有可能會(huì)受到過電壓波的作用。當(dāng)過電壓波投射到電機(jī)繞組上時(shí)，后者也可以象變壓器繞組那樣，用L0，C0和K0組成的鏈?zhǔn)降戎惦娐穪肀硎?。但是?yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，電機(jī)繞組一般可分為單匝和多匝兩大類，通常高速大容