電力系統(tǒng)中的工頻過電壓

1、 7 電力系統(tǒng)中的工頻過電壓 內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓 電力系統(tǒng)過電壓外部過電壓內(nèi)部過電壓暫時(shí)過電壓操作過電壓在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作或發(fā)生故障，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電網(wǎng)電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓，這種過電壓稱為內(nèi)部過電壓。操作過電壓即電磁暫態(tài)過程中的過電壓；一般持續(xù)時(shí)間在 0.ls（五個(gè)工頻周波）以內(nèi)的過電壓稱為操作過電壓。 暫時(shí)過電壓包括工頻電壓升高及諧振過電壓；持續(xù)時(shí)間比操作過電壓長。 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)部過值與額定電壓成正比，工程上內(nèi)部過

2、電壓的大小用內(nèi)部過電壓倍數(shù)電壓倍數(shù)kn表示表示最高運(yùn)行相電壓幅值過電壓幅值nk最高運(yùn)行相電壓幅值最高運(yùn)行相電壓幅值eU32)15. 11 . 1 (內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電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線容升效應(yīng)空載長線容升效應(yīng)不對(duì)稱短路不對(duì)稱短路甩負(fù)荷甩負(fù)荷操作過電壓操作過電壓切、合空載長線過電壓切、合空載長線過電壓切空載變壓器過電壓切空載變壓器過電壓弧光接地過電壓弧光接地過電壓暫時(shí)過電壓暫時(shí)過電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)諧振斷路器斷路器單相接地單相接地 電力系統(tǒng)中的工頻過電壓電力系統(tǒng)中的工頻過電壓 n工頻電壓升高對(duì)系統(tǒng)中正常運(yùn)行的電氣設(shè)備一般沒有工頻

3、電壓升高對(duì)系統(tǒng)中正常運(yùn)行的電氣設(shè)備一般沒有危險(xiǎn)，但在超高壓遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時(shí)，起著危險(xiǎn)，但在超高壓遠(yuǎn)距離輸電確定絕緣水平時(shí)，起著主要的作用主要的作用 1）工頻電壓升高再疊加操作過電壓）工頻電壓升高再疊加操作過電壓 過電壓幅值高過電壓幅值高 2）影響避雷器的最大允許工作電壓）影響避雷器的最大允許工作電壓 滅弧電壓滅弧電壓最高最高工頻電壓工頻電壓 3）持續(xù)時(shí)間長，對(duì)絕緣及運(yùn)行性能有重大影響）持續(xù)時(shí)間長，對(duì)絕緣及運(yùn)行性能有重大影響 游離、老化、污閃、干擾等游離、老化、污閃、干擾等 我國我國500kV電網(wǎng)電網(wǎng):要求母線的暫態(tài)工頻電壓升高不超過要求母線的暫態(tài)工頻電壓升高不超過工頻電壓的工頻電壓的1

4、.3倍（倍（420kV），線路不超過），線路不超過1.4倍倍（444kV），空載變壓器允許），空載變壓器允許1.3倍工頻電壓持續(xù)倍工頻電壓持續(xù)1min7.1 空載長線路的電容效應(yīng)空載長線路的電容效應(yīng) n由于電感與電容上壓降反相由于電感與電容上壓降反相,且線路的容抗遠(yuǎn)大于感抗，且線路的容抗遠(yuǎn)大于感抗，使使U2U1，而造成線路末端的電壓高于首端的電壓。，而造成線路末端的電壓高于首端的電壓。 忽略忽略r的作用的作用 )(221CLCLXXI jUUU21LUUU在數(shù)值上在數(shù)值上 n輸電線路的傳播系數(shù)，輸電線路的傳播系數(shù)， 為相位移系數(shù)，為相位移系數(shù)， 為衰減系為衰減系數(shù)，數(shù)，Zc為線路特性阻抗（波阻

5、抗）；為線路特性阻抗（波阻抗）； )(0000CjGLjRj0000CjGLjRZC忽略線路損耗忽略線路損耗 00CLZC00jL Cjjxxchcosxjxshsin n在輸電線路上，電壓與電流以波的形式傳播，行波的在輸電線路上，電壓與電流以波的形式傳播，行波的相位相差為相位相差為2的兩點(diǎn)間的距離稱為波長。的兩點(diǎn)間的距離稱為波長。n 一條輸電線路的電氣長度，常用它的實(shí)際幾何長度同一條輸電線路的電氣長度，常用它的實(shí)際幾何長度同波長之比來衡量。線路的長度為，則它對(duì)于波長的相波長之比來衡量。線路的長度為，則它對(duì)于波長的相對(duì)長度為對(duì)長度為 0000122CLfCL2*lll長線路的入口阻抗長線路的入

6、口阻抗 當(dāng)線路末端短路時(shí)，即當(dāng)線路末端短路時(shí)，即XL=0 當(dāng)線路末端開路時(shí)，即當(dāng)線路末端開路時(shí)，即XL CkZjZ ctgZ 輸電線路的參數(shù)輸電線路的參數(shù) 空載長線路的沿線電壓分布空載長線路的沿線電壓分布 空載線路，空載線路， ll=1500km時(shí)，時(shí)， U2， 1/4波長諧振波長諧振n考慮電源漏抗考慮電源漏抗 Xs11SEjX IUn電源漏抗的存在猶如增加了線路長度，加劇了空載長線路電源漏抗的存在猶如增加了線路長度，加劇了空載長線路末端的電壓升高。末端的電壓升高。n在單電源供電系統(tǒng)中，應(yīng)以最小運(yùn)行方式的在單電源供電系統(tǒng)中，應(yīng)以最小運(yùn)行方式的XS為依據(jù)，估為依據(jù)，估算最嚴(yán)重的工頻電壓升高。算最

7、嚴(yán)重的工頻電壓升高。 n對(duì)于兩端供電的長線路系統(tǒng)，進(jìn)行斷路器操作時(shí)，應(yīng)遵循對(duì)于兩端供電的長線路系統(tǒng)，進(jìn)行斷路器操作時(shí)，應(yīng)遵循一定的操作程序：線路合閘時(shí)，先合電源容量較大的一側(cè)，一定的操作程序：線路合閘時(shí)，先合電源容量較大的一側(cè)，后合電源容量較小的一側(cè)；線路切除時(shí)，先切容量較小的后合電源容量較小的一側(cè)；線路切除時(shí)，先切容量較小的一側(cè)，后切容量較大的一側(cè)。這樣操作能降低電容效應(yīng)引一側(cè)，后切容量較大的一側(cè)。這樣操作能降低電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高。起的工頻電壓升高。并聯(lián)電抗器的均壓作用并聯(lián)電抗器的均壓作用 11SEjX IUn線路末端接有并聯(lián)電抗器時(shí)，線路末端電壓線路末端接有并聯(lián)電抗器時(shí)，線路末端電

8、壓U2將隨電將隨電抗器的容量增大（抗器的容量增大（XL減小）而下降。這是因?yàn)椴⒙?lián)電減小）而下降。這是因?yàn)椴⒙?lián)電抗器的電感能補(bǔ)償線路的對(duì)地電容，減小流經(jīng)線路的抗器的電感能補(bǔ)償線路的對(duì)地電容，減小流經(jīng)線路的電容電流，削弱了電容效應(yīng)。電容電流，削弱了電容效應(yīng)。n空載線路末端接并聯(lián)電抗器后，沿線電壓分布空載線路末端接并聯(lián)電抗器后，沿線電壓分布 沿線電壓最大值應(yīng)出現(xiàn)在沿線電壓最大值應(yīng)出現(xiàn)在x=處，線路最高電壓為處，線路最高電壓為coscos()EUn在超高壓輸電系統(tǒng)中，常用并聯(lián)電抗器限制工頻電壓升高。并聯(lián)電抗在超高壓輸電系統(tǒng)中，常用并聯(lián)電抗器限制工頻電壓升高。并聯(lián)電抗器可以接在長線路的末端，也可接在線路

9、的首端和輸電線的中部。線路器可以接在長線路的末端，也可接在線路的首端和輸電線的中部。線路上接有并聯(lián)電抗器后，沿線電壓分布將隨電抗器的位置不同而各異。上接有并聯(lián)電抗器后，沿線電壓分布將隨電抗器的位置不同而各異。n并聯(lián)電抗器的作用不僅是限制工頻電壓升高，還涉及系統(tǒng)穩(wěn)定、無功并聯(lián)電抗器的作用不僅是限制工頻電壓升高，還涉及系統(tǒng)穩(wěn)定、無功平衡、潛供電流、調(diào)相調(diào)壓、自勵(lì)磁及非全相狀態(tài)下的諧振等方面。平衡、潛供電流、調(diào)相調(diào)壓、自勵(lì)磁及非全相狀態(tài)下的諧振等方面。 7.2 不對(duì)稱接地引起的工頻過電壓不對(duì)稱接地引起的工頻過電壓 n當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相不對(duì)稱對(duì)地短路故障時(shí)，短路當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相不對(duì)稱對(duì)地短路故障

10、時(shí)，短路引起的零序電流會(huì)使健全相上出現(xiàn)工頻電壓升高，其引起的零序電流會(huì)使健全相上出現(xiàn)工頻電壓升高，其中單相接地時(shí)非故障相的電壓可達(dá)較高的數(shù)值，若同中單相接地時(shí)非故障相的電壓可達(dá)較高的數(shù)值，若同時(shí)發(fā)生健全相的避雷器動(dòng)作，則要求避雷器能在較高時(shí)發(fā)生健全相的避雷器動(dòng)作，則要求避雷器能在較高的工頻電壓作用下熄滅工頻續(xù)流。的工頻電壓作用下熄滅工頻續(xù)流。 n單相接地時(shí)工頻電壓升高值是確定避雷器滅弧電壓的單相接地時(shí)工頻電壓升高值是確定避雷器滅弧電壓的依據(jù)。依據(jù)。n在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以采用對(duì)稱分量法，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以采用對(duì)稱分量法，利用復(fù)合序網(wǎng)進(jìn)行分析計(jì)算非故障相的電壓升高。利用復(fù)合序

11、網(wǎng)進(jìn)行分析計(jì)算非故障相的電壓升高。 A A相發(fā)生接地，故障點(diǎn)的邊界條件為相發(fā)生接地，故障點(diǎn)的邊界條件為021021ZZZEIIIA111IZEUA222IZU000IZU 2202012202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZ010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 32jea 2001101()() 13()2BCXXXXUUEEXX：接地系數(shù)，說明單相接地故障時(shí)，健全相的對(duì)地最高工頻電壓有效值與故障前故障相對(duì)地電壓有效值之比。忽略序阻抗中的電阻分量忽略序阻抗中的電阻分量n 中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)：X0

12、 主要由線路容抗決定，為負(fù)值。單相接地時(shí)，主要由線路容抗決定，為負(fù)值。單相接地時(shí)，健全相電壓升高約為線電壓的健全相電壓升高約為線電壓的 1.1 倍（倍（K= -20）。選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，）。選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取取 110% 的線電壓（的線電壓（110% 避雷器）。避雷器）。n 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)：在過補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，：在過補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，X0 為很大的正值；為很大的正值；欠補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)，欠補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)， X0 為很大的負(fù)值。單相接地時(shí)健全相電壓接近線電壓。為很大的負(fù)值。單相接地時(shí)健全相電壓接近線電壓。選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取 100%

13、的線電壓（的線電壓（100% 避雷器）。避雷器）。n 對(duì)中性點(diǎn)直接接地的對(duì)中性點(diǎn)直接接地的110 220kV系統(tǒng)系統(tǒng)：X0 為不大的正值，一般為不大的正值，一般X0/X13，健全相上電壓升高不大于，健全相上電壓升高不大于1.4倍相電壓，約為倍相電壓，約為80% 的線電壓的線電壓（ 80% 避雷器）。避雷器）。 n 當(dāng)甩負(fù)荷后，發(fā)電機(jī)中通過激磁繞組的磁通來不及變化，當(dāng)甩負(fù)荷后，發(fā)電機(jī)中通過激磁繞組的磁通來不及變化，與其相應(yīng)的電源電勢(shì)與其相應(yīng)的電源電勢(shì)Ed 不變。原來負(fù)荷的電感電流對(duì)主磁不變。原來負(fù)荷的電感電流對(duì)主磁通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線路的電容電流對(duì)主磁通起通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線

14、路的電容電流對(duì)主磁通起助磁作用，使助磁作用，使Ed上升。因此加劇了工頻電壓的升高。上升。因此加劇了工頻電壓的升高。n 其次，從機(jī)械過程來看，發(fā)電機(jī)突然甩掉一部分有功負(fù)其次，從機(jī)械過程來看，發(fā)電機(jī)突然甩掉一部分有功負(fù)荷，而原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器有一定慣性，在短時(shí)間內(nèi)輸入給原動(dòng)荷，而原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器有一定慣性，在短時(shí)間內(nèi)輸入給原動(dòng)機(jī)的功率來不及減少，主軸上有多余功率，這將使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)機(jī)的功率來不及減少，主軸上有多余功率，這將使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電源頻率上升，不但發(fā)電機(jī)的電勢(shì)隨速增加。轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電源頻率上升，不但發(fā)電機(jī)的電勢(shì)隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，而且加劇了線路的電容效應(yīng)。轉(zhuǎn)速的增加而增加，而且加劇了線

15、路的電容效應(yīng)。 7.3 甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高工頻電壓升高的限制措施工頻電壓升高的限制措施目前我國規(guī)定：目前我國規(guī)定：330kV，500kV，750kV 系統(tǒng)，母線上的暫態(tài)工頻過電壓升高不超過最高工作相電壓的 1.3 倍，線路不超過 1.4 倍。 利用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載線路的電容效應(yīng)利用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償空載線路的電容效應(yīng)2p2jUX I122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ2121coscos()UKUlRj ctg()ZZl parctgZX1R01RSSctg()jctg()UZZlKEZXXZl020112coscoscos()KK K

16、l2021cosUKEl不考慮電源感抗202coscoscos()UKEl末端接入電抗器202coscos()UKEl考慮電源感抗n 線路的電容電流流過電源感抗也會(huì)造成電壓升，同樣會(huì)增加電容效應(yīng)，猶如增加了導(dǎo)線的長度一樣。顯然，電源容量越小，電容效應(yīng)越嚴(yán)重。 n 在線路末端接入電抗器，相當(dāng)于減小了線路長度，因而降低了電壓傳遞系數(shù)，可以降低線路的末端電壓。 n 電抗器可以安裝在線路的末端、首端、中間，其補(bǔ)償度及安裝位置的選擇，必須綜合考慮實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式及故障形式等因素，然后確定合理的方案。 利用靜止補(bǔ)償器補(bǔ)償限制工頻過電壓利用靜止補(bǔ)償器補(bǔ)償限制工頻過電壓可控硅開關(guān)投切電容器組 可控硅相角控制的電抗器組 SVC具有時(shí)間響應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生工頻電壓升高時(shí)，TSC斷開，TCR導(dǎo)通，吸收無功功率，從而降低工頻過電壓。根據(jù)需要，可改變TCR，TSC的導(dǎo)通相角，達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率，控制系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)