內(nèi)部過(guò)電壓及防護(hù)

本次課程目的要求1、掌握內(nèi)部過(guò)電壓的分類(lèi)；2、掌握切空線(xiàn)過(guò)電壓產(chǎn)生的原因，了解限制該種過(guò)電壓的措施；3、掌握切空變過(guò)電壓產(chǎn)生的根本原因，了解限制該種過(guò)電壓的措施。4、了解電弧接地過(guò)電壓產(chǎn)生的原因；5、了解工頻電壓升高的種類(lèi)。第六章內(nèi)部過(guò)電壓一、內(nèi)過(guò)電壓的分類(lèi)及研究意義(1)操作過(guò)電壓：切斷空載線(xiàn)路、空載線(xiàn)路合閘、切斷空載變壓器、電弧接地(2)暫時(shí)過(guò)電壓：工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓工頻電壓升高：空載長(zhǎng)線(xiàn)的電容效應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)短路、甩負(fù)荷引起的電壓升高；諧振過(guò)電壓：線(xiàn)性諧振、鐵磁諧振、參數(shù)諧振1、分類(lèi):按形成原因分操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓前面介紹的雷過(guò)電壓系由外部能源所產(chǎn)生，其幅值大小與電網(wǎng)的工作電壓無(wú)直接的關(guān)系，所以通常以絕對(duì)值來(lái)表示；而內(nèi)部過(guò)電壓的能量來(lái)自電網(wǎng)本身，其幅值大小與電網(wǎng)額定電壓大致上有一定的比例關(guān)系，因而用工作電壓的倍數(shù)（標(biāo)么值——p.u.）來(lái)表示比較恰當(dāng)和方便；2、研究意義：220kV及以上超高壓系統(tǒng)，內(nèi)過(guò)電壓很高，設(shè)備絕緣水平以?xún)?nèi)過(guò)電壓來(lái)確定。二、內(nèi)部過(guò)電壓倍數(shù)其基準(zhǔn)值常取電網(wǎng)最大工作相電壓幅值Uphm。K=內(nèi)過(guò)壓幅值∕最大運(yùn)行相電壓幅值6.1切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓

內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)：切除空載線(xiàn)路是電網(wǎng)常見(jiàn)的操作，引起的過(guò)電壓幅值大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是按操作過(guò)電壓選擇絕緣水平的重要因素之一。實(shí)際中，常見(jiàn)切空線(xiàn)過(guò)電壓引起閥式避雷器爆炸、斷路器損壞、套管或線(xiàn)路絕緣閃絡(luò)等。一、產(chǎn)生根本原因和過(guò)程1、原因：斷路器分閘過(guò)程中的電弧重燃現(xiàn)象切除空載線(xiàn)路時(shí)，斷路器切斷的是較小的容性電流，通常為幾十至幾百安，比短路電流小得多。然而，在分閘初期，由于斷路器（特別是油斷路器）觸頭間恢復(fù)電壓上升速度可能超過(guò)介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度，造成重燃現(xiàn)象，從而引起電磁振蕩，出現(xiàn)過(guò)電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：斷路器滅弧能力越差，重燃幾率越大，過(guò)電壓幅值也越高。

2、發(fā)展過(guò)程：斷路器分閘后，若觸頭間耐電強(qiáng)度的恢復(fù)超過(guò)恢復(fù)電壓的升高，電弧就會(huì)熄滅，線(xiàn)路被斷開(kāi)，在斷路器兩側(cè)都不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。反之，則斷口間就會(huì)發(fā)生電弧重燃。在最嚴(yán)重的情況下，即斷口間恢復(fù)電壓達(dá)到最大（2Em）時(shí)發(fā)生電弧重燃，在重燃瞬間電源電壓Em突然加在電源及線(xiàn)路電感L和初始值為-Em的線(xiàn)路電容C組成的回路上，就會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，在振蕩過(guò)程中將產(chǎn)生過(guò)電壓(第一次重燃)。若忽略損耗，振蕩中線(xiàn)路上電壓幅值約為3Em。當(dāng)線(xiàn)路上電壓振蕩到3Em瞬間，由于回路中流過(guò)的是容性電流，此時(shí)高頻振蕩電流剛好過(guò)零，電弧于是熄滅(第二次熄滅)。線(xiàn)路上電荷無(wú)處泄漏，對(duì)地電壓保持3Em。而斷路器斷口母線(xiàn)側(cè)對(duì)地電壓仍按正弦規(guī)律變化，半個(gè)工頻周期后，觸頭間恢復(fù)電壓可達(dá)4Em。若此時(shí)電弧再次重燃，又將引起一個(gè)振蕩過(guò)程，使線(xiàn)路上的最大電壓絕對(duì)值可達(dá)5Em……依次類(lèi)推，線(xiàn)路上的過(guò)電壓將不斷增大，不過(guò)實(shí)際上，現(xiàn)代斷路器的觸頭分離很快，滅弧能力很強(qiáng)，在絕大多數(shù)情況下，只可能發(fā)生1～2次重燃。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)測(cè)表明：這種過(guò)電壓的最大值超過(guò)3Em的概率很小（<5%）。二、影響因素1、斷路器的性能重燃次數(shù)對(duì)這種過(guò)電壓的最大值有決定性的影響采用滅弧性能優(yōu)良的現(xiàn)代斷路器可防止或減少重燃的次數(shù)，因而使這種過(guò)電壓的最大值降低。2、中性點(diǎn)運(yùn)行方式非有效接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)可能發(fā)生位移，某相過(guò)電壓可能高一些。一般可估計(jì)比中性點(diǎn)有效接地電網(wǎng)中的切空線(xiàn)過(guò)電壓高20％左右。3、母線(xiàn)上的出線(xiàn)數(shù)母線(xiàn)上出線(xiàn)數(shù)越多，對(duì)地電容越大，這種過(guò)電壓將較小。4、斷路器外側(cè)是否接有電磁式PT等設(shè)備它們的存在將使線(xiàn)路上的殘余電荷有了附加的泄放路徑，因而能降低這種過(guò)電壓。三、限制措施1、提高斷路器滅弧性能：主要通過(guò)采用新的滅弧介質(zhì)、改善斷路器的結(jié)構(gòu)、提高觸頭的分離速度等來(lái)實(shí)現(xiàn)。2、加裝并聯(lián)分閘電阻：降低觸頭間恢復(fù)電壓，避免電弧重燃的有效措施分閘時(shí)主觸頭S1先斷開(kāi)，R被串聯(lián)在回路中，抑制了振蕩，其兩端電壓不高，故S1中不易發(fā)生電弧的重燃。經(jīng)1.5～2個(gè)工頻周期，輔助觸頭S2斷開(kāi)，由于振蕩已受到抑制，線(xiàn)路殘余電壓較低，R的接入使穩(wěn)態(tài)電壓也降低，故S2中也不易發(fā)生電弧的重燃。3、在線(xiàn)路首端和末端加裝磁吹閥式避雷器或ZnO避雷器也能有效限制這種過(guò)電壓6.2切空變過(guò)電壓

空載變壓器運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為一個(gè)激磁電感，切除空載變壓器相當(dāng)于開(kāi)斷一個(gè)小容量電感負(fù)荷，會(huì)在變壓器、斷路器上產(chǎn)生很高的過(guò)電壓?？梢灶A(yù)期：在開(kāi)斷并聯(lián)電抗器、消弧線(xiàn)圈等電感元件時(shí)也會(huì)引起類(lèi)似的過(guò)電壓。一、原因及過(guò)程分析1、原因：空載變壓器的勵(lì)磁電流很小，約在數(shù)十安。研究表明：斷路器切斷電流較小時(shí)，電弧往往提前熄滅，即過(guò)零之前就被強(qiáng)迫切斷（截流），從而迫使儲(chǔ)存在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)為電場(chǎng)能量而導(dǎo)致電壓升高。簡(jiǎn)而言之：由于斷路器截流而產(chǎn)生過(guò)電壓。

特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間短、能量小2、過(guò)程分析（略）1、影響因素：（1）斷路器性能：二、影響因素及限制措施一般說(shuō)來(lái)，滅弧能力越強(qiáng)的斷路器，其對(duì)應(yīng)的切空變過(guò)電壓最大值也越大?？蛰d激磁電感（電流）大小對(duì)有一定影響。

它與變壓器容量有關(guān)，也與鐵心導(dǎo)磁材料有關(guān)。近年來(lái)優(yōu)質(zhì)導(dǎo)磁材料的廣泛采用，激磁電流減小很多；此外繞組改用糾結(jié)式繞法及增加靜電屏蔽使CT有所增大，使這種過(guò)壓并不嚴(yán)重。2、限制措施：（1）安裝磁吹避雷器或ZnO避雷器是有效措施避雷器應(yīng)接在斷路器的變壓器側(cè)，在非雷雨季節(jié)也不能退出運(yùn)行。否則在切空變時(shí)將使變壓器失去避雷器保護(hù)。（2）在斷路器主觸頭上并聯(lián)一線(xiàn)性或非線(xiàn)性電阻，也能有效降低這種過(guò)電壓6.3斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓

電力系統(tǒng)中大部分故障是單相接地故障。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，三相電壓維持對(duì)稱(chēng)，可繼續(xù)運(yùn)行1.5～2h，提高了供電可靠性。若接地時(shí)流過(guò)故障點(diǎn)的電容電流在6～10kv電網(wǎng)中超過(guò)30A，20～60kv系統(tǒng)中超過(guò)10A時(shí)電弧將難以自動(dòng)熄滅，但又形不成穩(wěn)定的電弧，而以斷續(xù)電弧的形式存在，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的操作過(guò)電壓——斷續(xù)電弧接地過(guò)電壓。一、形成原因按“工頻熄弧理論”分析的結(jié)論是：①兩健全相最大過(guò)電壓倍數(shù)為3.5；②故障相上不存在振蕩過(guò)程，最大過(guò)電壓倍數(shù)等于2.0。大量研究表明：故障點(diǎn)電弧在工頻電流過(guò)零和高頻電流過(guò)零熄滅都是可能的。

實(shí)際當(dāng)中，由于發(fā)弧不一定在故障相電壓為幅值時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)間存在電容，線(xiàn)路存在損耗，過(guò)電壓下出現(xiàn)電暈引起衰減等因素影響，這種過(guò)電壓不超過(guò)3.5。二、限制措施最根本的辦法就是不讓斷續(xù)電弧出現(xiàn)，可以通過(guò)改變中性點(diǎn)接地方式實(shí)現(xiàn)。1、采用中性點(diǎn)直接接地方式：2、采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式：6.4工頻電壓升高

作為暫時(shí)過(guò)電壓之一，工頻電壓升高倍數(shù)不大，一般不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)絕緣直接構(gòu)成威脅，但在絕緣裕度較小的超高壓輸電系統(tǒng)中需嚴(yán)加注意。因?yàn)椋海?）工頻電壓升高大都在空載或輕載條件下發(fā)生，此時(shí)操作過(guò)電壓易發(fā)生，它們可能同時(shí)出現(xiàn)、相互疊加。所以在設(shè)計(jì)超過(guò)壓電網(wǎng)絕緣時(shí)，應(yīng)考慮它們的聯(lián)合作用