高電壓技術(shù)課件

高電壓技術(shù)課件第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日在電力系統(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。第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日第12章暫時(shí)過電壓

12.1工頻電壓的升高

12.1.1超高壓系統(tǒng)中工頻電壓升高的重要性

12.1.2工頻電壓升高的原因

12.1.3工頻電壓升高的限制措施

12.2諧振過電壓

12.2.1諧振的種類

12.2.2鐵磁諧振過電壓

第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.1工頻電壓升高操作過電壓暫態(tài)工頻過電壓穩(wěn)態(tài)工頻過電壓一般而言，工頻電壓升高對220kV等級以下、線路不太長的系統(tǒng)絕緣，沒有威脅.對超高壓、遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)絕緣水平卻有決定性作用.500k空載線路合閘的線路首（1）和末端（2）電壓變化實(shí)測曲線第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.1.1超高壓系統(tǒng)中工頻電壓升高的重要性

工頻電壓升高的數(shù)值是決定保護(hù)電器工作條件的主要依據(jù)，例如金屬氧化物避雷器的額定電壓就是按照電網(wǎng)中工頻電壓升高來確定的。同時(shí)，工頻電壓升高幅值越大，對斷路器并聯(lián)電阻熱容量的要求也越高，從而給制造低值并聯(lián)電阻帶來困難。操作過電壓與工頻電壓升高是同時(shí)發(fā)生的，因此工頻電壓的升高直接影響操作過電壓的幅值。工頻電壓升高持續(xù)時(shí)間長，對設(shè)備絕緣及其運(yùn)行性能有重大影響。例如，可導(dǎo)致油紙絕緣內(nèi)部游離，污穢絕緣子的閃絡(luò)、鐵芯的過熱、電暈等。第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.1.2工頻電壓升高的原因

空載長線的電容效應(yīng)

相位系數(shù)Z：線路波阻抗l：線路長度若末端開路：當(dāng)α‘l=π/2時(shí)：1/4波長諧振（末端電壓無窮大）無窮大電源系統(tǒng)第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日電容效應(yīng)在集中參數(shù)L、C串聯(lián)電路中，如果容抗大于感抗，即1/ωC>ωL，那么電路中將流過容性電流。電容上的電壓等于電源電勢加上電容電流流過電感造成的電壓降，這種電容電壓高于電源電勢的現(xiàn)象，稱為電容效應(yīng)?？蛰d長線的電容效應(yīng)從分布參數(shù)的角度看，一條空載長線可以看作由無數(shù)個(gè)串聯(lián)的,回路構(gòu)成。在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。

第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日Z：線路波阻抗，約300相位系數(shù)若線路末端開路，即：

可得線路首末端電壓關(guān)系為

波長諧振：線路末端電壓將趨于無窮大第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日電源的容量的影響:1、無限大容量（Xs=0）2、有限大容量（Xs>0）加劇電容效應(yīng)

第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日若考慮電源感抗：ZR為線路末端開路時(shí)的首端輸入阻抗：電源容量越小，過電壓越大，因此在計(jì)算工頻過電壓時(shí)，應(yīng)計(jì)及系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最小運(yùn)行方式，即XS

可能的最大值。第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日

不對稱短路引起的工頻電壓升高（A相短路為例）

K(1）：單相接地因數(shù)，說明單相接地故障時(shí)，健全相的對地最高工頻電壓有效值與故障前故障相對地電壓有效值之比。第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日

中性點(diǎn)絕緣的3~10kV系統(tǒng)：X0

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1.1倍。選擇避雷器滅弧電壓時(shí)，取110%的線電壓（110%避雷器）。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的35~60kV系統(tǒng)：在過補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，X0

為很大的正值，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100%的線電壓（100%避雷器）。

對中性點(diǎn)直接接地的110~220kV系統(tǒng)：X0

為不大的正值，一般K（1）小于3，健全相上電壓升高不大于1.4倍相電壓，約為80%的線電壓（80%避雷器）。第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日

突然甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高當(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E‘d

不變。原來負(fù)荷的電感電流對主磁通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線路的電容電流對主磁通起助磁作用，使E’d上升。因此加劇了工頻電壓的升高。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)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)的電勢隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，而且加劇了線路的電容效應(yīng)。第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.1.3工頻電壓升高的限制措施目前我國規(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)第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日不考慮電源感抗末端接入電抗器考慮電源感抗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。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。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。第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日利用靜止補(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)穩(wěn)定性的目的。第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日采用良導(dǎo)體地線降低輸電線路的零序阻抗

故障點(diǎn)健全相電壓的升高，主要決定于由故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序阻抗X0

與正序阻抗X1

的比值。X0

，X1

既包含集中參數(shù)的電機(jī)的暫態(tài)電抗、變壓器的漏抗，又包含分布參數(shù)線路的阻抗。一般情況下電源側(cè)零序阻抗與正序阻抗之比小于1，而線路的零序阻抗與正序阻抗之比則是大于1的。若采用良導(dǎo)體地線，可降低X0

，進(jìn)而降低由故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序、正序電抗的比值，達(dá)到限制工頻過電壓的目的。計(jì)算表明，電源容量愈大，良導(dǎo)體地線降低工頻過電壓愈明顯。第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.2諧振過電壓諧振線性諧振參數(shù)諧振鐵磁諧振電感元件是線性的；完全滿足線性諧振的機(jī)會(huì)極少，但是，即使在接近諧振條件下，也會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓。線性諧振條件是等值回路中的自振頻率等于或接近電源頻率。其過電壓幅值只受回路中損耗（電阻）的限制。電感參數(shù)在某種情況下發(fā)生周期性的變化；參數(shù)諧振所需能量來源于改變參數(shù)的原動(dòng)機(jī)，不需單獨(dú)電源，一般只要有一定剩磁或電容的殘余電荷，參數(shù)處在一定范圍內(nèi)，就可以使諧振得到發(fā)展。電感的飽和會(huì)使回路自動(dòng)偏離諧振條件，使過電壓得以限制。電路中的電感元件因帶有鐵芯，會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，這種含有非線性電感元件的電路，在滿足一定條件時(shí)，會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。電力系統(tǒng)中發(fā)生鐵磁諧振的機(jī)會(huì)是相當(dāng)多的。國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，它是電力系統(tǒng)某些嚴(yán)重事故的直接原因。12.2.1諧振的類型第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日12.2.2鐵磁諧振過電壓UL>UC

時(shí)，電路中的電流是感性的UC>UL

時(shí)，電路中的電流是容性的E與ΔU

三個(gè)交點(diǎn)：a1（穩(wěn)定）a2（不穩(wěn)定）a3（穩(wěn)定）當(dāng)E較小時(shí)，存在兩個(gè)可能的工作點(diǎn)a1，a3，而當(dāng)E超過一定值以后，可能只存在一個(gè)工作點(diǎn)。當(dāng)有兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，若電源電勢是逐漸上升的，為了建立起穩(wěn)定的諧振點(diǎn)a3，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的擾動(dòng)過程。這種需要經(jīng)過過渡過程建立的諧振現(xiàn)象稱之謂鐵磁諧振的“激發(fā)”。而且一旦“激發(fā)”起來以后，諧振狀態(tài)就可以“保持”，維持很長時(shí)間，不會(huì)衰減第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日鐵磁諧振的特點(diǎn)①產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性必須相交，因而，鐵磁諧振可以在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生。②對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，回路可能有不只一種穩(wěn)定工作狀態(tài)。在外界激發(fā)下，回路可能從非諧振工作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，電路從感性變?yōu)槿菪?，發(fā)生相位反傾，同時(shí)產(chǎn)生過電壓與過電流。③鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但其飽和特性本身又限制了過電壓的幅值，此外，回路中損耗，也能使過電壓降低，當(dāng)回路電阻值大到一定數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的諧振現(xiàn)象。第二十頁，共二十一頁，2022年，8月28日鐵磁諧振的限制措施①改善電磁式電壓互感器的激磁特性，或改用電容式電