电气工程基础PE12.pptx

1 1W W z zHUST_CEEE第十二章第十二章电力系统内部过电压电力系统内部过电压第一节第一节概概述述第二节第二节操作过电压操作过电压第三节第三节谐振过电压谐振过电压第四节第四节工频电压升高工频电压升高2 2W W z zHUST_CEEE第一节第一节 概概述述过电压过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保是指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高。护设备损坏的电压升高。过电压可以分为过电压可以分为内部过电压内部过电压和和雷电雷电(外部外部)过电压过电压。内部过电压内部过电压（简称（简称内过电压内过电压）是由于电力系统内部能量的转化）是由于电力系统内部能量的转化或传递引起的。内部过电压可按其产生原因分为操作过电压和或传递引起的。内部过电压可按其产生原因分为操作过电压和暂时过电压，而后者又包括谐振过电压和工频电压升高。暂时过电压，而后者又包括谐振过电压和工频电压升高。操作过电压操作过电压：因操作引起的暂态电压升高。：因操作引起的暂态电压升高。(2006名)谐振过电压谐振过电压：因系统中电感、电容参数配合不当，在系统进行：因系统中电感、电容参数配合不当，在系统进行操作或发生故障时出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电操作或发生故障时出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高。压升高。工频过电压工频过电压：电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超过：电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高。这种电最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高。这种电压升高统称为工频电压升高。压升高统称为工频电压升高。3 3W W z zHUST_CEEE第一节第一节 概概述述内部过电压倍数内部过电压倍数：内部过电压的幅值与电网该处最高：内部过电压的幅值与电网该处最高运行相电压的幅值之比，用字母运行相电压的幅值之比，用字母K来表示。来表示。K值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地方式、断路值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地方式、断路器性能、母线上的出线数目、电网的运行接线和操作方式等因器性能、母线上的出线数目、电网的运行接线和操作方式等因素有关，它具有统计性质。素有关，它具有统计性质。通常在中性点直接接地的电网中，如果不采取限压措通常在中性点直接接地的电网中，如果不采取限压措施，操作过电压的最大幅值可达最高运行相电压幅值施，操作过电压的最大幅值可达最高运行相电压幅值的的3倍以上倍以上；在中性点非直接接地的电网中，最大操作过电压可达在中性点非直接接地的电网中，最大操作过电压可达最高运行相电压的最高运行相电压的4倍以上；倍以上；谐振过电压的幅值则在谐振过电压的幅值则在2倍以上。倍以上。4 4W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压 电力系统中常见的操作过电压有：电力系统中常见的操作过电压有：切除电感性负载过电压；切除电感性负载过电压；切除电容性负载过电压；切除电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解列过电压；空载线路合闸过电压以及系统解列过电压；中性点绝缘电网中的电弧接地过电压等中性点绝缘电网中的电弧接地过电压等。操作过电压持续时间：几操作过电压持续时间：几msms几十几十msms。一、一、空载变压器的分闸过电压空载变压器的分闸过电压二、二、空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压三、三、电弧接地过电压电弧接地过电压5 5W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压空载变压器的分闸过电压空载变压器的分闸过电压一、空载变压器的分闸过电压一、空载变压器的分闸过电压(2006简)1.切空载变压器切空载变压器(大大L)过电压机理过电压机理在实际电路中在实际电路中diL/dt是不会是不会达到无穷大的。这是因为变压达到无穷大的。这是因为变压器绕组除励磁电感器绕组除励磁电感LT外，还有外，还有电容电容CT，如上图所示。断路器，如上图所示。断路器截断电流后，电感中的电流可截断电流后，电感中的电流可以以电容为回路继续流通，对以以电容为回路继续流通，对电容进行充电，将电感中的磁电容进行充电，将电感中的磁能转化为电容中的电能。能转化为电容中的电能。在在切切空空载载变变压压器器时时，断断路路器器常常常常会会在在工工频频电电流流自自然然过过零零之之前前强强行行切切断断电电弧，称这种现象为弧，称这种现象为“截流截流”。在在切切除除空空载载变变压压器器励励磁磁电电流流的的截截流流瞬瞬间间，电电弧弧电电流流被被迫迫很很快快下下降降到到零零，造成：造成：diL/dt(-)于于是是在在变变压压器器励励磁磁电电感感L上上将将感感应应出出过过电压电压uLdiL/dt(-)即过电压有可能达到很高的数值。即过电压有可能达到很高的数值。6 6W W z zHUST_CEEE如如右右图图所所示示，如如果果截截流流发发生生在在某某一一瞬瞬时时值值I0时时，电容上的电压为电容上的电压为U0，此时变压器的总储能，此时变压器的总储能W为：为：WWLWC(LTI02CTU02)/2按按能能量量不不灭灭定定律律，当当磁磁能能全全部部转转化化为为静静电电电电能能时时，电电容容上上的的电电压压将将达达其其最最大大值值UTm，由由截截流流而而引起的变压器上的过电压可达引起的变压器上的过电压可达：UTm（U02I02LT/CT）1/2截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁电流的幅值电流的幅值Im（即（即I0Im，U00）时，有：）时，有：UTmIm(LT/CT)1/2图图12-2截流时刻截流时刻第二节第二节 操作过电压操作过电压空载变压器的分闸过电压空载变压器的分闸过电压图图12-3截流后的电流和电压波形截流后的电流和电压波形图图12-3给出了电流在幅值截断后给出了电流在幅值截断后,电感中的电电感中的电流流iL和电容上的电压（也即电感上的电压）和电容上的电压（也即电感上的电压）uC的波形。如不计衰减，的波形。如不计衰减，iL和和uC可写成：可写成：iLImcos0tuCUmsin0t Im(LT/CT)1/2sin0t 7 7W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压空载变压器的分闸过电压空载变压器的分闸过电压2.影响因素及限制措施影响因素及限制措施(2006单)（1）断路器性能）断路器性能切空载变压器引起的过电压幅值近似地与截流值切空载变压器引起的过电压幅值近似地与截流值I0成正比。成正比。降低断路器的截流能力能够限制过电压降低断路器的截流能力能够限制过电压UTm的大小。的大小。通过在断路器的主触头上并联高值电阻，能有效地降低这种通过在断路器的主触头上并联高值电阻，能有效地降低这种过电压。过电压。（2）变压器参数和结构）变压器参数和结构LT愈大，愈大，CT愈小，过电压愈高；愈小，过电压愈高；相数、绕组连接方式、铁心结构、中性点接地方式、断路器相数、绕组连接方式、铁心结构、中性点接地方式、断路器断口电容、相连的电缆和架空线路段等断口电容、相连的电缆和架空线路段等均有影响。均有影响。绕组连接方式：绕组连接方式：采用纠结绕组及增加静电屏蔽措施；采用纠结绕组及增加静电屏蔽措施；铁心：铁心：采用优质导磁材料（冷轧硅钢片）；采用优质导磁材料（冷轧硅钢片）；其他：其他：采用普通阀式避雷器吸收绕组储存的磁能等。采用普通阀式避雷器吸收绕组储存的磁能等。8 8W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压二、空载长线路的操作过电压二、空载长线路的操作过电压1切除空载长线路切除空载长线路(大大C)C)过电压的产生过程及限制措施过电压的产生过程及限制措施切除空载线路是电力系统中常见的操作之一切除空载线路是电力系统中常见的操作之一产生过电压的原因是断路器分闸过程中的电弧重燃产生过电压的原因是断路器分闸过程中的电弧重燃(2005单)产生过程产生过程图图12-4是是断断路路器器切切除除空空载载长长线线时时的的接接线线图图和和等等值值线线路路图图。通通常常L1/(C)，因因此此在在电电路路切切除除前前，可可认认为为电电容容电电压压uC和和电电源源电电势势e近近似似相相等等，而而流流过过断断口口的的工工频频电电流流iC超前电源电压超前电源电压90。图图12-4切除空载长线切除空载长线9 9W W z zHUST_CEEE当当QF触触头头分分离离后后，触触头头间间电电弧弧将将在在iC0 0时时熄熄灭灭（tt1），此此时时线线路路电电容容上上uCEm。电电弧弧熄熄灭灭后后，电电源源与与电电容容分分开开，uC维维持持残残余余电电压压Em，而而电电源源电电压压e则则将将继继续续按按工工频频变变化化。此此时时加加在在QF断断口口上上的的电电压压将逐渐增加。将逐渐增加。在在tt2时时刻刻，当当电电源源电电压压e到到达达-Em时时，QF断断口口间间的的恢恢复复电电压压达达到到2Em。如如果果此此时时QF断断口口间间介介质质的的抗抗电电强强度度不不够够被被击击穿穿，电电弧弧第第一一次次重重燃燃，此此时时uC将将由由Em以以0的的角角频频率率围围绕绕(-Em)振振荡荡，其其振振幅幅为为2Em。因此，。因此，uC的最大值可达的最大值可达(-3Em)第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压图图12-5 切除空载长线时的电流和电压波形切除空载长线时的电流和电压波形 图图12-4切除空载长线切除空载长线伴伴随随着着高高频频振振荡荡电电压压的的出出现现，QF断断口口间间将将有有高高频频电电流流流流过过，它它超超前前于于高高频频电电压压90。因因此此，当当uC达达到到(-3Em)时时（tt3时时刻刻），高高频频电电流流恰恰恰恰经经过过零零点点，于于是是电电弧弧可可能能再一次熄灭。再一次熄灭。又又经经过过工工频频半半个个周周波波后后（tt4时时刻刻），作作用用在在断断口口上上的的电电压压将将达达4Em。假假如如断断口口又又恰恰好好在在此此时时击击穿穿，则则由由于于电电容容的的起起始始电电压压为为(-3Em)，电电源源电电压压为为Em，振振幅幅为为4Em，振荡后电容上的最大电压可达振荡后电容上的最大电压可达5Em1010W W z zHUST_CEEE限制措施限制措施 国国内内外外大大量量实实测测数数据据表表明明，在在中中性性点点不不接接地地系系统统中中，过过电电压压倍倍数数一一般般不不超超过过3.54倍倍，在在中中性性点点直直接接接接地地系系统统中一般不超过中一般不超过3倍。倍。（1）采用不重燃断路器）采用不重燃断路器在现代断路器设计中通过提高触头之间的介质绝缘强度使在现代断路器设计中通过提高触头之间的介质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速度大于恢复电压的上升熄弧后触头间隙的电气强度恢复速度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。速度，使电弧不再重燃。（2）并联分闸电阻）并联分闸电阻R在断路器主触头上并联分闸电阻在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低触头间的恢，也是降低触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。复电压、避免重燃的有效措施。（3）线路首末端装设避雷器）线路首末端装设避雷器 装设金属氧化物避雷器（装设金属氧化物避雷器（MOA）或磁吹阀式避雷器能有）或磁吹阀式避雷器能有效地限制这种过电压的幅值。效地限制这种过电压的幅值。第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压1111W W z zHUST_CEEE2合闸空载线路过电压的产生过程及限制措施合闸空载线路过电压的产生过程及限制措施图图12-7关合空载长线关合空载长线(a)接线图；接线图；(b)单相等值电路图单相等值电路图（1）正常合闸）正常合闸由由于于正正常常的的运运行行需需要要而而进进行行的的合合闸闸操操作作称称为为正正常常合合闸闸。如如图图12-7(a)所所示示。在在线线路路一一侧侧断断路路器器断断开开的的情情况况下下，关关合合另另一一侧侧断断路路器器就就会会遇到关合空载线路的操作。遇到关合空载线路的操作。一一般般情情况况下下0要要比比工工频频高高得得多多。假假设设在在求求过过渡渡过过程程中中电电容容C上上的的电电压压时时，电电源源电电压压近近似似地地保保持持不不变变。空空载载线线路路的的关关合合可可以以简简化化成成图图12-8的的直直流流电电源源合合闸闸于于LC振振荡荡回回路路的的情情况况，图中图中EUpm。据此可以写出：。据此可以写出：EuLuC uLLdi/dtuCq/C1/Ci dtECuCL uL 图图12-8直流电压作用在直流电压作用在LC回路上回路上第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压1212W W z zHUST_CEEE从图从图12-9可见，回路中电可见，回路中电流为一正弦波形，电压则为流为一正弦波形，电压则为一围绕电源电压发生周期振一围绕电源电压发生周期振荡的波形。可见不计长线电荡的波形。可见不计长线电阻效应，阻效应，关合空载长线时，关合空载长线时，长线电容上出现的过电压可长线电容上出现的过电压可达电源电压达电源电压E的的2倍。倍。图图12-9图图12-8回路中回路中i和和uC随时随时间的变化曲线间的变化曲线 电路方程可写成电路方程可写成：ELdi/dt1/Ci dt或或 LCd2uC/dt2uCE当当电电容容C上上无无起起始始电电压压时时，即即t0，uC0，则则上上式式的的解解为：为：uCE(1cos0t)可得电流的解为：可得电流的解为：iCduC/dtEsin0t/(L/C)1/2第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压1313W W z zHUST_CEEE当当电电容容C上上的的起起始始电电压压uC(0)U0时时，由由于于稳稳态态电电压压为为E，振振荡荡的的振振幅幅将将为为E(U0)EU0，此此时时uC的的波波形形将将如如图图12-10（b）所所示示。据据此此不不难难写写出出当当电电容容C上上有有起起始始电电压压时时，uC的的数数学表达式：学表达式：uCEEuC(0)cos0t图图12-10直流电源直流电源E通过电感通过电感L加到起始电压为加到起始电压为(U0)的电容的电容C上上（a）等值电路图；）等值电路图；（b）uC随时间的变化随时间的变化由由于于振振荡荡而而产产生生的的过过电电压压可可以以用用下下列列更更普普遍遍的的式式子子求出：求出：过电压稳态值振过电压稳态值振荡幅值稳态值荡幅值稳态值(稳态值起始值稳态值起始值)第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压1414W W z zHUST_CEEE 当当雷雷击击线线路路而而使使线线路路两两端端的的断断路路器器跳跳闸闸时时，其其中中后后动动作作的的断断路路器器将将切切断断空空载载长长线线的的电电容容电电流流，而而在在线线路路电电容容上上保保留留数数值值等等于于电电源源电电压压幅幅值值（例例如如+Em）的的残残留留电电压压。当当开开关关重重合合时时，如如果果电电源源电电压压恰恰好好达达到到极极性性相相反反的的幅幅值值（例例如如-Em），则则重重合合闸闸过过电电压压将将达达2(-Em)Em-3Em。相当于开关第一次重燃时的过电压。相当于开关第一次重燃时的过电压。在在切切、合合(重重合合)空空载载线线路路的的操操作作中中，切切空空载载线线路路时时重重燃燃所所引引起起的的过过电电压压最最高高。如如果果采采用用切切空空载载线线路路无无重重燃燃断断路路器器，则则最最大大过过电电压压将将发生在重合空载线路时。发生在重合空载线路时。（2）自动重合闸自动重合闸为为了了减减少少鸟鸟害害和和雷雷害害等等暂暂时时性性故故障障引引起起的的线线路路跳跳闸闸事事故故，运运行行中中的的线线路路发发生生故故障障，由由继继电电保保护护系系统统控控制制断断路路器器跳跳闸闸后后，经经过过一一短短暂暂时时间间后后再再合合闸闸，即即为为自自动动重重合闸操作。合闸操作。图图12-7关合空载长线关合空载长线(a)接线图；接线图；(b)单相等值电路图单相等值电路图第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压1515W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压（3）影响因素及限制措施影响因素及限制措施1）影响因素）影响因素 合合闸闸空空载载线线路路过过电电压压以以重重合合闸闸最最为为严严重重。理理论论上上重重合合闸闸过过电电压压可可达达3Em。但但实实际际中中过过电电压压的的幅幅值值受受到到很很多多因因素素的的影影响响，如如系系统统参参数数、结结构构及及运运行行方方式式等等；此此外外如如合合闸闸相相位位、三三相相断断路路器器合合闸闸动动作作不不同同期期等随机性的因素，不但影响过电压数值，还使其具有统计性质。等随机性的因素，不但影响过电压数值，还使其具有统计性质。合闸相位：合闸相位：e(t)Emsin(t 0)；正常合闸时，若正常合闸时，若 090，即，即e(0)Em是其中最严重的情况；是其中最严重的情况；线路残压：线路残压：在自动重合闸的过程中，由于线路残余电荷的泄放，实在自动重合闸的过程中，由于线路残余电荷的泄放，实际上线路残压是下降的。际上线路残压是下降的。线路损耗：线路损耗：实际输电线路的能量损耗会引起自由分量的衰减，使过实际输电线路的能量损耗会引起自由分量的衰减，使过电压幅值降低。电压幅值降低。三相断路器不同期合闸：三相断路器不同期合闸：会使过电压幅值增高会使过电压幅值增高1030。单相自动重合闸：单相自动重合闸：单相重合闸过电压低于正常重合闸过电压。单相重合闸过电压低于正常重合闸过电压。母线上接有其他出线时：母线上接有其他出线时：过电压将越小。过电压将越小。1616W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压空载长线路的操作过电压空载长线路的操作过电压2）限制合闸过电压的措施）限制合闸过电压的措施：合理装设并联电抗器以及适当安排合闸操作程序，降低因线路合理装设并联电抗器以及适当安排合闸操作程序，降低因线路电容效应等引起的工频电压升高电容效应等引起的工频电压升高；采用单相自动重合闸避免线路残压的影响；采用单相自动重合闸避免线路残压的影响；断路器主触头上并联合闸电阻；断路器主触头上并联合闸电阻；线路首末端装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器（线路首末端装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器（MOA）。）。我国在线路设计时所取的操作空载线路过电压倍数为：我国在线路设计时所取的操作空载线路过电压倍数为：相对地绝缘相对地绝缘（相应设备最高运行相电压的倍数）：（相应设备最高运行相电压的倍数）：3566kV及以下（电网中性点经消弧线圈接地或不接地）及以下（电网中性点经消弧线圈接地或不接地）4.0110154kV（电网中性点经消弧线圈接地）（电网中性点经消弧线圈接地）3.5110220kV（电网中性点直接接地）（电网中性点直接接地）3.0330kV（电网中性点直接接地）（电网中性点直接接地）2.75500kV（电网中性点直接接地）（电网中性点直接接地）2.0相间绝缘相间绝缘（相应相对地操作过电压的倍数）：（相应相对地操作过电压的倍数）：35220kV：1.31.4倍；倍；330kV：1.41.45倍；倍；500kV：1.5倍。倍。1717W W z zHUST_CEEE第二节第二节 操作过电压操作过电压三、电弧接地过电压三、电弧接地过电压(2006单)1.电弧接地过电压产生的基本原理电弧接地过电压产生的基本原理 电电弧弧的的熄熄灭灭与与重重燃燃时时间间是是决决定定最最大大过过电电压压的的重重要要因因素素。单相电弧接地时流过弧道的电流有两个分量：单相电弧接地时流过弧道的电流有两个分量：工频电流（强制）分量工频电流（强制）分量和和高频电流（自由）分量高频电流（自由）分量分析电弧接地过电压时的分析电弧接地过电压时的两种假设两种假设：以高频电流第一次过零时熄弧为前提进行分析，称以高频电流第一次过零时熄弧为前提进行分析，称高频电流熄高频电流熄弧理论弧理论。因高频电流过零时，高频振荡电压恰为最大值，熄弧。因高频电流过零时，高频振荡电压恰为最大值，熄弧后残留在非故障相上的电荷量较大，故按此分析，过电压值较后残留在非故障相上的电荷量较大，故按此分析，过电压值较高；高；以工频电流过零时熄弧为条件进行分析，称为以工频电流过零时熄弧为条件进行分析，称为工频电流熄弧理工频电流熄弧理论论。按此分析，熄弧时残留在非故障相上的电荷量较少，过电。按此分析，熄弧时残留在非故障相上的电荷量较少，过电压值较低，但接近于电网中的实际测量值。压值较低，但接近于电网中的实际测量值。1818W W z zHUST_CEEE图图12-12为为中中性性点点绝绝缘缘系系统统发发生生单单相相接接地地故故障障（假假设设A相相电电弧弧接接地地）时时的的电电路路。设设三三相相电电源源相相电电压压为为eA、eB、eC，各各相相对对地地电电压压为为uA、uB、uC。假假设设A相相电电压压在在幅幅值值（-Um）时时对对地地闪闪络络（图图12-13中中t0时时刻刻），令令Um1。则：。则：uA(0)-1，uB(0)uC(0)0.5图图12-12A相电弧接地相电弧接地图图12-13工频熄弧时电弧接地过电压的发展过程工频熄弧时电弧接地过电压的发展过程 发发弧弧后后瞬瞬间间（t0+时时刻刻），A相相对对地地电电容容C0上上电电荷荷通通过过电电弧弧泄泄入入地地下下，其其相相电压降为零，即电压降为零，即 uA(0+)0，uB(0+)uBA(0+)1.5uC(0+)uCA(0+)1.5 在在(0，0+)期期间间，电电源源经经线线路路电电感感给给B、C相相对对地地电电容容C0充充电电，形形成成一一个个高高频频振振荡过程荡过程。在在此此过过渡渡过过程程中中出出现现的的最最高高振振荡荡电电压压幅值幅值将为将为UBmUCm21.50.52.5。第二节第二节 操作过电压操作过电压电弧接地过电压电弧接地过电压1919W W z zHUST_CEEE 其其后后，过过渡渡过过程程很很快快衰衰减减，B、C相相对对地地电电容容上上的的电电压压稳稳定定到到线线电电压压eBA和和eCA。经经过过半半个个工工频频周周期期，在在tt1时时刻刻，B、C相相对对地地电电容容上上的的电电压压将将等等于于-1.5，此此时时接接地地点点的的工工频频接接地地电电流流if通通过过零零点点，电电弧弧自自动动熄熄灭灭，即即发发生生第第一一次次工工频熄弧频熄弧。熄熄弧弧后后，相相对对地地电电压压逐逐渐渐恢恢复复，再再经经半半个个工工频频周周期期，在在tt2时时刻刻，B、C相相对对地地电电容容上上的的电电压压变变为为-0.5，A相相对对地地电电容容上上的的电电压压则则高高达达-2，这这时时可可能能引引起起故故障障点点接接地地电电弧弧重重燃燃，B、C相相对对地地电电容容C0电电压压将将从从起起始始值值（-0.5）被被充充电电至至线线电电压压的的瞬瞬时时值值1.5，过过渡渡过过程程的的最最高高电电压压为为UBmUCm21.5(-0.5)3.5。过过渡渡过过程程衰衰减减后后，B、C相相将将稳稳定定在在线线电电压压运运行。行。其其后后，每每隔隔半半个个工工频频周周期期依依次次发发生生熄熄弧弧和和重重燃燃，其其过过渡渡过过程程与与上上述述过程完全相同。据此可得过程完全相同。据此可得非故障相：非故障相：UBmUCm3.5故障相：故障相：UAm2第二节第二节 操作过电压操作过电压电弧接地电弧接地过电压过电压2020W W z zHUST_CEEE2.电弧接地过电压的影响因素电弧接地过电压的影响因素 产产生生电电弧弧接接地地过过电电压压的的根根本本原原因因是是不不稳稳定定的的电电弧弧过程。过程。导导线线相相间间有有电电容容存存在在、线线路路有有损损耗耗电电阻阻、过过电电压压下下将将出出现现电电晕晕而而引引起起衰衰减减等等因因素素，都都会会对对振振荡荡过过程程产产生生影影响响，使使得得过过电电压压的的最最大大值值有有所所降降低低。我我国国实实测测电电弧弧接接地地过过电电压压倍倍数数最最大大为为3.23.2，绝绝大大部部分分均均小小于于3.03.0。3.限制过电压的措施限制过电压的措施(2005单)(1)(1)采用采用中性点直接接地方式中性点直接接地方式运行。运行。(2)(2)中性点经消弧线圈接地方式中性点经消弧线圈接地方式运行。运行。第二节第二节 操作过电压操作过电压电弧接地过电压电弧接地过电压2121W W z zHUST_CEEE当当系系统统进进行行操操作作或或发发生生故故障障时时，系系统统中中的的电电感感、电电容容元元件件可可形形成成多多种种频频率率的的振振荡荡回回路路。当当外外加加的的强强迫迫振振荡荡频频率率等等于于振振荡荡系系统统中中的的某某一一自自由由振振荡荡频频率率时时，就就会会出出现现周周期期性性的的或或准准周周期期性性的的谐谐振振现象，引起谐振过电压。现象，引起谐振过电压。一、一、线性谐振过电压线性谐振过电压二、二、铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压三、三、参数谐振参数谐振同步电机的自激过电压同步电机的自激过电压四、四、电力系统中常见谐振过电压及其防治电力系统中常见谐振过电压及其防治 第三节第三节 谐振过电压谐振过电压2222W W z zHUST_CEEE一、线性谐振过电压一、线性谐振过电压在在L、C串串联联线线性性电电路路中中，只只要要电电路路的的自自振振频频率率接接近近交交流流电电源源的的频频率率，就就会会发发生生串串联联谐谐振振现现象象。这这时时即即使使是是在在稳稳态态也也可可能能在在电电感感或或电容元件上产生很高的过电压，因此电容元件上产生很高的过电压，因此串联谐振也称作电压谐振。串联谐振也称作电压谐振。图图12-14为为串串联联线线性性谐谐振振电电路路，这这种种电电路路常常常常是是在在操操作作或或故故障障引引起起的的过过渡渡过过程程中中出现。出现。设设电电源源电电压压为为，R为为回回路路的的阻阻尼尼电电阻阻，R/(2L)为为回回路路的的阻阻尼尼率率。由由于于R较较小小，/01/（C）或或C1/（2L0）在在此此条条件件下下，两两条条曲线必有交点曲线必有交点b。(2)不不论论什什么么原原因因使使铁铁芯芯达达到到饱饱和和，都都可可能能引引起起过过电电压压。但但是是需需要要激激发才会出现谐振发才会出现谐振。(3)C值值太太大大时时，出出现现铁铁磁磁谐谐振振的的可可能能性将减小。性将减小。(4)在在铁铁磁磁谐谐振振时时，L和和C上上的的电电压压都都不不会会象象线线性性谐谐振振时时那那样样趋趋于于无无限限大，大，而是有一定的数值而是有一定的数值。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压图图12-18 非线性谐振回路的伏安特性非线性谐振回路的伏安特性2828W W z zHUST_CEEE铁磁谐振具有以下特点：铁磁谐振具有以下特点：(5)铁铁磁磁谐谐振振的的产产生生虽虽需需由由电电源源电电压压大大于于U0来来激激发发，但但当当激激发发过过去去后后电电源源电电压压降降到到正正常常值值时时，铁铁磁磁谐谐振振过过电电压压仍仍可可能能继继续续存存在在，即即谐谐振振状态可能自保持状态可能自保持。(6)产产生生铁铁磁磁谐谐振振时时，电电流流相相角角将将有有180o转转变变，这这叫叫作作电电流流的的“翻翻相相”。(7)在在交交流流电电路路中中即即使使只只有有一一个个非非线线性性电电感感L单单独独存存在在，电电流流波波形形也也会会发发生生畸畸变变。现现有有L与与C串串联联，问问题题就就更更加加复复杂杂。一一般般来来说说，非非线线性性振振荡荡电电路路中中的的电电流流波波形形除除了了工工频频分分量量（基基波波）外外，还还有有高高次次谐谐波波，甚甚至至可可能能有有分分次次谐谐波波（例例如如1/2次次，1/3次等）。次等）。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压图图12-18 非线性谐振回路的伏安特性非线性谐振回路的伏安特性2929W W z zHUST_CEEE当当计计入入电电阻阻R的的作作用用时时，回回路路的的总总压压降降将将变变为为U，可写成：可写成：U 的的曲曲线线如如图图12-19所所示示。由由图图可可见见，此此时时激激发发谐谐振振所所需需的的电电压压将将增增高高。谐谐振振激激发发后后，当当电电源源电电压压降降低低到到正正常常电电压压E时时，谐谐振振点点将将从从c点点，转转移移到到c点点，此此时时L、C两两端端的的过过电电压压也也将有所下降。将有所下降。图图12-19有电阻存在的非线性有电阻存在的非线性谐振回路的伏安特性谐振回路的伏安特性第三节第三节 谐振过电压谐振过电压铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压3030W W z zHUST_CEEE限制和消除铁磁谐振过电压的主要措施有：限制和消除铁磁谐振过电压的主要措施有：（1）改改善善电电磁磁式式电电压压互互感感器器的的励励磁磁特特性性，或或改改用用电电容容式式电电压互感器；压互感器；（2）在在电电压压互互感感器器开开口口三三角角形形绕绕组组中中接接入入阻阻尼尼电电阻阻，或或在在电电压压互互感感器器一一次次绕绕组组的的中中性性点点对对地地接接入入电电阻阻；人人为为地地增大电阻增大电阻R。（3）在在有有些些情情况况下下，可可在在10kV及及以以下下的的母母线线上上装装设设一一组组三三相相对对地地电电容容器器，或或用用电电缆缆段段代代替替架架空空载载线线路路段段，以以增增大对地电容，从参数搭配上避开谐振；大对地电容，从参数搭配上避开谐振；（4）在在特特殊殊情情况况下下，可可将将系系统统中中性性点点临临时时经经电电阻阻接接地地或或直直接接接接地地，或或投投入入消消弧弧线线圈圈，也也可可以以按按事事先先规规定定投投入入某某些线路或设备以改变电路参数，消除谐振过电压。些线路或设备以改变电路参数，消除谐振过电压。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压3131W W z zHUST_CEEE三、参数谐振三、参数谐振同步电机的自激过电压同步电机的自激过电压(2006单)由由电电感感和和电电容容组组成成的的振振荡荡回回路路中中，如如果果存存在在一一个个振振荡荡性性电电流流i，则则当当电电流流i为为最最大大值值im时时，电电容容上上的的电电压压u为为零零值值，此此时时磁磁能能Lim2/2将将达达最最大大值值，电电能能Cu2/2则则为为零零值值；当当电电流流i过过零零点点时时，电电容容上上的的电电压压达达最最大大值值um，此此时时电电能能将达最大值，而磁能下降为零值。将达最大值，而磁能下降为零值。由由于于和和电电感感相相链链的的磁磁链链是是不不能能突突变变的的，如如果果回回路路的的电电流流i在在最最大大值值im时时，用用外外力力使使电电感感参参数数L减减小小为为LL，则则电电流流必必定定增增大大为为imi以以保保持持磁磁链链不变不变，即有：，即有：Lim（LL）（）（imi）由此可得电流的增值由此可得电流的增值i为：为：如如果果在在i过过零零，即即磁磁能能为为零零时时再再加加外外力力使使电电感感增增大大，回回到到原原来来的的L值值，此此时时，由由于于电电感感的的磁磁链链为为零零，显显然然不不会会引引起起回回路路中中电电流流和和磁磁能能的的变变化化。这这样样，每每经经过过一一次次电电流流最最大大点点就就获获得得了了一一次次电电流流的的增增大大和和能能量量的的增增大大，从从而而使使回回路路中中的的电电流流越越来来越越大大或或电电压压越越来来越越高高，即即出出现现了电学的参数谐振现象。了电学的参数谐振现象。回回路路的的电电阻阻R（或或有有功功负负荷荷）能能抑抑制制参参数数谐谐振振。显显然然只只要要电电源源每每周周期期内内在在R上上消消耗耗的的能能量量大大于于每每周周期期内内外外力力输输入入回回路路中中的能量，谐振就不会发生了。的能量，谐振就不会发生了。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压3232W W z zHUST_CEEE电电机机的的同同步步自自励励磁磁：在在同同步步自自励励磁磁时时，电电流流和和电电压压将将逐逐渐渐上上升升，如如图图12-21所所示示。这这种种过过电电压压的的上上升升速速度度以以秒秒计计，采采用用快快速速自自动动励励磁磁调调节器来限制这种过电压节器来限制这种过电压。异异步步自自励励磁磁：如如果果电电机机处处于于异异步步状状态态，则则定定子子绕绕组组的的旋旋转转磁磁场场将将切切割割转转子子绕绕组组，在在转转子子绕绕组组中中感感应应出出周周期期性性变变化化的的电电流流，生生成成相相应应的的脉脉动动磁磁场场。而而转转子子的的这这一一脉脉动动磁磁场场又又可可以以分分解解为为两两个个大大小小相相等等方方向向相相反反的的旋旋转转磁磁场场叠叠加加到到原原有有转转子子磁磁场场上上，与与定定子子绕绕组组切切割割，在在定定子子绕绕组组中中感感应应出出两两个个拍拍频频电电势势。这这样样，定定子子的的电电流流将将具具有有拍拍频频的的性性质质。出出现现异异步自励磁过电压时必须用过电压速断保护立即将电机从系统中切除步自励磁过电压时必须用过电压速断保护立即将电机从系统中切除。图图12-21 同步自励磁时定子电流的变化曲线同步自励磁时定子电流的变化曲线 图图12-22 异步自励磁时定子电流的变化曲线异步自励磁时定子电流的变化曲线 第三节第三节 谐振过电压谐振过电压参数谐振参数谐振3333W W z zHUST_CEEE参数谐振具有以下参数谐振具有以下特点特点：(1)谐振谐振可以在无电源时出现可以在无电源时出现。(2)只只要要每每次次参参数数变变化化所所引引入入的的能能量量大大于于电电阻阻中中的的能能量量损损耗耗，回回路路中中的的储储能能就就会会愈愈积积愈愈多多，谐谐振振就就能能发发展展。因因此此谐谐振振出出现现后后回回路路中中的的电电流流和和电电压压的的幅幅值值，理理论论上上能能趋于无穷大趋于无穷大。(3)铁铁芯芯电电感感的的饱饱和和是是制制约约参参数数谐谐振振过过电电压压和和过过电电流流幅幅值值的的主主要要因因素素。当当参参数数谐谐振振发发生生后后，随随着着电电流流的的增增大大，电电感感线线圈圈将将达达到到磁磁饱饱和和状状态态，此此时时电电感感和和相相应应的的差差值值L都将迅速减小，使回路自动偏离谐振条件。都将迅速减小，使回路自动偏离谐振条件。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压参数谐振参数谐振3434W W z zHUST_CEEE四、电力系统中常见谐振过电压及其防治四、电力系统中常见谐振过电压及其防治1断线谐振过电压断线谐振过电压 在在电电力力系系统统运运行行中中，常常会会出出现现导导线线断断落落、断断路路器器非非全全相相动动作作或或严严重重的的不不同同期期操操作作、熔熔断断器器的的一一相相或或两两相相熔熔断断等等故故障障，造造成成系系统统的的非非全全相相运运行行。非非全全相相运运行行时时，可可能能组组成成多多种种多多样样的的串串联联谐谐振振回回路路（空空载载或或轻轻载载运运行行的的变变压压器器的的励励磁磁电电感感，导导线线对对地地和和相相间间部部分分电电容容、电电感感线线圈圈对对地地杂杂散散电电容容）。在在一一定定的的参参数数配配合合和和激激发发条条件件下下，可可能能出出现现铁铁磁磁谐谐振振过过电电压压。这这类类铁磁谐振过电压统称铁磁谐振过电压统称断线谐振过电压断线谐振过电压。限制断线过电压的限制断线过电压的措施措施有：有：(1)不不采采用用熔熔断断器器，减减少少三三相相断断路路器器的的不不同同期期操操作作，尽尽量量使使三相同期；三相同期；(2)在在中中性性点点接接地地的的系系统统中中，操操作作中中性性点点不不接接地地的的变变压压器器时时，将变压器的中性点临时接地。将变压器的中性点临时接地。第三节第三节 谐振过电压谐振过电压3535W W z zHUST_CEEE第三节第三节 谐振过电压谐振过电压常见谐振过电压及其防治常见谐振过电压及其防治2中性点不接地系统中电压互感器饱和过电压中性点不接地系统中电压互感器饱和过电压正正常