电气工程基础PE-12资料讲解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,W z,HUST_CEEE,电气工程基础PE-12,第一节,概 述,内部过电压倍数,：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,K,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。,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的3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最高运行相电压的4倍以上；,谐振过电压的幅值则在2倍以上。,第二节 操作过电压,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；,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,ms,几十,ms,。,一、,空载变压器的分闸过电压,二、,空载长线路的操作过电压,三、,电弧接地过电压,第二节 操作过电压,空载变压器的分闸过电压,一、空载变压器的分闸过电压,(2006简),1,.切空载变压器(大L)过电压机理,在实际电路中d,i,L,/d,t,是不会达到无穷大的。这是因为变压器绕组除励磁电感,L,T,外，还有电容,C,T,，如上图所示。断路器截断电流后，电感中的电流可以以电容为回路继续流通，对电容进行充电，将电感中的磁能转化为电容中的电能。,在切空载变压器时，断路器常常会在工频电流自然过零之前强行切断电弧，称这种现象为“截流”。,在切除空载变压器励磁电流的截流瞬间，电弧电流被迫很快下降到零，造成：,d,i,L,/d,t,(-),于是在变压器励磁电感L上将感应出过电压,u,L,d,i,L,/d,t,(-),即过电压有可能达到很高的数值。,如右图所示，如果截流发生在某一瞬时值,I,0,时，电容上的电压为,U,0,，此时变压器的总储能,W,为：,W,W,L,W,C,(,L,T,I,0,2,C,T,U,0,2,)/2,按能量不灭定律，当磁能全部转化为静电电能时，电容上的电压将达其最大值,U,Tm,，,由截流而引起的变压器上的过电压可达,：,U,Tm,（,U,0,2,I,0,2,L,T,/,C,T,）,1/2,截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁电流的幅值,I,m,（即,I,0,I,m,，,U,0,0）时，有：,U,Tm,I,m,(,L,T,/,C,T,),1/2,图12-2 截流时刻,第二节 操作过电压,空载变压器的分闸过电压,图12-3 截流后的电流和电压波形,图12-3给出了电流在幅值截断后,电感中的电流,i,L,和电容上的电压（也即电感上的电压）,u,C,的波形。如不计衰减，,i,L,和,u,C,可写成：,i,L,I,m,cos,0,t,u,C,U,m,sin,0,t,I,m,(,L,T,/,C,T,),1/2,sin,0,t,第二节 操作过电压,空载变压器的分闸过电压,2,.影响因素及限制措施,(2006单),（1）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,I,0,成正比。,降低断路器的截流能力能够限制过电压,U,Tm,的大小。,通过在断路器的主触头上并联高值电阻，能有效地降低这种过电压。,（2）变压器参数和结构,L,T,愈大，C,T,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、断路器断口电容、相连的电缆和架空线路段等 均有影响。,绕组连接方式：,采用纠结绕组及增加静电屏蔽措施；,铁心：,采用优质导磁材料（冷轧硅钢片）；,其他：,采用普通阀式避雷器吸收绕组储存的磁能等。,第二节 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(大C)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,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,图12-4是断路器切除空载长线时的接线图和等值线路图。通常,L,1/(,C,)，因此在电路切除前，可认为电容电压,u,C,和电源电势,e,近似相等，而流过断口的工频电流,i,C,超前电源电压90。,图12-4 切除空载长线,当,QF,触头分离后，触头间电弧将,在,i,C,0时熄灭（,t,t,1,）,，此时线路电容上,u,C,E,m,。电弧熄灭后，电源与电容分开，,u,C,维持残余电压,E,m,，而电源电压,e,则将继续按工频变化。此时加在,QF,断口上的电压将逐渐增加。,在,t,t,2,时刻,，当电源电压,e,到达,-,E,m,时，,QF,断口间的恢复电压达到,2,E,m,。如果此时,QF,断口间介质的抗电强度不够被击穿，电弧第一次重燃，此时,u,C,将由,E,m,以,0,的角频率围绕,(-,E,m,),振荡，其振幅为,2,E,m,。因此，,u,C,的最大值可达,(-3,E,m,),第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,图,12-5,切除空载长线时的电流和电压波形,图12-4 切除空载长线,伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高频电流流过，它超前于高频电压90。因此，,当,u,C,达到(-3,E,m,)时（,t,t,3,时刻）,，高频电流恰恰经过零点，于是电弧可能再一次熄灭。,又经过工频半个周波后,（,t,t,4,时刻）,，作用在断口上的电压将达4,E,m,。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电容的起始电压为(-3,E,m,)，电源电压为,E,m,，振幅为4,E,m,，振荡后电容上的最大电压可达5,E,m,限制措施,国内外大量实测数据表明，在中性点不接地系统中，过电压倍数一般不超过,3.5,4,倍，在中性点直接接地系统中一般不超过,3,倍。,（1）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。,（2）并联分闸电阻R,在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。,（3）线路首末端装设避雷器,装设金属氧化物避雷器（,MOA,）或磁吹阀式避雷器能有效地限制这种过电压的幅值。,第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,2,合闸空载线路过电压的产生过程及限制措施,图12-7 关合空载长线,(a)接线图；(b)单相等值电路图,（1）正常合闸,由于正常的运行需要而进行的合闸操作称为正常合闸。如图,12-7(a),所示。在线路一侧断路器断开的情况下，关合另一侧断路器就会遇到关合空载线路的操作。,一般情况下,0,要比工频高得多。假设在求过渡过程中电容,C,上的电压时，电源电压近似地保持不变。空载线路的关合可以简化成图12-8的直流电源合闸于,LC,振荡回路的情况，图中,E,U,pm,。据此可以写出：,E,u,L,u,C,u,L,L,d,i,/d,t,u,C,q,/,C,1/,C,i,d,t,E,C,u,C,L,u,L,图12-8 直流电压作用在LC回路上,第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,从图12-9可见，回路中电流为一正弦波形，电压则为一围绕电源电压发生周期振荡的波形。可见不计长线电阻效应，,关合空载长线时，长线电容上出现的过电压可达电源电压,E,的2倍。,图12-9 图12-8回路中,i,和,u,C,随时间的变化曲线,电路方程可写成,：,E,L,d,i,/d,t,1/,C,i,d,t,或,LC,d,2,u,C,/d,t,2,uC,E,当电容,C,上无起始电压时，即,t,0，,u,C,0，则上式的解为：,u,C,E,(1cos,0,t,),可得电流的解为：,i,C,d,u,C,/d,t,E,sin,0,t,/(,L,/,C,),1/2,第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,当电容,C,上的起始电压,u,C,(0),U,0,时，由于稳态电压为,E,，振荡的振幅将为,E,(,U,0,),E,U,0,，此时,u,C,的波形将如图12-10（b）所示。据此不难写出当电容,C,上有起始电压时，,u,C,的数学表达式：,u,C,E,E,u,C,(0)cos,0,t,图12-10 直流电源,E,通过电感,L,加到起始电压为(,U,0,)的电容,C,上,（a）等值电路图；（b）,u,C,随时间的变化,由于振荡而产生的过电压可以用下列更普遍的式子求出：,过电压稳态值振荡幅值稳态值(稳态值起始值),第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,当雷击线路而使线路两端的断路器跳闸时，其中后动作的断路器将切断空载长线的电容电流，而在线路电容上保留数值等于电源电压幅值（例如,+,E,m,）的残留电压。当开关重合时，如果电源电压恰好达到极性相反的幅值（例如,-,E,m,），则,重合闸过电压,将达,2(-,E,m,),E,m,-3,E,m,。相当于开关第一次重燃时的过电压。,在切、合,(,重合,),空载线路的操作中，切空载线路时重燃所引起的过电压最高。如果采用切空载线路无重燃断路器，则最大过电压将发生在重合空载线路时。,（2）自动重合闸,为了减少鸟害和雷害等暂时性故障引起的线路跳闸事故，运行中的线路发生故障，由继电保护系统控制断路器跳闸后，经过一短暂时间后再合闸，即为自动重合闸操作。,图12-7 关合空载长线,(a)接线图；(b)单相等值电路图,第二节 操作过电压,空载长线路的操作过电压,第二节 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,1）影响因素,合闸空载线路过电压以重合闸最为严重。理论上重合闸过电压可达,3,E,m,。但实际中过电压的幅值受到很多因素的影响，如系统参数、结构及运行方式等；此外如合闸相位、三相断路器合闸动作不同期等随机性的因素，不但影响过电压数值，还使其具有统计性质。,合闸相位：,e,(,t,),E,m,sin(,t,0,)；,正常合闸时，若,0,90,，即,e,(0),E,m,是其中最严重的情况；,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，实际上线路残压是下降的。,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，使过电压幅值降低。,三相断路器不同期合闸：,会使过电压幅值增高,10,30,。,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。,母线上接有其他出线时：,过电压将越小。,第二节 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,：,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,；,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；,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：,相对地绝缘,（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）4.0,110154kV（电网中性点经消弧线圈接地）3.5,110220kV（电网中性点直接接地）3.0,330kV（电网中性点直接接地）2.75,500kV（电网中性点直接接地）2.0,相间绝缘,（相应相对地操作过电压的倍数）：,35220kV：1.31.4倍；330kV：1.41.45倍；500kV：1.5倍。,第二节 操作过电压,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,电弧的熄灭,与,重燃时间,是决定最大过电压的重要因素。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,和,高频电流（自由）分量,分析电弧接地过电压时的,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,高频电流熄弧理论,。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，过电压值较高；,以工频电流过零时熄弧为条件进行分析，称为,工频电流熄弧理论,。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。,图12-12为中性点绝缘系统发生单相接地故障（假设A相电弧接地）时的电路。设三相电源相电压为,e,A,、,e,B,、,e,C,，各相对地电压为,u,A,、,u,B,、,u,C,。,假设A相电压在幅值（-,U,m,）时对地闪络,（图12-13中,t,0时刻），令,U,m,1。则：,u,A,(0,)-1u,B,(0,),u,C,(0,)0.5,图12-12 A相电弧接地,图12-13 工频熄弧时电弧接地过电压的发展过程,发弧后瞬间,（,t,0,+,时刻），,A,相对地电容,C,0,上电荷通过电弧泄入地下，其相电压降为零，即,u,A,(0,+,),0,，,u,B,(0,+,),u,BA,(0,+,),1.5,u,C,(0,+,),u,CA,(0,+,),1.5,在,(0,，,0,+,),期间，电源经线路电感给,B,、,C,相对地电容,C,0,充电，形成一个,高频振荡过程,。,在此过渡过程中出现的,最高振荡电压幅值,将为,U,Bm,U,Cm,21.5,0.5,2.5,。,第二节 操作过电压,电弧接地过电压,其后，过渡过程很快衰减，,B,、,C,相对地电容上的电压稳定到线电压,e,BA,和,e,CA,。,经过半个工频周期，,在,t,t,1,时刻，,B、C相对地电容上的电压将等于-1.5，此时接地点的工频接地电流,i,f,通过零点，电弧自动熄灭，即,发生第一次工频熄弧,。,熄弧后，相对地电压逐渐恢复，再经半个工频周期，,在,t,t,2,时刻,，,B,、,C,相对地电容上的电压变为,-0.5,，,A,相对地电容上的电压则高达,-2,，这时可能引起,故障点接地电弧重燃,，,B,、,C,相对地电容,C,0,电压将从起始值（,-0.5,）被充电至线电压的瞬时值,1.5,，,过渡过程的最高电压为,U,Bm,U,Cm,21.5,(-0.5),3.5,。过渡过程衰减后，,B,、,C,相将稳定在线电压运行。,其后，,每隔半个工频周期,依次发生,熄弧,和,重燃,，其过渡过程与上述过程完全相同。据此可得,非故障相：,U,Bm,U,Cm,3.5,故障相：,U,Am,2,第二节 操作过电压,电弧接地,过电压,2.,电弧接地过电压的影响因素,产生电弧接地过电压的,根本原因,是不稳定的电弧过程。,导线相间有电容存在、线路有损耗电阻、过电压下将出现电晕而引起衰减等因素，都会对振荡过程产生影响，使得过电压的最大值有所降低。我国,实测电弧接地过电压倍数,最大为3.2，绝大部分均小于3.0。,3.,限制过电压的措施,(2005单),(1),采用,中性点直接接地方式,运行。,(2),中性点经消弧线圈接地方式,运行。,第二节 操作过电压,电弧接地过电压,当系统进行操作或发生故障时，系统中的电感、电容元件可形成多种频率的振荡回路。当外加的强迫振荡频率等于振荡系统中的某一自由振荡频率时，就会出现周期性的或准周期性的谐振现象，引起谐振过电压。,一、,线性谐振过电压,二、,铁磁谐振过电压,三、,参数谐振同步电机的自激过电压,四、,电力系统中常见谐振过电压及其防治,第三节,谐振过电压,一、线性谐振过电压,在L、C串联线性电路中，只要电路的自振频率接近交流电源的频率，就会发生串联谐振现象。这时即使是在稳态也可能在电感或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。,图12-14为串联线性谐振电路，这种电路常常是在操作或故障引起的过渡过程中出现。,设电源电压为 ，,R,为回路的阻尼电阻，,R,/(2,L,)为回路的阻尼率。由于,R,较小，,/,0,1/（C）或 C1/（,2,L,0,）在此条件下，两条曲线必有交点b。,不论什么原因使,铁芯达到饱和,，都,可能引起过电压,。但是,需要激发才会出现谐振,。,C,值太大时,，出现铁磁谐振的可能性将减小。,在铁磁谐振时，,L,和,C,上的电压,都不会象线性谐振时那样趋于无限大，,而是有一定的数值,。,第三节 谐振,过电压,铁磁谐振过电压,图,1218,非线性谐振回路的伏安特性,铁磁谐振具有以下特点：,(5)铁磁谐振的产生虽需由电源电压大于,U,0,来激发，但当激发过去后电源电压降到正常值时，铁磁谐振过电压仍可能继续存在，即,谐振状态可能自保持,。,(6)产生铁磁谐振时，电流相角将有180,o,转变，这叫作电流的“,翻相,”。,(7)在交流电路中即使只有一个非线性电感,L,单独存在，电流波形也会发生畸变。现有,L,与,C,串联，问题就更加复杂。,一般来说，非线性振荡电路中的电流波形除了工频分量（基波）外，还有,高次谐波,，甚至可能有,分次谐波,（例如,1/2,次，,1/3,次等）。,第三节 谐振,过电压,铁磁谐振过电压,图,12-18非线性谐振回路的伏安特性,当计入电阻,R,的作用时，回路的总压降将变为,U,，可写成：,U,的曲线如图12-19所示。由图可见，此时激发谐振所需的电压将增高。谐振激发后，当电源电压降低到正常电压,E,时，谐振点将从c点，转移到c,点，此时,L,、,C,两端的过电压也将有所下降。,图12-19 有电阻存在的非线性谐振回路的伏安特性,第三节 谐振,过电压,铁磁谐振过电压,限制和消除铁磁谐振过电压的主要措施有：,（1）改善电磁式电压互感器的励磁特性，或改用电容式电压互感器；,（2）在电压互感器开口三角形绕组中接入阻尼电阻，或在电压互感器一次绕组的中性点对地接入电阻；人为地增大电阻,R,。,（3）在有些情况下，可在10kV及以下的母线上装设一组三相对地电容器，或用电缆段代替架空载线路段，以增大对地电容，从参数搭配上避开谐振；,（4）在特殊情况下，可将系统中性点临时经电阻接地或直接接地，或投入消弧线圈，也可以按事先规定投入某些线路或设备以改变电路参数，消除谐振过电压。,第三节 谐振,过电压,铁磁谐振过电压,三、参数谐振同步电机的自激过电压,(2006单),由电感和电容组成的振荡回路中，如果存在一个振荡性电流,i,，则,当电流,i,为最大值,i,m,时，电容上的电压,u,为零值，此时磁能,Li,m,2,/2将达最大值，电能,Cu,2,/2则为零值,；,当电流,i,过零点时，电容上的电压达最大值,u,m,，此时电能将达最大值，而磁能下降为零值。,由于和电感相链的磁链是不能突变的，如果回路的电流,i,在最大值,i,m,时，用外力使电感参数,L,减小为,L,L,，则电流必定增大为,i,m,i,以保持磁链不变,，即有：,Li,m,（,L,L,）（,i,m,i,）,由此可得电流的增值,i,为：,如果,在,i,过零，即磁能为零时再加外力使电感增大，回到原来的,L,值，此时，由于电感的磁链为零，显然不会引起回路中电流和磁能的变化,。这样，,每经过一次电流最大点就获得了一次电流的增大和能量的增大，从而使回路中的电流越来越大或电压越来越高，即出现了电学的参数谐振现象。,回路的电阻,R,（或有功负荷能抑制参数谐振。,显然只要电源每周期内在,R,上消耗的能量大于每周期内外力输入回路中的能量，谐振就不会发生了。,第三节 谐振,过电压,电机的同步自励磁,：,在同步自励磁时，电流和电压将逐渐上升，如图12-21所示。这种过电压的上升速度以秒计，,采用快速自动励磁调节器来限制这种过电压,。,异步自励磁,：,如果电机处于异步状态，则,定子绕组的旋转磁场将切割转子绕组，在转子绕组中感应出周期性变化的电流，生成相应的脉动磁场,。而转子的这一,脉动磁场又,可以分解为两个大小相等方向相反的旋转磁场叠加到原有转子磁场上，,与定子绕组切割，在定子绕组中感应出两个拍频电势,。这样，定子的电流将具有拍频的性质,。出现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,。,图,12-21,同步自励磁时定子电流的变化曲线 图,12-22,异步自励磁时定子电流的变化曲线,第三节 谐振,过电压,参数谐振,参数谐振具有以下,特点,：,(1)谐振,可以在无电源时出现,。,(2)只要每次参数变化所引入的能量大于电阻中的能量损耗，回路中的储能就会愈积愈多，谐振就能发展。因此,谐振出现后回路中的电流和电压的幅值，理论上能趋于无穷大,。,(3),铁芯电感的饱和,是,制约参数谐振,过电压和过电流幅值的主要因素。,当参数谐振发生后，随着电流的增大，电感线圈将达到磁饱和状态，此时电感和相应的差值,L,都将迅速减小，使回路自动偏离谐振条件。,第三节 谐振,过电压,参数谐振,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,在电力系统运行中，常会出现导线断落、断路器非全相动作或严重的不同期操作、熔断器的一相或两相熔断等故障，造成系统的非全相运行。,非全相运行时，可能组成多种多样的串联谐振回路（空载或轻载运行的变压器的励磁电感，导线对地和相间部分电容、电感线圈对地杂散电容）。在一定的参数配合和激发条件下，可能出现铁磁谐振过电压。这类铁磁谐振过电压统称,断线谐振过电压,。,限制断线过电压的,措施,有：,(1)不采用熔断器,，减少三相断路器的不同期操作，尽量使三相同期；,(2),在中性点接地的系统中，,操作中性点不接地的变压器时，将变压器的中性点临时接地。,第三节 谐振,过电压,第三节 谐振,过电压,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,正常工作时电压互感器接近于空载状态，呈现为一个很大的励磁电感，当回路受到激发（电压和电流的突然增大）后，励磁电感会因饱和而突然减小，从而引起过电压。,在中性点不接地的电网中，当,电源对只带电压互感器的空母线突然合闸,或,一相导线突然对地发弧,时，,电压互感器都会出现涌流,。,理论分析和实验结果都表明：由于此时电压互感器上的交流电压突变引起的涌流都会使电压互感器的励磁电感大为减小,，引起,电压互感器饱和过电压,。,当电源向只带有电压互感器的空母线合闸时，容易产生基波（工频）过电压,；,当电网带有线路运行时，如果电压互感器的励磁特性不好，在线路一相接地又自动熄弧时，容易产生1/2次谐波过电压,。,将,电网中性点改为经消弧线圈（电抗器）接地或直接接地,，就破坏了谐振回路的形成，并且相对地稳定了中性点的电位，因此,就不太可能出现电压互感器饱和过电压,。,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,选用以下措施消除电压互感器饱和过电压：,(2005简),选用,励磁特性较好的电磁式电压互感器,或只使用,电容式电压互感器,；,在零序回路中接入阻尼电阻,；,在个别情况下，可,在10kV及以下的母线上装设一组三相对地电容器,，或,利用电缆段代替架空载线路段,，减小对地容抗，有利于避免谐振；,特殊情况下，可,将电网中性点改为暂时经电阻接地或直接接地,，也可以,采用临时的倒闸措施来改变电路参数,，以消除谐振过电压；,禁止只使用一相或两相电压互感器接在相线与地线间,，以保证三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移或产生谐振。,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,3,中性点接地系统中电压互感器饱和过电压,在110kV、220kV中性点接地系统中，,电压互感器饱和过电压出现在用断口间具有并联电容的断路器切空载线路时,。,当,C,值小时，谐振往往属于基波性质，测量到的,过电压为额定相电压的1.653倍,；,当,C,值大时，谐振具有分频性质（主要是1/3次），过电压幅值不高，但因频率和相应的励磁感抗均下降到工频时的1/3，励磁电流往往很大，测到的,最大励磁电流可达额定励磁电流的80倍,，这会使电压互感器过热烧毁，甚至喷油爆炸。,4,传递过电压,当系统中发生,不对称接地故障或断路器不同期操作时,，可能出现明显的零序工频电压分量，通过静电和电磁耦合在相邻输电线路之间或变压器绕组之间会产生工频电压传递现象，从而危及低压侧电气设备绝缘的安全；,若与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，,还可能产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压,。,当有不同电压等级的,输电线路同杆并架,，或,两线路间有较长距离的临近平行段时,如图12-23(a)所示，高压线路由于不对称接地故障而出现的零序工频电压分量,U,0,会通过电容耦合在低压线路上产生过电压,U,2,，根据图12-23(b)等值电路可得：,U,2,U,0,C,12,/(,C,12,C,0,),这种从高压线路到低压线路的传递过电压，,会对低压线路的绝缘造成严重威胁,。,图12-23 同杆并架线路的传递过电压,（a）同杆并架输电线路；（b）等值电路,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,变压器绕组间的电容耦合造成的,静电传递过电压,，在实际系统中是较常遇到的，典型电路如图12-24(a)。,如果低压侧断路器QF处于断开状态，且低压侧未接有电压互感器TV及消弧线圈L，传递过电压可按图12-24(b)等值电路计算，得,低压侧传递电压,U,2,为：,U,2,U,0,C,12,/(,C,12,3,C,0,),图12-24 变压器绕组间的传递过电压,（a）变压器接线；（b）QF断开、未接TV时等值电路；,（c）QF闭合、接有L或TV时等值电路,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,若图12-24(a)中断路器QF闭合，且发电机中性点接有消弧线圈L或母线上接有电压互感器TV，则可能形成谐振的传递回路，其等值电路如图12-24(C)所示，图中L可以是消弧线圈的电感，也可以是电压互感器的励磁电感的三相并联值。,当L是消弧线圈的电感时,，由于其近似的线性励磁特性，,发生的谐振接近线性谐振,，这时由于消弧线圈的补偿度不同,，可能会有完全补偿、过补偿和欠补偿三种不同的情况；,当L是电压互感器的励磁电感时,，由于电压互感器正常运行时接近空载状态，饱和的励磁特性使回路,可能产生铁磁谐振过电压,。,（1）工频谐振过电压,图12-25为并联电抗器非全相操作的典型电路。由于B、C相电压通过相间电容的耦合作用，构成谐振电路，在断开相（或故障相）A相出现较高的工频谐振过电压，以致造成并联电抗器的绝缘事故。,利用对称分量法或简化等值电路法可分析带有并联电抗器的线路非全相操作过程。分析和实测表明，,在电抗器中性点接入小电抗,，只要参数选择恰当，可以有效地避免工频谐振，降低断开相的工频传递电压。,图12-25 线路带并联电抗器的非全相运行,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,5超高压系统中的谐振过电压,超高压系统电压高、传输距离长，往往装有串联、并联补偿装置，这些集中的电容、电感元件使网络增加了谐振的可能性。主要有,非全相切合并联电抗器时的工频传递谐振，串、并联补偿网络的分频谐振,以及,空载线路合闸于发电机变压器单元接线时引起的高频谐振,等。,图12-26 发电机变压器单元接线带空载长线路的等值电路,（,2,）高频谐振过电压,超高压系统中，当发电机变压器单元接线带一条空载长线路时，在,线路投入或切除时,都可能产生奇次和偶次的高频铁磁谐振过电压。,由于,L,1,、,L,2,远小于,L,m,，因此回路线性部分的,谐振角频率,为：,由于,L,m,的非线性,，其中除流过基波分量电流外，还,包含一些奇次高频谐波分量,；,由于空载长线路的电容效应，线路末端电压高于线路首端，工频谐振长度为1500km，,n,次谐波的谐振长度则为(1500/,n,)km。若考虑发电机和变压器的电感，谐振长度还要缩短。,在上述超高压系统接线中产生高次谐波振荡，除了满足一般的,铁磁谐振条件,外，还需要满足以下具体参数条件：,线路首端的输入阻抗必须是容性的；,系统线性部分的自振角频率必须接近,n,。,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,（3）分频谐振过电压,理论上讲，在简单的铁磁谐振回路中就可能产生各种不同分频谐振，但试验表明，,最常见的是1/3分频谐振,。,分频谐振不能自激,，,而要经过一定的过渡过程的冲击才能建立起稳定的谐振。,分频谐振过电压常常发生在如图12-27(a)所示的串联补偿电网中。若在并联电抗器后面的线路上发生短路故障，在故障切除后由,串补电容器与并联电抗器,就可能形成串联铁磁谐振回路，其等值电路如图12-27(b)。,图12-27 串联补偿电网中的分频谐振电路,（a）串联补偿电网；（b）等值电路,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,对于500km以下超高压输电线路，在一般补偿度下总能满足,0,/,C,1,，,L,2,用来补偿测量时的相位误差，负载接入变压器T的低压侧。采用这种电容式电压互感器，可以避免系统中某些谐振过电压，但设备,本身就是一个铁磁谐振回路,。,试验表明在电容式电压互感器回路中可能产生,1/3,分频谐振。,为了消除谐振可,在电路中接入一固定的有效负载电阻,R,a,加以阻尼,，,或者,在电路中串接一滤波器F消除谐振频率分量,。为了不影响互感器的测量准确度，,电阻,R,a,可以只在发生1/3分频谐振时自动投入,。,图,12-28,电容式电压互感器接线,第三节 谐振,过电压,常见谐振过电压及其防治,第四节,工频电压升高,电力系统中在正常或故障时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，统称,工频电压升高,，或称为,工频过电压,。,(2005名),工频电压升高,本身对系统中正常绝缘的电器设备一般是没有危险的，但是,在超高压系统的绝缘配合中具有重要作用,，因为：,其大小将直接影响操作过电压的幅值；,其数值是决定避雷器额定电压的重要依据；,持续时间长的工频电压,升高,仍可能危及设备的安全运行,。,合闸后,0.1s,时间内,出现的电压升高叫作,操作过电压,；,0.1s,至,1s,时间内,，由于发电机自动电压调整器的惰性，发电机电势E尚保持不变，在E的基础上再加上空载线路的电容效应所引起的工频电压升高，总称,暂态工频电压升高,；,时间再长，发电机自动电压调整器发生作用，母线电压逐渐下降，,在,2,3s,以后,，,系统进入稳定状态，这时的工频电压升高为,稳态工频电压升高,。,一、空载长线路电容效应引起的工频电压升高,对于一般电压等级的输电线路，传输距离不太长时，可以用集中参数T型或型等值电路表示。当线路空载时，该等值电路就构成了一个R、L、C回路。若其参数RL，当有正弦交流电流流过时，由于电感与电容上的压降,U,L,、,U,C,反相，且其有效值,U,C,U,L,，于是电容上的压降大于电源的电势。这就是集中参数电路中的,电感电容效应,，简称,电容效应,。,对于超高压空载长线路。研究这种空载长线路电容效应引起的工频电压升高时就需要采用分布参数模型。对于分布参数电路，当末端空载时，一定条件下，首端的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响（感性）时，由于电容效应不仅使线路末端电压高于首端，而且使线路首、末端电压高于电源电势。这就是系统中的,空载长线路的工频电压升高,。,为了限制空载长线路的工频电压升高，通常,采用并联电抗器来补偿线路电容电流以削弱电容效应,，,其效果十分显著。,第四节,工频电压升高,空载长线路电容效应,不对称短路是输电线路最常见的故障形式，,当发生单相或两相接地短路时，短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高,，常称为,不对称效应,，以,不对称效应系数,或,接地系数,表示由此而产生的工频电压升高的程度。,以单相接地故障为例进行分析。,设系统中A相发生单相接地故障，由对称分量法，可以推导出健全相电压为：,若以,K,(1),表示单相接地故障时的接地系数，则有健全相电压为：,对于电源容量较大的系统，,Z,1,Z,2,，若忽略各序等值阻抗中的电阻分量,R,1,、,R,2,、,R,0,，则上式可简化为：,同理，两相接地短路时的接地系数：,第四节,工频电压升高,不对称短路,二、不对称短路引起的工频电压升高,接地系数的大小与零序阻抗关系极大,。图12-29给出了单相接地短路时健全相的工频电压升高与,X,0,/,X,1,的关系曲线。,系统的正序电抗X1包括发电机的次暂态同步电抗、变压器漏抗及线路感抗等一般是感性的，而,系统的零序电抗,X,0,则因系统中性点接地方式的不同而有较大的差别：,图12-29 单相接地时健全相的电压升高,第四节,工频电压升高,不对称短路,对中性点不接地系统,，,X,0,取决于线路容抗，,X,0,/,X,1,(,-,-20),，,为负值。,单相接地时健全相的工频电压升高可达1.1倍额定电压,。,采用110,避雷器,；,对中性点经消弧线圈接地3560kV系统,，按补偿度可以分为两种情况。欠补偿方式时，|,X,0,/,X,1,|-；过补偿方式时，|,X,0,/,X,1,|+。,单相接地故障时，健全相电压接近等于额定电压,。,采用100,避雷器,；,对中性点有效接地的110220kV系统,，,X,0,为不大的正值，其,X,0,/,X,1,3。,单相接地故障时，健全相的工频电压升高为0.8倍额定电压,U,。,采用80,避雷器,；,对330kV及以上系统,，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，,线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80,。,分别采用80,避雷器(电站型)和,90,避雷器(线路型),。,三、甩负荷引起的工频电压升高,当输电线路重负荷运行时，由于某种原因（例如发生短路故障）线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，是造成工频电压升高的另一重要原因,，,通常称作,甩负荷效应,。,这种情况下，,影响工频电压升高的因素,主要有：,断路器跳闸前输送负荷的大小；空载长线路的电容效应；发电机励磁系统及电压调节器的特性,，,原动机调速器及制动设备的惰性,，等等。,在发电机突然失去部分或全部负荷时，通过励磁绕组的磁通因须遵循磁链守恒原则而不会突变，与其对应的电源电势,E,维持原来的数值。原先负荷的电感电流对发电机主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使,E,反而增大，要等到自动电压调节器开始发挥作用时，才逐步下降。,另一方面，发电机突然甩掉一部分有功负荷后，由于调速器和制动设备的惰性，不能立即起到应有的调速效果，导致发电机加速旋转（,飞逸现象,）、频率上升，不但发电机的电势随转速的增大而升高，而且还会加剧线路的电容效应，从而使空载线路中的工频电压升高更为严重。待自动电压调整器起作用后,E,将降低，一般这个过程可持续几秒钟之久。,措施：,并联电抗器或静止补偿装置,。,第四节,工频电压升高,甩负荷,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,