内部过电压

第5章工频电压升高电力系统中，因为断路器的操作、事故或其它原因，系统参数发生变化，引起电磁能量振荡转换或传递所出现的超过正常运行电压的电压升高称为内部过电压由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过电压倍数kn表示最高运行相电压幅值过电压幅值nk最高运行相电压幅值＝eU32)15.11.1(0－0.1s幅值高、强阻尼、高频振荡、时间短（五个周波）操作过电压0.1－1s幅值低、弱阻尼、无高频振荡、时间长（5－50个周波）暂态工频电压升高2－3s稳态稳态工频电压升高我国第一条500kV线路合空载线路试验电压波形线路长336km，断路器合闸电阻400Ω，首末端接高压并联电抗器内部过电压工频电压升高谐振过电压空载长线容升效应甩负荷不对称短路操作过电压切、合空载长线过电压切空载变压器过电压弧光接地过电压暂时过电压线性谐振非线性谐振参数谐振断路器单相接地5.1空载长线路的电容效应工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的作用1）工频电压升高再叠加操作过电压过电压幅值高2）影响避雷器的最大允许工作电压灭弧电压最高工频电压3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响游离、老化、污闪、干扰等我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空载变压器允许1.3倍工频电压持续1min空载长线电容效应引起的工频电压升高一、电容效应如果LC回路固有振荡频率回路电流呈容性LCLC1,10ILCLCUEUUU,..二、空载均匀无损输电线的容升效应及限制000002.2.../06.0cossinsincosCLZkmCLIUxzxjxjzxIUcccxx相位系数特性阻抗沿线电压、电流与末端电压的关系线路长为l时首末端电压关系沿线电压与首端电压关系xlUUlUUxzUjIxUUxcxxcoscoscossincos1..1.2.2..2..可见沿线电压分布呈余弦规律越靠近线路末端电压越高传递系数lxUUKxxcoscos1..1空载线路末端边界条件电流02.Ixs：电源感抗xL：高压并联电抗器感抗'2.'2...1101cossinsincos101IUjxlzljljzljxIELccs空载线路末端边界条件电流0'2.ILcLcLcxLcLcxcsLcLsxztgUlxUlxzlxxzxUUlxzlUUxxzxUlzxxzlxxEU,)cos()cos(sincossincos)sin(cos)sin(cossin)(cos)1(1.1..2.1.2...2.末端电压与电源电压关系沿线电压与末端电压关系首端电压与末端电压关系沿线电压与首端电压关系沿线最高电压出现在距末端处x)cos(1lUUm可见：电源感抗会升高线路首端电压故升高整条线路电压可用高压并联电抗器降低沿线电压限制工频电压升高的措施根据安装组数和位置不同，限制工频电压升高效果不同第6章操作过电压操作过电压属于内部过电压操作是广义的：计划性断路器的合闸和跳闸故障时断路器的跳闸切：L（空变、L、电动机）C（空线、电容器组）解列合：空线35kV及以下中性点不接地系统发生单相弧光接地时，不大的电容电流流经接地点，产生时燃时灭的电弧相当于开关的反复操作弧光接地过电压操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压由于操作过电压幅值与系统额定电压有关，因此电压等级越高的系统操作过电压越高系统的绝缘水平220kV及以下330kV及以上雷电过电压操作过电压主要我国规程规定：操作过电压倍数35－60kV及以下（非直接接地）系统≯4.0110－220kV（直接接地）系统≯3.5330kV系统≯3.0500kV系统≯2.0（或2.2）限制操作过电压措施：带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器6.1空载线路合闸过电压合空线及重合闸产生的过电压是系统中常见的操作过电压由于断路器灭弧能力的提高，切空线时现基本上不发生重燃，故切空线过电压最大过电压只测到1.19倍，而合空线最大过电压达2.03倍，自动重合闸时更高∴超高压系统中合（包括重合）空线过电压是选择绝缘水平的决定因素合闸计划性合闸线上无残余电压重合闸线上有残余电压存在起始值过电压更高三相重合闸过电压理论上可达3倍，但实际中过电压受很多因素影响：合闸相位、回路损耗、残压电压的变化、并联电抗器、断路器的不同期性限制措施：（一）带并联电阻的断路器（二）MOA利用带并联电阻的断路器限制操作过电压操作过电压出现在操作或故障引起的电磁暂态过渡过程中过渡过程是振荡的若R大阻尼作用使衰减很快，过电压CLR2断路器加并联电阻及一对辅助触头，使合闸、分闸过程在两个阶段进行，并联电阻起到减小稳态和自由分量、阻尼作用过电压R合闸电阻我国：500kVR＝400Ω330kVR＝800Ω国外：500kVR＝400－1200Ω6.2切除空载线路过电压切空线操作是常见的一种操作，如检修线路断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长（0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑过电压时，主要以切空线过电压为依据。线路上过电压＋3、－5、＋7、－9…重燃次数越多，过电压越高。实际中过电压一般在2.5倍以下，但测量到过4.8倍切空线过电压产生的根本原因是断路器重燃影响因素：断路器的灭弧性能线路泄漏损耗中性点运行方式系统参数限制措施：改善断路器灭弧性能采用带并联电阻的断路器采用MOA6.3切除空载变压器过电压是一种常规操作，如果DL和T配合不当，可能产生很高的过电压断路器通常是按能开断强大的短路电流（几－几十kA）设计的，灭弧能力很强外能式断路器灭弧能力与开断的电流大小有关自能式断路器灭弧能力与开断的电流大小关系不大如压缩空气断路器、有压油活塞的少油断路器用灭弧能力很强的断路器开断空载变压器的激磁电流（一般为额定电流的0.5－4％，即几－几十A）时，电流就可能在过零前被强迫切断（截流）产生切空变过电压的根本原因是断路器的截流现象初始能量：CLZZiuuCuCuLiTLCcmmCL,2121212202022020变压器特性阻抗如果激磁电流最大值（电容电压为零）时截断过电压最高Ucm=ILmZT预期过电压影响因素：断路器性能变压器参数过电压幅值较高但持续时间短，能量低（比雷电过电压作用下的能量小一个数量级）限制措施：阀型避雷器两侧中性点接地方式相同低压侧装不同两侧装6.7中性点不接地系统的弧光接地过电压实际工程中，单相接地是系统主要故障形式（60％）中性点不接地系统中，单相接地时，非故障相（健全相）电压升高为线电压，中性点升为相电压，由于电源仍然对称，不必立即跳闸，允许带故障运行0.5－2小时（1）可大大提高供电可靠性（2）故障时电压的升高对电压等级较低的系统投资影响不大一般我国60kV及以下都采用中性点不接地的运行方式但如果接地故障不能自动消失，存在（1）相间短路立即跳闸（2）时燃时灭电弧可能产生幅值很高、持续时间较长的弧光接地过电压正常运行时：0.NUA相对地短路后：032.2..3....30cos3233,,0cUxgUxgcIUxgcIIUUUUUUUjdBACAANAUxg为最高运行相电压流过故障点的电流为单相接地电容电流统计和表明：10kV线路长1000kmIc≯30A35kV线路长100kmIc≯10A若Ic30A（10kV）Ic10A（35kV）单相接地电容电流过零熄灭不再重燃单相接地电容电流过零熄灭但可能重燃，不能形成稳定燃烧的电弧，故时燃时灭犹如不断开合的开关，会产生幅值很高的弧光接地过电压故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是工频电流过零时也可能是高频电流过零时工频熄弧理论分析出的过电压水平较低高频熄弧理论分析出的过电压水平较高健全相上过电压：第一次发弧时2.5Uxg以后最大为3.5Uxg实际工程中：弧光接地过电压最大3.5倍，绝大多数3.1过电压水平不算太高，但持续时间较长，可能危及一些老设备及直配电机等绝缘水平低的设备消弧线圈电流补偿单相接地电容电流，减小接地电流使其过零熄弧后不再重燃，接地故障自动消失第7章谐振过电压电力系统包含有许多电感和电容元件L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、高压设备的杂散电容、均压电容等存在有一系列的复杂的振荡电路，正常运行时由于负载的阻尼或大功率电源的存在，不会发生严重的振荡。但操作或事故引起的空载或轻载时可能产生幅值较高、持续时间较长的谐振过电压根据电感的特性把谐振分为：线性谐振、非线性（铁磁）谐振、参数谐振7.3基波铁磁谐振铁磁谐振的谐振频率可能是电源频率的整数倍和分数倍，分别称为高频谐振和分频谐振，振荡频率等于或接近电源频率时产生的谐振过电压称为基波谐振过电压1.稳定工作点和谐振条件）为非线性曲线（是一条直线，IfUCIUUUUEUUELCCLCL,...与曲线相交于a1、a2、a3，但是不是都是稳定工作点？物理上判断是否稳定工作点，用“小扰动”理论，即电源电压出现小的扰动ΔE后，工作点能否回到原来的工作点a1:ΔE0→Ia1→a’1ΔE消失后EΔU→I→a1点ΔE0→Ia1→a’’1ΔE消失后EΔU→I→a1点a3：具有与a1相同的性质∴a1和a3点都是稳定工作点（能经受小扰动）a2：ΔE0→Ia2→a’2ΔE消失后EΔU→I→a3点ΔE0→Ia2→a’’2ΔE消失后EΔU→I→a1点∴a2不是稳定工作点（不能经受小扰动）a1为非谐振点（感性）a3为谐振点（容性，UL、UC、I都很大）产生铁磁谐振的必要条件：CL10L0为铁芯工作在未饱和区域（线性部分）的电感2.跃变现象（相位反倾）一旦谐振发生，就从非谐振的工作点跃变到谐振的工作点同时回路电流从感性变为容性，相位反倾3.自持现象和自激现象谐振发生后，既便激发谐振的因素消失，谐振仍能自持电源电压超过Um即发生自激谐振4.回路电阻的阻尼作用回路电阻起着缩小谐振区域甚至不能谐振的作用电感的非线性是产生铁磁谐振的根本原因，过电压倍数3铁磁谐振过电压限制措施改善电磁式电压互感器的激磁特性采用电容式电压互感器增大阻尼电阻参数和运行方式上避开谐振第8章绝缘配合过电压各种过电压产生机理、大小、波形限制和降低过电压的措施绝缘各种绝缘材料在电场作用下的电气物理特性和强电场下击穿特性及规律，以及如何设计出技术先进、经济合理、安全可靠的绝缘结构绝缘配合：根据电气设备所在系统中可能出现的作用电压（正常运行电压和过电压），考虑限压装置的特性和电气设备本身的绝缘特性来确定必要的耐受强度，以便把作用电压所引起的设备绝缘损坏和影响连续运行的概率，降低到经济上和运行上能接受的水平。要求：技术上协调作用电压、各种限压装置和设备绝缘耐受能力三者之间的关系，经济上协调投资、运行维护费和事故损失费三者间的关系220kV及以下系统的绝缘水平雷电过电压具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内部过电压的作用330kV及以上额定电压高，内部过电压可能比现有防雷措施下的雷电过电压高系统的绝缘水平内部过电压电气设备的绝缘水平就是指该电气设备可能承受的（不发生闪络、击穿或其它损坏）的试验电压值试验电压包括：工频试验电压（外绝缘还规定了干、湿状态的工频放电电压）、雷电冲击试验电压，对超高压系统还规定了操作冲击试验