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第11章电力系统内部过电压11.1概述一、过电压超过正常运行的电压并使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高。最大工作电压Um=Un(1+5%~15%)例如：Un=110kVUm=110(1+15%)=127kV最高运行相电压的幅值过电压的幅值过电压倍数=K二、过电压的分类1.雷电过电压：雷云中大量雷电荷倾注于电力系统而形成2.内部过电压:由于电力系统内部能量的转化或传递引起的为什么要研究过电压？操作过电压谐振过电压线性谐振消弧线圈补偿电网中的线性共振现象传递过电压铁磁谐振参数谐振非全相拉合闸内部过电压空长线的电容效应不对称短路引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高切空线合空线断线互感器饱和电弧接地切空变工频电压升高11.2操作过电压一、空载变压器的分闸过电压1.切空变的等值电路变压器励磁电感绕组对地电容由电力系统内部的能量转化和传递引起特点：过电压倍数高，持续时间长¾励磁电流I0(小电流几安到十几安)00II%Ie=⋅3II33xgeexgeUPUU=⋅=例:35kV变压器P=10MVA，I0%=4%00II%3ePU＝()A58.610353101004.036=××××=三相功率额定线电压额定电流2.过电压的形成¾截流:电流在自然过零前的某一瞬间强行被截断3.过电压的大小截流时的总能量220011I22BBWLCU+=⋅2220111I222BBmBoBCULCU=⋅+IBBmmBLUC=⋅全部转换为电能0IIm=时220IBBmoBLUUC=+思考：自能式的断路器和外能式的断路器相比，哪一种更易产生切空变过电压？二、操作空载长线路的过电压1.关合空载长线¾直流电压作用在LC回路上∫+=tiCtiLEd1ddC2C2ddutuLCE+=¾当Uc(0)=0时)cos1(0CtωEu−=LC10=ω¾过电压=稳态值+振幅=稳态值+(稳态值–初始值)=2倍稳态值–初始值⑴计划性合闸(线路上无剩余电荷)设o90=θ时合闸mEB→0点由mcmEU2=00→点由Bo0=θ无过电压设时合闸∴计划性合闸最大过电压为2EmBθ⑵故障性合闸(重合闸)假设A相开断时Ub=-Em重合时Ua=+EmmmmmEEEU3)(2=−−=∴重合闸过电压最大值为3Em2.开断空载长线(开断电容性负载)¾切空线的等值电路电源电感长线的总电容ictt1buEmci2t3t4tm-3Eubm5EubUa实际中，切空线过电压不超过3.5~4倍（Y接线）3倍（YN接线）¾操作空线过电压倍数（线路绝缘设计）⑴相对地绝缘35~66kV以下（电网中性点经消弧线圈接地或不接地）4.0110~154kV（电网中性点经消弧线圈接地）3.5110~220kV（电网中性点直接接地）3.0330kV（电网中性点直接接地）2.75500kV（电网中性点直接接地）2.01.产生切空变过电压的根本原因是截流；2.产生切空线过电压的根本原因是开关重燃。小结：⑵相间绝缘35~220kV对地操作过电压的1.3~1.4倍；330kV对地操作过电压的1.4~1.45倍；500kV对地操作过电压的1.5倍。四、电弧接地过电压(发生在中性点不接地系统)IIcos30Icos30oojdBc=⋅+⋅oxgCU30cos).3(20ω⋅=xgUC⋅=03ω自熄电流:3~10kV30A35~60kV10A2.过电压的形成(工频熄弧理论)电弧接地过电压，非故障向最高达3.5故障相最高达24.实测过电压的大小和危害性一般小于xgmUU5.3≤xgU3中性点不接地系统绝缘水平为xgU4∴危害性不大(其持续时间较长对老设备有危害)9补偿电容电流9降低弧道恢复电压升高速度保证熄弧5.措施：消弧线圈11.3谐振过电压¾谐振：系统中电感、电容元件形成的多种频率的振荡回路中,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,出现的周期性或准周期性的谐振现象。¾性质：稳态¾危害：•幅值的大小•持续的时间长¾系统元件RLC①变压器的漏感,线路电感—线性②变压器的励磁电抗—非线性③水轮发电机正常工作时的同步电抗—Xd~Xq间周期性变化一、线性谐振过电压)/1j(jCωLEIω−=)1/(j202−=ωωωCE)1/(1)1/(202202C−−=⋅−=ωωωωωωECjjCEU)/(1/)1/(202202202Lωωωωωωωω−=⋅−=ELjjCEUCLωω/1=¾当时，0ωω=I→∞∞→CL,UU即¾特点：1.非谐振点上也有过电压2.过电压受电阻R限制3.过电压值随参数连续变化二、铁磁谐振过电压1.铁磁谐振的一般特性•忽略回路电阻UUUEΔ=−||CL＝¾铁磁谐振的特性⑴谐振参数是一个范围CLωω10⑵在一般情况下，谐振需要外界“激发”⑶C值太大时，出现谐振的可能性减小⑷过电压主要受电感非线性特性的限制(小于电源电压的三倍),但电流却可能很大⑸谐振状态能自保持⑺在工频电压作用下，回路中可能出现谐波谐振条件：CKLKωω10即：0ωωK⑹从感性到容性是“突变”，电压、电流要“翻相”—小型电动机反转1=K1/2K=2=K1/31/535、、、、基频谐振…高频谐振分频谐振……¾计入电阻R'22()(I)LCuUURΔ=−+11.4电压互感器饱和过电压一、中性点不接地系统中的电压互感器饱和过电压¾性质：零序性质1.工频过电压中性点位移电压CBACCBBAAYYYYEYEYEU++++=0•未饱和时:•饱和时:CLXX//CLXX//呈感性呈容性'C'L其值为：其值为：设:B,C相饱和A相未饱和LYY′−==ω1jCBCY′=ωjALCLCELCEELECU′−′′+′−=′−′+′−′=ωωωωωωωω2)1(2jj)(1jjACBA0设AEU0ABCIII0++≠∴不能平衡设AEU0两相高(饱和相)一相低(未饱和相)虚幻接地现象?0=U2.谐波谐振过电压•谐波源:非线性元件•谐振条件:1KLKCωω•特点1)三相对地电压同时升高9高频：电压较高，指示稳定9分频：指针摆动2)可自保持，也可持续一段时间后自行消失3.危害性35kV电网3.5Up66kV电网4.74Up分频谐振时危害性最大过电流使电压互感器冒油、烧损甚至爆炸。四、断线谐振过电压¾断线是泛指：①断线②开关不同期操作1.过电压的形成和分析¾谐振参数：•线路电容(相间，对地)•空载（轻载）变压器的励磁电感•消弧线圈电感¾分析方法：根据具体情况用等效发电机原理把三相电路化为等值单相回路来分析2.危害性1)危及保护分级绝缘变压器中性点的避雷器2)传递过电压,危及低压侧设备绝缘3)可能使低压侧翻相——小型电动机反转第11章小结•操作过电压切空变合空线切空线电弧接地•谐振过电压线性谐振过电压铁磁谐振（非线性谐振）电压互感器饱和过电压（PT谐振）断线过电压