高电压技术 第十一章 第十二章 内部过电压

Chapter12.电力系统内部过电压内部过电压暂时过电压操作过电压工频电压升高谐振过电压切断空载线路空载线路合闸切断空载变压器间歇电弧接地空载长线的电容效应突然甩负荷不对称短路线性谐振参数谐振铁磁谐振内部过电压通常以标幺值pu(perunit)表示基准取：32nUkU—系统额定电压有效值nUk—容许电压偏离系数对220kV及以下系统：15.1k对330~500kV系统：1.1k即系统的最大工作相电压幅值§12.1切除小电感负荷过电压截流现象：断路器在电流自然过零点之前强行切断电弧0Iabti0一.产生过电压的基本过程LCLiiiiQF闭合时：工频电压下，iCiLiLiCiTLCuuTCAQF~设截流瞬间激磁电流为I0，电容上电压为U0，则：20202121UCIL当全部磁场能量转化为电场能量时：20202max212121UCILUCWTTT2020maxUICLUTT忽略截流时电容上储存的能量，则：00maxIZCLIUTTTTTTCLZ—变压器的特性阻抗2020UICLTT在一般变压器中，ZT很大，因而所以在近似计算中，完全可以忽略2021UCT切空变时过电压：U0U0I0tmaxUiutTTCLf21Hzf50LCuuLi二.影响过电压的因素1.断路器的性能2.变压器特性三.限制过电压的措施1.断路器的主触头上并电阻2.减小变压器的特性阻抗采用纠结式绕组增大CT、采用优质铁芯减小IL或LT3.采用避雷器保护高值电阻，数万欧；ZnO避雷器效果很好§12.2切断小电容负载过电压一.产生过电压的过程（以切空载长线为例）TC~ZQFTsLLL21等值电路：TL—线路电感sL—发电机和变压器的漏感之和TC—线路对地电容tUucosuTCTL21QFsLTL21~CuuiTCALQFB~QF开断时：∵CL1∴电流为容性，iuuCtui1t2t3t4t5t6t7tUU3U5U7tii0tuu0起始稳态起始稳态稳态）（UUUUUU2max第一次重燃：UUUUC3)(21第二次重燃：UUUUC5)3(21二.影响过电压的因素1.断路器的性能2.电网中性点接地方式三.限制过电压的措施1.采用不重燃断路器2.触头加装并联分闸电阻RQ1Q2分闸过程：主Q1先断开→R抑制回路振荡→1.5~2周期后，辅Q2分闸RQ1Q2§12.3空载线路合闸过电压一.产生过电压的基本过程1.正常合闸TsLLL21tUucosuTCTL21QFsLTL21~CuuTCLQF~由等值电路：dtduCiuudtdiLCTC初始条件：0:00)0(dtduCituCTC)cos(cos0ttUuCUUC2TLC/10实际电网中：)cos(cos0tetUutCtCu0U22.自动重合闸)cos(cos0tAetUutCUuAC)0(1UuC)0(当UUC3U3t0Cu二.影响过电压的因素1.合闸相角2.残余电压3.回路损耗三.限制过电压的措施1.控制合闸相角2.加装并联合闸电阻同步开关（SynchronousCircuitBreaker)RQ1Q2动作过程：辅Q2先合→串入R，抑制回路振荡，希望R大→8~15ms后，主Q1合，短接R，希望R小一般R取400～1000Ω，属低值电阻。§12.4间歇电弧接地过电压1.发展过程SI2I3INCUBUAUABC1C2C3C∝lUnCUIICjd3故障点接地电流：电弧自熄过程：①很大→弧道电离程度高、介质恢复慢jdI∴过零时电弧经暂时熄灭后很快重燃，可以认为电弧稳定燃烧，不致引起强烈振荡②很小→弧道电离程度低、介质恢复快jdI∴过零时电弧熄灭后不重燃，永久熄弧③中等（数安～数百安）jdI电弧暂时熄灭（工频半个周期），短时后再度击穿∴产生强烈振荡，故障相和健全相都产生过电压AIC1035kV，总长大于100km时，10kV，总长大于1000km时，AIC30难自熄，形成间歇电弧熄弧：三相电容上电荷重新分配→中性点电压位移健全相：通过电源充电到线电压，有振荡，储能燃弧故障相：通过弧道泄放电荷，无振荡，泄能工频熄弧→健全相3.5pu高频熄弧→健全相7.5pu实际电网中过电压受多种因素影响，一般在3.0pu以下危害：持续时间长，遍布全网；配电系统绝缘弱点多，可能发展为相间短路2.防护措施②.在66kV及以下电网中，根据情况采用中性点经消弧线圈的接地方式运行、或采用中性点绝缘方式运行；①.在110kV及以上电网中采用中性点有效接地方式运行；消弧线圈：是在电网中性点与地之间接入的带气隙铁心、电感可调的电抗器。作用：补偿接地点容性电流降低接地点恢复电压速度促进电弧自熄接消弧线圈后：LCjdIII补偿度：LCCULUIIKCL2313/脱谐度：K11欠补偿＝1全补偿1过补偿§11.5工频电压升高一.空载长线的电容效应TCsL2TL)(te~sR2TL2TR2TRCLE~RRUILUCUIjXIjXIRUUUECLCLR一般R要比XL、XC小得多，而工频下空载线路的XC比XL大LURUEICUEUC二.不对称短路引起的工频电压升高2131010210XXXXXXK—接地系数K表示单相接地故障时健全相的最高对地工频电压有效值与无故障时对地电压有效值之比。①中性点绝缘，X0取决于线路容抗，呈负值，健全相上工频电压升高约为1.1Un110%避雷器②中性点经消弧线圈接地，过补偿下X0为很大正值，健全相上工频电压升高接近Un100%避雷器③中性点直接接地，X0为为不大正值，健全相上工频电压升高不大于0.8Un80%避雷器三.突然甩负荷引起的工频电压升高四.限制工频电压升高的措施在220kV及以下系统中，不需要采取特殊措施，在330~500kV超高压电网中，采用并联电抗器或静止补偿装置当输电线路在传输较大容量时，断路器因某种原因突然甩掉负荷时，会在发电机和原动机内引起一系列机电暂态过程，造成工频电压升高。§11.6谐振过电压一.谐振类型1.线性谐振2.参数谐振3.铁磁谐振二.铁磁谐振过电压CuEICLLUICUC1基波谐振：IoUE1a2a3a)(IUC)(IUL)(IUPPI1a1a1111aaIUEaaI1111aaIUEaaI1a为稳定点mU当，CL1CLUUU当，CL1LCUUU回路平衡方程：LCUUUE三个平衡点：，，1a2a3a非谐振稳定点非稳定点谐振稳定点从的方式（谐振的产生）：31aa他激：mUE电路只能工作在只有电感受到巨大冲击扰动，如合闸的巨大涌流和巨大的短路电流，工作点转到1a3a自激：mUE工作点在3a线性与非线性谐振比较：条件产生谐振频率限制线性与电源大小无关，由参数配合产生基波回路电阻非线性时要有激发，激发后能自保持；自激基波、高次、分次谐波电感饱和可以限制过电压幅值CL1CnLn10mUEmUE初态电感本章总结：1.典型操作过电压种类，产生工况，限制措施；切空变、切空线、合空线、间歇电弧过电压2.工频电压升高原因，影响因素；3.谐振种类、线性与非线性差别；