操作过电压课件

1、操作过电压,1. 电力系统操作过电压,操作过电压发生在由于“操作”引起的过渡过程 系统的运行状况发生突然变化，导致系统内部电感元件和电容元件之间电磁能量的互相转换，转换常常是强阻尼的、振荡性的过渡过程 操作： 分、合闸空载线路 分、合闸空载变压器、电抗器 各类故障，例如接地故障、断线故障等,1.1 操作过电压的特点,与工频电压升高和谐振过电压相比： 过电压幅值高 强阻尼、高振荡性 持续时间短 由于操作过电压的能量来源于系统本身，故其幅值与额定电压大致有一定倍数关系，通常以系统最高运行相电压的幅值Uphm作为基值来计算过电压倍数Kn,操作过电压的幅值，持续时间与电网结构参数，断路器性能，系统接线

2、，操作类型等因素有关，其中很多因素具有随机性，因此过电压幅值持续时间也具有统计性,1.2 操作过电压的特点,1.3 操作过电压的类型,空载线路分闸过电压（开断电容性负载，还包括电容器组等） 空载线路合闸过电压（包括计划性、重合闸） 空载变压器分闸过电压（开断电感性负载，还包括电抗器、高压电动机等） 间歇电弧接地过电压 解列过电压,1.4 决定电力系统绝缘水平的依据之一,对于电压等级低一些的系统，操作过电压虽不是决定绝缘水平的因素，但常因间隙电弧过电压等引起事故 随着系统电压的提高，操作过电压的问题就突出出来，若不采取限压措施，将导致设备绝缘费用的迅速增加，因此330kV及以上超高压、特高压系统

3、操作过电压及其限制措施的研究就非常重要,1.5 规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数,相对地绝缘,1.5 规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数,相间绝缘 35220kV的相间操作过电压可取相对地的1.31.4倍 330kV的相间操作过电压可取相对地的1.41.45倍 500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍,1.6 限制操作过电压措施,线路上装设并联电抗器，限制工频电压升高 改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器 采用氧化锌避雷器限制过电压,1.7 研究操作过电压方法,理论分析和数值计算 模拟试验、现场测试、运行纪录，暂态网络分析仪（TNA）、数字模拟混合实时仿真系统以及先进的仪器

4、仪表 本课程主要介绍几种典型的操作过电压形成的原理，影响因素及主要防护措施,2. 合闸空载线路的过电压,正常合闸:零初始条件 自动重合闸: 非零初始条件 在超高压、特高压系统中，是决定电网绝缘水平的重要因素,2.1 产生合闸过电压的物理过程,2.2 产生合闸过电压的物理过程,正常合闸 采用集中参数的型等值电路进行计算分析,单相集中参数等值电路,单相简化电路,如忽略回路电阻， = 0，设 ，则,稳态分量最大值 Ucm，反映空载线路的电容效应,0 / 在1.53的范围内,正常合闸时电路方程的解,可能出现的最大过电压值,正常合闸,过电压倍数,为工频电压升高系数， 为操作冲击系数,2.3 合闸过电压倍

5、数,发生单相接地故障，DL2三相跳闸，线路成为带接地故障的空载线路，DL1三相跳闸后，健全相分别在电容电流过零时熄弧，线路上留有残余电压，数值为 约0.5秒后，DL1自动重合闸，如果线路上的残余电荷没有释放掉，且健全相中有一相的电源电势达最大、极性与残余电压相反，则该相将出现的过电压幅值为,2.4 自动重合闸,自动重合闸过电压波形,影响因素,合闸相位（随机） 正常合闸， ， ，时最严重 合闸速度愈低的断路器愈容易发生较大断口电压下的预击穿（如油断路器），0 多处在最大值附近 ，幅值（反相）合闸几率较高，过电压高 合闸速度较高时，预击穿可在任何相位下发生（如空气断路器），产生高幅值过电压的概率就

6、小一些 采用选相合闸，使断路器在两触头电位极性相同或电位差接近于零时完成合闸操作,2.5 限制措施,合理装设并联电抗器，降低因线路电容效应等引起的工频电压的升高 采用单相自动重合闸，避免线路残压的影响 故障相被切除后，线路上没有残余电荷，而且系统零序回路的阻尼作用大于正序回路，甚至会使单相重合闸过电压低于正常合闸过电压,断路器带并联合闸电阻,辅助触头B2先接通，并联电阻R串入回路，经过12个工频周期后，主触头B1闭合，并联电阻短接，完成了合闸过程,合闸过程的等值电路,2.5 限制措施,利用避雷器限制合闸 避雷器动作后有工频电源的作用，对避雷器的通流容量要求较高,3. 切除空载线路过电压,原因：

7、断路器分闸过程中的重燃现象 切除空载线路，断路器切除的是较小的容性电流（几十几百安），比短路电流小得多 取决于触头间恢复电压上升速度与介质强度恢复速度,3.1 开断空载线路等值电路,L1：电源等值漏感 L2： 线路电感 C1： 母线侧对地电容 C2： 线路电容 e(t)：电源电势 e(t)=Emcos(t+0,断路器的工频电流（容性电流），过零电弧熄灭，此时电容C上的电压为最大值 ，不考虑线路上残余电荷泄漏，断路器触头间恢复电压Ur(t)为 经过半个周期，恢复电压达2Em，此时，如果断路器断口处介质强度恢复很快，电弧从此弧灭，分闸过程结束，不会产生过电压，否则可能重燃,断路器触头间恢复电压,3

8、.2 切空线过电压发展过程,t1 第一次熄弧，t2 第一次重燃，t3 第二次熄弧 T4 第二次重燃，t5 第三次熄弧,每隔半个工频周期就重燃一次和熄弧一次，过电压将按7Em，-9 Em . 逐次增加，直到触头间已有足够的绝缘强度，电弧不再重燃为止,发生了两次重燃，最大过电压倍数为2.72,少油断路器切切除220kV 330km长线路时的实测波形,3.2 切空线过电压发展过程,3.3 影响因素,断路器的性能 自能式断路器（如多油断路器和老式的少油断路器）开断小电流时，灭弧室压力低，熄弧后介质强度恢复慢，易发生多次重燃（67次），恢复电压低时重燃过电压低，但重燃次数多增加了高幅值过电压出现的可能性

9、,断路器触头重燃、熄弧具有明显的随机性 分闸时，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在电源到达最大值并与线路残压极性相反时发生。如果重燃提前发生，振荡振幅和相应的过电压随之降低，当重燃在断弧后的1/4工频周期内产生，则不会引起过电压 熄弧不一定在高频电流第一次过零时发生，在第二次或更后的时间才被切断，线路上残余电压大大降低，断路器触头间的恢复电压和重燃过电压都大大减小,电网接线方式 线路侧装电磁式PT时，断路器灭弧后，线路残余电荷经PT阻尼振荡释放，其直流电阻约315k，几个工频周期内残余电荷释放掉，降低了重燃过电压，甚至可避免重燃 线路的电晕损失，同样是降低过电压的有利因素 母线上有其他出线或

10、大电容时使过电压降低，相当于图中C1值增大，重燃时电荷分配，降低空载线路的初始电压 ，另外，出线的有功负荷，增强了阻尼效应，降低重燃过电压,无电磁式电压互感器 有电磁式电压互感器,3,1,2,220kV切空线过电压倍数K的统计曲线,3.5 限制措施,改进断路器结构 切电容负载时产生过电压的根本原因是断路器的重燃，改进断路器结构，提高触头间介质强度的恢复速度，避免重燃，可从根本上消除这种过电压 采用外能式方法灭弧（采用SF6，压缩空气，带压油活塞的少油断路器），切除空载线时可做到不重燃，老式的少油断路器或多油断路器还存在重燃,采用并联电抗器 降低重燃后的工频稳态分量，并使断弧后线路上残压不再是直

11、流电压，而是交流衰减正弦电压 ，恢复电压上升速度大为降低 ,可避免电弧重燃,3.5 限制措施,先断主触头DL1，将R串入回路：一是泄放残余电荷，二是降低触头间电压，此过程希望R值小 经1.52周波，再断开辅助触头DL2，此过程希望R大，电容上分压小，恢复电压小，不易重燃,装分闸并联电阻,3.5 限制措施,氧化锌避雷器作为后备保护,4. 切除电感性负荷过电压,切除空载变压器、消弧线圈、并联电抗器、电动机等电感性负荷是常见的操作，产生过电压的原因是分断感性小电流时，发生截流现象。由于截流流在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量，从而产生过电压 超高压系统中的断路器采用外能式方法灭弧，且灭弧能力是

12、按切断短路电流来设计的，分断这样的电流时，电弧被迅速拉长，弧阻剧增，发生不稳定现象，在工频电流过零前发生强制熄弧，有时甚至在电流的最大值时电流突然截断，称为截流 以切除空载变压器为例分析,4.1 过电压产生原理,过电压产生原理,LS：电源等值电感 CS：电源对地杂散电容 LK：母线至变压器联系电感 L：空载变压器的励磁电感 C：变压器绕组及引线等值 电容，几十几千PF DL：断路器,简化等值电路,电流截流时，激磁电流为I0，对地电容上的电压为U0，因电感中的电流不能突变，向C充电，当全部磁场能量都转到电容的电场中时，由于C值小，电容电压很高,5. 间歇电弧接地过电压,中性点不接地电网中，10k

13、V电网，l 1000km，Ijd30A；35kV电网， l 100km， Ijd 10A，接地电弧在几秒至几十秒内自熄，继续增大，电弧不能自熄，且不形成稳定电弧（几百安），此时出现时燃时灭的不稳定状态，产生间歇性电弧接地过电压,5.1 间歇性电弧的产生,产生过电压的机理,Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高频电流（自由）分量 通常认为，油中电弧可能在过渡过程中高频过零熄弧，空气中的开放电弧大多在工频电流过零时熄弧，前者称为高频熄弧理论，过电压值较高，后者称为工频熄弧理论，过电压值较低 采用工频熄弧理论分析间歇性电弧接地过电压的形成过程,5.2 间歇电弧接地过电压的发展,电荷重新分配,短

14、路故障前后的电压值不同引起的振荡 振荡幅值=2稳态值-初始值,5.3 影响因数,发生电弧部位的介质（空气、油、固体介质）、外界气象条件（风、雨、湿度、温度 )，这些随机因数，直接影响过电压的发展过程，过电压数值具有统计性,影响因数,回路损耗 电源内阻抗，线路阻抗中的电阻损耗，电弧本身的弧阻损耗，使高频振荡很快衰减，过电压降低,5.4 限制措施,中性点直接接地 中性点采用消弧线圈,5.5 消弧线圈的应用,中性点不接地的360kV电网中，在单相接地电流超过30A（310kV电网）或者10A（35kV及以上电网），需要在电网中性点和地之间接入消弧线圈 作用：减小单相接地电流，缓减接地故障点恢复电压的

15、上升速度，从而增大接地故障点自熄的概率，以防止发展成相间短路或烧伤导线,适当选择电感 L的数值，Ijd 将减小到零,物理意义：接地的电容电流分量完全被消弧线圈的电感电流补偿，接地电弧消灭，这是完全协调的情况。实际中，用补偿度 k 和脱谐度 来描述消弧线圈的补偿程度,消弧线圈的作用,补偿度K和脱谐度,补偿度k 脱谐度,当 k1、0，即ILIC时， 为过补偿状态 当k1、0 ，即ILIC时， 为欠补偿运行状态 当k=1、=0，即IL=IC时， 为全补偿运行状态,中性点位移电位,为中性点不接地（无消弧线圈）电网，因三相对地电容不等而引起的电网中性点位移电位，称电网不对称电压,U0 的大小主要决定于KC及，以KC=1.5%为例，无消弧线圈，Ubd=0.015EA，接消弧线圈，若=3%，