空载线路合闸过电压

1、9.2 空载线路合闸过电压 电力系统中，空载线路合闸过电压也是一种常 见的操作过电压。通常分为两种情况，即正常操作 和自动重合闸。由于初始条件的差别，重合闸过电 压的情况更为严重。近年来由 于采用了种种措施 （如采用不重燃断路器、改进变压器铁芯材料等） 限制或降低了其他幅值更高的操作过电压，空载线 路合闸过电压的问题就显得更加突出。 9.2.1 发展过程 9.2.2 影响因素和降压措施 返回 这种操作通常出现在线路检修后的试送电。此时 线路上不存在任何异常（如接地）。线路电压的初始 值为零。正常合闸时，若三相接线完全对称，且三相 断路器完全同步动作，则可按照单相电路进行分析研 究。在这里我们用

2、集中参数等值电路的方法分析这种 过电压的发展机理。 1. 正常合闸的情况 图9-4 合闸示意图 （a）集中参数等值电路 （b）简化等值电路 9.2.1 9.2.1 发展过程发展过程 在图9-4(a)所示的等值电路中，其中空载线路用一T 型等值电路来代替,RT、LT、CT分别为其等值电阻、电感 和电容，u为电源的电阻和电感。在作定性分析时，还 可忽略电源和线路电阻的作用，这样就可进一步简化成 图9-4(b)所示的简单振荡回路，其中电感 。若 取合闸瞬间为时间起算点(t0)，则电源电压的表达式 为 0 2 T L LL tUtu cos)( tUUtUuc 00 cos)cos1 ( （9-2）

3、（9-3） 求得 U为稳态分量；U 为自由振荡分量。 t 0 cos 仅关心过电压幅值时： 过电压幅值稳态值振荡幅值 稳态值（稳态值起始量）2稳态值起始量 对于空载线路，不存在残余电压，起始值为零，可得： UCmax=2U 回路存在衰减的振荡，以衰减系数来表示： )cos1( 0t eUu t c （9-4） 再者，电源是工频交流电压u(t),这时uc(t)表达式将为 )cos(cos 0t etUu t c （9-5） 波形如图9-5(b） 图9-5 合闸过电压波形 (a)电源电压为直流电压 (b)电源电压为工频交流电压 由于回路中存在的损耗，我国实测的过电压的 最大倍数为1.91.96倍。

4、 以上是正常合闸的情况，空载线路L没有残余电荷， 初始电压UC(0)0。如果是自动重合闸的情况，那么 条件将更为不利，主要原因在于这时线路上有一 定残余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。 自动重合闸是线路发生跳闸故障后，由自动装置控 制而进行的合闸操作。 2. 自动重合闸的情况 图96为系统中常见的单相短路故障的示意图。在中性 点直接接地系统中，A相发生对地短路，短路信号先后到达 断路器Q2, Q1。断路器S2先跳闸，在断路器Q2跳开后，流过断 路器Q1中键全相的电流是线路电容电流，故当电压电流相位 相差900时，断路器Q1跳闸。于是在健全相线路上将留有残余 电压。 图9-6 重合闸示意

5、图 设Q1重合闸之前，线路残余电压已下降30， 即(10.3）(1.31.4 U)=(0.910.98 )U。考虑最 严重的情况，重合闸时电源电压为U，重合闸时 暂态过程中过电压为U-U-(0.91.98 )U =(-2.912.98) U。在实际过程中，过电压还要低些。 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重。 返回 9.2.2 影响因素和降压措施 以上对合闸过电压的分析也是考虑最严重的 条件、最不利的情况。实际出现的过电压幅值会 受到一系列因素的影响，最主要的有： 合闸相位 线路损耗 线路残余电压的变化 1.合闸相位 合闸时电源电压的瞬时值取决于它的相位，相位的不同 直接影响着过电压幅

6、值，若需要在较有利的情况下合闸，一 方面需改进高压断路器的机械特性，提高触头运动速度，防 止触头间预击穿的发生；另一方面通过专门的控制装置选择 合闸相位，使断路器在触头间电位极性相同或电位差接近于 零时完成合闸。 2. 线路损耗 线路上的电阻和过电压较高时线路上产生的电晕都构成 能量的损耗，消耗了过渡过程的能量，而使得过电压幅值降 低。 3. 线路上残压的变化 在自动重合闸过程中，由于绝缘子存在一定的泄 漏电阻，大约有0.5s的间歇期，线路残压会下降10 30。从而有助于降低重合闸过电压的幅值。另外如 果在线路侧接有电磁式电压互感器，那么它的等值电 感和等值电阻与线路电容构成一阻尼振荡回路，使

7、残 余电荷在几个工频周期内泄放一空。 合闸过电压的限制、降低措施主要有: (一)装设并联合闸电阻最有效的措施 图9-3 带并联电阻断路器 如图9-3所示，这时应先合辅助触头2、后合主触头1。 整个合闸过程的两个阶段对阻值的要求是不 同的：在合辅助触头2的第一阶段，R对振荡起阻 尼作用，使过渡过程中的过电压最大值有所降低， R越大、阻尼作用越大、过电压就越小，所以希 望选用较大的阻值；大约经过815ms，开始合 闸的第二阶段，主触头1闭合，将R短接，使线路 直接与电源相连，完成合闸操作。 在第二阶段，R值越大，过电压也越大，所以希望选用 较小的阻值。因此，合闸过电压的高低与电阻值有关，某一 适当的电阻值下可将合闸过电压限制到最低。图9-7为500kV 开关并联电阻与合闸过电压的关系曲线，当采用450的并联 电阻时，过电压可限制在2倍以下。 图9-7 合闸电阻R与过电压倍数K0的关系 （2）控制合闸相位 通过一些电子装置来控制断路器的动作时间，在各相 合闸时，将电源电压的相位角控制在一定范围内，以达到 降低过电压的目的。具有这种功能的同电位合闸断路器在 国外已研制成功它既有精确、稳定的机械特性、又有检 测触头间电压(捕捉向电位瞬间)的二次选择回路。 （3）利用避雷器来保护 安装在线路首端和末端(线路断路器的线路侧)的ZnO或 磁吹避雷器，