高电压技术--6 线路和绕组中的波过程

1、第三篇第三篇 电力系统过电压与绝缘配合电力系统过电压与绝缘配合 线路和绕组中的波过程线路和绕组中的波过程 雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置 电力系统防雷保护电力系统防雷保护 电力系统内部过电压电力系统内部过电压 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合 第第6 6章章 线路和绕组中的波过程线路和绕组中的波过程 主要内容主要内容： 单导线波过程单导线波过程 波的折射与反射波的折射与反射 多导线系统的波过程多导线系统的波过程 波在传播过程中的衰减与畸变波在传播过程中的衰减与畸变 绕组中的波过程绕组中的波过程 行波的概念行波的概念线路波过程的物理图景线路波过程的物理图景波的折、反波的折、反 射传播规律射

2、传播规律 驻波的概念驻波的概念绕组（变压器、发电机）中的波过程绕组（变压器、发电机）中的波过程 第第1 1节节 单导线波过程单导线波过程 均匀无损长线均匀无损长线 波过程的物理概念波过程的物理概念 波动方程及其解波动方程及其解 一、均匀无损长线一、均匀无损长线 L：磁场效应：磁场效应L0dx C：电场效应：电场效应C0dx R：导线电阻：导线电阻R0dx G：绝缘子泄漏电流和电晕损害：绝缘子泄漏电流和电晕损害电磁波传输出现衰电磁波传输出现衰 减和变形减和变形G0dx L0、C0、R0、G0：均匀分布：均匀分布 RZZ1 1时时 波的折射和反射波的折射和反射 导线导线1前行电压波、电流波：前行电

3、压波、电流波： 导线导线2前行电压波、电流波：前行电压波、电流波： 导线导线1反行电压波、电流波：反行电压波、电流波： 11 22 11 iu iu iu 、 、 、 在连接点在连接点A处只能有一个电压值和电流值，因此：处只能有一个电压值和电流值，因此： 211 211 iii uuu 1 1 1 Z u i 1 1 1 Z u i 2 2 2 Z u i 代入得：代入得： 11 21 12 1 11 21 2 2 2 uu ZZ ZZ u uu ZZ Z u ：电压折射系数：电压折射系数 0 2 ：电压反射系数：电压反射系数 -11 1 2 Z 1 2 111 uuu 1 1 1 1 1 1

4、 i Z u Z u i 电流反射波电流反射波 电压反射波电压反射波 1.1.线路末端开路线路末端开路 在线路末端，电压波在线路末端，电压波 出现正的全反射，电压加出现正的全反射，电压加 倍；电流出现负的全反射，倍；电流出现负的全反射， 电流变为零；磁场能全部电流变为零；磁场能全部 转变为电场能。转变为电场能。 线路线路2 2电压电压122 2uuu 2.2.线路末端接地线路末端接地 11 22 2 0 1 0 0 uu uu Z 电压反射波电压反射波 末端电压末端电压 电流加倍电流加倍导线总电流导线总电流 电流反射波电流反射波 111 11 2 iiii i Z u Z u i 1 1 1

5、1 1 从能量角度看，线路末端短路接地时电流加倍，从能量角度看，线路末端短路接地时电流加倍， 电压变零，是由于全部能量都转化为磁场能的原因。电压变零，是由于全部能量都转化为磁场能的原因。 3.3.线路末端有负载线路末端有负载 线路末端接有负载线路末端接有负载R=Z1（Z2=R） 0 0 0 1 1 1 1 i u ZR 无电流反射波无电流反射波 无电压反射波无电压反射波 入射波能量全部消耗在电阻入射波能量全部消耗在电阻R R上。上。 在高压测试中，常在电缆末端接匹配电阻以消除在高压测试中，常在电缆末端接匹配电阻以消除 该处折射、反射所引起的测量误差。该处折射、反射所引起的测量误差。 二、计算折

6、射波的等值电路（彼德逊法则）二、计算折射波的等值电路（彼德逊法则） 21 2 11 21 2 2 2 2 ZZ Z uu ZZ Z u 把沿线传来的电压波加倍作为等值电压源。把沿线传来的电压波加倍作为等值电压源。 线路波阻抗线路波阻抗Z Z1 1用数值相等的电阻来代替作为等值电压源内用数值相等的电阻来代替作为等值电压源内 阻。阻。 Z Z2 2为负载，负载可以是波阻抗（同为负载，负载可以是波阻抗（同Z Z1 1），也可以是电阻、），也可以是电阻、 电感、电容等集中参数。电感、电容等集中参数。 最后求最后求A A点电压，即电压折射波。点电压，即电压折射波。 彼德逊法则适用条件：彼德逊法则适用条件

7、： 行波沿分布参数的线路传来，行波才加倍；行波沿分布参数的线路传来，行波才加倍； 线路线路Z Z2 2中没有反行波，或者中没有反行波，或者Z Z2 2中的反行波尚未达到中的反行波尚未达到 A A点，即节点处仅出现一次折射和反射。点，即节点处仅出现一次折射和反射。 例：某变电所的母线上有例：某变电所的母线上有n条线路，其波阻抗均为条线路，其波阻抗均为Z。当其。当其 中一条线路遭受雷击时，即有一条过电压波沿该线进入变中一条线路遭受雷击时，即有一条过电压波沿该线进入变 电所，求此时母线电压电所，求此时母线电压uA。 解：由接线示意图和等值电路图，可求得：解：由接线示意图和等值电路图，可求得： )(

8、2 ) 1/( ) 1/( )(2)(tu nnZZ nZ tutuA 请问，何时母线电压最高，何时母线电压最低？请问，何时母线电压最高，何时母线电压最低？ 三、用图解法求节点电压三、用图解法求节点电压 如果在节点上接有电容、电感和非线性电阻，而入如果在节点上接有电容、电感和非线性电阻，而入 射波为任意形状时，同样先构造计算折射波的等值电路，射波为任意形状时，同样先构造计算折射波的等值电路， 然后用图解法求解（彼德逊法则）。然后用图解法求解（彼德逊法则）。 1.1.任意波作用于线路末端接有非线性电阻的情况任意波作用于线路末端接有非线性电阻的情况 )()(2 1 ifuZiutu RR uR(t

9、)（折射波）的绘制：（折射波）的绘制：abcd uR(t)曲线与曲线与u1(t)曲线之差就是反射波曲线。曲线之差就是反射波曲线。 适用于节点上安装有适用于节点上安装有电感、电容、非线性电阻。电感、电容、非线性电阻。 2.2.任意波作用于线路末端接有阀式避雷器的情况任意波作用于线路末端接有阀式避雷器的情况 阀式避雷器是由保护间隙和非线性电阻串联而成。阀式避雷器是由保护间隙和非线性电阻串联而成。 在间隙放电前应按线路末端开路考虑，即由在间隙放电前应按线路末端开路考虑，即由2u1(t)曲线决曲线决 定。定。 在间隙放电后，应按作图法求出在间隙放电后，应按作图法求出uR(t)。 线路末端接与不接避雷器大不一样，接有避雷器后，电压线路末端接与不接避雷器大不一样，接有避雷器后，电压 可以限制的较低。可以限制的较低。 四、波的多次折射、反射四、波的多次