武汉大学过电压总结

1、第一章 集中参数电路中的暂态过程1.电源合闸至单频振荡电路，在电容元件上产生的最大过电压幅值为 ，Ucm=稳态值+振荡幅值=稳态值+（稳态值初始值）=2*稳态值初始值第二章 长线路的暂态过程1.波阻抗Z和集中参数电阻R有相同点和不同点。答：相同点： 都是反映电压与电流之比。 量纲相同都为。不同点： R：电压u为R两端的电压，电流i为流过R的电流。Z：电压u为导线对地电压，电流i为同方向导线电流。 R：耗能；Z：不耗能 将电场能量储存在导线周围的介质里。 R：常常与导线长度l有关。Z：只与L0和C0有关，与导线长度无关。2.彼得逊法则：当波沿分布参数线路传到节点A时，计算节点A电压u2q可应用等

2、值集中参数电路进行计算。在等值集中参数电路中：电源电动势为入射电压波u1q的两倍；等值集中参数电路的内阻为入射所经过的波阻抗Z1；Z2作为负载电阻。使用条件：波沿分布参数的线路入射；波在节点只有一次折、反射过程。要满足上述条件，则要求和节点相连的线路必须是无穷长。如果节点A两端的线路为有限长的话，则以上等值电路只适用于在线路端部形成的反射波尚未到达节点A的时间内。优势：彼德逊法则把分布参数电路问题，变成集中参数等值电路问题，把微分方程问题变成代数方程问题，简化了计算。3.导致波在传播过程产生损耗的因素主要有以下四种：1）导线电阻引起损耗；2）导线对地电导引起的损耗；3）大地电阻的损耗；4）导线

3、发生电晕引起的损耗。4.冲击电晕对波过程的影响 对导线耦合系数的影响：发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。对波阻抗和波速的影响：冲击电晕将使线路波阻抗减小 、波速减小对波形的影响：冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。5.行波发生折反射的原因是什么？答：在电力系统中常会遇到两条不同波阻抗的线路连接在一起的情况，如从架空输电线路到电缆或者相反，当行波传播到连接点时，如下图所示，在节点的前后都必须保持单位长度导线的电场能量和磁场能量总和相等的规律，故必然要发生电磁场能量

4、的重新分配过程，也就是说在节点上将要发生行波的折射和反射。第三章 变压器和电机绕组内的暂态过程1.在冲击电压作用下，变压器绕组的初始电压分布对变压器绝缘的影响：初始电压分布要尽量接近稳态电压分布，可有效降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并消弱振荡，减小振荡过电压的幅值。改善绕组初始电压分布：补偿对地电容的影响， 增大纵向电容2.变压器在冲击电压下产生振荡的原因：绕组电容电感之间的能量转换和电压初始分布于最终分布不一致导致振荡。振荡的对地最大电位与哪些因素有关：Umax与绕组末端接地有关 接地，出现在拒绕组首段附近l/3处，1.4U0；不接地，绕组末端，1.9U0。最大Umax作用于变压器绕组的

5、主绝缘。3.对三相变压器，什么样的进波条件下和在变压器绕组的什么部位会产生最严重的振荡过电压：三相绕组同时进波；在震荡过程中产生的中性点最大电位将为首端电位的两倍4.电机绕组为什么容量越大，波速和波阻越小，而当额定电压越高时，波阻越大：电机容量大，导线的半径将增大，每槽的匝数将减小，使电容C0增大而L0减小，使其波阻抗减小；电压等级升高，电机每槽匝数增多，L0变大，因而波阻抗增大。5.在冲击电压的作用下，沿变压器绕组的初始电压分布按指数规律分布，最大电位梯度出现在绕组的首端。在冲击电压作用下，变压器绕组中将发生电磁暂态振荡，产生的最大对地电位与绕组接线形式、进波的相数等因素有关。在冲击电压作用

6、的初瞬，变压器等效为入口电容Cr。采用内部保护的措施，可改善变压器绕组的初始电压分布，提高变压器耐受冲击电压作用的能力。电机绕组中的波过程与输电线路相似，可用波阻抗和波速参数表征其冲击特性。6.一般连续式变压器绕组的l值为510。变压器绕组的末端不论接地与否，其初始电压分布均相同，按指数规律分布。 最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的l倍。l越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。（危及变压器绕组的首端匝间绝缘 ） 7.变压器绕组中的电磁振荡过程在10s以内尚未发展起来，在这段时间内变压器绕组的特性主要由其纵向电容和对地电容

7、组成的电容链决定，对首端来说相当于一个等效集中电容Cr，称为变压器的入口电容。8.最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于U0，对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘）有危害。绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。过电压波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位梯度也比较低。截波作用下绕组内的最大电位梯度将比全波作用时大，会在变压器绕组中产生很大的电位梯度，从而危及变

8、压器绕组的纵绝缘，电力变压器不仅需要进行全波冲击耐压试验，还要通过截波耐压试验。9.三相变压器绕组，三角形接线方式（）对于三角形接线的变压器，当冲击电压波沿一相线路（A相）入侵时，同样因为绕组的冲击波阻抗远大于线路波阻抗，所以B、C两端点相当于接地，因此在AB、AC绕组中的波过程与单相绕组末端接地的情况相同。若发生两相或三相线路进波，则三角形接线的每相绕组两端同时有波侵入，当波传到绕组中部时，相当于波传到开路末端的情况，会产生较高的过电压，在各相绕组的中部出现的最大对地电位将达2U0。10.变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接近稳态电位分布。这可有效

9、地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过电压的幅值.。（1）补偿对地电容C0dx的影响；（静电环）（2）增大纵向电容K0/dx （纠结式绕组 ）第四章 雷电参数及防雷措施1.雷电参数：1）雷暴日Td：在指定地区内一年四季所有发生雷电放电的天数，以Td表示。一天内只要听到一次或一次以上的雷声就算是一个雷电日。根据雷电活动的频繁程度，通常把我国年平均雷电日数超过 90的地区叫做强雷区，把超过40的地区叫做多雷区，把不足15的地区叫做少雷区。2）雷暴小时Th：在一个小时内，只要听到一次或一次以上雷声就算是一个雷电小时。3）地面落雷密度：云地放电频度。单位时间，单位面积的地面平均落雷

10、次数。单位为次/（平方公里.雷暴日）4）雷电流：雷直击于接地良好的物体时泄入大地的电流。（幅值 陡度 波形 极性）2.避雷器与电子设备防雷保护器件基本要求：a.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压b.过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合c.过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力，即在过电压作用下放电后迅速恢复绝缘强度，保证系统正常运行。避雷器的电气参数：1）标称放电电流：冲击波形为8/20s的放电电流峰值，单位kA，用以区分避雷器的等级。我国规定的标称电流有1、1.5、2.5、5、10和20kA几个等级。2）残压：包括标称放电电流下的残压、陡波电流下的残

11、压和操作冲击电流下的残压。其中陡波电流波形为1/5s，操作冲击电流的波头时间为30100s。3）雷电冲击保护水平：避雷器标称放电电流下的残压值为其雷电冲击保护水平。陡波电流下的残压与标称放电电流下的残压之比不得大于1.15。4）操作冲击保护水平：避雷器在操作冲击电流（波头时间为30100s）下的最大残压。5）额定电压：指能施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值。6）最大持续运行电压：为在运行中允许持续地施加在避雷器上的最大工频电压有效值，单位kV。其值一般应等于或大于额定电压的0.8倍，且不低于系统的最高运行相电压。7）起始动作电压（又称参考电压或转折电压）：通常指通过1mA工频阻性电流分量

12、峰值或1mA直流电流时避雷器端电压的峰值U1mA。8）压比：指避雷器在波形为8/20S的标称冲击电流（例如10kA）作用下的残压U10kA与起始动作电压U1mA之比。压比（U10kA/U1mA）愈小，表明避雷器的非线性愈好。9）荷电率：指最大持续运行电压的幅值与起始动作电压的比值。3.接地：将电力系统或建筑物内的电气设备的某一部分与大地相连接，与大地保持等电位。接地是由接地装置实现的。接地装置包括接地体与接地线，接地体是埋设于大地并直接与大地土壤接触的金属导体，作用是减小接地电阻，接地线是连接被接地物与接地体的金属导线。接地电阻R的数值等于接地装置对地电压U与通过接地极流入地中电流I的比值。接

13、地电阻R的数值与大地的结构和电阻率直接有关，还与接地体的形状和几何尺寸有关。通常用电压电流表法测量接地电阻。冲击接地电阻：雷电流作用下接地装置的冲击接地电阻的计算，通常是在工频接地电阻计算的基础上，考虑冲击系数，的数值可根据计算分析和实验得到。冲击系数：接地极流过冲击电流呈现的接地电阻成为冲击接地电阻，接地极流过的工频交流电流呈现的电阻称为工频接地电阻，两者的比值称为冲击系数。加大接地体的尺寸可以减少接地电阻，但由于雷电流的等值频率很高，伸长接地体在雷电流的作用下，接地体自身的电感将会产生很大影响，会增加接地体的阻抗。所以，通常伸长接地体只在4060m的范围内有效，超过这一范围对降低接地阻抗不

14、起作用。4.电力系统中的接地分类：1）工作接地：电力系统正常运行的需要而设置的接地。例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并有利于实现继电保护。工作接地要求的接地电阻一般为0.55。2）保护接地：为了人身安全，而将电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等加以接地。这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身安全造成威胁。同时也要将接触电势和跨步电势限制在安全范围。高压设备接地保护要求的接地电阻为110。3）防雷接地：针对防雷保护的需要而设置的接地，比如杆塔的接地、高层建筑

15、物的接地、避雷装置的接地等，目的是将雷电流安全地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。架空输电线路杆塔的接地电阻一般不超过1030，避雷器的接地电阻一般不超过5。5.输电线路杆塔接地：在高压输电线路的每一基杆塔下一般都设有接地装置，并通过引线（或金属杆塔本身）与避雷线相连，其目的是使击中避雷线和杆塔的雷电流通过较低的接地电阻进入大地。高压线路杆塔都有混凝土基础，它们也起着接地体的作用，称为自然接地体。只有在土壤电阻率较低（300m以下）的地区，自然接地体才有些作用。在大多数情况下，单纯依靠自然接地体是不能满足要求的，需要装设人工接地装置。6.发电厂和变电站的接地：发电厂和变电站的接

16、地，将同时起到工作接地、安全接地和防雷接地的作用。发电厂变电站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电站内的设备与接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。7.采用远离法和补偿法来提高工频接地电阻测量精度：1）远离法：把电流极打在远离被测接地电极10a的地方，同时把电压极打在零位面，测量结果将会比实际值小10%，这在工程上是可以接受的。2）补偿法：选择合适的电压极的位置，将电压极打在DGP=0.618DGC处，就能测得正确的结果。8.雷电放电的时间短、电流大，可分为先导放电、主放电、余光放电三个阶段。避雷针和避雷线的作用是将雷电吸引到自身上来，

17、并将其安全导入地中，从而保护其周围的物体免遭雷击。避雷针（线）的抱回范围是指其周围雷击概率小于0.1%的空间。第五章 输电线路的防雷保护1.雷击线路可能引起两种破坏：短路接地故障，引起线路跳闸停电事故；雷击线路形成的雷电过电压波（侵入波），沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全运行。输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。输电线路雷击过电压类型：直击雷过电压；感应雷过电压（雷电感应过电压）。当雷击线路附近大地或线路杆塔时，由于雷电通道周围空间电磁场的急剧变化，会在导线上产生感应雷过电压。雷击线路附近大地时，在导线上产生的感应雷过电压与雷电流幅值、导线悬挂高度成正比，与雷击点距

18、导线的距离成反比。2.避雷线对降低感应过电压的作用：对架设有避雷线的线路，避雷线的电磁屏蔽作用可使导线的感直过电压降低。这是由于避雷线与大地相接，保持地电位，即将大地引入导线近区。对于静电感应，可以增大导线对地电容，从而使导线对地电位降低；对于电磁感应，其相当于在导线与大地回路附近增加了一个地线与大地的短路环，抵消了部分导线上的电磁感应电势，因而接地避雷线的辱蔽效果是降低导线的感应雷过电压。3.为什么额定电压低于35kV的线路一般不全线架设避雷线：35kV及以下线路因为绝缘相对较弱，装避雷线效果不大，一般不全线假设避雷线。只在距变电站1-2km加装避雷线，减少绕击和反击的几率。为什么绕击的绝缘

19、水平远低于直击杆塔的水平：绕击时绝缘子串上承受的过电压幅值为100I（220kV及以下），往往会引起绝缘子串的闪络。4.雷击线路附近地面时导线上的感应过电压：设雷云带负电荷，在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿先导通路向地面运动，线路处于雷云和先导通道形成的电场中。由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚集了异号的正电荷，成为束缚电荷。导线上的负电荷被排斥到导线两端远处。由于先导发展的速度很慢，导致线路上束缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电流很小，可以忽略不计。雷击地面主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，导线上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动。这种由于先导

20、通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压称为感应过电压的静电分量。同时，主放电通道中的雷电流在通道周围空间产生了强大的磁场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出电压。这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压，称为感应过电压的电磁分量。由于主放电通道与导线几乎互相垂直，电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。 感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。 感应过电压的大小与雷电流幅值I成正比；感应过电压的大小与导线悬挂的平均高度成正比；感应雷

21、过电压的大小与雷击点距导线的距离成反比。雷电感应过电压幅值一般不超过300400kV。对35kV及以下输电线路，可能造成绝缘闪络，而对于110kV及以上线路，一般不会引起闪络。 感应雷过电压在三相导线中同时存在，三相导线上感过电压在数值上的差别仅仅是导线高度的不同而引起的，故相间电位差很小，所以感应雷过电压不会引起架空线路的相间绝缘闪络。如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应电荷会减少，从而导线上的感应过电压将会下降。5.反击：作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电压，绝缘子串会发生杆塔对导线放电导致的闪络。6.输电线路与雷击相关的参数：a.

22、输电线路落雷次数N；b.击杆率g：雷击杆塔顶部的次数N1与线路总的落雷次数N之比c.绕击率P：雷绕击导线的次数N2与雷击线路总次数N的比值d.建弧率：冲击电弧转化为稳定的工频电弧的概率 7.1）雷击杆塔塔顶时的耐雷水平：雷击杆塔时，塔顶电位由塔身电感和接地电阻上压降两部分构成；导线电位由电感分量和耦合分量组成；雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数、杆塔等值电感Lt、杆塔冲击接地电阻Ri、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的冲击放电电压U50%有关。要提高输电线路的耐雷水平，应在以上几方面采取措施。其中，降低冲击接地电阻Ri和提高导地线间的耦合系数k效果会比较明显，是提高输电线路的反击耐雷水平的主要手段。

23、2）雷绕击导线时的耐雷水平；3）雷击档距中央避雷线的耐雷水平，不管此时雷电流多少，线路都耐受。8.雷击跳闸率：求得输电线路的耐雷水平后，根据雷电流的概率分布，求出雷电流超过输电线路的耐雷水平的概率，即雷击闪络的概率，再乘以建弧率，可以求出输电线路雷击跳闸的概率。雷击跳闸的概率乘以输电线路的落雷次数即为输电线路的雷击跳闸率。7.输电线路的防雷措施：a.架设避雷线 （防止雷直击导线；对雷击塔顶的雷电流起分流作用，可以减少流入杆塔的雷电流，使杆塔电位下降；对导线有耦合作用，可以降低绝缘子串上的过电压；对导线有屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压）b.降低杆塔接地电阻c.架设耦合地线 （分流；耦合 ）

24、d.采用不平衡绝缘方式e.装设自动重合闸f.采用消弧线圈接地方式g.加强线路绝缘h.安装线路避雷器i.加装塔顶拉线j.架设旁路架空地线9.对有避雷线的输电线路，雷击跳闸共经历雷击线路、线路绝缘发生冲击闪络、在冲击闪络的弧道上建立稳定的工频电弧、继电保护动作跳闸四个动作。第六章 发电厂和变电站的防雷保护1.发电厂和变电站的雷害来源有：直击雷与沿输电线路传入的侵入波过电压两大类。措施：a.发电厂和变电站直击雷防护采用避雷针（线）。必须使发电厂和变电站中所有被保护物体处于避雷针和避雷线的保护范围之内，同时还要求雷击避雷针和避雷线时，不应对被保护物体发生反击。装设的避雷针可分为独立避雷针和构架避雷针。

25、b.变电站和发电厂对侵入波采用避雷器进行保护。电气设备应处于避雷器的最大电气保护距离范围内。2.不论被保护设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所受冲击电压的最大值必然高于避雷器的残压。3.最大电气距离：当侵入波的陡度一定时，避雷器与被保护设备之间的电气距离越大，设备上的电压高出避雷器的残压也就越多。因此，要使避雷器起到良好的保护作用，它与被保护设备之间的电气距离就不能超过一定的值（最大电气距离lmax）。 Lmax=(Uj-U5)/2(a/v)k Uj为变压器的多次截波耐压值;U5为避雷器的残压；为雷电波的陡度；k为考虑电气设备入口电容而引入的修正系数；为波速 【避

26、雷器的最大电气保护距离与侵入波的陡度、避雷器的残压和电气设备的冲击耐压值等因素有关。】4.进线段：指靠近变电站长度为12km的一段架有避雷线的线路。进线段保护：在进线段上加强防雷保护措施。要求：对于35110kV全线无避雷线的线路，进线段必须架设避雷线，避雷线对导线的保护角不大于20；对于110kV及以上全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使进线段线路有较高的耐雷水平。作用：减少直击雷形成侵入波的概率；削弱侵入波的陡度，降低侵入波的幅值；限制流入避雷器的雷电流。5.变压器中性点的防雷保护：1）对于35kV及以下中性点非有效接地的系统，变压器是全绝缘的，其中性点的绝缘水平与相线端相

27、同。由于三相来波的概率较小，来波大多源自远处，从而使泊头较缓，而且变电站的多回进线能起到分流作用以及变压器绝缘有一定的裕度，我国规程规定，这种变压器的中性点一般不用接避雷器保护。2）110kV及以上的中性点有效接地的系统，不接地的变压器中性点，需在中性点上加装阀型避雷器或保护间隙，避雷器的灭弧电压应大于该电网单相接地而引起的中性点电位升高的有效值。以避免发生避雷器爆炸事故。3）500kV的变压器，其中性点通常是直接接地或经小电抗接地，中性点的绝缘水平为35kV级，应选用相应电压等级的避雷器进行保护。4）中性点装有消弧线圈的变压器，且有单回进线运行的可能性时，应在中性点上加装避雷器。 6.配电变

28、压器的防雷保护：1）三点联合接地：高压侧避雷器接地线与变压器的金属外壳以及低压侧中性点连在一起共同接地；正、反变换过电压；四点联合接地：高压侧避雷器的接地端、低压绕组的中性点、低压侧避雷器的接地端、以及变压器的外壳连在一起共同接地。 正变换过电压：指雷直击于低压线或低压线遭受感应雷，此时通过电磁耦合，将低压侧过电压按变比关系传到高压侧，由于高压侧绝缘的裕度比低压侧小，可能会损坏高压绕组。反变换过电压：指高压侧线路受到直击或感应雷击使避雷器动作，冲击大电流在接地电阻上产生较高的冲击电压。该电压将同时作用在低压侧绕组的中性点上，二低压绕组的出线端可视为经波阻抗接地，因此中性点电压的大部分降落在低压

29、绕组上，这部分电压经过电磁耦合，按变比关系在高压绕组上感应出过电压，由于高压绕组出线端的电压受避雷器限制，故在高压绕组上感应出的过电压将沿高压绕组分布，在中性点处达到最大值，可能危及高压端中性点附近的绝缘，也会危及绕组的相间绝缘。为了防止正、反变换过电压，应在配电变压器的低压侧加装氧化锌避雷器，它可限制低压绕组上的过电压以及反变换过程在高压侧出现的过电压。对于自耦变压器，一般在其高、中、低压侧各装设一组避雷器进行防雷保护。对于半绝缘、中性点不接地的变压器，在其中性点应配置一只避雷器进行防雷保护。7.GIS变电站的防雷保护 GIS是将除变压器以外的变电站高压电器以及母线封闭在一个接地的金属壳内，

30、壳内以34个大气压的SF6气体作为相间绝缘和相对地绝缘。GIS也叫做SF6全封闭组合电器变电站。 特点：a.导线波阻抗较小b.绝缘伏秒特性平坦c.结构紧凑，各设备之间的电气距离大大缩短，被保护设备与避雷器相距角近d.内绝缘为稍不均匀电场结构e.绝缘受外界影响小8.电机防雷的特点：a.在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。b.发电机只靠避雷器保护是不够的，还必须与电容器、电抗器和电缆段等配合起来进行保护。c.电机匝间绝缘要求严格限制侵入波的陡度。9.直配电机防雷的措施：a.在发电机出线母线上安装一组避雷器b.在发电机母线上装设一组并联电容器Cc.在发电机和架空线间接入一段电缆并

31、在电缆首端加装管式避雷器d.当发电机中性点有引出线时，在中性点加装一只避雷器e.在电缆首端前方70m加装管式避雷器以发挥电缆段的作用f.60MW以上的发电机不能与架空线直接连接，不能以直配电机的方式运行。 直配电机防雷主要采用避雷器、电容器和电缆段与避雷器联合等元件进行防雷保护。对非直配电机防雷，一般采用避雷器保护能满足要求，若再并接一组电容器则更加可靠。10.雷击时对电子设备产生的干扰来源：雷电放电主通道产生的电磁脉冲形成的电磁感应；雷电流流过建筑物钢筋结构形成的电磁感应，以及雷电流入地后产生的地电位升高和地电位分布不均。 威胁弱电设备安全的过电压主要是因雷击产生的感应雷过电压、侵入波过电压

32、、地电位反击、雷电二次效应等。 微电子系统的防雷应分区保护，主要采用隔离、屏蔽、接地、滤波、安装电涌保护器SPD等防电磁干扰措施。三级防雷保护区：第一级防护区（LPZ1）为变电站及进线段内的高压电气设备，主要是安装避雷针（线）、避雷器并进行可靠良好接地，实现直击雷和侵入波的防护；第二级防护区（LPZ2）包括进出变电站的管线、二次电缆、端子箱、用电系统及微波天馈线，主要是侵入波和感应雷过电压的防护，以及防止高电位引内或引外；第三级防护区（LPZ3）包括变电站主控室、远动通信机房及所有电子设备。该区的主要任务是多重屏蔽、电位钳制、等电位连接以及浮点电位钳制等。第7章 电力系统中的工频过电压1.内过

33、电压倍数是内过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比。 空载长线路的沿线电压按余弦规律分布，线路末端电压最高。2.电力系统中产生工频过电压的主要原因：空载长线路引起的电容效应、系统发生不对称接地故障以及发电机的突然甩负荷。3.在超、特高压电网中特别重视工频过电压的原因：系统中有可能在伴随工频电压升高的同时，产生操作过电压。这两种过电压联合作用，会对电气设备绝缘造成危害。工频电压升高对决定电气设备的绝缘水平起着关键性的作用。4.系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频（50 Hz）或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自

34、动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空载变压器允许1.3倍工频电压持续1min5.电源漏抗和并联电抗器对空载长线路电容效应的影响：线路电容电流流过电容漏抗会使电容电压升高，使线路首端电压高于电源电势，相当于加长了线路长度。线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因

35、为并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布如图7-7。并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。（系统的电源漏抗起加剧空长线电容效应的作用，并联电抗器可限制空长线引起的工频电压升高。）6.对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。7.限制工频过电压的主要措施：a.并

36、联高压电抗器补偿空载线路的电容效应。b.静止无功补偿器补偿空载线路电容效应。c.变压器中性点直接接地降低不对称故障引起的工频电压升高。d.发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置,使发电机甩负荷时抑制容性电流对发电机助磁电枢反应。防止过电压的产生和发展。e.发电机配置反应灵敏的调速系统,甩负荷时限制发电机转速的上升造成的工频过电压。8.不对称接地引起的工频过电压1）当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。2）单相接地时工频

37、电压升高值是确定避雷器灭弧电压的依据。3）在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法，利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。 4）健全相的电压升高与故障点看进去的正序、负序、零序入口阻抗有关。5）：接地系数。越大，则电压升高越严重。6）系统单相接地短路引起的健全相电压升高，取决于系统的零序电抗与正序电抗的比值。 9.甩负荷引起的工频电压升高1)当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，与其相应的电源电势不变。原来负荷的电感电流对主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使上升。因此加剧了工频电压的升高。2)其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负

38、荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。(甩负荷产生的工频过电压是由空长线电容效应与发电机短时超速的综合效应引起的。)第八章 电力系统中的谐振过电压1.电力系统中的谐振，按其性质可以分为线性谐振、铁磁谐振和参数谐振三种类型。2.线性谐振过电压的大小，主要取决于回路的阻尼电阻R，不在谐振点也会在电路元件上产生过电压。3.电力系统常见的谐振过电压有：消弧线圈补偿网络中的谐振、超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振、传递过电压、断线引起的铁磁谐

39、振过电压、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压。4.消弧线圈补偿网络中的谐振在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补偿系统单相接地故障的短路电流。利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。 从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度越小越好。实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接

40、入消弧线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的作用下将发生线性谐振现象。5.抑制传递过电压的措施：避免出现系统中性点位移电压，如尽量使断路器三相同期操作；装设消弧线圈后，应当保持一定的脱谐度，避免出现谐振条件；在低压绕组侧不装消弧线圈的情况下，可在低压侧加装三相对地电容，以增大3C0。 6.超高压电网中的潜供电流1）系统发生单相接地故障时，非故障相的工作电压和负载电流可以通过相间电容和互感对故障相产生静电感应和电磁感应，使故障相在与电源断开后仍能维持一定的接地电流，被称为潜供电流（二次电流）。2）潜供电流以电弧的形式存在，而潜供电流的自熄是单相自动重合闸成功的必要条件。潜供电流的自熄取决

41、于潜供电流的大小及电弧熄灭后作用于故障点的恢复电压。3）潜供电流和恢复电压均由静电感应和电磁感应两个分量组成，而起主导作用的是静电感应分量，静电感应分量是通过相间电容传递过来的。4）要限制潜供电流和接地故障点的恢复电压，可采取在导线间装设一组三角联接的电抗器，补偿相间电容，使相间阻抗趋向无穷大，这样潜供电流的横分量和恢复电压的静电感应分量都将趋于零（补偿法 ）。考虑系统限制空载长线路工频电压升高的要求，系统应装设一组星形联接而中性点接地的电抗器。超高压和特高压电网中可采用快速接地开关HSGS (High Speed Grounding Switches)来限制潜供电流（故障转移法）。HSGS操

42、作步骤：系统发生单相接地故障，线路两侧的断路器动作跳闸；由于导线间的静电感应和电磁感应，在故障点流过潜供电流，它以电弧形式存在；线路两侧的快速接地开关动作接地，故障点的潜供电弧熄灭；线路两侧的快速接地开关动作跳开，线路消除故障；线路两侧的断路器重合闸，系统恢复正常运行。7.断线引起的铁磁谐振过电压断线泛指导线因故障折断、断路器拒动以及断路器和熔断器的不同期切合等。非全相运行时的谐振电路，在一定的参数配合和激发条件下，可能会产生基频、高频或分频谐振。当发生基频谐振时，会出现三相对地电压不平衡，如两相电压升高、一相电压降低，或三相电压同时升高的现象。在负载变压器侧可能发生负序电压占主要成分的情况，

43、引起系统相序反倾，造成小容量电机反转的现象。系统因电磁式电压互感器饱和，分别引起基波、分频、高频谐振过电压时，将会出现什么不同的现象：基波（一相对地电压降低，虚幻接地）；分频（表计指示有抖动或以低频来回摆动）；高频（过电压数值较高）为防止断线过电压，可采取下列的限制措施：a.保证断路器的三相同期动作，不采用熔断器设备；b.加强线路的巡视和检修，预防发生断线；c.若断路器操作后有异常现象，可立即复原，并进行检查；d.不要把空载变压器常期接在系统中；e.在中性点接地的电网中，合闸中性点不接地的变压器时，先将变压器中性点临时接地。这样做可使变压器未合闸相的电位被三角形联接的低压绕组感应出来的恒定电压

44、所固定，不会引起谐振。8.电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压正常运行时，电压互感器的励磁阻抗很大，所以每相对地阻抗（L和C0并联后）呈容性，三相基本平衡，系统中性点0的位移电压很小。但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，系统中性点就有可能出现较高的位移电压，激发起谐振过电压。由于电压互感器饱和程度不同，会造成系统两相或三相对地电压同时升高，整个电网对地电压的变动表现为电源中性点0的位移（电网中性点的位移过电压）。中性点的位移电压也就是电网的对地零序电压，将全部反映至互感器的开口三角绕组，引起虚幻的接地信号和其它的过电压现象，造成值班人员的错觉。中性点直接接地的电网、

45、中性点经消弧线圈接地的情况下，不会出现此类谐振过电压。虚幻接地现象是电磁式电压互感器饱和引起工频（基频）谐振过电压的标志。措施：改变系统零序参数：投入零序阻尼：采用专门的消谐装置9.铁磁谐振过电压由于空载变压器，电磁式电压互感器等铁磁电感的饱和，可能与系统电容参数配合，激发起持续时间长，幅值较高的铁磁谐振过电压。特点：a. 产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性曲线必需相交。铁磁谐振可以在较大参数范围内产生b. 在相同的电源电势作用下，回路有两种不同性质的稳定工作状态。在外界激发下，可能从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，相应回路从感性变成容性，发生相位反倾，同时产生过电压与过电流

46、c.非线性电感的电磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值，此外，回路损耗也是阻尼和限制铁磁谐振过电压的有效措施。铁磁谐振分类：基波铁磁谐振 、高次谐波谐振、分频谐振。可能发生的铁磁谐振的形式：断线引起的铁磁谐振过电压和电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压10.参数谐振过电压参数谐振过电压是由旋转电机的时变电感与线路电容配合引起的，谐振能量由原动机提供。特点：a.参数谐振所需要的能量由改变参数的原动机供给，不需要单独的电源，一般只要有一定的剩磁或电容中具有很小的残余电荷，就可以使谐振得到发展；b.由于回路中有损耗，所以参数变化所引入的能量必须足以补偿损耗

47、能量，才能保证谐振的发展。对一定的回路电阻R，存在一定的谐振范围。谐振发生以后，由于电感的饱和，使回路自动偏离谐振条件，使自励磁过电压不能继续增大。抑制参数谐振过电压措施有：利用快速自动励磁调节装置消除同步自励磁；在超高压电网中投入并联电抗器，补偿线路电容，使得等值容抗大于和，从而消除谐振；临时投入串联电阻。11.为什么含有非线性电感的LC串联电路会出现多个工作点？试分析电阻损耗对工作点的影响。答：在交流电源作用下铁心元件的电感值作非线性变化，这是产生铁磁谐振的基本原因，在铁芯电感的振荡回路中，如果满足一定条件，可能出现工频谐振，铁磁谐振的参数条件是wLo1/wC，因此对于一定的L0值，在很大

48、的 C 范围内都可能产生谐振。当计及回路电阻R时，L、C 两端的过电压有所下降，但通常损耗电阻R很小，故下降不多，限制谐振过电压幅值的仍是电感的磁饱和效应。第九章 电力系统中的操作过电压A.间歇电弧接地过电压产生机理：当中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点将流过数值不大的接地电容电流。随着电网的发展和电压等级的提高，单相接地电容电流随之增加，一般 6 l0kV 电网的接地电流超过30A，35 60kV 电网的接地电流超过10A 时电弧便难以熄灭。但这个电流还不至于大到形成稳定燃烧电弧，因此可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和

49、故障相上产生过电压，这就是间歇性电弧接地过电压。过电压产生原因：当发生间歇性电弧接地时，健全相对地电压的起始值与稳态值不同，电容与电源电感产生振荡引起过电压。限制过电压的措施：消除间歇性电弧：110kV 及以上电网大都采用中性点直接接地的运行方式（单相短路电流，断路器跳闸切除故障）；我国 35kV 及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的运行方式（补偿电容电流）消弧线圈的基本作用： 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正常工作状态。 降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。B.空载变压器分闸过电压过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电

50、容上的电场能量。影响过电压的因素：1）断路器的性能：切除空载变压器引起的过电压与截流数值成正比，断路器截断电流的能力愈大，过电压 UCmax 就越高。2）变压器的参数：变压器 L 愈大，C 愈小，则过电压愈高。当电感中的磁场能量不变，电容 C 愈小时，过电压也愈高。3）变压器的相数、线组接线方式、铁芯结构、中性点接地方式、断路器的断口电容，以及与变压器相连的电缆线段、架空线段等，都会对切除空载压器过电压产生影响。限制过电压的措施：1）在断路器的变压器侧加装阀式避雷器。2）在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻。切空变过电压特点是：幅值高、频率高，但持续时间短、能量小。C.空载线路分闸过电压(

51、由于断路器重燃引起的)影响过电压的因素：1）断路器的性能：随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到基本上不重燃，使得这类过电压降到了次要的位置。2）中性点接地方式：中性点非直接接地电网中，三相断路器分闸不同期会构成瞬间的不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合，使过电压增高。3）损耗：电晕要消耗能量，电源及线路损耗使过电压降低。4）其它：若母线上有很多出线时，过电压降低。此外，当线路装有电磁式电压互感器时，将泄放线路上的残余电荷，降低了过电压。限制过电压的措施：1）采用不重燃断路器2）在断路器装设分闸电阻3）线路上装设泄流设备4）装设避雷器 D.空载线路合闸过电压空载线路合闸时，产生过电压的根

52、本原因：由于合闸时断路器触头间有电位差，引起电磁能量振荡而产生的。电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在稳态电压上所致。影响过电压的因素：1）合闸相位：合闸相位是随机的，有一定的概率分布，与断路器合闸过程中的预击穿特性及断路器合闸速度有关。2）残余电荷：过电压的大小与线路上残余电荷数值和极性有关。3）断路器合闸的不同期：由于三相线路之间有耦合，先合相相当于在另外两相上产生残余电荷。4）回路损耗：实际输电线路中，能量损耗（电阻、电晕）会引起振荡分量的衰减。5）电容效应：合闸空载长线时，由于电容效应使线路稳态电压增高，导致了合闸过电压增高。限制过电压的措施：1）降低工频电压升高2）断路器装设并联电阻3

53、）控制合闸相位4）消除线路上的残余电荷5）装设避雷器2.为什么在断路器的主触头上并联电阻有利于限制切除空载长线时的过电压？答：使用带并联电阻的断路器（如图）是一个有效的措施，这种断路器有两个触头，主触头并联一个电阻R，是辅助触头，断路器的动作分两步进行。分闸时先断开主触头，使R串联在回路之中阻尼了振荡的发生，消耗电容电荷的能量，使电弧不易发生重燃；再经过1.52个工频周波，辅助触头断开，因R消耗了部分能量，线路残余电压较低，上电弧不易发生重燃，即使中的电弧发生重燃，因R的阻尼作用，过电压显著降低。3.为什么在断路器的主触头上并联电阻有利于限制空载线路合闸过电压？（图同题3）答：如图所示，带并联

54、电阻的断路器合闸时，辅助触头K2先闭合，电阻R接入电路中，阻尼了高频振荡，R愈大阻尼作用愈强，这个阶段过电压降低。经过1.52个工频周期（约12ms），主触头K1再闭合，把合闸电阻R短接，完成了合闸过程。由于合闸的第一阶段，阻尼电阻R的作用，使线路电压较低，主触头合闸时触头之间电压也较低，主触头合闸产生的振荡过程较弱，合闸过电压也就较低。R两端的电压愈低，产生的过电压就愈低，并联电阻R愈小，过电压也愈低。并联电阻起到了阻尼振荡以及降低了振荡过程中初始值与稳态值之间的差值的作用。在超高压系统，一般取R=400欧姆，其接入时间一般取810ms。分闸电阻为中值并联电阻；合闸电阻为低值并联电阻4.操作

55、过电压：电力系统是由电源、电阻、电感、电容等元件组成的复杂系统，当开关操作，或事故状态引起系统拓扑结构发生改变时，各储能元件的能量重新分配并发生振荡，在设备上将会产生数倍于电源电压的过渡过程的过电压，称为操作过电压。5.操作过电压的种类：1）空载线路合闸过电压：包括正常空载线路合闸过电压和重合闸过电压；2）切除空载线路过电压；3）切除空载变压器过电压；4）电弧接地过电压。6.在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型？答：1）610kV，3560kV：电弧接地过电压；2）110220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压；3）330500kV：合空载线路过电压。7.为什么说自动重合闸过电压是合

56、闸过电压中最严重的一种？答：正常合闸的情况，空载线路上没有残余电荷，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。8.为什么合空载线路过电压是超高压电网中的主要过电压？答：合闸空载线路是电力系统中常见的操作方法。在超高压电网中，由于断路器具有很强的灭弧能力，基本上避免了电弧重燃现象。因此，切除空载线路过电压已被限制，而空载线路的合闸过电压成了主要矛盾，对决定系统设备的绝缘水平起着决定性的作用。9.截流：流过电感的电流在到达自然零点前被断路器强行切断，称为强制熄弧，使得储存在电感中的磁场能量被强迫转化为

57、电场能，导致电压的升高。10.为什么说切空载变压器容易发生截流现象？答：切断100A以上的交流电流时，电弧通常都是在工频电流自然过零时熄灭的；但当被切断的电流较小时（空载变压器的激磁电流很小，一般只是额定电流的0.54，约数安到数十安），电弧提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切断。11.断路器的性能和变压器的参数是怎么影响切空变压器的？答：切断小电流电弧时，性能差的断路器，由于切断电流能力不强，切除空载变压器时过电压较低；而切除小电流电弧时性能好的断路器，由于切流能力强，切除空载变压器过电压较高。另外，当断路器的灭弧能力差时，切流后在断路器触头间容易引起电弧重燃，这种电弧重燃与切空线相反，

58、使变压器侧的电容中电场能量向电源释放，从而降低了过电压。使用相同断路器，即使是在相同的截流能力下，当变压器的电容越大和电感越小时，过电压会降低。12.电弧接地过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧的时间有关，存在两种熄弧时间：1）电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭2）电弧要等到工频电流过零时才能熄灭13.运行经验证明，如果电网装有补偿功率因数的电容器（它们结成的，即时接在线间的），则电弧接地过电压就很小。这是为什么？答：电网中接成三角形（或星形）的电容器组，相当于增大了相间电容，一般不会产生严重的间歇电弧接地过电压。因为发弧后，在电路上Cm与C0并联，在振荡过程之前，存在电荷重新分配过程，健全相电压起始值增高，增高与比值 Cm/(Cm+C0) 有关，减少了与稳态值的差，从而使过电压降低。第十一章 电力系统绝缘配合1.电气设备的绝缘水平：设