第十一章第十二章内部过电压

1、Chapter 12. 电力系统内部过电压电力系统内部过电压内部内部过电压过电压暂时暂时过电压过电压操作操作过电压过电压工频电压升高工频电压升高谐振过电压谐振过电压切断空载线路切断空载线路空载线路合闸空载线路合闸切断空载变压器切断空载变压器间歇电弧接地间歇电弧接地空载长线的电容效应空载长线的电容效应突然甩负荷突然甩负荷不对称短路不对称短路线性谐振线性谐振参数谐振参数谐振铁磁谐振铁磁谐振内部过电压通常以标幺值内部过电压通常以标幺值pu(per unit)表示表示基准取：基准取：32nUkU系统额定电压有效值系统额定电压有效值nUk容许电压偏离系数容许电压偏离系数对对220kV及以下系统：及以下系

2、统：15.1k对对330500kV系统：系统：1.1k即系统的最大工作即系统的最大工作相电压幅值相电压幅值12.1 切除小电感负荷过电压切除小电感负荷过电压截流现象：截流现象：断路器在电流自然过零点断路器在电流自然过零点 之前强行切断电弧之前强行切断电弧0Iabti0一一. 产生过电压的基本过程产生过电压的基本过程LCLiiiiQF闭合时：闭合时：工频电压下，工频电压下，iCiLiLiCiTLCuuTCAQF设截流瞬间激磁电流为设截流瞬间激磁电流为I0，电容上电压为电容上电压为U0，则：则：20202121UCILWWWTTCL当全部磁场能量转化为电场能量时：当全部磁场能量转化为电场能量时：2

3、0202max212121UCILUCWTTT2020maxUICLUTT忽略截流时电容上储存的能量，则：忽略截流时电容上储存的能量，则：00maxIZCLIUTTTTTTCLZ变压器的特性阻抗变压器的特性阻抗2020UICLTT在一般变压器中，在一般变压器中，ZT很大，因而很大，因而所以在近似计算中，完全可以忽略所以在近似计算中，完全可以忽略2021UCT切空变时过电压：切空变时过电压：U0U0I0tmaxUiutTTCLf21Hzf50LCuuLi二二. 影响过电压的因素影响过电压的因素1. 断路器的性能断路器的性能2. 变压器特性变压器特性三三. 限制过电压的措施限制过电压的措施1. 断

4、路器的主触头上并电阻断路器的主触头上并电阻2. 减小变压器的特性阻抗减小变压器的特性阻抗采用纠结式绕组增大采用纠结式绕组增大CT、采用优质铁芯减小采用优质铁芯减小IL或或LT3. 采用避雷器保护采用避雷器保护高值电阻，数万欧；高值电阻，数万欧；ZnO避雷器效果很好避雷器效果很好12.2 切断小电容负载过电压切断小电容负载过电压1产生过电压的过程产生过电压的过程（以切空载长线为例）（以切空载长线为例）TCZQFTsLLL21等值电路：等值电路：TL线路电感线路电感sL发电机和变压器的漏感之和发电机和变压器的漏感之和TC线路对地电容线路对地电容tUucosuTCTL21QFsLTL21CuuiTC

5、ALQFBQF开断时：开断时：CL1电流电流 为容性，为容性，iuuCtui1t2t3t4t5t6t7tUU3U5U7tii0tuu0起始稳态起始稳态稳态）（UUUUUU2max第一次重燃：第一次重燃：UUUUC3)(21第二次重燃：第二次重燃：UUUUC5)3(21二二. 影响过电压的因素影响过电压的因素1. 断路器的性能断路器的性能2. 电网中性点接地方式电网中性点接地方式三三. 限制过电压的措施限制过电压的措施1. 采用不重燃断路器采用不重燃断路器2. 触头加装并联分闸电阻触头加装并联分闸电阻RQ1Q2分闸过程：分闸过程：主主Q1先断开先断开 R R抑制回路振荡抑制回路振荡 1.52周期

6、后，辅周期后，辅Q2分闸分闸RQ1Q212.3 空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压一一. 产生过电压的基本过程产生过电压的基本过程1. 正常合闸正常合闸TsLLL21tUucosuTCTL21QFsLTL21CuuTCLQF由等值电路由等值电路：dtduCiuudtdiLCTC初始条件：初始条件：0:00)0(dtduCituCTC)cos(cos0ttUuCUUC2TLC/10实际电网中：实际电网中：)cos(cos0tetUutCtCu0U22.自动重合闸自动重合闸)cos(cos0tAetUutCUuAC)0(1 UuC)0(当当UUC3U3t0Cu二二. 影响过电压的因素影响过电压的

7、因素1. 合闸相角合闸相角2. 残余电压残余电压3. 回路损耗回路损耗三三. 限制过电压的措施限制过电压的措施1. 控制合闸相角控制合闸相角2. 加装并联合闸电阻加装并联合闸电阻同步开关（同步开关（Synchronous Circuit Breaker)RQ1Q2动作过程：动作过程：辅辅Q2先合先合 串入串入R R，抑制回路振荡，希望抑制回路振荡，希望R大大 815ms 后，主后，主Q1合，短接合，短接R，希望希望R小小一般一般R取取4001000，属低值电阻属低值电阻。12.4 间歇电弧接地过电压间歇电弧接地过电压1. 发展过程发展过程SI2I3INCUBUAUABC1C2C3C lUnCU

8、IICjd3故障点接地电流：故障点接地电流：电弧自熄过程：电弧自熄过程： 很大很大弧道电离程度高、介质恢复慢弧道电离程度高、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，不致引起强烈振荡电弧稳定燃烧，不致引起强烈振荡 很小很小弧道电离程度低、介质恢复快弧道电离程度低、介质恢复快 jdI过零时电弧熄灭后不重燃，永久熄弧过零时电弧熄灭后不重燃，永久熄弧 中等（数安数百安）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产生强烈振

9、荡，故障相和健全相都产生过电压AIC1035kV，总长大于，总长大于100km时，时， 10kV ，总长大于，总长大于1000km时，时， AIC30难自熄，难自熄，形成间形成间歇电弧歇电弧 熄弧：三相电容上电荷重新分配熄弧：三相电容上电荷重新分配中性点电压位移中性点电压位移健全相：通过电源充电到线电压，有振荡，储能健全相：通过电源充电到线电压，有振荡，储能燃弧燃弧故障相：通过弧道泄放电荷，无振荡，泄能故障相：通过弧道泄放电荷，无振荡，泄能工频熄弧工频熄弧健全相健全相 3.5 3.5pupu高频熄弧高频熄弧健全相健全相 7.5 7.5pupu实际电网中过实际电网中过电压受多种因电压受多种因素影

10、响，一般素影响，一般在在3.0pu以下以下危害：危害：持续时间长，遍布全网；配电系统绝缘弱点多，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可能发展为相间短路2. 防护措施防护措施 . 在在66kV及以下电网中，根据情况采用及以下电网中，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；采用中性点绝缘方式运行； . 在在110kV 及以上电网中采用中性点及以上电网中采用中性点 有效接地方式运行；有效接地方式运行；消弧线圈：消弧线圈：是在电网中性点与地之间接入的带气隙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

11、抗器。铁心、电感可调的电抗器。作用：补偿接地点容性电流作用：补偿接地点容性电流 降低接地点恢复电压速度降低接地点恢复电压速度促进电弧自熄促进电弧自熄接消弧线圈后：接消弧线圈后：LCjdIII补偿度：补偿度：LCCULUIIKCL2313/脱谐度：脱谐度：K11 过补偿过补偿11.5 工频电压升高工频电压升高一一. 空载长线的电容效应空载长线的电容效应TCsL2TL)(tesR2TL2TR2TRCLERRUILUCUIjXIjXIRUUUECLCLR一般一般R要比要比XL、XC小得多，而工小得多，而工频下空载线路的频下空载线路的XC比比XL大大LURUEICUEUC二二. 不对称短路引起的工频电

12、压升高不对称短路引起的工频电压升高2131010210XXXXXXK接地系数接地系数K表示单相接地故障表示单相接地故障时健全相的最高对时健全相的最高对地工频电压有效值地工频电压有效值与无故障时对地电与无故障时对地电压有效值之比。压有效值之比。中性点绝缘，中性点绝缘，X0取决于线路容抗，呈负值，取决于线路容抗，呈负值，健全相上工频电压升高约为健全相上工频电压升高约为1.1Un110%避雷器避雷器中性点经消弧线圈接地，过补偿下中性点经消弧线圈接地，过补偿下X0为很大为很大正值，健全相上工频电压升高接近正值，健全相上工频电压升高接近Un100%避雷器避雷器中性点直接接地，中性点直接接地，X0为为不大

13、正值，为为不大正值，健全相上工频电压升高不大于健全相上工频电压升高不大于0.8Un80%避雷器避雷器三三. 突然甩负荷引起的工频电压升高突然甩负荷引起的工频电压升高四四. 限制工频电压升高的措施限制工频电压升高的措施在在220kV及以下系统中，不需要采取特殊措施，在及以下系统中，不需要采取特殊措施，在330500kV超高压电网中，采用并联电抗器或静止补超高压电网中，采用并联电抗器或静止补偿装置偿装置当输电线路在传输较大容量时，断路器因某种原因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

14、频电压升高。列机电暂态过程，造成工频电压升高。11.6 谐振过电压谐振过电压一一. 谐振类型谐振类型1. 线性谐振线性谐振2. 参数谐振参数谐振3. 铁磁谐振铁磁谐振二二. 铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压CuEICLLUICUC1基波谐振：基波谐振：IoUE1a2a3a)(IUC)(IUL)(IUPPI1a1a 1111aaIUEaaI1111aaIUEaaI 1a为稳定点为稳定点mU当当 ， CL1CLUUU当当 ， CL1LCUUU回路平衡方程：回路平衡方程：LCUUUE三个平衡点三个平衡点： ， ， 1a2a3a非谐振稳定点非谐振稳定点非稳定点非稳定点谐振稳定点谐振稳定点从从 的方式（谐振的产生）：的方式（谐振的产生）：31aa 他激：他激：mUE 电路只能工作在电路只能工作在 只有电感受到巨大冲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击扰动，如合闸的巨大涌流和巨大的短路电流，工作点转到路电流，工作点转到 1a3a自激：自激：mUE 工作点在工作点在 3a线性与非线性谐振比较：线性与非线性谐振比较： 条件条件 产生产生 谐振谐振 频率频率 限制限制线线性性与电源大小与电源大小无关，由参无关，由参数配合产生数配合产生 基波基波 回路电阻回路电阻非非线线性性 时时要有激发，要有激发，激发后能自激发后能自保