过电压保护原理及防护措施

1、. 过电压保护原理及防护措施过电压保护原理及防护措施 （天津继电保护培训班（天津继电保护培训班 2011.7.282011.7.28） 广州石化广州石化 黎德初黎德初 02062121159 1330220883302062121159. 过电压保护原理及防护措施过电压保护原理及防护措施 今天讲的过电压原理及防护措施这一节课，实际上是大学今天讲的过电压原理及防护措施这一节课，实际上是大学电力专业所学的电力专业所学的“高电压技术高电压技术”这门课程的主要内容，利用一这门课程的主要内容，利用一个上午的时间，主要帮助大家恢复和重新建立对电力系统过电个上午的时间，主要帮助大家

2、恢复和重新建立对电力系统过电压全面系统的理解，同时希望大家有一次理论升华和再认识的压全面系统的理解，同时希望大家有一次理论升华和再认识的过程！过程！ 在实际工作中出现的一次设备的绝缘故障问题，首先要想在实际工作中出现的一次设备的绝缘故障问题，首先要想到，系统是否存在过电压，是哪一类过电压，参数配合是否合到，系统是否存在过电压，是哪一类过电压，参数配合是否合理；对于新建项目，它的各种防过电压措施和绝缘配合是否合理；对于新建项目，它的各种防过电压措施和绝缘配合是否合理。重在培养意识和观念，重点在于加强提高认识和应用方面理。重在培养意识和观念，重点在于加强提高认识和应用方面的知识，着眼于解决实际问题

3、。至于理论上的公式推导和数学的知识，着眼于解决实际问题。至于理论上的公式推导和数学模型，大家手上可常备几本参考书，便于碰到问题时查阅。同模型，大家手上可常备几本参考书，便于碰到问题时查阅。同时对于更深层次的问题，知道用什么手段和途径去解决。时对于更深层次的问题，知道用什么手段和途径去解决。 . 过电压保护原理及防护措施过电压保护原理及防护措施 1 1 明确跟过电压有关的几个重要概念明确跟过电压有关的几个重要概念2 2 对过电压的形成机理再认识对过电压的形成机理再认识3 3 对过电压知识进行系统的梳理对过电压知识进行系统的梳理4 4 结合实际结合实际, ,分析过电压的防护措施分析过电压的防护措施

4、5 5 收集整理收集整理 过电压的事故和实例过电压的事故和实例6 6 总结出一些重要结论总结出一些重要结论, ,并给出一些思考题。并给出一些思考题。 . 过电压保护原理及防护措施过电压保护原理及防护措施 目目 录录第一章第一章 前言前言 第二章第二章 内部过电压内部过电压 第一节操作过电压的成因及其特点第一节操作过电压的成因及其特点 第二节工频电压升高（工频过电压）第二节工频电压升高（工频过电压） 第三节谐振过电压的成因及其特点第三节谐振过电压的成因及其特点 -消弧线圈补偿网络的线性谐振消弧线圈补偿网络的线性谐振 -断线谐振过电压断线谐振过电压 -电压互感器因饱和谐振过电压电压互感器因饱和谐振

5、过电压 . 第三章第三章 雷电过电压雷电过电压 第一节第一节 有关雷电的一些知识有关雷电的一些知识 第二节防雷设施第二节防雷设施 第三节架空线路防雷第三节架空线路防雷 第四节变电站防雷第四节变电站防雷 第四章第四章 绝缘配合原则绝缘配合原则 总结总结 参考书参考书. 第一章第一章 前前 言言 1 1 什么是电力系统的过电压什么是电力系统的过电压? ? 2 2 电力系统的过电压是怎样产生的电力系统的过电压是怎样产生的? ? 3 3 电力系统过电压的分类电力系统过电压的分类? ? .1 1 什么是电力系统的过电压什么是电力系统的过电压? ? 超过电力系统最高工作电压超过电力系统最高工作电压(Um)

6、(Um)称为称为电力系统的过电压。电力系统的过电压。 两层意思两层意思 这里讲的电力系统最高工作电压，这里讲的电力系统最高工作电压，是指各个电压等级的最高电压是指各个电压等级的最高电压UmUm ； 各个电压等级的最高电压各个电压等级的最高电压UmUm，同，同该等级的额定电压有对应关系；该等级的额定电压有对应关系；. Um Um ：对于研究过电压问题，是一个很重：对于研究过电压问题，是一个很重要的参数和符号。要的参数和符号。 几个电压的关系几个电压的关系 系统标称电压系统标称电压U UN N 线路额定电压线路额定电压 同步发电机额定电压同步发电机额定电压 降压变一二次绕组额定电压降压变一二次绕组

7、额定电压 升压变一二次绕组额定电压升压变一二次绕组额定电压 电力系统最高工作电压电力系统最高工作电压(Um)(Um). -系统标称电压系统标称电压( kV )( kV )0.38 3 6 l0 15 20 350.38 3 6 l0 15 20 35 66 110 220 330 500 750 66 110 220 330 500 750 将超过将超过220220 kVkV的系统成为超高压电力系统的系统成为超高压电力系统 -线路额定电压线路额定电压 线路额定电压线路额定电压跟系统标称电压完全相同跟系统标称电压完全相同 . -发电机的额定电压发电机的额定电压 发电机的额定电压（发电机的额定电压

8、（kVkV），一般比直配线），一般比直配线路（路（3 6 l03 6 l0）额定电压高）额定电压高 5 % 5 % 3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 17 3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 17 （20 22 24 2620 22 24 26） 大容量的发电机（超过大容量的发电机（超过100MW100MW），接入系），接入系统方式为发电机统方式为发电机- -变压器组的接线方式，其额变压器组的接线方式，其额定电压为定电压为1 3.8 kV1 3.8 kV及以上，同系统和厂用电及以上，同系统和厂用电连接都有变压器隔离，分析过电压问题和角连接都有变压器隔离，分析过电压

9、问题和角度有所不同。度有所不同。 . -降压变压器降压变压器 对于降压变压器一次绕组的额定电对于降压变压器一次绕组的额定电压，与相连线路的额定电压相同。压，与相连线路的额定电压相同。 发电厂厂用降压变压器，一次绕组的发电厂厂用降压变压器，一次绕组的额定电压与发电机额定电压相同额定电压与发电机额定电压相同 降压变压器二次绕组的额定电压，需降压变压器二次绕组的额定电压，需要比所连接的系统标称电压高要比所连接的系统标称电压高1010 两个原因两个原因 正常运行时降压变二次电压较线路高正常运行时降压变二次电压较线路高5% 5% 额定负载下降压变内部的电压降约为额定负载下降压变内部的电压降约为5%5%.

10、 -升压变压器升压变压器 升压变压器一次绕组的额定电压，与发电升压变压器一次绕组的额定电压，与发电机额定电压相同机额定电压相同 升压变压器二次绕组的额定电压，需要比升压变压器二次绕组的额定电压，需要比所连接的系统标称电压高所连接的系统标称电压高1010 原因同降压变压器二次绕组的额定电压原因同降压变压器二次绕组的额定电压.我国各种电压等级使用情况如下我国各种电压等级使用情况如下 3 3 、6kV 6kV 用于发电厂厂用电和配用于发电厂厂用电和配电网电压。电网电压。 10kV10kV广泛用于配电网电压。广泛用于配电网电压。 35 35 、66kV66kV为大城市、大工业企业为大城市、大工业企业内

11、部的配电网和农村输电网电压。内部的配电网和农村输电网电压。 110110、220kV220kV用于电网主干输电线用于电网主干输电线电压。电压。.330 330 、 500 kV 500 kV 用于大电网主网用于大电网主网网架电压。网架电压。500 500 （包括直流输电）、（包括直流输电）、 750kV 750kV 用于系统之间联络线。用于系统之间联络线。 其中其中330 750kV330 750kV为西北电网所特有为西北电网所特有 我国已经建成我国已经建成1000kV1000kV交流交流、800kV800kV直流的特高压输电线路的示范工程。直流的特高压输电线路的示范工程。 .系统标称电压同最

12、高工作电压对应关系为：系统标称电压同最高工作电压对应关系为： （ UN Um kV）UN 3 6 10 15 20 35 66 110 220 Um 3.6 7.2 12 18 24 40.5 72.5 126 252系统最高工作电压系统最高工作电压UmUm是很重要的参数和指标是很重要的参数和指标, ,研究过电压问题时经常要用到。研究过电压问题时经常要用到。 请牢记各个电压等级的最高工作电压请牢记各个电压等级的最高工作电压UmUm！ 过电压的概念过电压的概念 系统中的运行电压，如超过该电压等级系统中的运行电压，如超过该电压等级下相对应的下相对应的UmUm，称为过电压。，称为过电压。. 2 2

13、过电压的产生过电压的产生 过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象，电力系统中电路状态或电磁状态的突然变化是产电力系统中电路状态或电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。生过电压的根本原因。 过电压分为外过电压和内过电压两大类。研过电压分为外过电压和内过电压两大类。研究电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，究电力系统中各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。有重要意义。 制造厂商的电工设

14、备绝缘水平必须保证：制造厂商的电工设备绝缘水平必须保证： 长期耐受工作电压的考验；长期耐受工作电压的考验； 必须能够承受在一定时间内的一定幅度过电必须能够承受在一定时间内的一定幅度过电压冲击；压冲击；. 3 3 过电压的分类过电压的分类 直击雷过电压直击雷过电压 雷电过电压雷电过电压 雷击感应过电压雷击感应过电压 雷电波侵入过电压雷电波侵入过电压 雷电地电位反击过电压雷电地电位反击过电压 长线路电容效应长线路电容效应 过电压过电压 工频过电压工频过电压不接地系统发生不对称接地不接地系统发生不对称接地 甩负荷甩负荷 暂时过电压暂时过电压 线性谐振线性谐振 谐振过电压谐振过电压铁磁谐振铁磁谐振 内

15、部过电压内部过电压参数谐振参数谐振 线路合闸和重合闸过电压线路合闸和重合闸过电压 空载线路分闸过电压空载线路分闸过电压 开断并联电容补偿装置的过电压开断并联电容补偿装置的过电压 操作过电压操作过电压操作空载变压器和并联电抗器等操作空载变压器和并联电抗器等 开断高压感应电动机的过电压开断高压感应电动机的过电压 发生单相接地故障的过电压发生单相接地故障的过电压. 各类各类过电压的示意图过电压的示意图. 小结 介绍了过电压的概念，各电压等级的介绍了过电压的概念，各电压等级的最高工作电压，过电压的大概分类。最高工作电压，过电压的大概分类。 思考题：思考题： 1 1 各电压等级的最高工作电压各电压等级的

16、最高工作电压(Um)(Um)分别为多少？分别为多少？ 2 2 电力系统过电压的分类。电力系统过电压的分类。. 第二章第二章 内部过电压内部过电压 内部过电压是由于电力系统故内部过电压是由于电力系统故障障、或开关操作或开关操作、或参数配合不当而或参数配合不当而引起的电网运行状态变化，导致电引起的电网运行状态变化，导致电网中电磁能量发生转化，从而产生网中电磁能量发生转化，从而产生瞬时或持续高于电网额定允许电压瞬时或持续高于电网额定允许电压、并对电气装置可能造成威胁的电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。升高。 内部过电压分为三大类：操作过内部过电压分为三大类：操作过电压、工频过电压、谐振过电压。

17、电压、工频过电压、谐振过电压。 . 在故障或操作时瞬间发生的过电在故障或操作时瞬间发生的过电压称为操作过电压，其持续时间一压称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内；般在几十毫秒之内； 在暂态过渡过程结束以后出现的，在暂态过渡过程结束以后出现的，持续时间大于持续时间大于0.10.1秒甚至数小时的持秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。续性过电压称为暂时过电压。 暂时过电压又可以分为工频过电压暂时过电压又可以分为工频过电压和谐振过电压。和谐振过电压。. 电力系统内部的过电压主要有：电力系统内部的过电压主要有：（1 1）操作过电压：由于断路器操作）操作过电压：由于断路器操作（或出现故障保护

18、动作引起）的过（或出现故障保护动作引起）的过电压。电压。 （2 2）工频过电压：由于电网运行方式）工频过电压：由于电网运行方式的突然改变，引起某些电网工频电的突然改变，引起某些电网工频电压的升高。压的升高。（3 3）谐振过电压：由系统电感和电容）谐振过电压：由系统电感和电容组成的谐振回路引起的过电压。组成的谐振回路引起的过电压。.电力系统的过电压值：电力系统的过电压值： （1 1）相对地暂时过电压和操作过电）相对地暂时过电压和操作过电压的标么值：压的标么值： 工频过电压工频过电压1.0p.u.= Um/3； 谐振过电压和操作过电压谐振过电压和操作过电压1.0p.u.=2Um/3 .（2 2）系

19、统的工频过电压水平）系统的工频过电压水平 线路断路器的变电所侧线路断路器的变电所侧 1.3p.u.1.3p.u. 线路断路器的线路侧线路断路器的线路侧 1.4p.u.1.4p.u.对对110kV110kV及及220kV220kV系统系统工频过电压一般不超过工频过电压一般不超过1.3p.u.1.3p.u.；3kV3kV10kV10kV系统一般不超过系统一般不超过1.13p.u1.13p.u35kV35kV66kV66kV系统，一般分别不超过系统，一般分别不超过1.13p.u1.13p.u和和3p.u3p.u。. （3 3）系统的操作过电压水平）系统的操作过电压水平 110-220kV110-22

20、0kV中性点直接接地：中性点直接接地：3.0p.u.3.0p.u. 66kV 66kV及以下中性点不接地：及以下中性点不接地：3.5p.u3.5p.u 消弧线卷接地：消弧线卷接地：3.2p.u3.2p.u 电阻接地：电阻接地：2.5p.u2.5p.u. 第一节操作过电压第一节操作过电压 几种描述几种描述( ( E= Ldi/dt)：-所谓操作过电压是指当断路器、刀闸进行所谓操作过电压是指当断路器、刀闸进行操作或发生系统故障时操作或发生系统故障时, ,电力系统从一种电力系统从一种稳定工作状态通过振荡转变到另一种稳定稳定工作状态通过振荡转变到另一种稳定工作状态的过渡过程中所产生的暂态性质工作状态的

21、过渡过程中所产生的暂态性质的过电压。的过电压。-电流通过导体时在其周围建立一个磁场电流通过导体时在其周围建立一个磁场, ,将能量储存起来将能量储存起来, ,当电流断开或接通时当电流断开或接通时( (特特别是当导线较长或者切合感性负载、开断别是当导线较长或者切合感性负载、开断容性负载时容性负载时),),磁场的能量将急速释放磁场的能量将急速释放, ,形形成瞬态过电压。成瞬态过电压。.-投切设备或切换线路引起的动态过投切设备或切换线路引起的动态过电压，是指在电网中电压，是指在电网中, ,有大量的电感有大量的电感电能贮能元件电能贮能元件, ,用开关接通或切断电用开关接通或切断电路时、发生故障性短路或断

22、路时路时、发生故障性短路或断路时, ,均均将引起动态过电压。将引起动态过电压。-是电磁能量发生振荡的过渡过程。是电磁能量发生振荡的过渡过程。. 操作过电压，由于进行断路操作过电压，由于进行断路 器操作或发器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短，生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短，是毫秒级暂态过程的过压。是毫秒级暂态过程的过压。常见的有：常见的有： -切除空载线路过电压切除空载线路过电压 -空载线路合闸和重合闸过电压空载线路合闸和重合闸过电压 -切断空载变压器过电压切断空载变压器过电压 -切断电动机等电感性负载的过电压切断电动机等电感性负载的过电压 -弧光接地过电压弧光接地过电压

23、-切除电容器过电压切除电容器过电压 -其他操作过电压其他操作过电压. 1.1.切除空载线路时的过电压切除空载线路时的过电压 切断空载线路或并联电容器组时，可能引切断空载线路或并联电容器组时，可能引起起“电感电感- -电容电容”回路振荡过程，引起过电压，回路振荡过程，引起过电压，产生电弧重燃，引起电气设备的多次绝缘闪产生电弧重燃，引起电气设备的多次绝缘闪络或击穿事故。络或击穿事故。 用开关切除空载线路时，可能在线路或母用开关切除空载线路时，可能在线路或母线侧出现危险的过电压。在工频条件下，由线侧出现危险的过电压。在工频条件下，由于，空载线路表现为一个等值的电容负荷，于，空载线路表现为一个等值的电

24、容负荷，所以切除空载长线时产生的过电压与切除电所以切除空载长线时产生的过电压与切除电容器组时产生的过电压性质完全相同。容器组时产生的过电压性质完全相同。. 切除空载线路过电压：切除空载线路过电压：空载线路属于电容性负载。由空载线路属于电容性负载。由于切断过程中交流电弧的重燃而引于切断过程中交流电弧的重燃而引起更剧烈的电磁振荡起更剧烈的电磁振荡, ,使线路出现过使线路出现过电压。其原理如图所示。电压。其原理如图所示。t t1 1时刻工时刻工频电流熄灭，此时线路仍保持残余频电流熄灭，此时线路仍保持残余电压电压U Uc cE Em m；.t t2 2-t-t3 3时高频电弧第一次重燃又熄灭，时高频电

25、弧第一次重燃又熄灭，使线路电压经过振荡达到使线路电压经过振荡达到-3E-3Em m；t t4 4-t-t5 5时时电弧第二次重燃并熄灭，使线路电压达电弧第二次重燃并熄灭，使线路电压达到到5E5Em m。如此推演。如此推演, ,直至电弧不再重燃、直至电弧不再重燃、电流最终切断为止。切除电容器等其他电流最终切断为止。切除电容器等其他电容性负载，都会因电弧重燃而引起上电容性负载，都会因电弧重燃而引起上述过程的述过程的 . . 电弧重燃具有强烈的统计性，电弧重燃具有强烈的统计性， 过电压幅值过电压幅值= =稳态值稳态值+ +（稳态值（稳态值- -初始值初始值 稳态值稳态值=E=Em m, ,初始值初始

26、值=- E=- Em m, , t t3 3时刻的过电压幅值时刻的过电压幅值 = E= Em m+E+Em m -（- E- Em m）=3 E=3 Em m以此类推，以此类推， t t5 5时刻的过电压幅值为时刻的过电压幅值为5 E5 Em m. 限制措施限制措施: :改善断路器性能改善断路器性能, ,增大触头灭弧增大触头灭弧能力能力采用带并联电阻（约采用带并联电阻（约30003000 ）的开关的开关线路上装电磁式放电线路上装电磁式放电PTPT并联电抗器并联电抗器采用专门的磁吹避雷器采用专门的磁吹避雷器. 2 .2 .空载线路合闸和重合闸的过电压空载线路合闸和重合闸的过电压 系统在合闸初瞬间

27、的暂态过程中，系统在合闸初瞬间的暂态过程中，电源电压通过系统的电感和电容，电源电压通过系统的电感和电容，在回路中会发生谐振，因起过电压。在回路中会发生谐振，因起过电压。 合闸过电压有计划性合闸操作和合闸过电压有计划性合闸操作和故障后自动重合闸。故障后自动重合闸。 限制措施限制措施: :采用带并联电阻的开关采用带并联电阻的开关. 图中图中L L为电源和线路的等值电感，为电源和线路的等值电感，C C为线路为线路的等值电容的等值电容, ,e e（t t）为交流电源。当开关为交流电源。当开关 K K突然合上时，在回路中会发生以角频率突然合上时，在回路中会发生以角频率 的的 高频振荡过渡过程高频振荡过渡

28、过程, ,电容电容C C（即线路）上的电压（即线路）上的电压U UC C(t)(t)可能达到最大可能达到最大值值, ,即即=2Em,Em=2Em,Em为交流电源电压幅值。如为交流电源电压幅值。如果合闸前电容果合闸前电容C C上还有初始电压上还有初始电压, ,合闸后合闸后振荡过程中的过电压振荡过程中的过电压 还可能达到还可能达到3Em,3Em,线路自动重合闸时就会有这种情况。线路自动重合闸时就会有这种情况。 . . 3 3 .切除空载变压器引起的过电压切除空载变压器引起的过电压 切除空载变压器是电网中常见的一种操切除空载变压器是电网中常见的一种操作形式。在正常运行的情况下，空载变压作形式。在正常

29、运行的情况下，空载变压器表现为一个励磁电感（它的漏感较小得器表现为一个励磁电感（它的漏感较小得多，可以忽略），因此切除空载变压器也多，可以忽略），因此切除空载变压器也即是切除电感负载。即是切除电感负载。 切除电动机、电抗器时，开关中的电感切除电动机、电抗器时，开关中的电感电流突然被切断，电感中储存的磁能将在电流突然被切断，电感中储存的磁能将在被切除的电器和开关上引起过电压。被切除的电器和开关上引起过电压。 限制措施限制措施: :采用带并联电阻的开关或高采用带并联电阻的开关或高性能的开关。性能的开关。 . 变压器是电感性负载变压器是电感性负载, ,同时对地还有等同时对地还有等值电容。当断路器值电

30、容。当断路器K K突然切断电流时突然切断电流时, ,电电流变化率流变化率 甚大甚大, ,使变压器上产生甚高使变压器上产生甚高的感应过电压的感应过电压 。电流切断以后。电流切断以后, ,变压变压器中残余的电磁能器中残余的电磁能 又向对地电容又向对地电容C C充电，形成振荡过程，因而出现过电压充电，形成振荡过程，因而出现过电压, ,称为截流过电压。其波形如图所示。断称为截流过电压。其波形如图所示。断路器操作切除其他电感性负载也会出现路器操作切除其他电感性负载也会出现类似的过电压。类似的过电压。 . 4.4.切断电动机等电感性负载的过电压切断电动机等电感性负载的过电压 真空断路器切断变压器、电动机真

31、空断路器切断变压器、电动机等感性负载时，将产生操作过电压。等感性负载时，将产生操作过电压。这是因为真空断路器优越的绝缘性这是因为真空断路器优越的绝缘性能在电弧电流过零点前就被强行切能在电弧电流过零点前就被强行切断，引起线路产生感应过电压，同断，引起线路产生感应过电压，同时在感性负载与分布电容之间发生时在感性负载与分布电容之间发生高频振荡，使得电动机等电感性负高频振荡，使得电动机等电感性负载端部产生过电压。载端部产生过电压。 . 由于电感电流不在零点时被迫截由于电感电流不在零点时被迫截断，在电感电路中电流突变会感应断，在电感电路中电流突变会感应很高电压，其过电压值与截留值有很高电压，其过电压值与

32、截留值有关，有数值显示这种电感电路中的关，有数值显示这种电感电路中的操作过电压可达操作过电压可达7 7倍额定值以上，如倍额定值以上，如果电动机在起动时断路器跳闸果电动机在起动时断路器跳闸, ,此时此时过电压倍数更高。过电压倍数更高。 . . 5 .5 .弧光接地过电压弧光接地过电压 在中性点不接地系统中发生单相接地在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，各相的相电压升高，则流过故障故障时，各相的相电压升高，则流过故障点的接地电流也随着增加，许多暂时性的点的接地电流也随着增加，许多暂时性的单相弧光接地故障往往能自行熄灭，在接单相弧光接地故障往往能自行熄灭，在接地电流不大的系统中，不会产生稳定的电

33、地电流不大的系统中，不会产生稳定的电弧，这种间歇性的电弧引起系统运行方式弧，这种间歇性的电弧引起系统运行方式瞬息变化，导致多次重复性电磁振荡，在瞬息变化，导致多次重复性电磁振荡，在无故障相和故障相上产生严重的弧光过电无故障相和故障相上产生严重的弧光过电压。压。 限制措施限制措施: :采用消弧线圈接地或电阻接地采用消弧线圈接地或电阻接地方式。方式。 . 6. .切除电容器过电压切除电容器过电压 多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电容进行充电而产生的。燃，电源多次向电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的在真空断路器切断电流的过程中

34、，触头的一侧为工频电源，另一侧为一侧为工频电源，另一侧为LCLC回路充放电回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高，就会发生第断路器的恢复电压就会升高，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压。升高，致使产生多次重燃过电压。.7.7.其他形式的

35、操作过电压其他形式的操作过电压操作刀闸引起的过电压操作刀闸引起的过电压二次回路的操作过电压二次回路的操作过电压 重点介绍二次回路的操作过电压重点介绍二次回路的操作过电压.二次回路的操作过电压二次回路的操作过电压 产生的原因：产生的原因： 一是分布电容的传递作用，二次回路突然切一是分布电容的传递作用，二次回路突然切断电感电路的电流时，所产生的操作过电断电感电路的电流时，所产生的操作过电压，一方面会通过触点间的电弧传入直流压，一方面会通过触点间的电弧传入直流系统，另一方面原来线圈的磁场能量会转系统，另一方面原来线圈的磁场能量会转换成分布电容的电场能量。换成分布电容的电场能量。其次，磁场的耦合作用也

36、会传递过电压，过其次，磁场的耦合作用也会传递过电压，过电压器具的振荡电流产生交变磁场，有部电压器具的振荡电流产生交变磁场，有部分磁力线与受干扰回路耦合，在其中产生分磁力线与受干扰回路耦合，在其中产生感应电势，这是由磁场耦合而传递过电压感应电势，这是由磁场耦合而传递过电压的。的。 .第三，控制回路常采用多芯电缆，缆第三，控制回路常采用多芯电缆，缆芯平行且靠得很近，静电互感系数芯平行且靠得很近，静电互感系数比较大，而磁力线绝大部分集中在比较大，而磁力线绝大部分集中在断路器、继电器、跳合闸线圈等铁断路器、继电器、跳合闸线圈等铁心线圈回路中，与之相比缆芯之间心线圈回路中，与之相比缆芯之间交链的磁力线很

37、少，互感系数较小。交链的磁力线很少，互感系数较小。因此，操作过电压比感应电压大得因此，操作过电压比感应电压大得多，这也说明过电压主要是通过分多，这也说明过电压主要是通过分布电容进行传递。布电容进行传递。 . 二次回路操作过电压的危害二次回路操作过电压的危害 当电网发生事故跳闸或停电操作时，突当电网发生事故跳闸或停电操作时，突然切断二次回路电感的电流时会产生过电压。然切断二次回路电感的电流时会产生过电压。在开关断开过程中，触点间的距离尚未到达足在开关断开过程中，触点间的距离尚未到达足够大时就已经被击穿，高电压进入直流操作电够大时就已经被击穿，高电压进入直流操作电源系统，电压承受水平较低的半导体器

38、件就会源系统，电压承受水平较低的半导体器件就会受到不同程度的破坏及影响。因为半导体器件受到不同程度的破坏及影响。因为半导体器件的过电压承受水平较低，反应灵敏，会造成损的过电压承受水平较低，反应灵敏，会造成损坏或无法正常工作。坏或无法正常工作。PLCPLC输出及仪表输出至电气接点耐压水平输出及仪表输出至电气接点耐压水平 对电磁元件影响不大，因为其绝缘水平对电磁元件影响不大，因为其绝缘水平较高，并且其动作过程有一定的惰性，所以不较高，并且其动作过程有一定的惰性，所以不会造成误动作影响正常工作。会造成误动作影响正常工作。 . 防范措施防范措施 a a线圈两端并联非线性电阻线圈两端并联非线性电阻 二极

39、管是常用的非线性电阻。为防二极管是常用的非线性电阻。为防止操作时的过电压，常用方法是在线圈止操作时的过电压，常用方法是在线圈两端并联一个非线性电阻，当突然切断两端并联一个非线性电阻，当突然切断电感电路的电流时，往往会产生较大的电感电路的电流时，往往会产生较大的反电势，由于并联二极管，反电势通过反电势，由于并联二极管，反电势通过二极管被短路，线圈中的自由分量电流二极管被短路，线圈中的自由分量电流是按指数形式衰减。线圈的端电压等于是按指数形式衰减。线圈的端电压等于二极管的压降，其值远小于电源电压。二极管的压降，其值远小于电源电压。这样，二极管就能消除振荡过电压的产这样，二极管就能消除振荡过电压的产

40、生。但这种办法不适用于交流电路。生。但这种办法不适用于交流电路。 . b b 线圈两端并联阻容支路线圈两端并联阻容支路 这种办法不仅适用于直流电路也适用于这种办法不仅适用于直流电路也适用于交流电路。其结线方式是把阻容支路并联在线圈交流电路。其结线方式是把阻容支路并联在线圈两端。在增加的并联支路所组成的回路中，电阻两端。在增加的并联支路所组成的回路中，电阻被调整到临界值，因而当开关切断载流线圈电流被调整到临界值，因而当开关切断载流线圈电流时不产生振荡。另一方面，由于两支路的时间常时不产生振荡。另一方面，由于两支路的时间常数相等，因而不管总电流随时间如何变化，两支数相等，因而不管总电流随时间如何变

41、化，两支路中的自由电流分量总是大小相等，方向相反。路中的自由电流分量总是大小相等，方向相反。电源支路中自由电流分量等于零，也就是说，当电源支路中自由电流分量等于零，也就是说，当开关切断线圈电流时，线圈两端的电压为零。所开关切断线圈电流时，线圈两端的电压为零。所以这种结线方式，不仅可消除操作过电压，同时以这种结线方式，不仅可消除操作过电压，同时也消除了在切断感性负载时，开关触点间产生的也消除了在切断感性负载时，开关触点间产生的电弧及火花。电弧及火花。 . c c 采用具有金属屏蔽层的电缆采用具有金属屏蔽层的电缆（总屏和分屏电缆）（总屏和分屏电缆） 当二次回路中的电缆靠得比较近时，一当二次回路中的

42、电缆靠得比较近时，一根电缆的高频电压，会通过分布电容传递到附根电缆的高频电压，会通过分布电容传递到附近另一根电缆缆芯上，为减少过电压的传递，近另一根电缆缆芯上，为减少过电压的传递，最好采用有金属屏蔽层的电缆，并将屏蔽层在最好采用有金属屏蔽层的电缆，并将屏蔽层在电缆两端分别接地，从而使操作过电压的磁力电缆两端分别接地，从而使操作过电压的磁力线绝大部分集中在屏蔽层，不会进入电缆内部，线绝大部分集中在屏蔽层，不会进入电缆内部，从而避免了过电压的传递。从而避免了过电压的传递。 如果电缆没有金属屏蔽层时，将电缆内如果电缆没有金属屏蔽层时，将电缆内备用缆芯接地，同样也能起到减少操作过电压备用缆芯接地，同样

43、也能起到减少操作过电压传递的效果。传递的效果。 在采取防止操作干扰过电压的措施时，在采取防止操作干扰过电压的措施时，同时还应注意不能影响装置的正常工作。同时还应注意不能影响装置的正常工作。 . 小结小结-操作过电压操作过电压 原因：操作过电压是由于故障和断原因：操作过电压是由于故障和断路器操作引起的过渡过程过电压。路器操作引起的过渡过程过电压。由于由于“操作操作”，使电力系统中的电，使电力系统中的电容电感的贮能元件的工作状态发容电感的贮能元件的工作状态发生了变化，从而导致电磁能量在电生了变化，从而导致电磁能量在电容电感间的振荡，在振荡的过渡容电感间的振荡，在振荡的过渡过程中，产生了数倍于电源电

44、压的过程中，产生了数倍于电源电压的操作过电压。操作过电压。 特点：操作过电压具有幅值高特点：操作过电压具有幅值高存在高频振荡强阻尼持续时间存在高频振荡强阻尼持续时间短暂态过程它的发生有一定的短暂态过程它的发生有一定的随机性等特点。随机性等特点。 . 由于操作过电压的能量来自系统由于操作过电压的能量来自系统本身，所以过电压的幅值与额定电本身，所以过电压的幅值与额定电压存在一定的倍数关系。系统的标压存在一定的倍数关系。系统的标称电压愈高，操作过电压幅值愈高，称电压愈高，操作过电压幅值愈高，但其过电压倍数愈低。但其过电压倍数愈低。 对于对于220kV220kV及以下系统，通常电及以下系统，通常电气设

45、备的绝缘结构设计容许承受气设备的绝缘结构设计容许承受3-43-4倍的过电压，只要选择设备符合绝倍的过电压，只要选择设备符合绝缘配合的原则，一般不必采取专门缘配合的原则，一般不必采取专门的限制措施。的限制措施。 . 在中性点直接接地的系统中，在中性点直接接地的系统中，常见的操作过电压有：合、分闸空常见的操作过电压有：合、分闸空载线路过电压，切除空载变压器过载线路过电压，切除空载变压器过电压，解列过电压等。电压，解列过电压等。 在中性点不接地系统中，有单相在中性点不接地系统中，有单相弧光接地过电压，投、切电容器过弧光接地过电压，投、切电容器过电压，开断电动机过电压等。电压，开断电动机过电压等。.

46、第二节第二节 工频过电压工频过电压 由于电网运行方式的突然改变，由于电网运行方式的突然改变，引起某些电网工频电压的升高。引起某些电网工频电压的升高。工频电压升高包括：工频电压升高包括： 1 1）突然甩负荷引起的工频电压）突然甩负荷引起的工频电压升高升高 2 2）长线路空载末端的电压升高）长线路空载末端的电压升高 3 3）系统不对称短路时的电压升）系统不对称短路时的电压升高高 4) 4) 解环操作引起的过电压解环操作引起的过电压 . 1.1.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 发电机电枢反应的变化引起的工频电发电机电枢反应的变化引起的工频电压升高压升高 （1 1）一般系统所

47、带的是感性负荷，感性）一般系统所带的是感性负荷，感性负荷的电流对发电机起去磁的电枢反应，负荷的电流对发电机起去磁的电枢反应，当系统突然甩掉负荷时，这个去磁的电枢当系统突然甩掉负荷时，这个去磁的电枢反应也随之消失，但根据磁链守恒原理，反应也随之消失，但根据磁链守恒原理，穿过励磁绕组的磁通来不及变化，故发电穿过励磁绕组的磁通来不及变化，故发电机端电压将升高到机端电压将升高到 。 （2 2）甩掉感性负荷的长线路呈容性，容）甩掉感性负荷的长线路呈容性，容性的电流又对发电机起助磁的电枢反应。性的电流又对发电机起助磁的电枢反应。dE. （3 3）发电机转速上升引起的工频电压升）发电机转速上升引起的工频电压

48、升高。发电机突然甩负荷后，由于发电机的高。发电机突然甩负荷后，由于发电机的调速器及调压器来不及起作用，发电机的调速器及调压器来不及起作用，发电机的转速将要上升，而电压几乎随着转速的上转速将要上升，而电压几乎随着转速的上升成正比增加。升成正比增加。 母线及输电线上的电压，由于突然母线及输电线上的电压，由于突然甩负荷，可达额定值的甩负荷，可达额定值的1.21.21.31.3倍。当线倍。当线路电容较大时，此值还可能更高。这种电路电容较大时，此值还可能更高。这种电压上升时间约为几分之一秒，但实际上受压上升时间约为几分之一秒，但实际上受机组调压器、调速器以及变压器、发电机机组调压器、调速器以及变压器、发

49、电机磁饱和的限制，实际电压上升视具体情况磁饱和的限制，实际电压上升视具体情况而定。而定。. 发电机突然甩负荷引起的过电压跟发电机突然甩负荷引起的过电压跟以下因素有关：以下因素有关：断路器跳闸前送出的负荷大小；断路器跳闸前送出的负荷大小；空载长线路的电容效应；空载长线路的电容效应；发电机励磁调节及电压调整器的特发电机励磁调节及电压调整器的特性；性；原动机的调速特性及制动设备性能；原动机的调速特性及制动设备性能；. 2.2.空载线路末端的电压升高空载线路末端的电压升高 当输电线路空载运行及线路末端带当输电线路空载运行及线路末端带电容器空载运行，空载线路末端电压比电容器空载运行，空载线路末端电压比首

50、端要高，这也就是常说的长线路的电首端要高，这也就是常说的长线路的电容效应。这是由于长线路是由许多串联容效应。这是由于长线路是由许多串联的的LCLC回路组成，愈往终端电压愈高。回路组成，愈往终端电压愈高。 电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则规定，线路规定，线路末端电压不能超过系统额定电压的末端电压不能超过系统额定电压的1.151.15倍，持续时间不应大于倍，持续时间不应大于20min20min，因此，在，因此，在给线路充电时，必须估算可能产生的过给线路充电时，必须估算可能产生的过电压，当可能产生的过电压超过允许值电压，当可能产生的过电压超过允许值时，要采取相应措施。时，要采取相应措施。 .

51、 对于石化企业工频电压升高问题，对于石化企业工频电压升高问题，主要考虑：长电缆线路空载充电、避免主要考虑：长电缆线路空载充电、避免带电容器充电、避免由受电端向电缆线带电容器充电、避免由受电端向电缆线路反充电等带来的过电压问题。路反充电等带来的过电压问题。. 3.3.不对称短路时的电压升高不对称短路时的电压升高 在发生不对称短路时，非故障相电压将在发生不对称短路时，非故障相电压将升高。升高。 当中性点接地系统发生单相接地当中性点接地系统发生单相接地故障时，非故障相的电压升高一般不超过故障时，非故障相的电压升高一般不超过1.31.31.41.4倍相电压的数值。倍相电压的数值。 当中性点不接当中性点

52、不接地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故地或经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，非故障相的电压升高达障时，非故障相的电压升高达1.731.73倍相电倍相电压的数值。利用对称分量法，通过时序网压的数值。利用对称分量法，通过时序网络方便的进行分析（有专业书详细介绍）络方便的进行分析（有专业书详细介绍）. 应避免在应避免在110kV110kV及及220kV220kV有效接地系统有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压。对可能形成这种局部系统、的工频过电压。对可能形成这种局部系统、低压侧有电源的低压侧有电源的110kV110kV及及220kV2

53、20kV变压器不接变压器不接地的中性点应装设间隙放电及其保护。因地的中性点应装设间隙放电及其保护。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相动作；系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选接地故障时间隙不应动作。间隙距离的选择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电择除应满足这两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的要求。的要求。.4.4.解环操作过电压解环操作过电压 电磁环网的解列操作，会由于潮流电磁环网的解列操作，会由于潮流的变化，导致无功分布的变

54、化，可能的变化，导致无功分布的变化，可能会引起过电压。会引起过电压。 另外：由于变压器档位调节不当另外：由于变压器档位调节不当、电容器过量投入电容器过量投入、发电机无功调节过发电机无功调节过调或强行励磁时间长等都会引起运行调或强行励磁时间长等都会引起运行电压升高，在运行中是尽量避免的。电压升高，在运行中是尽量避免的。.小结小结-工频过电压工频过电压 由于断路器操作或发生短路故由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。出现的过电压。 运行方式突然改变而导致的相运行方式突然改变而导

55、致的相对缓慢变化的过渡过程，持续时间对缓慢变化的过渡过程，持续时间较长，衰减过程较慢，故又称工频较长，衰减过程较慢，故又称工频电压升高。常见的工频过电压有突电压升高。常见的工频过电压有突然甩负荷、长线路空载、系统不对然甩负荷、长线路空载、系统不对称短路等称短路等几种形式。几种形式。 . 工频电压升高一般不会对系统工频电压升高一般不会对系统中正常设备造成直接的绝缘损伤，中正常设备造成直接的绝缘损伤，但在工频电压发生之前，往往发生但在工频电压发生之前，往往发生了操作过电压，两者的叠加使得操了操作过电压，两者的叠加使得操作过电压的数值很大，因此需认真作过电压的数值很大，因此需认真研究。研究。 例如：

56、发电机运行中跳闸，长空例如：发电机运行中跳闸，长空载线路送电都伴随上述两种过电压载线路送电都伴随上述两种过电压. 思考题：思考题： 发电机经升压变接入发电机经升压变接入110kV 110kV 系统，厂用系统，厂用电接入升压变低压侧。电接入升压变低压侧。 当升压变当升压变110kV110kV侧跳侧跳闸出现发电机甩负荷时，发电机端电压是怎闸出现发电机甩负荷时，发电机端电压是怎样变化的？样变化的？ .第三节第三节 谐振过电压谐振过电压 在额定频率和电压下，电力系统中变在额定频率和电压下，电力系统中变压器、发电机、导线电感的漏感，均基本压器、发电机、导线电感的漏感，均基本恒定，可认为这些参数是线性的。

57、同时发恒定，可认为这些参数是线性的。同时发电机和变压器的励磁电感（铁芯电感）与电机和变压器的励磁电感（铁芯电感）与磁通密度的大小有关，在额定工况下绕组磁通密度的大小有关，在额定工况下绕组的励磁电感也是线性的。的励磁电感也是线性的。 当系统的频率电压异常或发生励磁涌当系统的频率电压异常或发生励磁涌流时，铁芯趋于饱和，电感呈现出非线性。流时，铁芯趋于饱和，电感呈现出非线性。它们和系统中的电容元件组成许多复杂的它们和系统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路，可能激发起持续时间较长的谐振荡回路，可能激发起持续时间较长的谐振过电压。振过电压。 谐振过电压有：谐振过电压有：线性谐振、参数谐振、铁磁谐振三种类

58、型。线性谐振、参数谐振、铁磁谐振三种类型。 . 1.1.线性谐振线性谐振 线性谐振中电路的参数是常数线性谐振中电路的参数是常数, ,不随电不随电压或电流的变化而变化，不带铁心的电感压或电流的变化而变化，不带铁心的电感元件（线路的电感、变压器的漏感）或励元件（线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁心的电感元件（消磁特性接近线性的带铁心的电感元件（消弧线圈）和系统中的电容元件形成的谐振弧线圈）和系统中的电容元件形成的谐振回路。有以下特点：回路。有以下特点：-自振频率自振频率0 0 固定。当它与电源频率相等固定。当它与电源频率相等或接近时，容易发生线性谐振。或接近时，容易发生线性谐振。-

59、当当=0 0 时，过电压只能由回路电阻来时，过电压只能由回路电阻来限制限制, ,避雷器不起作用。避雷器不起作用。. -线性谐振要求有严格的参数配合。线性谐振要求有严格的参数配合。-发生不对称短路或非全相操作时可诱发线发生不对称短路或非全相操作时可诱发线性谐振过电压性谐振过电压 例如：在有些大容量的配电变压器例如：在有些大容量的配电变压器10/0.4kV10/0.4kV空载运行时如低压侧带有电容器，空载运行时如低压侧带有电容器，很有可能产生线性谐振，进而损坏设备，很有可能产生线性谐振，进而损坏设备，这样的情形时有发生。这样的情形时有发生。 用消弧线卷进行补偿的电网，在发生单用消弧线卷进行补偿的电

60、网，在发生单相接地和切除时、及发生单相断线时，伴相接地和切除时、及发生单相断线时，伴随着不同程度的线性谐振现象。随着不同程度的线性谐振现象。. 2.2.参数谐振过电压参数谐振过电压 水轮发电机在同步运行状态下，其电水轮发电机在同步运行状态下，其电抗将在：抗将在： 之间周期性地变动。之间周期性地变动。 如果外接负载的容抗满足条件：如果外接负载的容抗满足条件： 或或 且损耗且损耗R R足够小时，就有可能在此电感足够小时，就有可能在此电感参数周期变化的震荡电路中激发起一种特参数周期变化的震荡电路中激发起一种特殊性质的参数谐振现象。殊性质的参数谐振现象。 qdxx dcqxxxqcdxxx. 另外当同