第6讲 操作过电压

1、 第6讲 操作过电压- 间歇电弧接地过电压 屠幼萍操作过电压概述 操作过电压：发生在由于“操作”引起的过渡过程操作：分（合）闸空载线路、电容器组、空载变压器、电抗 器，以及各类故障，例如接地故障、断线故障等 特点：幅值高、强阻尼、高振荡性，持续时间短 由于操作过电压的能量来源于系统本身，故其幅值与额定电压大致有一定倍数关系mphmnUUK.phmU 操作过电压概述 特点：操作过电压的幅值、持续时间与电网结构参 数，断路器性能，系统接线，操作类型等因素有关，其中很多因素具有随机性，因此过电压幅值和持续时间具有统计性 操作过电压概述过电压的变化规律： dUekUPkUUggg2)(2121)(操作

2、过电压概述 操作过电压主要类型：间歇电弧接地过电压空载变压器分闸过电压（开断电感性负载，还包括电抗器、高压电动机等）空载线路分闸过电压（开断电容性负载，还包括电容器组等）空载线路合闸过电压解列过电压 操作过电压的研究与电力系统得发展有关 操作过电压概述操作过电压的研究是与电力系统得发展联系在一起： 操作过电压概述 电压等级低的系统，操作过电压虽不是决定绝缘水平的因素。但常因间隙电弧过电压等引起事故 随着系统电压的提高，操作过电压的问题越来越突出，在超高压、特高压电网中，操作过电压对设备的绝缘选择，起到决定性的作用 操作过电压及其保护是发展特高压的主要研究课题之一 操作过电压概述 我国过电压保护

3、规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数 操作过电压概述 我国过电压保护规程规定选择绝缘时计算用操作过电压倍数 操作过电压概述 研究操作过电压方法理论分析和数值计算，在本课程教学主要是理论分析，在课程设计中，应用电磁暂态计算程序（EMTP）计算算例模拟试验、现场测试、运行纪录，暂态网络分析仪（TNA）以及先进的仪器仪表 间歇电弧接地过电压 中性点不接地电网发生单相接地不改变电源变压器三相绕组电压的对称性，接地电流一般不大非故障相电压升高，对60kV及以下的电网，绝缘上投资不会显著增加不必立即切除线路，运行人员找出故障并排除间歇电弧接地过电压xgxgCBjdUCCUIII003 30cos32 3

4、0cos30cos间歇电弧接地过电压间歇电弧接地过电压 10kV电网，l 1000km ， Ijd 30A 35kV电网，l 100km ， Ijd 10A 由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在几秒至几十秒内自行熄灭弧光接地过电压引起的事故弧光接地过电压引起的事故1、间歇电弧接地过电压的发展Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高频电流（自由）分量油中电弧可能在过渡过程中高频过零熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为高频熄弧理论，过电压值较高空气中的开放电弧大多在工频电流过零时熄弧，据此，分析间歇性电弧接地过电压的形成过程称为工频熄弧理论，过电压值较低课程中，采用工频熄

5、弧理论分析间歇性电弧接地过电压的形成过程间歇电弧接地过电压的发展 弧光接地过电压引起的事故三相电源设A相在-Um发生单相接地故障，令Um=1，健全相对地电压上升为线电压： B相： C相： 30cos3teBA30cos3teCA60costeBteAcos60costeC间歇电弧接地过电压的发展在 t = 0，对地闪络，燃弧5 . 0 10CBAUUUt，5 . 1 5 . 1 00CACABBAeUeUUt，起始值倍稳态值过电压-2间歇电弧接地过电压的发展t = t1（过半个工频周期），熄弧 5 . 1 0 1CBAUUUtt，1tt135 . 1200CCUD0CCCCCBA0DAAUeU

6、5 . 1DBBUeU5 . 1CU间歇电弧接地过电压的发展在 t = t2，（再过半个工频周期）重燃5 . 0 2 2CBAUUUtt，5 . 1 0 2CBAUUUtt，间歇电弧接地过电压的发展 间歇电弧接地过电压的发展 往后，每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，其过渡过程与上述过程完全相同非故障相的最大过电压UBm=UCm=3.5，故障相的最大过电压UAm=2弧光接地过电压在数值上看不高，正常的电器设备具有较大的绝缘裕度，能承受这种过电压间歇电弧接地过电压的发展 但是这种过电压的持续时间较长，对网内的绝缘较差的老设备、线路上存在的绝缘弱点，将存在较大的威胁，影响电网的安全运行电弧可能波及

7、非故障相导线，造成相间短路的事故跳闸2、影响过电压发展的因数 电弧熄灭和重燃过程极为复杂发生电弧部位的介质（空气、油、固体介质）外界气象条件（风、雨、湿度、温度） 这些随机因数，直接影响过电压的发展过程，因此，过电压数值具有统计性 上述分析条件是：燃弧在故障相电压为最大值，熄弧在工频电流过零时，实际情况不确定，过程极为复杂，最大为3.5，绝大数均小于3.12、影响过电压发展的因数 相间电容的影响 假设线路完全对称： 0CCCCCBAmCABCABCCCCxgU5 . 1xgU5 . 02、影响过电压发展的因数 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

8、弧接地过电压mmmmCCCCCCC00025 . 05 . 15 . 02、影响过电压发展的因数 回路损耗 电源内阻抗，线路阻抗中的电阻损耗，电弧本身的弧阻损耗，使高频振荡很快衰减，过电压降低 复习 间歇电弧接地过电压 由工频电流熄弧理论，每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃非故障相的最大过电压UBm=UCm=3.5，故障相的最大过电压UAm=2弧光接地过电压在数值上看不高，正常的电器设备具有较大的绝缘裕度，能承受这种过电压复习 间歇电弧接地过电压 10kV电网，l 1000km ， Ijd 30A 35kV电网，l 100km ， Ijd 10A 由于电动力和热空气的作用，接地电弧被拉长，在几

9、秒至几十秒内自行熄灭3、限制措施 消弧线圈的应用n补偿单相接地电流 LjCCCjEIAjd13322113322111CCCLn用补偿度 k 和脱谐度 来描述消弧线圈的补偿程度脱谐度 LC3102203322113/1/1CLCCCLIIkCLCLCIIIk122033221133221111CCCLCCCn用补偿度 k 和脱谐度 来描述消弧线圈的补偿程度脱谐度 CLCIIIk1n降低故障间隙的恢复电压上升速度故障点电弧是否重燃，除与电弧电流（决定于弧道的游离程度）有关外，还取决于弧隙间介质强度的恢复速度是否超过恢复电压的上升速度 3332211CCCC03gggL0321ggggCgIId3

10、恢复电压 Ur(t)cos()(0tUteumadCg216)cos(000teUutm 000coscostetUtutmr210 02 02coscosvttetUtutdmr02 000coscostetUtutmr 0000002sin2sin2 coscosttUtUtummrtUm2sin20tUdtdumr2cos0000mtrUdtdu最大恢复电压上升速度21022013131CLCIIIkCLC2,0mphtrUdtdu恢复电压 Ur(t) 系统的阻尼率 d 对恢复电压的上升速度有影响 000coscostetUtutmrdCg 216消弧线圈作用总结 减小故障电流 降低弧熄

11、的恢复电压上升速度，且脱谐度越小，这种作用越显著（但可使中性电位移电压过大） 并不直接降低弧光接地过电压，而在于易熄弧和防重燃方面的有利作用，使过电压持续时间大为缩短，降低了高幅值过电压出现的概率n消弧线圈补偿电网对中性点位移电位的影响脱谐度越小，对熄灭电弧最有利，可是正常运行时，电网中性点却会出现比较高的电位-消弧线圈补偿电网中的线性谐振CK过高的过高的U0，使补偿电网正常运行时，三相对，使补偿电网正常运行时，三相对地电压极不平衡地电压极不平衡n补偿电网脱谐度选择原则 值选择应考虑到两个方面：一方面 值不应小到使正常运行时中性点电位超过15%；另一方面 值又不宜大，致使单相接地电流大于10A

12、 （30A） 在欠补偿情况下，如果电网有一条线路跳闸（电网对地自部分电容减小）时，或当线路非全相运行（电网一相或两相对地自部分电容减小）时，可能产生严重的中性点位移。因此，消弧线圈一般应采取过补偿n补偿电网脱谐度选择原则 若电网长时间低频率运行，遇上单相接地时，消弧线圈电流将增大，而电网电容电流将减小。若原为过补偿运行，脱谐度将增大；若原为欠补偿运行，脱谐度将减小，甚至会变成全补偿事故原因分析 上述4个事故变电站，只有一个站消弧线圈没投运，该站10kV母线电容电流高达82A，远远高于规程的允许值10A，其它3个站消弧线圈在投运，但由于是根据理论计算值来调整消弧线圈分头的，误差大，脱谐度不满足要

13、求。当发生单相接地时，故障点残流仍大于10A，接地电弧不能自熄，仍产生较高倍数的弧光接地过电压，消弧线圈没有发挥应有的作用，例如有的变电站10kV系统电容电流理论计算值为43A，但实际测试电流却高达96A 解决措施 应采用装设自动跟踪补偿的消弧线圈。老式手动消弧线圈除需停电调分头,不能自动跟踪补偿电网电容电流等缺点外,脱谐度也很难保证在10%以内, 据国内外资料统计分析表明,采用老式手动消弧线圈补偿的电网,单相接地发展成相间短路的事故率在20%40%之间,比采用自动跟踪补偿的电网高出3倍以上。自动消弧线圈有四大类:交流电气装置过电压保护和绝缘配合DL/T620-1997行业标准 66kV以下系

14、统中性点经消弧线圈接地方式消弧线圈接地补偿系统的运行现状 固定补偿系统 早期采用离线式手动调节式固定补偿的消弧线圈，其工作方式是：将消弧线圈整定在过补偿状态，其过补偿程度取决于电网正常稳态运行时不使中心点位移电压超过相电压的15% 调整频繁，操作繁琐；脱谐度测量困难；调谐不当易产生谐振过电压；继电保护动作困难消弧线圈接地补偿系统的运行现状 随动式补偿系统和动态补偿系统 可在线自动跟踪电网运行方式变化的调谐方式，先后设计了多种消弧线圈结构形式，具有代表性的有以下几种： 消弧线圈接地补偿系统的运行现状 随动式补偿系统 工作方式是：由于消弧线圈的电感量改变较慢，在发生单相接地故障时为了能及时实现补偿

15、，在配电网正常运行时，跟踪检测配电网对地电容电流，并调节消弧线圈电感量使之能与对地电容发生谐振，即预先调节于谐振点的工作方式“预调谐工作方式” 消弧线圈接地补偿系统的运行现状 随动式补偿系统 “预调谐工作方式” 的接地系统需串联或并联电阻，以降低配电网正常运行时的谐振过电压消弧线圈接地补偿系统的运行现状 动态补偿系统（脱谐工作方式） 动态补偿系统的工作方式是：在配电网正常运行时，使消弧线圈工作在脱谐状态（远离谐振点），而在单相接地故障时快速调节消弧线圈使其达到全补偿状态，即用脱谐度抑制中性点串联谐振过电压的工作方式“脱谐工作方式” 消弧线圈并联电阻接地系统构成 接地变压器（带有站用变）调容式消

16、弧线圈接地电阻器控制器接地故障指示装置控制屏六部分组成 系统工作原理 成套装置的工作原理 系统对地电容电流测量原理 电容电流的实时跟踪原理 单相接地选线原理 成套装置的工作原理 电网正常运行 中性点并联接地电阻长期并接1200档位，当消弧线圈采用预调节工作方式时，消弧线圈始终工作在“最佳”的补偿位置（即最接近谐振点的过补偿位置）控制器实时跟踪电网电容电流的变化，当电网电容电流变化超出设定范围时，发出控制信号调节消弧线圈至新的“最佳”的补偿位置，以便发生电网单相接地故障时立即输出补偿电流成套装置的工作原理 瞬时性接地故障或扰动 当电网发生瞬时性单相接地故障或三相合闸严重不同期等扰动时，电网零序电

17、压会短时超过整定值 控制器迅速进入故障跟踪状态，在设定时间内保持中性点并联接地电阻处于1200档位，充分发挥消弧线圈和并联接地电阻的补偿和限压作用，使瞬时性故障自动消失 有效地限制了铁磁谐振与弧光接地过电压对电网的危害，避免了铁磁谐振与弧光接地过电压引发的绝缘薄弱环节击穿、避雷器爆炸、电缆对地击穿短路、虚幻接地等异常现象的发生 成套装置的工作原理 永久性接地故障经一定延时（3秒），零序电压仍超过整定值时，系统判断故障为永久性接地故障控制器及时发出控制信号，调节中性点并联接地电阻器至600档。选线后，立即切换回1200档600档的短时投入将更有利于电弧点燃和熄灭过程中积累的多余电荷的释放，大大限

18、制了弧光接地过电压的幅值，同时，使控制器得到了充分的故障选线信息成套装置的工作原理 永久性接地故障 选线后，经过一定的延时，若接地故障仍然存在，则控制器向接地故障指示装置的特殊信号注入装置发出注入启动指令，并根据过渡电阻的大小，适当地调节注入电流的大小 注入发生器向电网延时注入（至少5秒）特殊频率信号，以满足故障线路的指示器启动要求 特殊信号注入过程中，控制器实时监测故障是否消失，若发现故障消失立即停止注入，故障定位指示器指示无效。若完成注入过程后，接地故障仍然存在，则故障定位指示器指示有效，发出寻线报警信号以便现场人员故障定位指示器查找故障点，实现故障指示 软件系统思考题 习题 8-1 某3

19、5kv线路采用门型杆塔，导线水平排列，不换位时各相对地电容：C1=C3，C2=0.9C1，系统中性点经消弧线圈接地，系统阻尼率d=5%，试计算线路的不对称度，并计算当脱谐度分别为0、20%时中性点位移电压是否满足规程规定。若线路经过换位，使线路的不对称度降为1%，试计算当脱谐度分别为0、20%时中性点位移电压 如不忽略线路及消弧线圈的对地泄漏电导，则补偿电网正常运行时中性点位移电位UO又如何？设三相对地泄漏电导相等，g1=g2=g3=gL；消弧线圈的对地泄漏电导为gx思考题 电网因断路器不同期或非全相动作，或外力破坏发生一相、两相导线断线时，网络中性点会出现异常位移电位，试以单相断线为例分析说

20、明（断线前为过补偿或欠补偿） Z型接地变压器 接地变压器通常用来为无中性点的系统（如变压器型接线或Y型接线中性点未引出时）提供一个人为的、可带负载的中性点，供系统接地其接地方式有：直接接地、与消弧线圈接地、经小电阻接地、与接地电抗器组合接地等 Z型接地变压器 接地变压器采用Z型接线(或称曲折型接线)，即每一相线圈分别绕在两个磁柱上，两相绕组产生的零序磁通相互抵消，因而Z型接地变压器的零序阻抗很小(10欧姆)，而普通变压器要大得多规程规定，用普通变压器带消弧线圈时，消弧线圈容量不得超过变压器容量的20%，而Z型变压器则可带90%100%容量的消弧线圈，可以节省投资二次调节消弧线圈 L1：主绕组L2：二次绕组，连接电容调节柜K1K4：真空接触器和可控硅组成的调节开关C1C4：二次调节电容器 二次调节消弧线圈 电容调节柜 电容器调节柜由控制器根据电网对地电容的大小自动跟踪调节二次侧电容器的容量，得到理想的补偿效果 电容器调节柜一般装有45只电容,容量配置原则为C1C2 C3 C4 C5=1 2 4 8 16。根据二进制组合原理，4只