高压技术课件(部分)[]

1、5.1 电力系统工频过电压5.2 电力系统操作过电压5.3 电力系统谐振过电压一、电力系统内部过电压的概念l1、定义：在电力系统内部，由于断路器的操作或系统发生故障，使系统参数了发生变化，引起电磁能量的转化或传递,在系统中出现的过电压。l2、类型： （1）工频电压升高 （2）操作过电压 （3）谐振过电压l3、特点： （1）过电压的能量来源于电网本身 （2）过电压的幅值与电网的工频电压大致有一定的倍数关系，通常以系统的最高运行相电 压为基础计算过电压倍数K。 （3）过电压持续的时间较长二、电力系统工频过电压l1、工频过电压的产生：系统正常运行或故障时产生。l如： （1）空载长线路末端电压的升高

2、（2）发生单相接地故障时，非故障相电压的升高。 （3）甩负荷引起的工频电压升高l2、特点： （1）过电压倍数不大，对正常绝缘的电气设备一般没有危险 （2）在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素。 a、工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。 b、工频电压升高是决定保护电器（避雷器）工作条件的重要因素。 （3）工频电压升高持续时间长，对设备的绝缘不利。l3、形式： （1）空载长线路末端电压升高 （2）不对称短路引起的工频电压升高 （3）甩负荷引起的工频电压升高三、空载长线路电容效应引起的电压升高l1、输电线路的等值电路：l2、首端与末端电压之比为：l对于无穷大容量的系统，可以证明： 式中：

3、相位常数， =0.06/KM l 线路长度 即 说明线路末端电压高于首端电压，线路越长，末端电压越高，这种现象是由于电容性充电电流造成的，称为电容效应。12UU 1)(1220lCosUUK返回首页线路的等值电路图l3、系统电源容量对电容效应的影响l沿线路的工频电压按余弦规律分布lK20 =U2 / E = COS / COS （l+ ）l= arctg X s / Zl式中 ：X s 系统电源的等值阻抗l Z 导线的波阻抗 可见， 电源容量越小，电抗越大，工频电压升高越严重，即电源电抗 的存在相当于使线路变长了。 举例说明：四、不对称短路引起的工频电压升高l1、系统发生单相或两相接地故障时，

4、非故障相（健全相）上工频电压将升高（阀式避雷器的灭弧电压是以此升高值决定）l2、分析单相接地（ 以A相接地为例）：利用对称分量法可以求出：（推导从略）式中： 接地系数零序电抗 的大小与系统中性点接地方式有关（1）对于310KV系统（中性点绝缘系统）： 由线路容抗决定，为负值。 则 的值比 稍大。即：健全相上电压为1.1倍线电压 选110%避雷器：如10KV避雷器的灭弧电压为（220KV及以下系统的最高工作电压按1.15Un确定 ） 即选FZ10/12.7的避雷器（2）对于35 60KV中性点经消弧线圈接地系统 为正值，健全相上电压接近线电压选100%避雷器：如35KV避雷器的灭弧电压为 1.0

5、X1.15Un =1.15X35=40.25KV即选FZ35/41避雷器AOCBUKUU)1()1(K43)/2/5 . 1(1010)1(XXXXK0X0X)1 (K3KVKVUN7 .1265.1215. 11 . 10X3)1(K（3）110 220KV为中性点直接接地系统一般 健全相上电压不大于1.4倍相电压。约80%线电压。（4）330KV及以上超高压系统系统中全部变压器中性点接地，健全相电压升高为0.75倍线电压以下。考虑电容效应： 线路首端选80%避雷器，末端选90%避雷器五、甩负荷引起的工频电压升高l当发电机突然甩负荷时，将造成线路工频电压升高l此种过电压的计算较复杂，在此只引

6、出一些结论性概念l运行经验表明：220KV及以下电网一般不需要采取特殊措施限制； 220KV及以上需要采取限制措施。六、工频电压升高的限制措施l1、利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应。l2、利用静止补偿器调节系统无功，控制系统电压。l3、采用降低输电线路零序阻抗的方法返回首页3/10XX一、操作过电压的产生及类型l1、产生：系统中对断路器的操作而带来的过电压。l其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构，断路器的性能，系统的接线方式及运行操作方式有关。K一般为34l2、类型：（1）空载线路合闸过电压（2）切除空载线路过电压（3）切除空载变压器过电压（4）中性点不接地系统中弧光过电压二、操作过

7、电压对系统的影响l1、220KV及以下系统的绝缘水平由雷闪过电压决定l操作过电压对设备绝缘的威胁不大，可不采取专门的限制措施l2、对于220KV以上的超高压、特高压系统其绝缘水平如果按（34）Umph(最大运行相电压的幅值）的操作过电压来考虑，其绝缘费用将大幅度增加，因此必须采取措施限制操作过电压在一定水平下。三、空载线路合闸过电压l1、计划合闸（正常合闸）电源对电容充电的过程是无阻尼的（忽略R）线路上的电压E合闸时电源电势瞬时值，是一个随机量，取决于合闸时刻。最严重时刻t =0 时 ， E=Em当实际上线路有电阻损耗和过电压产生的电晕损耗，振荡是衰减的)1 (0tCosEUCEmUC20t返

8、回首页图56合空载线路时的等值电路(a)等值电路；(b)简化后的等值计算电路l2、自动重合闸l线路出现故障时保护跳闸后，经自动重合闸装置进行合闸操作。l此时线路上存在残余电压，产生的过电压比计划合闸更严重。l考虑最严重的情况：假设合闸时电源电压为+Em，残余电压为-Em 则振荡过程中电容上的最大电压为：Uc = 稳态值（稳态值起始值） =EmEm （Em）=3Eml3、影响过电压的因素合闸相位；残余电荷；断路器合闸的不同期；回路损耗；电容效应l4、限制过电压的措施（1）限制工频电压升高（2）断路器触头并电阻（3）消除线路上的残余电荷（4）装设避雷器四、切除空载线路过电压l1、产生的原因：断路器

9、电弧重燃造成的，特别是油断路器在切断空载小电流时，会发生电弧重燃现象。l2、讨论断路器触头两端的恢复电压UABl第一种可能：当开关触头间去游离能力强，抗电强度恢复快，则电弧熄灭，不会产生过电压l第二种可能：如果开关性能差，恢复电压UAB比开关触头间的抗电强度恢复得快，则将发生电弧重燃。l3、过电压幅值计算：l过电压幅值=稳态值（稳态值起始值）l =EmEm （Em）=3Eml过电压的大小与电弧重燃的次数成正比。)1 (tCosEUmAB4、影响过电压的主要因素（1）断路器的性能（2）电网中性点的运行方式（3）接线方式的影响（4）线路侧电磁式电压互感器5、过电压的限制措施 选用灭弧能力强的快速断

10、路器 采用带并联电阻的断路器五、切除空载变压器过电压l1、产生过电压的原因：开关断开小空载电流的“截流”现象造成的。 “截流”是指电流在非自然过零时被强行切断，此时变压器线圈中的磁场能量，将转化为变压器对地电容中的电场能量，从而在变压器绕组上产生过电压。l2、 过电压的大小及特点l（1） ZT变压器特性阻抗，可达几万欧。 i0 一般只有几安到几十安， 图513切除空载变压器的等效电路 则Um可达上百万伏 举例：i0=20A ZT=50k则Um=2050=1000KVl（2）特点： 此过电压由于变压器电感中贮存的能量不大，过电压属于短暂的高频振荡波，对绝缘的影响与雷电波相似，可以用阀型避雷器来保

11、护 幅值高，频率高，但持续时间短，能量小。TmZiCLiU00返回首页一、产生谐振过电压的原因l由于系统中存在着大量的电容电感元件，在系统进行操作或发生故障时，这些电容电感元件可能形成各种不同自振频率的振荡回路，在外电源的作用下发生谐振现象，造成某些元件上出现谐振过电压。二、谐振过电压的特点l谐振过电压是一种稳态现象，存在的时间较长，对电气设备绝缘的危害大。三、谐振的类型l由于系统中的电阻电容元件可以认为是线性的，而电感则可能是线性的、非线性的或作周期性变化的，按电感的类型不同，谐振分为l1、线性谐振l2、参数谐振l3、铁磁谐振四、线性谐振过电压l1、L和C为常数l2、交流电源的频率等于自振频

12、率，。，则感抗等于容抗（），电路阻抗达到最小，电流很大，在和上出现过电压。五、参数谐振过电压l系统中某些元件的电感在外界因素影响下发生周期性变化，如发电机的同步电抗在发电机接有容性负载时，参数配合不当，则可能发生参数谐振现象。导致发电机机端产生自激磁过电压。由于电感的饱和，电感量减小，回路将自动脱离谐振条件，从而限制了这种自激过电压，所以此类过电压一般很少发生。六、铁磁谐振过电压l1、产生的原因：l由于各种电磁元件（如变压器、电压互感器等）铁芯电感的饱和而引起电感值发生变化，而激发起持续性的幅值较大的铁磁谐振过电压。l2、表现形式l造成单相、两相或三相对地电压升高，引起“虚幻接地”现象；l引起

13、低频摆动；l引起避雷器爆炸，烧坏电压互感器和绝缘子。返回首页6.1 电力系统的绝缘配合6.2 输变电设备绝缘水平的确定6.3 输电线路绝缘水平的确定一、绝缘配合的概念l1、绝缘水平：指电气设备的绝缘可以承受的试验电压值，在此值下设备不发生火花放电闪络或击穿。l2、绝缘配合：是指合理地确定系统中各个设备的绝缘水平。l3、确定设备的绝缘水平时应考虑的四个因素：（1）作用于电气设备的工作电压、过电压（2）保护装置的性能（3）设备绝缘承受各种电压的能力（4）系统中性点接地方式二、绝缘水平的确定l1、220KV及以下系统，绝缘水平主要由大气过电压决定l2、330KV及以上超高压系统，在绝缘配合中，操作过

14、电压起主导作用l3、污秽严重地方的电网处绝缘水平主要由系统最大运行电压决定三、绝缘配合的方法：l惯用法、统计法、简化统计法。我国主要采用惯用法l惯用法：首先确定设备上可能出现的最大过电压Umax，再乘以安全系数K，使之等于设备绝缘的最小耐受水平UW。l即l国际电工委员会规定：K一般取1.251.4。maxUKUW返回首页一、220KV及以下输变电设备绝缘水平的确定l1、基本冲击绝缘水平（BIL）的确定基本冲击绝缘水平：指设备绝缘耐受雷电冲击电压的水平，此水平是根据避雷器在大气过电压下的残压决定。（1）电气设备内绝缘的冲击绝缘水平采用1.5/50s全波冲击电压检验即式中 Ub.5阀型避雷器5KA

15、放电时的残压（2）设备外绝缘的冲击电压水平全波试验电压：0.84海拔1000m及以下地区的空气密度及湿度校正系数l2、操作冲击绝缘水平（SIL）的确定操作冲击绝缘水平是指设备耐受内部过电压的水平SIL根据内部过电压决定：对于220KV及以下设备不需考虑操作冲击绝缘水平。KVUBILb)151 . 1 ( 1 . 15 .KVUUbW84. 011 . 150/5 . 1l3、工频试验电压的确定设备的内、外绝缘的工频试验电压由内部过电压和冲击绝缘水平决定，分别求出各自对应的工频试验电压，取大值作为绝缘的工频试验电压。二、我国各级电压设备的试验电压规定（国标GB311.183）l表62三、330K

16、V500KV输变电设备绝缘水平的确定l与220KV及以下设备绝缘水平确定的主要区别是：（1）避雷器的残压按10KA放电电流决定（2）需要做操作冲击试验返回首页l输电线路绝缘水平包括的项目：1、绝缘子串中绝缘子个数2、线路绝缘的空气间隙一、绝缘子串中绝缘子个数的确定l1、对绝缘子选择的要求防污闪防湿闪防雷击闪络l2、确定的方法（1）按工作电压下所要求的泄漏比距决定每串绝缘子的个数（2）按操作过电压水平和耐雷水平的要求进行验算 即 泄漏比距： 式中：n每串绝缘子个数 每片绝缘子的距离（cm） Um系统最高线电压的有效值（KV） 要求：S S0 (S0规定的绝缘子最小泄漏比距值） 每串绝缘子的个数：

17、 进行校验，并考虑预留12个零值绝缘子（丧失绝缘性能的绝缘子）mUSn01)/(KVcmUnSml3、实际线路杆塔每串绝缘子片数（对于直线杆塔）表6-4二、线路空气间隙距离的确定l1、线路上的空气间隙主要有：（1）导线对大地（2）导线对导线（3）导线对架空地线（4）导线对杆塔及横担l2、主要确定导线对杆塔的距离（1）根据工作电压、操作过电压和雷闪过电压计算（2）考虑风力对导线的影响（风偏） a、按工作电压确定间隙S1，对应的风偏角1 b 、按内部过电压确定间隙S2 ，对应的风偏角2 c、 按雷闪过电压确定间隙S3，对应的风偏角3则绝缘子对杆塔的最小距离取S1 、S2、 S3中最大的一个7.1

18、试验变压器7.2 直流高电压的产生7.3 高电压测量一、作用l1、产生工频高压试验电压l2、作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器l3、产生操作波试验电压二、特点l与一般电力变压器比较，试验变压器有以下特点：（1）变压器的容量不大（2）变压器一般为单相油浸式（3）由于变压器连续工作时间短，不需要散热装置（4）绝缘裕度较低，不需考虑变压器受大气或内部过电压的影响（5）工频输出电压高，可达到几百到几千KV返回首页一、作用l1、产生工频高压试验电压l2、作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器l3、产生操作波试验电压二、特点l与一般电力变压器比较，试验变压器有以下特点：（1）变压器的容量不大（2）变压器一般为单相油浸式（3）由于变压器连续工作时间短，不需要散热装置（4）绝缘裕度较低，不需考虑变压器受大气或内部过电压的影响（5）工频输出电压高，可达到几百到几千KV一、直流高