高电压技术：第12章_暂时过电压

1、在电力系统内部，由于由于某原因系统参数发生变化，引起电网中电磁能量转化，在系统的内部过电压操作过电压即电磁暂态过程中过电压，一般持续时间在 0.ls以内的过电压称为操作过电压。 12.1 工频电压的升高 12.1.1 工频电压升高的原因 12.1.2工频电压升高的限制措施 12.2 谐振过电压 12.2.1 谐振的种类 12.2.2 铁磁谐振过电压 第12章 暂时过电压12.1 工频电压升高 一般而言，工频电压升高对 220kV 等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。但对超高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用。 0.1s内高幅值高频强阻尼操作过电压0.1-

2、1s发电机惯性长线容升效应暂态工频过电压大于1s长线电容效应稳态工频过电压我国第一个500kV输变电系统中实测的336km空载架空线路合闸过电压 末端首端过电压倍数 超高压系统中工频电压升高的重要性 工频电压升高的数值是决定保护电器工作条件的主要依据，例如金属氧化物避雷器的额定电压就是按照电网中工频电压升高来确定的。 操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值。 工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。例如，可导致油纸绝缘局放、污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕等。工频电压升高的原因： 空载长线的电容效应、不对称短路引起的工频电压升高、突然甩

3、负荷引起的工频电压升高12.1.1 工频电压升高的原因（1）空载长线的电容效应 在集中参数LC串连电路中，若容抗大于感抗（1/wC wL),电路中将流过容性电流。容性电流流过电感将使得电容电压高于电源电势。 工频电压升高的原因：空载长线的电容效应、不对称短路引起的工频电压升高、突然甩负荷引起的工频电压升高一条空载长线可以看作由无数个串连的RLC回路构成，在工频电压作用下，空载线路总容抗一般远大于导线感抗，线路中将流过容性电流, 因此线路各点的电压均高于线路首端电压，而且越往线路末端电压越高。 列写分布参数线路方程，据末端开路边界条件： 无穷大电源系统(Xs=0):相位系数线路末端电压：任一点x

4、处的电位为：对于长度一定的线路，任一点处的对地电压是其位置x的余弦函数 非无限大系统，电源内阻（漏抗）的存在加剧了这种容升效应。 因为线路电容电流流过电源漏抗产生集中参数的容升效应，使线路首端电压高于电源电压。内阻的存在犹如增加了线路的长度。当 （即 ）时，当 l = / 2时： 1/4波长谐振（末端电压无穷大）线路末端电压：不对称短路是电力系统中最常见的故障形式。当空载线路发生单相或两相接地故障时，会使健全相电压升高。其中单相接地引起的电压升高更大一些。单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的，为了计算健全相上的电压升高，通常采用对称分量法和复合序网进行分析，不仅计算方便，且可计及长线的

5、分布特性。当A相接地时，B、C两健全相上电压的模值为：（2） 不对称短路引起的工频电压升高其中UA0正常运行时故障点处A相电压；K为单相接地系数，与线路的零序电抗X0、正序电抗X1有关。对中性点绝缘的310kV系统，X0主要由线路容抗决定。单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的1.1倍。因此，在选择避雷器灭弧电压时，取110的线电压，这时避雷器称为110避雷器。对中性点经消弧线圈接地的35 60kV系统，在过补偿状态运行时X0为很大的正值。单相接地时，健全相上电压接近线电压。因此，在选择避雷器灭弧电压时，取100的线电压，这时避雷器称为100避雷器。对中性点直接接地的110 220kV系

6、统，X0为不大的正值。由于继电保护、系统稳定等方面的要求，需要对不对称短路电流加以限制，故而选用了较大的X0/X1（一般3）。因此，健全相上电压升高不大于1.4倍相电压，约为80的线电压，故采用80避雷器。灭弧电压：允许作用在避雷器上的最高工频电压（3） 突然甩负荷引起的工频电压升高 线路输送大功率时，发电机电势高于母线电压。甩负荷后，发电机的磁通不能突变，短时间内将维持较高的电源电势不变。 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，使电源电势上升, 加剧了工频电压的升高。 其次，原动机的调速器有一定惯性，发电机突然甩掉一部分有功负荷后，短时间内输入

7、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。 12.1.2 工频电压升高的限制措施在一般情况下，220kV及以下的电网中不需要采取特殊措施来限制工频电压升高. 目前我国规定：330kV，500kV，750kV 系统，母线上的暂态工频过电压升高不超过最高工作相电压的 1.3 倍，线路不超过 1.4 倍。 利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的

8、方案。 在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。 利用静止补偿器补偿限制工频过电压 采用并联电抗器增加了系统正常运行时对无功的要求，理想情况是当进行某操作或发生事故时，才投入并联电抗器，以降低工频过电压。 当系统由于某种原因发生工频电压升高时，可控硅开关投切电容器组 TSC断开电容器组，可控硅相角控制的电抗器组TCR导通电抗器组，吸收无功功率，从而降低工频过电压。根据需要，可改变TCR、TSC的导通相角，达到调节系统无功功率，控制系统电压，提高系统稳定性的目的。 采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗 故障点健全相电压的升高，主要决定于由故障点

9、看进去的零序阻抗X0 与正序阻抗X1 的比值。X0 ，X1 既包含集中参数电机的暂态电抗、变压器的漏抗，又包含分布参数线路的阻抗。 一般情况下电源侧零序阻抗与正序阻抗之比小于1，而线路的零序阻抗与正序阻抗之比则是大于1的。若采用良导体地线，可降低X0 ，进而降低由故障点看进去的零序、正序电抗的比值，达到限制工频过电压的目的。 计算表明，电源容量愈大，良导体地线降低工频过电压愈明显。12.2 谐振过电压12.2.1 谐振的类型电力系统中存在着大量储能元件，即储存电场能量的电容元件和储存磁场能量的电感元件。当系统中出现扰动时，这些电感、电容元件就有可能形成各种不同的振荡回路，引起谐振过电压。通常认

10、为系统中的电阻元件和电容元件均为线性元件，而电感元件则可分为三类：线性的、非线性的、电感值呈周期性变化的电感元件。与之相对应，可能发生三种不同形式的谐振现象：（1）线性谐振：电路中的电感L与电容C、电阻R一样，都是线性参数。当等值回路中的自振频率等于或接近电源频率。其过电压幅值只受回路中损耗（电阻）的限制。在电力系统设计和运行时，应设法避开谐振条件以消除这种线性谐振过电压。（2）铁磁谐振：当电感元件带有铁心时。一般都会出现饱和现象，这时电感不再是常数而是随电流或磁通的变化而改变，在满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具有系列不同于其他谐振过电压特点。（3）参数谐振 ：系统中某些元件的电感会

11、发生周期性变化，如发电机电感随转子位置的不同而变化。当电机带容性负载时，在某些参数搭配下，可能发生谐振现象（也称自激），在发电机投入电网运行前，应进行自激的校核，避开谐振点。谐振线性谐振参数谐振铁磁谐振电感元件是线性的；完全满足线性谐振的机会极少，但即使接近谐振条件，也会产生很高的过电压。在电力系统设计时，应设法避开谐振条件。电感参数在某种情况下发生周期性的变化 ；参数处在一定范围内，就可以使谐振得到发展。电力系统设计和发电机投入运行前需进行校核，且电感的饱和会使回路自动偏离谐振条件，使过电压得以限制。 电路中带有铁芯的电感元件（变压器、消弧线圈、电磁式互感器），会产生饱和现象。这种含有非线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会与系统中的电容元件（导线对地电容、相间电容、线圈对地杂散电容）发生铁磁谐振（包括基波和高次谐波的铁磁谐振）。电力系统中发生铁磁谐振的机会相当多。运行经验表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。改善电磁式电压互感器激磁特性，或改用电容式电压互感器； 在电压互感器开口三角绕组中接入阻尼电阻，或在电