高电压技术：7 线路和绕组中的波过程-1

1、电力系统过电压与绝缘配合 过电压的概念：指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高。过电压的分类： 主要内容首先,介绍过电压及其防护问题的基础波过程理论。 然后,探讨各种过电压的产生机理、发展过程、影响因素、防护措施等。 最后,探讨电力系统绝缘配合问题。7 线路和绕组中的波过程 7.1 波在单根均匀无损导线上的传播 7.2 行波的折射和反射 7.4 行波的多次折、反射 7.5 行波在无损平行多导线系统中的传播 7.6 冲击电晕对线路上波过程的影响 7.7 变压器绕组中的波过程 7.8 旋转电机绕组中的波过程7 线路和绕组中的波过程为什么研究波过程？“当电路中的最大实际线性尺寸比起我们

2、所研究的谐波的波长小得多时（电磁波通过电路的时间可以认为是瞬间的），可作集中参数处理，否则，如果实际电路的尺寸不远小于工作时电磁波的波长，应作分布参数分析”。工频电压下的输电线路:工频周期为0.02s，那么一周期电压在输电线路上占用的长度为： 架空线：工频50Hz；波速300m/us 波长为300m/us x 0.02= 6000km 由于输电线路的长度一半都远远小于6000km，因此线路不长的输电线路都用集中参数等值电路来表示。即输电线路的电压和电流只与时间有关而与空间位置无关。 过电压下的输电线路：过电压波的变化速度很快、延续时间很短，以波前时间等于1.2us的冲击波为例，电压从零变化到最

3、大值（0Um）只需要1.2us，波的传播速度为光速c（300m/us），所以冲击电压波前在线路上的分布长度只有360m。因此输电线路上各点电流和电压都是不同的，不能将线路各点的电路参数合并成集中参数处理。波过程就是分布参数电路的过渡过程。分布参数电路最根本的特点在于电压、电流不但是时间t的函数，而且是位置x的函数。例如，波前时间等于1.2us的冲击波电压从零变化到最大值只需要1.2us，波速为光速c（300m/us），冲击波波前在线路上的分布长度只有360m。取工频正弦电压的第一个1/4周波作为波前，那么这时的波前时间为5000us，波前分布在1500km长的导线上。7.1 波在单根均匀无损导

4、线上的传播7.1.1 单根输电线路的等值电路 7.1.2 波阻抗和波速7.1.3 波动方程及其解7.1.4 前行波和反行波实际输电线路往往采用三相交流或双极直流输电，均属多导线系统。为了清晰地揭示线路波过程的物理本质和基本规律，先研究均匀无损单导线。7.1.1 单根输电线路的等值电路考虑导线的电感、电阻、对地电容和电导沿导线具有分布性，忽略导线的能量损耗，设单位长度线路的电感和电容均为恒值，分别为L0和C0，导线的等值电路如下图所示。均匀无损导线的等值电路7.1.2 波阻抗和波速在dt时间内，波前进了dx，长dx的导线，电容为C0dx，通过电流i充电到u，因此有在dt时间内，长dx的导线，电感

5、为L0dx，已建立电流i ，产生的磁通为L0dx i，因此导线上的电位u为（7-1）（7-2）（7-1）（7-2）（7-3）（7-4）（7-7）（7-5）（7-6）（7-10）（7-11）（7-8）（7-9） 由式（7-3）可知，在无损均匀导线中，某点的正，反方向电压波与电流波的比值是一个常数，该常数具有电阻的量纲，称为导线的波阻抗。 （7-3）波阻抗与电阻的物理含义比较： 波阻抗 电阻表示电压波与电流波的比值 ，大 表示电压与电流的小取决于导线单位长度的电感和 比值，大小与导线长电容，与长度无关； 度和导线材质有关；表征导线周围介质获得或存储电磁 吸收并转变为热能能的大小，并不消耗； 消耗掉

6、；波阻抗具有正负号，表示不同方向 没有正负号。的流动波。波阻抗表示电压波与电流波的比值 ，大小取决于导线单位长度的电感和电容，与导线的几何尺寸、悬挂高度和周围的介质有关。架空线路的波阻抗约300500，电缆线路的波阻抗约1050波速与导线周围媒质的性质有关，而与导线 半径、对地高度、铅包半径等几何尺寸无关。架空线路的波速约每微秒300公里，电缆线路的波速约每微秒150公里均匀无损单导线的方程组为：波动方程解为 7.1.3 波动方程及其解 代表一个任意形状并以速度v朝着x的正方向运动的电压波； 是一个以速度v朝着x的负方向运动的电压反行波。电压波的符号只取决于它的极性(导线对地电容上相应电荷的符号),而与电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷符号有关，而且与电荷的运动方向有关。7.1.4 前行波和反行波小 结电压u由朝着x的正方向运动的电压波uf和朝着x的负方向运动的电压波ub叠加而成；电压波的符号只取决于它的极性,而与电荷的运动方向无关；电流波不但与相应的电荷符号有关，而且也与电荷的运动方向有关。电压波与电流波的比值为常数，具有电阻相同的量纲，称为波阻抗。波阻抗大小取决于导线单位电感和电