电力系统内部过电压

电力系统内部过电压由于开关操作、故障或其他原因，使电力系统参数发生变化，引起内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高——电力系统的内部过电压。能量来自电网本身，大小与电网工作电压有一定关系。用工作电压的倍数（过电压倍数p.u.）来表示。11电力系统内部过电压—容许电压偏离系数对220kV及以下系统：对330~500kV系统：内部过电压暂态过电压操作过电压工频电压升高谐振过电压切空线过电压合空线过电压切空变过电压间歇电弧接地过电压线性谐振过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压空载长线的电容效应不对称短路引起的工频过电压甩负荷引起的工频电压升高在一定位置上的相对地或相间的过电压，具有一定的振荡频率，由于无阻尼或弱阻尼，因此持续时间较长。操作过电压是电磁过渡过程的过电压。(0.1s以内)电力系统内部过电压类型对正常绝缘一般没有威胁。但常伴随操作过电压，其大小直接影响操作过电压的幅值。系统中电感和电容可能形成不同的振荡回路，在一定条件下，产生振荡现象。其持续时间较长。411.1工频过电压（工频电压升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接地过电压11.4切除空载线路过电压11.5空载线路合闸过电压11.6切除空载变压器过电压11电力系统内部过电压11.1工频过电压（工频电压升高）电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频过电压。直接影响操作过电压的幅值决定避雷器额定电压的重要依据持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响（绝缘内部游离、过热、电晕等）611.1工频过电压（工频电压升高）11.1.1空载长线的电容效应11.1.2不对称短路引起的工频电压升高11.1.3甩负荷引起的工频电压升高11电力系统内部过电压11.1.1空载长线的电容效应若忽略R的作用：输电线路不太长，集中参数电路进行分析：一般R要比XL、XC小得多，而工频下空载线路的XC比XL大11.1.1空载长线的电容效应输电线路长度增加，分布参数电路进行分析。（1）空载时线路上的各点电压按余弦分布11.1.1空载长线的电容效应（2）线路末端电压升高程度与线路长度有关线路长度越长，末端工频电压越高。对架空线路，约为0.06/kmU2，线路处于谐振状态。

（3）工频电压升高受电源容量的影响11.1.1空载长线的电容效应电源容量越小（感抗XS越大），升高越严重。单电源供电，应取最小运行方式时的XS为依据。在双端电源供电，线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。例：：某500kV线路路，，长长250km，电电源源电电抗抗XS=263.2，线线路路参参数数，若Xs=0求线线路路终终端端电电压压？？11.1.1空载载长长线线的的电电容容效效应应措施施：：补补偿偿容容性性电电流流；；超高高压压系系统统中中为为限限制制电电容容效效应应引引起起的的工工频频电电压压升升高高，，广广泛泛采采用用并联联电电抗抗补补偿偿1311.1工频频过过电电压压（（工工频频电电压压升升高高））11.1.1空载载长长线线的的电电容容效效应应11.1.2不对对称称短短路路引引起起的的工工频频电电压压升升高高11.1.3甩负负荷荷引引起起的的工工频频电电压压升升高高11电力力系系统统内内部部过过电电压压11.1.2不不对对称称短短路路引引起起的的工工频频电电压压升升高高系统统中中不不对对称称短短路路故故障障，，以以单单相相接接地地故故障障最最为为常常见见，，且且引引起起的的工工频频电电压压升升高高也也最最严严重重短路路电电流流的的零零序序分分量量会会使使健健全全相相出出现现工工频频电电压压升升高高，，称称为为不不对对称称效效应应。。系统统在在发发生生不不对对称称故故障障时时，，故故障障点点各各相相电电压压和和电电流流是是不不对对称称的的，，可可以以采采用用对对称称分分量量法法利利用用复复合合序序网网进进行行分分析析。。工频频电电压压升升高高----决定定避避雷雷器器额额定定电电压压的的依依据据3、6、l0kV中性性点点不不接接地地系系统统，，可可达达最最高高运运行行线线电电压压的的1.1倍，取取作作避避雷雷器器的的额额定定电电压压。。如如10kV系统统最最高高电电压压按按1.15UN考虑虑，，则则避避雷雷器器额额定定电电压压为为12.7kV。(35-60)kV系统统，，一一般般采采用用消消弧弧线线圈圈接接地地，，线线路路末末端端工工频频电电压压升升高高可可能能超超过过系系统统最最高高电电压压的的100％，，选用用的的避避雷雷器器的的灭灭弧弧电电压压规规定定为为系系统统最最高高电电压压，，称称为为100％避避雷雷器器，，例例如如35kV避雷雷器器的的灭灭弧弧电电压压为为41kV。＊对110、220kV系统统，，若若中中性性点点接接地地，，则则避避雷雷器器的的灭灭弧弧电电压压则则按按系系统统最最高高电电压压的的80％确定定，称为为80％避雷雷器，，例如如FZ-110J的灭弧弧电压压为100kV。＊对330kV及以上上系统统，输输送距距离较较长，，计及及长线线路的的电容容效应应时，，线路路末端端工频频电压压升高高可能能超过过系统统最高高电压压的80％，则根据据安装装位置置的不不同分分为：：电站站型避避雷器器(即80％避雷雷器)及线路路型避避雷器器(即90％避雷雷器)两种1711.1工频过过电压压（工工频电电压升升高））11.1.1空载长长线的的电容容效应应11.1.2不对称称短路路引起起的工工频电电压升升高11.1.3甩负荷荷引起起的工工频电电压升升高11电力系系统内内部过过电压压引起工工频电电压升升高的的原因因：（1）发电电机电电势不不能突突变。。（2）空载载长线线的电电容效效应。（3）调速速器和和制动动设备备的惰惰性。。在短时时间内内（一一般持持续数数秒钟钟）电电压和和频率率均上上升，，工频频电压压升高高就更更严重重。11.1.3甩甩负负荷引引起的的工频频电压压升高高运行经经验表表明，，若系系统发发生单单相接接地，，使线线路突突然甩甩负荷荷，考考虑到到线路路的容容升效效应，，工频频过电电压可可达2p.u.。1911.1工频过过电压压（工工频电电压升升高））11.2谐振过过电压压11.3间歇性性电弧弧接地地过电电压11.4切除空空载线线路过过电压压11.5空载线线路合合闸过过电压压11.6切除空空载变变压器器过电电压11电力系系统内内部过过电压压11.2谐谐振振过电电压电感元元件：：电力力变压压器、、互感感器、、发电电机、、消弧弧线圈圈、电电抗器器、线线路导导线电电感等等电容元元件：：线路路导线线对地地和相相间电电容、、补偿偿用的的并联联和串串联电电容器器组、、高压压设备备的杂杂散电电容当系统统进行行操作作或发发生故故障时时，电电感、、电容容元件件可形形成各各种振振荡回回路，，如某某一自自由振振荡频频率等等于外外加强强迫频频率，，发生生谐振振。谐振是是一种种周期期性或或准周周期性性的运运行状状态。。发生谐谐振的的那个个谐波波的振振幅会会急剧剧上升升，且且持续续时间间长，，甚至至稳定定存在在，属属于暂暂时过过电压压。有功负负荷能能阻尼尼振荡荡和限限制谐谐振过过电压压。但对于于零序序回路路的谐谐振，，正序序的有有功负负荷不不起作作用。。谐振过过电压压可在在各种种电压压等级级的电电力系系统中中产生生，尤尤其是是在35kV及以下下系统统中，，因谐谐振造造成的的事故故较多多。。11.2谐谐振振过电电压2211.2谐振过过电压压11.2.1谐振过过电压压的类类型11.2.2铁磁谐谐振过过电压压11.2.3几种常常见的的谐振振过电电压11电力系系统内内部过过电压压11.2.1谐谐振振过电电压的的类型型线性谐谐振：：谐振回回路由由不带铁铁芯的的电感感元件件或励磁磁特性性接近近线性性的带带铁芯芯的电电感元元件,和系统统中的的电容容元件件所组组成。。参数谐谐振：：电感发发生周周期性性变化化，如发发电机机电感感的大大小随随转子子位置置而周周期性性地变变化。。铁磁谐振：：当电感元件件带有铁心心（如变压器器、电压互互感器等））时，一般般都会出现现饱和现象象。这时电电感不再是是常数，而而是随着电电流或磁通通的变化而而变化。电感值呈现现非线性特特性，所以以铁磁谐振振又称为非非线性谐振振。2411.2谐振过电压压11.2.1谐振过电压压的类型11.2.2铁磁谐振过过电压11.2.3几种常见的的谐振过电电压11电力系统内内部过电压压11.2.1铁磁谐振过过电压必要条件：：UC和UL两条曲线相相交。过交交点后回路路呈容性。。L0为未饱和时时的电感值值三个平衡点点二、铁磁谐谐振产生的的物理过程程稳定点分析析（小扰动动法）a1点：无过电压，非非谐振工作作状态。a3点【谐振点】为稳定点跃变过程电源电压逐逐渐升高，，工作点由由0逐渐上升到到m，然后跃变变到n点，再继续续上升，电电流由感性性变成容性性，相位反反倾。回路电流激激增，电感感和电容上上的电压大大幅度提高高——铁磁谐振的的基本现象象。谐振一旦激激发，可以以自保持，维持很长时时间而不衰衰减。自激现象：：电源电压很很高时，△△U与E的交点只有有1个，只有一一个稳定的的谐振点，，不需要激激发，回路路就处于谐谐振状态。。回路电阻的影响曲线△U抬高，当R增加到一定数数值时，回路路上只能有一一个稳定的非非谐振工作点点，从而消除除谐振的可能能性。（1）必要条件：：电感不是常数数，存各种谐谐波谐振的可可能性。（2）回路可能有有非谐振状态态和谐振状态态。电路稳定定状态取决于于外界冲击引引起的过渡过过程。（3）非线性铁磁磁特性是产生生铁磁谐振的的根本原因，，但铁磁元件件饱和效应本本身也限制了了过电压的幅幅值。回路损损耗抑制了谐谐振过电压。。电力系统中的的铁磁谐振过过电压往往发发生在变压器器处在空载或或轻载的时候候。三、铁磁谐振振的基本特点点线性与非线性性谐振比较：：条件产生谐振频率限制线性与电源大小无关，由参数配合产生基波回路电阻非线性

时要有激发，激发后能自保持；自激基波、高次、分次谐波电感饱和可以限制过电压幅值初态电感3111.2谐振过电压11.2.1谐振过电压的的类型11.2.2铁磁谐振过电电压11.2.3几种常见的谐谐振过电压11电力系统内部部过电压A相电源侧导线线对地电容及相相间电容分别为：A相负载侧线路长度为l，导线折断处处至电源短距距离为中性点绝缘系系统，线路末末端接有空载变压压器，A相导线折断忽略电源内阻阻抗、线路感感抗中性点不接地地系统单相断断线接地11.2.3几种常见见的谐振过电电压线路正序电容容与零序电容容的比值对策：（1）保证断路器器三相同时动动作;不采用熔断器器设备；（2）在中性点直直接接地的电电力系统中，，操作中性点点不接地的负负载变压器时时，应将变压压器的中性点点临时接地。。3611.1工频过电压（（工频电压升升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接接地过电压11.4切除空载线路路过电压11.5空载线路合闸闸过电压11.6切除空载变压压器过电压11电力系统内部部过电压产生于中性点点不接地系统统（66kV及以下）单相接地，发发生接地电弧弧，产生容性性电流在1100km以内的10kV线路中不超过过30A、在110km以内35kV线路中不超过过10A电弧不稳定，，形成间歇性性电弧（工频电流过零零，高频振荡电流流过零）电磁暂态振荡荡过程11.3间间歇性电弧接接地过电压3811.3间歇性电弧接接地过电压11.3.1过电压产生的的物理过程11.3.2影响过电压的的因素11.3.3消弧线圈的作作用11电力系统内部部过电压中性点电位由由零升至相电电压t1时，A相接地产生电弧A相电压变为0，B、C电压变为线电压-1.5Em，发生振荡。在

t2时刻：熄弧前，B、C两相总储存电q=2C0×1.5Em=3C0Em，三相电压Em熄弧后瞬间，熄弧前后电压值相同，无过渡过程。t3时，电弧重燃B、C相对地电压均均从0.5Em变为-1.5Em，振荡过电压幅幅值均为-3.5Em。之后熄弧与重燃，，过渡过程相相同，过电压压幅值也相同同。健全相最大过过电压为3.5Em，故障相上的的最大过电压压为2.0Em。4311.3间歇性电弧接接地过电压11.3.1过电压产生的的物理过程11.3.2影响过电压的的因素11.3.3消弧线圈的作作用11电力系统内部部过电压电弧熄灭与重重燃时的相位位。直接影响过电电压发展过程程和大小。系统的相关参参数。考虑线间电容时，电荷存在重新分配的过过程，健全相相电压起始值值增大，更接接近稳态值，，过电压将下下降。由于线线路电阻和电电弧损耗，过过电压幅值也也会降低。绝大部分过电电压不高于3.1p.u.，一般电气设设备和线路的的绝缘应能耐耐受。这种过电压遍遍及全系统，，且持续时间较长长，对于绝缘较较弱的设备如如直配电机等威威胁较大4511.3间歇性电弧接接地过电压11.3.1过电压产生的的物理过程11.3.2影响过电压的的因素11.3.3消弧线圈的作作用11电力系统内部部过电压流过接地点的的电流除电容容性电流Ic，还有电感性电流IL。Ic与IL与相位相反，选取合适的IL，可使I足够小，使接接地电弧很快快熄灭，且降降低了弧隙的的恢复电压上上升速度，从从而使电弧不不易重燃，限限制了间歇性性电弧接地过过电压。补偿度k脱谐度（1）欠补偿，IL<IC。故障点流过过的电流（残残流）为容性性电流。（2）全补偿，IL＝IC。残流为非常常小的电阻性性泄漏电流。。（3）过补偿，IL>IC。残流为感性性电流。等效电路表征偏离谐振振状态的程度度，可以用来来描述消弧线线圈的补偿程程度可能导致中性性点产生很高高的位移电压压。全补偿工程实际：脱脱谐度不大于于11%的过补偿运行方方式。随电网发展逐逐渐成欠补偿偿，不至于像欠欠补偿那样导导致脱谐度过过大，失去消消弧作用。若采用欠补偿偿，在运行中中部分线路可可能退出运行行时，可能形形成全补偿，产生较高的的中性点电压压偏移，可能能引起零序网网络中的铁磁磁谐振过电压压。我国的行业标标准规定，在正常运行情情况下，中性性点的长时间间电压位移不不应超过系统统标称相电压压的15％。优点：迅速消弧，接地电弧一一般不重燃，，单相电弧接接地过电压不不超过2.5p.u.。问题：消弧线圈的阻阻抗较大，因而对其他他形式的操作作过电压不起起作用。在高高压系统中，，有功泄漏电电流分量较大大，补偿作用用被削弱，限制了在较高高电压等级的的电力系统中中使用。运行关键：调调谐值的整定定（自动跟踪踪补偿）中性点经消弧弧线圈接地的优缺点5111.1工频过电压（（工频电压升升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接接地过电压11.4切除空载线路路过电压11.5空载线路合闸闸过电压11.6切除空载变压压器过电压11电力系统内部部过电压分闸过程中触触头间电弧重重燃现象引起起。与断路器性能能相关。超高压系统中中这类过电压压已得到有效控控制。220kV及以下系统仍仍有一些老的的断路器在运运行。曾是220kV及以下电力系系统操作冲击击绝缘水平的的主要依据。。11.4切切除空载线路路过电压5311.4切除空载线路路过电压11.4.1过电压产生的的物理过程11.4.2影响过电压的的因素11.4.3限制过电压的的措施11电力系统内部部过电压t＝t1时，电流过零零，电弧熄灭灭=-EmCT上的电压保持持-Em不变t2时重燃CT与CS并联，电压过过渡为Em，产生振荡电源电压：+11kV；电感：11uH电容：1uF；电容器初始始电压：-11kV电容电压起始值更接近于稳态值Em，减小了振荡最大值为触头之间的距离越来越大，恢复电压越来越高。t4时，uAB达4Em，如此时重燃，CT上电压振荡最大值5711.4切除空载线路路过电压11.4.1过电压产生的的物理过程11.4.2影响过电压的的因素11.4.3限制过电电压的措措施11电力系统统内部过过电压（1）电弧发发生与熄熄灭的随随机性提前重燃燃，过电电压下降降。第二次过过零后熄熄弧，线线路残留留电压低低，过电电压下降降。（2）母线出出线数未分闸线线路电容容对电荷荷的中和和作用，，过电压压下降。。（3）线路负负载及电电磁式电电压互感感器残余电荷荷释放，，降低过过电压（（最高降降30%）。（4）中性点点接地方方式中性点直直接接地地，各相相独立，，实测不大大于3倍。中性点非非有效接接地，开开关分闸闸不同期期，使中中性点偏偏移，过过电压可可能增大大，较中性点直直接接地地约高20%。5911.4切除空载载线路过过电压11.4.1过电压产产生的物物理过程程11.4.2影响过电电压的因因素11.4.3限制过电电压的措措施11电力系统统内部过过电压提高断路路器介质质恢复强强度和灭灭弧能力力，采用不重重燃的断断路器。在110kV~220kV电力系统统中，这种过过电压不不高于3p.u.；在中性性点非有效接地地的系统统中，低于3.5p.u.，均已低低于线路路绝缘水水平，所以一般般不再采采取其他他措施。在超高压压电力系系统中，，断路器器都带有有并联电电阻，基基本上消消除了电电弧的重重燃，在330kV电力系统统中测到到的最大大过电压压只有1.19p.u.。6111.1工频过电电压（工工频电压压升高））11.2谐振过电电压11.3间歇性电电弧接地地过电压压11.4切除空载载线路过过电压11.5空载线路路合闸过过电压11.6切除空载载变压器器过电压压11电力系统统内部过过电压在超高压压、特高高压系统统中，是是决定电电网绝缘缘水平的的重要因因素正常合闸闸零零初初始条件件自动重合合闸非非零零初始条条件6311.5空载线路路合闸过过电压11.5.1过电压产产生的物物理过程程11.5.2影响过电电压的因因素11.5.3限制过电电压的措措施11电力系统统内部过过电压一、正常常合闸过过电压最严重的的情况：在电源源为幅值时时合闸。初始条件件t=0时，uC=0，i=0由于损耗耗，实际际最大值值低于2Em。电容效应应使交流流电压升升高，我我国实测测最大为为：1.9-1.96p.u.二、自动动重合闸闸过电压压断开后，健全线线路残余余电压为平均残余电荷荷通过线线路泄漏漏电阻入入地。设线路残残余电压压下降了了30%线路上过过电压最最大值6611.5空载线路路合闸过过电压11.5.1过电压产产生的物物理过程程11.5.2影响过电电压的因因素11.5.3限制过电电压的措措施11电力系统统内部过过电压（1）合闸相相位合闸不发生在电源电电势幅值值时，则则合闸过过电压较较低。（2）线路损损耗线路损耗耗能减弱弱振荡，，从而降降低过电电压。（3）线路残残余电压压与极性性一般会在在0.3-0.5s内使残余余电压下下降11%-30%。（4）母线上上出线数数使被合闸闸线的起起始电压压与稳态态电压的的差值减减小。6811.5空载线路路合闸过过电压11.5.1过电压产产生的物物理过程程11.5.2影响过电电压的因因素11.5.3限制过电电压的措措施11电力系统统内部过过电压（1）采用带带并联电电阻的断断路器（2）同相位合合闸——选相合闸闸（3）消除和和削弱线线路残余余电压单相自动动重合闸闸，避免免形成残残余电压压。线路侧装装设电磁磁式电压压互感器器，泄放放残余电电荷。（4）装设避雷雷器7111.1工频过电电压（工工频电压压升高））11.2谐振过电电压11.3间歇性电电弧接地地过电压压11.4切除空载载线路过过电压11.5空载线路路合闸过过电压11.6切除除空空载载变变压压器器过过电电压压11电力力系系统统内内部部过过电电压压7211.6切除除空空载载变变压压器器过过电电压压11.6.1过电电压压产产生生的的物物理理过过程程11.6.2影响响过过电电压压的的因因素素11.6.3限制制过过电电压压的的措措施施11电力力系系统统内内部部过过电电压压流过过断断路路器器K的电电流流可可视视为为电电感感性性的的励励磁磁电电流流，，为变变压压器器额额定定电电流流的的0.5%~4%。由于于励励磁磁电电流流很很小小，，而而断断路路器器的的去去游游离离作作用用又又很很强强，，故故当当电电流流不不为为零零时时，，就就会会发发生生强强制制熄熄弧弧的的截流流现现象象。磁场场能能量量全全部部转转变变为为电电场场能能量量，，产产生生过过电电压压。回路储存的总能量:考虑虑损损耗耗（（磁磁滞滞、、涡涡流流损损耗耗，，铜铜耗耗））过电压倍数为ηm一般般小小于于0.5幅值值处处被被截截断断，，α=90°°，过过电电压压最最大大值值：：7611.6切除除空空载载变变压压器器过过电电压压11.6.1过电电压压产产生生的的物物理理过过程程11.6.2影响响过过电电压压的的因因素素11.6.3限制制过过电电压压的的措措施施11电力力系系统统内内部部过过电电压压（1）断