内部过电压及防护

本次课程目的要求1、掌握内部过电压的分类；2、掌握切空线过电压产生的原因，了解限制该种过电压的措施；3、掌握切空变过电压产生的根本原因，了解限制该种过电压的措施。4、了解电弧接地过电压产生的原因；5、了解工频电压升高的种类。第六章内部过电压一、内过电压的分类及研究意义(1)操作过电压：切断空载线路、空载线路合闸、切断空载变压器、电弧接地(2)暂时过电压：工频电压升高和谐振过电压工频电压升高：空载长线的电容效应、不对称短路、甩负荷引起的电压升高；谐振过电压：线性谐振、铁磁谐振、参数谐振1、分类:按形成原因分操作过电压和暂时过电压前面介绍的雷过电压系由外部能源所产生，其幅值大小与电网的工作电压无直接的关系，所以通常以绝对值来表示；而内部过电压的能量来自电网本身，其幅值大小与电网额定电压大致上有一定的比例关系，因而用工作电压的倍数（标么值——p.u.）来表示比较恰当和方便；2、研究意义：220kV及以上超高压系统，内过电压很高，设备绝缘水平以内过电压来确定。二、内部过电压倍数其基准值常取电网最大工作相电压幅值Uphm。K=内过压幅值∕最大运行相电压幅值6.1切除空载线路过电压

内过电压倍数：切除空载线路是电网常见的操作，引起的过电压幅值大、持续时间长，是按操作过电压选择绝缘水平的重要因素之一。实际中，常见切空线过电压引起阀式避雷器爆炸、断路器损坏、套管或线路绝缘闪络等。一、产生根本原因和过程1、原因：断路器分闸过程中的电弧重燃现象切除空载线路时，断路器切断的是较小的容性电流，通常为几十至几百安，比短路电流小得多。然而，在分闸初期，由于断路器（特别是油断路器）触头间恢复电压上升速度可能超过介质恢复强度的上升速度，造成重燃现象，从而引起电磁振荡，出现过电压。运行经验表明：断路器灭弧能力越差，重燃几率越大，过电压幅值也越高。

2、发展过程：断路器分闸后，若触头间耐电强度的恢复超过恢复电压的升高，电弧就会熄灭，线路被断开，在断路器两侧都不会产生过电压。反之，则断口间就会发生电弧重燃。在最严重的情况下，即断口间恢复电压达到最大（2Em）时发生电弧重燃，在重燃瞬间电源电压Em突然加在电源及线路电感L和初始值为-Em的线路电容C组成的回路上，就会产生高频振荡，在振荡过程中将产生过电压(第一次重燃)。若忽略损耗，振荡中线路上电压幅值约为3Em。当线路上电压振荡到3Em瞬间，由于回路中流过的是容性电流，此时高频振荡电流刚好过零，电弧于是熄灭(第二次熄灭)。线路上电荷无处泄漏，对地电压保持3Em。而断路器断口母线侧对地电压仍按正弦规律变化，半个工频周期后，触头间恢复电压可达4Em。若此时电弧再次重燃，又将引起一个振荡过程，使线路上的最大电压绝对值可达5Em……依次类推，线路上的过电压将不断增大，不过实际上，现代断路器的触头分离很快，灭弧能力很强，在绝大多数情况下，只可能发生1～2次重燃。国内外大量实测表明：这种过电压的最大值超过3Em的概率很小（<5%）。二、影响因素1、断路器的性能重燃次数对这种过电压的最大值有决定性的影响采用灭弧性能优良的现代断路器可防止或减少重燃的次数，因而使这种过电压的最大值降低。2、中性点运行方式非有效接地系统的中性点可能发生位移，某相过电压可能高一些。一般可估计比中性点有效接地电网中的切空线过电压高20％左右。3、母线上的出线数母线上出线数越多，对地电容越大，这种过电压将较小。4、断路器外侧是否接有电磁式PT等设备它们的存在将使线路上的残余电荷有了附加的泄放路径，因而能降低这种过电压。三、限制措施1、提高断路器灭弧性能：主要通过采用新的灭弧介质、改善断路器的结构、提高触头的分离速度等来实现。2、加装并联分闸电阻：降低触头间恢复电压，避免电弧重燃的有效措施分闸时主触头S1先断开，R被串联在回路中，抑制了振荡，其两端电压不高，故S1中不易发生电弧的重燃。经1.5～2个工频周期，辅助触头S2断开，由于振荡已受到抑制，线路残余电压较低，R的接入使稳态电压也降低，故S2中也不易发生电弧的重燃。3、在线路首端和末端加装磁吹阀式避雷器或ZnO避雷器也能有效限制这种过电压6.2切空变过电压

空载变压器运行时表现为一个激磁电感，切除空载变压器相当于开断一个小容量电感负荷，会在变压器、断路器上产生很高的过电压。可以预期：在开断并联电抗器、消弧线圈等电感元件时也会引起类似的过电压。一、原因及过程分析1、原因：空载变压器的励磁电流很小，约在数十安。研究表明：断路器切断电流较小时，电弧往往提前熄灭，即过零之前就被强迫切断（截流），从而迫使储存在电感中的磁场能量转为电场能量而导致电压升高。简而言之：由于断路器截流而产生过电压。

特点：持续时间短、能量小2、过程分析（略）1、影响因素：（1）断路器性能：二、影响因素及限制措施一般说来，灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电压最大值也越大。空载激磁电感（电流）大小对有一定影响。

它与变压器容量有关，也与铁心导磁材料有关。近年来优质导磁材料的广泛采用，激磁电流减小很多；此外绕组改用纠结式绕法及增加静电屏蔽使CT有所增大，使这种过压并不严重。2、限制措施：（1）安装磁吹避雷器或ZnO避雷器是有效措施避雷器应接在断路器的变压器侧，在非雷雨季节也不能退出运行。否则在切空变时将使变压器失去避雷器保护。（2）在断路器主触头上并联一线性或非线性电阻，也能有效降低这种过电压6.3断续电弧接地过电压

电力系统中大部分故障是单相接地故障。在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，三相电压维持对称，可继续运行1.5～2h，提高了供电可靠性。若接地时流过故障点的电容电流在6～10kv电网中超过30A，20～60kv系统中超过10A时电弧将难以自动熄灭，但又形不成稳定的电弧，而以断续电弧的形式存在，就会产生严重的操作过电压——断续电弧接地过电压。一、形成原因按“工频熄弧理论”分析的结论是：①两健全相最大过电压倍数为3.5；②故障相上不存在振荡过程，最大过电压倍数等于2.0。大量研究表明：故障点电弧在工频电流过零和高频电流过零熄灭都是可能的。

实际当中，由于发弧不一定在故障相电压为幅值时，导线间存在电容，线路存在损耗，过电压下出现电晕引起衰减等因素影响，这种过电压不超过3.5。二、限制措施最根本的办法就是不让断续电弧出现，可以通过改变中性点接地方式实现。1、采用中性点直接接地方式：2、采用中性点经消弧线圈接地方式：6.4工频电压升高

作为暂时过电压之一，工频电压升高倍数不大，一般不会对电力系统绝缘直接构成威胁，但在绝缘裕度较小的超高压输电系统中需严加注意。因为：（1）工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，此时操作过电压易发生，它们可能同时出现、相互叠加。所以在设计超过压电网绝缘时，应考虑它们的联合作用