高电压技术第七章

1、内部过电压的发生源是电力系统内部，通常是通过系统内部的电磁能量的积蓄和变换来产生的。 第九章内部过电压、分类图解如下：商用频率电压上升，虽然其大小不大，但其本身不会对绝缘造成威胁，而其他内部过电压则是在此基础上发展的，所以还是有必要加以限制和降低。 操作过电压应理解为“电网残奥表突变”，这种过电压的幅度很大，可以采用限压保护装置和其他技术措施加以限制。 谐振过电压的持续时间长，传统的限压保护装置的通流能力和热容量有限，无法保护谐振过电压。 一般来说，在选择电力系统的绝缘电平时，要求能够可靠地承受可能发生各种绝缘的谐振过电压的作用，特别是不设置限压保护措施。 分析内部过电压的发展过程，既可以采用

2、分布残奥仪表等值电路和行波理论，也可以采用集中残奥仪表等值电路过渡修正计算的方法。 内部过电压的能量来自电网本身，其振幅的大小与电网的工作电压有一定的比例关系，用工作电压的倍数表示。 其标准值取常规电网最大工作相电压振幅、Un系统额定电压有效值、kV k容许电压偏移系数，第一节是切断空载线路过电压、发展过程、影响因素和降压措施、空载线路切除时引起的操作过电压振幅大、持续时间长、根据操作过电压选择绝缘电平的重要因素另一方面，利用发展过程、分布残奥仪表等值电路和行波理论进行分析，将被切除的空载线路的长度设定为：波阻抗为z，电源容量充分大，动作相电压为u的振幅。如图9-1(a )所示，当断路器QF闭

3、合时，流过的电流成为空载线的充电(电容器)电流，如图9-1(b )所示，从电压u前进90度。 断路器在任何瞬间拉闸时，其触头之间的电弧总是不会消失到电流过零点附近。 此时，电源电压正好在大值附近，接触器之间的电弧消失后，线路对地电容器上残留一定的残留电荷。 如果忽略泄漏，导线对地电压就保持在电源电压的大小。 切断空线时沿电压线的分布如图9-2所示。 二、影响因素和降压措施、影响过电压最大值的因素：1)中性点接地方式2 )断路器的性能3 )母线上的线数4 )断路器外侧是否连接电磁式变压器，切空线过电压对220kV以下的高电压线路的绝缘电平的选择有重要影响，该操作过电压的消除或降低措施如下(3)利

4、用避雷器保护ZnO或磁吹避雷器安装在线路始端和终端，可有效地限制该过电压的振幅。 小结采用分布残奥仪表等值电路和行波理论分析了截断空载线路过电压的发展机制。 空间线路过电压对选择220kV以下的高压线路绝缘电平有重要影响，采取消除或降低该操作过电压的措施具有重大技术、经济意义。 主要对策为：1)采用不再燃断路器；2 )安装并联制动电阻；3 )用避雷器保护。 第二节空载线路接通过电压、发展过程影响因素和限制措施、接通过电压在超高压系统的绝缘合作中，上升成为主要矛盾，成为选择超高压系统绝缘水平的决定性因素。 空荷线的投入有正常投入和自动重新投入两种情况。 此时产生的操作过电压称为合空线过电压或接通

5、过电压，重接通过电压是接通过电压中最严重的一种。 一、发展过程采用集中残奥仪表等值电路过渡修正计算的方法进行分析。 如果正常接通时断路器的三相完全同步动作，则对每个单相电路进行分相研究，可以得到图9-6(a )所示的等值电路。在进行定性分析时，也可以忽略电源接通线的电阻的作用，可以进一步简化为图9-6(b )所示的简单的振荡电路。 考虑最不利的状况，即电源电压正好通过振幅时接通图9-6(b )的电路方程式。 振荡电路的自激振荡角频率a、b积分常数有时达到最大值，即：实际上，电路有电阻和能量损失，振荡衰减，通常用衰减系数表示。 其波形如下图所示，最大值稍微变小，电源电压不是直流电压而是商用交流电

6、压，此时的公式如下图所示，如果在分布残奥仪表等值电路中的波的过程中进行处理，即使接通电源电压也会在振幅相等的瞬间发生，如果忽略电阻和能量损失， 沿线传播到末端的电压波采用开路端的单相自动重新接通，仅切除故障相，健全相不脱离电源电压，故障相重新接通时，由于该相导线中不存在残馀电荷和初始电压，不会出现高振幅的重新接通过电压。 二、影响因素和降压措施，以上接通过电压的分析也考虑到最严重的条件、最不利的情况。 实际出现的过电压振幅受到一系列因素的影响。 最重要的是，1 )如果接通相位在电源电压接近振幅时不发生，则出现的接通过电压自然降低。 2 )线路损耗的线路损耗会减弱振荡，降低过电压。 3 )线路残

7、馀电压的变化、接通过电压的限制、降低措施主要有： (1)设置并联接通电阻(2)同电位接通(3)用避雷器保护，在小结、正常接通时、最不利的情况下，电源电压正好通过振幅时接通，沿线向末端的电压波传播的自动再接通时，线路上有一定的残馀电荷和初始电接通过电压中，以三相重接通时最严重，其过电压理论振幅可以达到。 影响过电压振幅的主要原因是接通相位、线路损耗、线路残馀电压的变化。 限制、降低接通过电压的措施主要是并联接通电阻的安装、同电位接通、避雷器的保护。第三节切除无负载变压器过电压，发展过程的影响因素和限制措施，产生这种过电压的原因是电感中流动的电流在达到自然零值之前被断路器强制切断，将电感中储存的磁

8、场能量转换为电场能量导致电压上升。 空载变压器在正常运行时表现为励磁电感。 切除无负载变压器是切断小容量的感应负载，变压器和断路器会产生高过电压。 并联电抗器、电弧阻挡等电感元件开关时，会发生同样的过电压。 一、发展过程、实验研究表明，切断100A以上的交流电流时，开关触头间的电弧通常在商用电流自然过零时熄灭，而切断的电流小时(无负载变压器的励磁电流小，通常为额定电流的0.55、几十安培左右)，电弧提前熄灭。 实验研究表明，切断100A以上的交流电流时，开关触头间的电弧通常在商用电流自然过零时熄灭，而切断的电流小时(无负载变压器的励磁电流小，通常为额定电流的0.55，几十安培左右)，电弧提前熄

9、灭。 该过电压的发展过程可以用图9-10所示的简化等值电路来说明。 图中是变压器的励磁电感，是变压器绕组及连接线的对地电容。 如果电流在自然过零时被切断，电容和电感上的电压正好等于电源电压u的振幅。在被切断的情况下，可知电容器上的电荷通过电感振荡放电，逐渐衰减至零(由于存在铁心损耗和电阻损耗)，这样的制动器不会引起大的过电压。 然后，在由、构成的振荡电路中发生电磁振荡，在某一瞬间，所有电磁能量成为电场能量，此时在电容器中出现最大电压，切断现象在通常电流曲线的降低部分发生，在设为正值的话，与之相应地成为负值。 如果在开关中突然灭弧，则中的电流不能急剧变化，继续充电，使电容的电压从“”向更大的负方

10、向增大(如图9-11所示)。 以上介绍了理想化的无负载变压器过电压切除的发展过程，但实际过程容易变得复杂，断路器接点之间会产生多次电弧再燃，此时电弧再燃使电感中的储能越来越小，减小过电压振幅。 二、影响因素和限制措施、主要影响因素： (一)断路器性能消弧能力越强的断路器，其对应的断路过电压最大值越大。 (二)变压器特性优质导磁材料的应用日益广泛，变压器励磁电流减少的许多变压器绕组采取纠缠法及增加静电屏蔽等措施，降低了过电压。 小结，如果切断100A以上的交流电流，则开关触头间的电弧通常在商用电流自然过零时熄灭，但是，如果切断的电流小，则电弧大多会提前消失，即在电流过零之前强制切断(切断现象)。

11、 电容器中出现的最大电压影响空载变压器过电压切除的主要原因是断路器性能和变压器特性。 第四节断续电弧接地过电压、发展过程防护措施、中性点非接地电网中的单相接地电流(容量电流)大，接地电弧不能自灭，以断续电弧的形式存在，另一个严重的操作过电压发生断续电弧接地过电压，一、发展过程、 该过电压的发展过程和振幅的大小都存在着灭火的2种灭弧时间：电弧在过渡中的高频振荡电流过零时能够熄灭的电弧在商用电流过零之前不能熄灭。 以下，在商用电流超过零时消弧的状况下说明该过电压的发展机理2 )各相的导线的对地电容器全部相等，即C1=C2=C3=C。 得到如图9-12(a )所示的等效电路。 流过C2和C3的电流和

12、分别比和前进90，其大小因相位不同60，故障点的电流振幅为，由此可知，1 )故障点中流过的电流为线路对地电容引起的电容电流2 )故障电流的大小与电网额定电压和线路全长成比例用商用电流过零时消弧理论进行的分析结论是：1)两健全相的最大过电压倍数为3.5；2 )故障相不存在振荡过程，最大过电压倍数等于2.0。 长期以来，许多实验研究表明，故障点电弧在商用电流过零时和高频电流过零时都可以熄灭。 一般来说，大气中产生的开放性电弧在商用电流过零之前大多不熄灭，而在强脱电离条件下，电弧在高频电流过零时大多熄灭。 电弧的燃烧和熄灭受到发弧部位周围介质和大气条件等的影响，具有较强的随机性质，因此过电压值具有统

13、一性质。 二、防护措施，应对该过电压的最根本的防护方法是防止断续电弧出现，通过改变中性点接地方式实现。 采用中性点有效接地方式，此时单相接地引起大的单相短路电流，断路器立即跳闸，切断故障，休息一段时间，熄灭故障点电弧后自动重叠。如果成功，可以立即重新开始输电；如果不成功，断路器会再次跳闸，不会发生断续电弧现象。 (2)采用中性点通过消弧圈接地的方式，采用中性点有效地接地的方式能够解决断续电弧的问题，但是每次发生单相接地时都会引起断路器的跳闸，大幅降低供电可靠性。 如果单相接地中流过的故障点的容量电流不大，则无法维持断续电弧的长期存在，因此，如果中性点能够采用接地方式的电网的容量电流达到一定值，

14、则单相接地点的电弧难以消失，需要安装消弧线圈以进行补偿，能够避免断续电弧的产生、关于消弧圈的应用，中国的标准如下：(对于35kV和66kV系统，例如单相接地电容器电流不超过10A，中性点可以采用非接地方式如果超过上述容许值(10A )，则应采用通过消弧圈接地的方式(2) 对于不直接连接发电机的310kV系统，容许值如下：钢筋混凝土或金属杆塔架空线路构成者： 10A非钢筋混凝土或非金属杆塔架空线路构成者：3kV、6kV30A； 由10kV20A电缆线路构成者： 30A、(3)对于与发电机直接连接的320kV系统，只要不超过表9-2所示的容许值，中性点超过可采用非接地方式的容许值时，请采用通过灭弧

15、圈接地的方式。 消弧圈是分段铁心、电感可调电抗器，连接在电网中性点和大地之间。 全补偿时的电感值，消弧线圈的运行主要是调整调谐值。 选择消弧线圈的调谐值(即l值)时，应满足以下要求： (1)单相接地时流经故障点的残流能可靠自动消弧；(2)电网正常运行发生故障时，中性点位移电压不应上升至威胁绝缘的程度。 实际上，这两个要求是相互矛盾的，所以我们只能采用折衷方案来同时满足两个要求。 一般来说，小结在大气中产生的开放性电弧在商用电流过零之前不熄灭，而在强脱电离条件下，电弧在高频电流过零时常熄灭。 电弧的燃烧和熄灭受到发弧部位周围介质和大气条件等的影响，具有较强的随机性质，因此过电压值具有统一性质。

16、作为针对断续电弧接地过电压的防护对策，采用中性点有效接地方式和中性点消弧线圈接地方式。 第五节关于操作过电压的一些综合概念和结论，可以通过前面4种常见的典型操作过电压及其防护措施的分析和介绍，得出以下关于操作过电压的综合概念和结论。 1、电力系统中各种操作过电压的产生原因和发展过程不同，影响因素很多，其根源是电力系统内部储存的电磁能的交换和振动。 其振幅和波形与电网的结构和残奥仪表、中性点接地方式、断路器的性能、运行线路和操作方式、压力限制保护装置的性能等多种因素有关。 2、操作过电压具有多种波形和持续时间，长持续时间对应于线路长的情况。 2个典型的波形：在商用频率电压成分上叠加高频衰减性振荡

17、波。 在工频电压成分上叠加非周期性冲击波，后者的波前时间为0.10.5ms，半峰值时间约为34ms。 3、断路器内安装并联电阻是降低多种操作过电压的有效措施，但由于操作过电压的不同，对并联电阻的电阻值提出了不同的要求。 220kV以下的电网通常有采用以限制空间线过电压为主的中值电阻的倾向，而500kV的电网则有以限制合空线过电压为主的低值电阻的倾向。 采用现代ZnO避雷器时，是否还需要安装并联接通电阻，可由管理决定。 4、操作过电压的振幅受到许多因素的影响，具有显着的统一性质。使用避雷器不限制操作过电压振幅而通过操作过电压进行绝缘嵌合时，可采用表9-3所示的修正倍数。 5、对于用于保护操作过电压的避雷器，有以下特殊要求：有间隙的避雷器的火花间