2011第11章电力系统内部过电压(11-1)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,过电压绝缘,(,材料,),试验,高压专业,外,内,第十一章 内过电压,电力系统过电压,一、过电压,超过正常运行的电压并使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高绝缘出现故障不外乎两方面的原因：,绝缘本身的绝缘强度下降,作用在绝缘上的电压因某种原因升高,电气设备的绝缘强度是有限的，因此必须采取措施将可能出现的过电压限制在一个合理的范围一、过电压,二,.,过电压的分类,11.2,操作过电压,一,.,空载变压器的分闸过电压,1.,切空变的等值电路,2.,过电压的形成,3.,过电压的大小,4.,影响因素,5.,限制措施,二,.,操作空载长线路的过电压,1.,关合空载长线,影响因素,计划性合闸,(,线路上无剩余电荷,),故障性合闸,(,重合闸,),2.,开断空载长线,(,开断电容性负载,),操作过电压倍数（线路绝缘设计,）,小结,三,.,空载长线操作过电压的限制措施,11.1,概述,二,.,过电压的分类,1.,雷电过电压：,雷云中大量雷电荷倾注于电力系统而形成,2.,内部过电压,:,由于电力系统内部能量的转化或传递引起的,能量来源,能量转化,是指磁能转化为电能,能量传递,则主要是通过各部分相互之间的电磁耦合。

电网内的操作（拉闸或合闸）和故障（断线或接地等）都是激发能量转化的原因，按不同原因，将内过电压分为,操作过电压,和,暂时过电压,，暂时过电压包括,工频电压升高,及,谐振过电压,内部过电压,因操作或故障引起的暂态电压升高,操作过电压,谐振过电压,因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高,工频电压升高,暂时过电压,最大工作电压,U m,=,Un,(1+5,15%),例如：,Un,=110/1.732 kV,Um,=Un(1+0.15),K,0,值与,电网结构,、,系统容量,及,各元件的参数,、,中性点接地方式,、,断路器性能,、,母线上出线的回数,、,电网的运行接线,和,操作方式,、,故障形式,等因素有关，并具有明显的统计性内过电压的能量来源于电网本身，并在电网工频电压的基础上振荡产生，故其幅值与工频电压的大小基本成正比关系二,.,过电压的分类,能量来源,切空线,合空线,切空变,电弧接地,操作过电压,谐振过电压,线性谐振,消弧线圈补偿电网中的线性共振现象,空长线的电容效应,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,传递过电压,铁磁谐振,参数谐振,断线,互感器饱和,非全相拉合闸,内部过电压,空长线的电容效应,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,切空线,合空线,断线,互感器饱和,电弧接地,切空变,工频电压升高,暂时过电压,工频电压升高,规程（具体）规定的设计要求工频过电压一般不应超过最高运行相电压的,1.3,倍,（线路断路器的,变电站侧,）或,1.4,倍,（线路断路器的,线路侧,）。

电力系统工频电压升高的过电压倍数一般小于,2.0,倍，对正常绝缘的电气设备是没有危险的，但是对于超高压远距离传输系统确定绝缘水平时却起着决定性的作用，必须予以充分重视这是因为：系统中有可能在伴随工频电压升高的同时，产生操作过电压这两种过电压联合作用，会对电气设备绝缘造成危害工频电压升高持续的时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响例如污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕及电磁干扰等11.2,操作过电压,由电力系统内部的能量,转化,和,传递,引起,特点：过电压倍数高，持续时间长,电力系统中常见的操作过电压有：,中性点绝缘电网中的电弧接地过电压,开断电感性负载,（空载变压器、电抗器、电动机等）,过电压,开断电容性负载（空载线路、电容器组等）过电压,空载线路合闸（包括重合闸）过电压,系统解列过电压等,R L C,11.2,操作过电压,一,.,空载变压器的分闸过电压,1.,切空变的等值电路,变压器励磁电感,绕组对地电容,由电力系统内部的能量,转化,和,传递,引起,特点：过电压倍数高，持续时间长,励磁电流,i,0,(,小电流 几安到十几安,),例,:35 kV,变压器,P,=10,M,v,A,I,0,%=4%,三相功率,额定线电压,0.2,4%,额定电流,2.,过电压的形成,电流,在自然过零前的某一瞬间强行被截断,截流,3.,过电压的大小,截流时的总能量,全部转换为电能,思考：自能式的断路器和外能式的断路器相比，,哪一种更易产生切空变过电压？,变压器的特征阻抗,4.,影响因素,断路器的性能,电容,C,的影响,灭弧性能好,U,m,(,空变带长线,),C,U,m,电感,L,的影响,(,铁芯材料,),新式,:,冷轧硅钢片,I,0,U,m,老式,:,热轧硅钢片,I,0,U,m,用,熄弧性能好的,开关去切,不带线路,的,老式,变压器才会有切空变过电压的危害,截流过电压的大小与断路器的灭弧性能、变压器励磁电流的大小以及变压器绕组电容的大小有关。

断路器的灭弧性能越好，则产生的分闸过电压越高；当变压器绕组的电容,C,B,增大时，过电压将减小；当变压器的励磁电流较小时，即使电流在幅值时被截断，过电压也不会太大现代高压变压器都采用冷轧硅钢片，其励磁电流仅为额定电流的,0.5%,左右（热轧硅钢片可达,5%,以上），同时又采用了纠结式绕组，大大增加了绕组的电容，所以开断这种变压器时，过电压倍数一般不会大于,2,5.,限制措施,用,避雷器保护,(,注意接法,),避雷器应该接在断路器的变压器侧，以保证断路器断开后避雷器仍能留在变压器的连线上,切断空载变压器过电压的特点是幅值高、频率高，但持续时间短、能量小，可以用限制雷电过电压的普通阀式避雷器来有效限制这种过电压二,.,操作空载长线路的过电压,1.,关合空载长线,直流电压作用在,LC,回路上,当,U,c,(0)=0,时,过电压,=,稳态值,+,振幅,=,稳态值,+,(,稳态值,初始值,),=2,稳态值,初始值,计划性合闸,(,线路上无剩余电荷,),设,时合闸,设,时合闸,无过电压,计划性合闸最大过电压为,2Em,B,故障性合闸,(,重合闸,),假设,A,相,开断时,U,a=,-,Em,重合时,U,a=,+,Em,重合闸过电压最大值为,3Em,2.,开断空载长线,(,开断电容性负载,),切空线的等值电路,电源电感,长线的总电容,切空线的等值电路,U,a,实际中，切空线过电压不超过,3.54,倍（,Y,接线）,3,倍（,Y,N,接线）,影响因素,1.,重燃的随机性,2.,熄弧的随机性,3,.,断路器的三相不同期合闸,一般：重燃次数多，过电压高,但也不尽然,以计划性合闸为例,:,A,相先合,如果,B,C,相的合闸相角与被感应电压极性相反,使过电压升高,10,30%,4.,母线上有其他出线,设,:,分析重合闸,-Em,时，,K,1,断开，,l,1,上残余电荷,在,Em,时合闸，,C,22,上储存电荷,1,合闸瞬间：,C,11,，,C,22,上电荷重新分配,l,1,上起始电压为,0,，而不是,-E,m,过电压为,2Em,，而不是,3Em,合闸后：,C,11,与,C,22,并联,操作过电压倍数（线路绝缘设计,）,相对地绝缘,3566KV,以下（电网中性点经消弧线圈接地或不接地）,4.0,110154kV,（电网中性点经消弧线圈接地,）,3.5,110220kV,（电网中性点直接接地）,3.0,330kV,（电网中性点直接接地）,2.75,500kV,（电网中性点直接接地）,2.0,相间绝缘,35220,k,V,对地操作过电压的,1.31.4,倍；,330,k,V,对地操作过电压的,1.41.45,倍；,500,k,V,对地操作过电压的,1.5,倍。

三,.,空载长线操作过电压的限制措施,1.,改善开关熄弧性能 无重燃 无过电压,线路设计中可不考虑切空线过电压,不需要采用限制重合空闸过电压的措施,220kV,及以下,:,330 kV,以上,:,断路器断口加并联电阻,目前断路器己可基本消除重燃现象,断路器断口并联电阻,合闸,:,先合,D2,短接,R,b,R,b,限制切空线过电压的作用,分闸,:,先分,D,1,R,b,两端电压,U,Rb,即为主断口,D1,上的恢复电压,一般不重燃,接入,R,b,阻尼振荡,约,7,15ms,后,再合,D,1,R,b,接入，流过残余电荷,主触头,辅助触头,R,b=400,1200,R,b,限制合空线过电压的作用,带并联电阻的断路器,空载线路合闸过电压的大小,与合闸电阻值的关系,在断路器断口上加装并联电阻，如图所示，图中为,s,1,主触头、,s,2,为辅助触头、,R,为并联电阻将线路的合闸操作分为两个阶段进行，首先合辅助触头,s,2,，电阻,Rb,回路中，起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低，大约经过,8,15ms,，再合主触头，将,Rb,短接，完成合闸操作在前一个阶段，要求,Rb,值较大，使阻尼效果好，在后一个阶段，要求,Rb,值小，使短接时，主触头两端的电压小，回路振荡程度较弱，因此空载线路合闸过电压的大小与合闸电阻值的关系呈一条,V,形曲线，如图所示，计算说明，,R,b,的数值一般应在,4001200,范围内，,对,500kV,线路的断路器，多采用,400,。

用并联电阻断路器后一般可将合空线过电压限制到,2.0,倍以下1.,产生切空变过电压的根本原因是,截流,；,可以用,普通阀式避雷器,来限制,3.,开关并联电阻,可以限制切、合空线过电压,2.,产生切空线过电压的根本原因是,开关重燃,；,小结：,。