高电压技术第九章节课件.ppt

第九章 内部过电压及保护,第九章 内部过电压及保护,熟悉电力系统中内部过电压的产生和发展过程，能正确利用各种措施避免或抑制电力系统中的内部过电压.,要求,第九章 内部过电压及保护,1. 电力系统中的工频电压升高及其危害 2.切除空载线路时过电压产生和发展的物理过程及限制措施 3.空载线路合闸时过电压产生的原理、影响因素及限制措施 4.电弧接地过电压的发展过程及消弧线圈的应用 5.切除空载变压器时产生的过电压及限制措施 6.谐振过电压特别是铁磁谐振过电压产生的原理,知识点,第九章 内部过电压及保护,空载长线路的电容效应及沿线电压分布 切除空载线路时过电压产生的原因及发展过程 空载线路合闸时过电压的估算 切除空载变压器时过电压产生的原因、过电压的计算 带并联电阻的断路器限制过电压的原理 电弧接地过电压发展的物理过程,重点和难点,第九章 内部过电压及保护,第一节 空载线路的分闸过电压,切除空载线路是电力系统常见的一种操作产生过电压的根本原因是断路器分闸过程中的电弧重燃现象第九章 内部过电压及保护,一、过电压产生的物理过程,第九章 内部过电压及保护,设电源电势 ，由于线路空载，通过断路器的电流就是线路的电容电流，所以通过断路器的电流为 则在断路器QF开断之前，线路电压 (即电容 上的电压)就等于电源压 。

第九章 内部过电压及保护,第九章 内部过电压及保护,时， ＝0，随后恢复电压 越来越高，在 时达最大值 在 之后若断路器触头间绝缘强度的恢复速度很快，触头间的耐电强度始终大于触头间的恢复电压，则电弧从此熄灭，不会产生过电压 时，假定恢复电压 达到最大时发生电弧重燃 = =2,,,,,,,,,,，,,,,,第九章 内部过电压及保护,,过电压幅值＝稳态值＋(稳态值－初始值),＝,＋［,＝3,,－（－,）］,,第九章 内部过电压及保护,时刻，断路器中流过的高频振荡电流恰好为零，电弧第二次熄灭断路器触头间恢复电压越来越高，再经半个工频周期将达最大值4 假定恢复电压达到最大值4 时发生电弧第二次重燃， 上的过电压幅值为,,,稳态值＋（稳态值－初始值） ＝－,＋（－,－3,＝－5,,）,第九章 内部过电压及保护,假定继续每隔半个工频周期电弧重燃一次，则线路上的过电压将按 3 、－5 、7,、……的规律变化，直到,,,,触头间有足够的绝缘强度，电弧不再 重燃为止第九章 内部过电压及保护,二、影响分闸过电压的因素及限制措施,1．影响分闸过电压的主要因素 (1)断路器的灭弧性能 (2)电网中性点接地方式 (3)母线上的出线数 (4)线路的电晕损失及电磁式电压互感器,第九章 内部过电压及保护,2．限制分闸过电压的主要措施,(1)提高断路器的灭弧能力 (2)加装并联电阻 (3)利用线路金属氧化物避雷器来保护,第九章 内部过电压及保护,第二节 空载线路的合闸过电压,空载线路的合闸过电压是常见 的一种操作过电压。

空载线路 合闸有两种情况，即计划性合 闸和自动重合闸第九章 内部过电压及保护,一、计划性合闸引起的过电压,第九章 内部过电压及保护,振荡过程中线路对地电容上电压的最大值为 二、自动重合闸引起的过电压 若线路的A相发生了接地故障，重合闸后出现的振荡将使该相导线上出现最大的过电压，其值可按下式求得,稳态值＋（稳态值－初始值） ＝,,＋（,－0）,＝2,,第九章 内部过电压及保护,稳态值＋(稳态值－初始值)＝,,＋［,－（－,）］,,＝3,第九章 内部过电压及保护,三、影响合闸过电压的因素及限制措施,1．影响因素 (1)合闸相位 (2)线路损耗 (3)线路残余电 压的变化,2．限制措施 (1)装设并联合闸阻 (2)采用单相自动重合闸 (3)同步合闸 (4)利用避雷器保护,第九章 内部过电压及保护,第三节 切除空载变压器过电压,切除空载变压器也是电力系统中常见的一种操作切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷，这时会在变压器上和断路器上出现很高的截流过电压第九章 内部过电压及保护,开断空载变压器时，流过断路器的电流为数值较小的空载电流，一般只有变压器额定电流的0.5％～5％，约数安到数十安当断路器的熄弧能力很强时，会在电流过零之前强制熄弧，将电流突然截断，这种现象称为“截流”。

发生截流时，就会产生截流过电压第九章 内部过电压及保护,一、过电压产生的物理过程,,,为电源等值电感，,为母线对地电容，,为母线至变压器连线的电感，,为变压器绕组及连接线的对地电容,,为,变压器的励磁电感,第九章 内部过电压及保护,如果电流 在其自然过零时被截断，振荡过程中 中所储的电场能不会超过熄弧时其上所储的能量 ， 上的电压也就不会超过 如果电流 在自然过零之前就被截断，设截流瞬间流过 的电流为 ， 上的电压为 ，截流瞬间在电感和电容中所储存的能量分别为,,,,,,,,,,,,第九章 内部过电压及保护,根据 如考虑损耗引起的衰减，可在代表磁场能的项上乘以一个损耗系数加以修正 ， 即,,＝,＋,,＝,,,＝,,第九章 内部过电压及保护,,,≈,,第九章 内部过电压及保护,截流过电压倍数为 触头间发生电弧重燃时，电容 上 的电荷通过 回路进行高频放电，使 上的电压迅速下降到电源电压，从而限制了最大可能的过电压幅值这种现象称为“自克效应”第九章 内部过电压及保护,二、影响过电压的因素与限制措施,1．影响过电压的因素 (1)断路器的性能 (2)变压器的特性 (3)变压器中性点接地方式 2．限制过电压的措施 可用磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器来限制,第九章 内部过电压及保护,第四节 电弧接地过电压,中性点不接地系统中发生单相接地故障时，经过故障点的电容电流处于某一范围内时，可能出现电弧的燃烧与熄灭的不稳定状态。

这种间歇性的电弧将导致系统中电感——电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全电网的间歇性电弧接地过电压第九章 内部过电压及保护,一、过电压发展的物理过程,第九章 内部过电压及保护,、 、 分别为各相导线的对地电容，设 ， ，则正常情况下中性点电位为零 当A相接地时，中性点电位升至相电压，健全相导线对地电位升为线电压 流过故障点的电流,,,,,，,,,,第九章 内部过电压及保护,由此可以看出，单相接地时流过 故障点的容性电流为系统正常运行 时各相对地电容电流大小之和，与 系统运行相电压和各相对地电容成 正比第九章 内部过电压及保护,第九章 内部过电压及保护,1． 时刻A相发生电弧接地 可能出现的最大过电压值为 2． 时，A相接地电弧第一次熄灭,,,,,,,第九章 内部过电压及保护,由于 时刻各相电压的新稳定值 与 时刻分别相等，因此， 时刻故 障电弧熄灭后将不会出现过渡过程第九章 内部过电压及保护,3． 时电弧重燃 在 后半个周期，即 时，故障相电压达到最大值2 ，如果这时故障点再次燃弧， 突然降为零，电路将再次出现过渡过程 振荡过程中过电压的最大值可达,,,,,,,第九章 内部过电压及保护,由以上分析可知，按工频熄弧理论分析得到的非故障相的过电压倍数为3.5，故障相的最大过电压倍数为2倍，过电压的波形具有同一极性，且故障相不会产生振荡过程。

由以上分析可知，按工频熄弧理论分析得到的非故障相的过电压倍数为3.5，故障相的最大过电压倍数为2倍，过电压的波形具有同一极性，且故障相不会产生振荡过程第九章 内部过电压及保护,二、影响电弧接地过电压的因素,1．电弧燃烧与熄灭的随机性 2．输电线路的相间电容及回路损耗 3．中性点的接地方式,第九章 内部过电压及保护,三、限制措施,1.采用中性点直接接地方式. 这时单相接地将造成很大的单相短路电流，断路器将立即跳闸而切断故障，经过一段短时间歇，让故障点电弧熄灭后再自动重合，如能成功，可立即恢复送电；如不能成功，断路器将再次跳闸，不会出现断续电弧现象第九章 内部过电压及保护,2.采用中性点经消弧线圈接地方式 (1)消弧线圈的作用 接入消弧线圈后流经故障点的电流为 可见，由于消弧线圈的补偿作用，流过接地点的电流减小了，当 很时，接地点的电弧就不再发生重燃，从而限制了电弧接地过电压的发展第九章 内部过电压及保护,(2)消弧线圈的补偿度 定义电感电流补偿电容电流的百分数为消弧线圈的补偿度 ，即 其中,,,,第九章 内部过电压及保护,脱谐度 定义为 当 ＜１， ＞0，即 ＞ 时，表示电感电流补偿不足，称为欠补偿； 当 ＞１，＜0， ＜ 时，表示电感电流补偿过头，称为过补偿 ； 当 ＝１， ＝0时，称为全补偿。

第九章 内部过电压及保护,第五节 工频 电 压 升 高,电力系统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，通称为工频电压升高或 工频过电压第九章 内部过电压及保护,工频电压升高的危害,1.工频电压升高与多种操作过电压有可能同时出现，相互叠加. 2.工频电压升高是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据 . 3.工频电压升高持续的时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很大影响 .,第九章 内部过电压及保护,一、空载长线电容效应引起的工频电压升高,以线路末端作为距离的起点，线路上任意一点处的电压为,,,第九章 内部过电压及保护,从线路末端（ ）开始，沿线的工频电压按余弦规律分布，线路末端电压 最高 末端电压为 讨论 (1)如果电源容量为无限大，则末端的工频过 电压倍数为,,,,,,,这表明线路长度越长 ，线路末端工频电压越高,第九章 内部过电压及保护,(2)当电源容量为有限值时， 的存在电容效应，就像增加了导线长度一样容量越小，工频电压升高得越严重因此为了估计最严重的工频 电压升高，应以系统最小电 源容量为依据第九章 内部过电压及保护,在超高压电网中，常采用并联电抗器来限制电容效应引起的工频电压升高。

并联电抗器与线路对地电容并联，可减小流过线路电感中的电流，从而消弱电容效应，降低线路上的工频电压升高第九章 内部过电压及保护,二、不对称短路引起的工频电压升高,当A相接地时，可求得B、C两健全相上的电压为 式中 ——正常运行时故障点处A相电压；,,,,第九章 内部过电压及保护,、 、 ——从故障点看进去的电网正序、负序和零序阻抗， 对于电源容量较大的系统， ，如再忽略各序阻抗中的电阻分量 、、则 式中,,,,,,,,,第九章 内部过电压及保护,式中 系数 称为接地系数，它表示单相接地故障时健全相的最高对地工频电压有效值与无故障时对地电压有效值之比第九章 内部过电压及保护,第九章 内部过电压及保护,三、发电机突然甩负荷引起的工频电压升高,当输电线路在传输较大容量时，断路器因某种原因而突然跳闸甩掉负荷，会在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成工频电压升高的又一原因第九章 内部过电压及保护,在考虑线路的工频电压升高时，如果同时计及空载线路的电容效应、单相接地及突然甩负荷三种情况，那么工频电压升高可达到相当大的数值 实际运行经验表明：在一般情况下220kV及以下的电网中不需要采取特殊措施来限制工频电压升高；330～500kV超高压电网中，应采用并联电抗器或静止补偿装置等措施，将工频电压升高限制到1.3～1.4倍相电压以下。

第九章 内部过电压及保护,第六节 谐 振 过 电 压,电力系统中包含有许多电感和电容件，当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件可能构成一系列不同自振频率的振荡同路，在外加电源的作用下，某些振荡回路可能产生串联谐振现象，从而导致系统中的某些部分(或元件)上出现严重的 谐振过电压第九章 内部过电压及保护,所谓谐振，是指振荡回路的固有自振频率与外加电源的频率相等或接近时出现的一种周期性或准周期性的运行状态，其特征是某一个或几个谐波幅值急剧上升 根据振荡回路中所。