第九章_电力系统内部过电压30

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第九章 电力系统内部过电压
第一节 内部过电压的概念和分类
二．内部过电压的特点
① 过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统标称电压 成正比，用Kn表征过电压的高低
Kn 内部过电压幅值 电网最大工作相电压幅值
② 影响因数有系统结构、中性点运行方式、元件的性能参 数、故障性质及操作过程等。 ③ 系统参数变化的原因是多种多样的，因此内部过电压的 幅值、振荡频率、持续时间不相同。
残余电荷电压释放的越多，残余电压就越小，产生的过 电压就越小
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第二节 操作过电压
3. 降压措施 ⑴ 加装并联合闸电阻
① 和闸操作过程 先合Q2，R串入电路，经1.5～2 个周期，再合Q1，合闸完成 ② 降压原理
Q1 Q2 Q1
R a
Q2
b
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第一节 内部过电压的概念和分类
空载长线的电容效应 不对称短路引起工频电压升高 甩负荷引起工频电压升高 线性谐振过电压 铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
三．内部过电压的分类
工频电压升高 暂 时 过电压 内 部 过电压 操 作 过电压 谐振过电压
切断空载线路过电压 空载线路合闸过电压
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
i
t
u 3U
i(t )
3U
U
U AB
t
U
u(t )
t1
t2 t3
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第二节 操作过电压
K
④ t＝t4（第二次重燃） 此时UAB达到最大值4 U 断路器间隙被击穿，电 弧再次重燃 同理：稳态值= －U ，初始值＝ 3U
当电源电压＝ U时合闸，即U稳态＝U U最大= 2U稳态－ U初始= 2U－U ＝ U，无过电压
⑶ 利用避雷器来保护
在线路首、末端（线路断路器的线路侧）安装ZnO或磁 吹避雷器，限制过电压
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第二节 操作过电压
三．切除空载变压器过电压
1. 发展过程
2 2
LT—变压器激磁电感； CT—绕组及连接线对地电容
ZT—变压器特性阻抗； I0—iL的瞬时值
切空变或电压产生的根本原因 流过电感的电流在到达自然零 值前被断路器强行切断，从而 使储存在电感中的磁场能量转 为电场能量而导致电压的升高
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第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 断路器性能 灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电压最大值 越大。
⑵ 变压器特性
LT越大，Umax越高
3. 降压措施 ⑴ 并联电阻开关 释放变压器磁场能量→降低过电压
⑵ 避雷器
K R
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第二节 操作过电压
C
N B A
I
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第二节 操作过电压
⑴ 正常（计划性）合闸产生的过电压
线路由于某种原因，可 能停电检修。经过很长 时间，检修完毕，合闸 供电。
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
由于K长时间打开，B点上电荷释放光了。则，合闸 前U初始=0 当UA= U时合闸，线路产生的过电压最大 U最大= 2U稳态－ U初始= 2U－0＝ 2U
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第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 发弧部位的周围媒质和大气条件 发生单相接地而导致放弧有很强的随机性，受到周围媒 质和大气的影响
⑵ 发弧时故障相电压的相位
相位不同，导致的过电压大小不同
当故障相电压＝U时产生电弧，所产生的过电压最大 ⑶ 导线电容、线路损耗，线路电晕等 由于线路损耗，线路电晕的存在，实际中的过电压比理 论上的都要小
b) R对振荡起阻尼作用，减小过电压的最大值
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第二节 操作过电压
⑶ 利用避雷器 氧化锌避雷器作为后备保护
要求在断路器并联电阻失灵或其他意外情况出现较高幅 值的过电压时应能可靠动作，将过电压限制在允许范围 内
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第二节 操作过电压
二．空载线路合闸过电压
1. 发展过程
基本和切空线过电压产生 的原因一样，即若合闸前 后B点电势不一样，且电路 中有L，C，组成振荡回路 ，电压发生震荡，产生过 电压 合闸产生的最大过电压：
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
U最大＝U稳态＋[U稳态－U初始]＝2U稳态－ U初始
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四．断续电弧接地过电压
1. 发展过程
断续电弧接地过电压产 生于中性点不接地电网 由于中性点不接地电网 中的单相接地电流(电容 电流)较大，接地点电弧 将不能自熄，而电弧以 “熄灭—重燃”的形式 存在，导致各相电压的 初始值≠稳态值，从而 产生过电压。
F
C1
C2 C3
I2 I3
分析结论： ① 两健全相的最大过电压为 3.5 U ② 故障相最大过电压为2U
切断空载变压器过电压
断续电弧接地过电压
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第二节 操作过电压
K A B
CT
一．切断空载线路过电压
1. 发展过程
K打开，A，B间产生电弧 ① t＝t1（第一次熄弧） i(t)＝0→电弧熄灭。A，B间 完全断开。 UA：按电源电势变化 UB：不变（＝－U) AB间电位差称为“恢 复电压”
R
a) R串入电路后，剩余电荷通过R释放，此时Q1上的恢复电 压＝UR，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧的重燃
b) R对振荡起阻尼作用，减小过电压的最大值
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第二节 操作过电压
⑵ 同电位合闸 自动选择在断路器触头两端的电位极性相同时、甚至电 位也相等的瞬间完成合闸操作，以降低甚至消除合闸和 重合闸过电压。（针对“计划性合闸”） 例：当电源电压＝ U时跳闸， 即U初始＝U
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本章主要内容
第一节 内部过电压的概念和分类
第二节 操作过电压 第三节 暂时过电压
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第九章 电力系统内部过电压
第一节 内部过电压的概念和分类
一．内部过电压的定义
电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或其他原 因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量转化 或传递所造成的电压升高。
i
电源电感
A
B
CT
空载 线路
t
u
i(t )
U
U AB
t
U
u(t )
t1
t2
i(t):工频电流 u(t):工频电压
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第二节 操作过电压
K
② t＝t2（第一次重燃） AB间电弧重燃→AB相连 注意：此时UA≠UB，且 电路中有L，C，组成振 荡回路，电压发生震荡 振荡电压幅值＝稳态值＋[稳 态值－初始值] 此时：稳态值= U，初 始值＝－U 过电压幅值＝U＋[U－( －U)]＝3 U 电流震荡形成电弧电流
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第二节 操作过电压
QF1 QF2
若采用的是单相自动重合闸 ，只切除故障相，而健全相 不与电源电压相脱离，那么 当故障相重合闸时，因该相 导线上不存在残余电荷和初 始电压，则不会出上述高幅 值重合闸过电压。
A B C
A B C
总结 在合闸过电压中，以三相自动重合闸的情况最为严 重，其过电压理论幅值可达3U
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第二节 操作过电压
3. 降压措施 ⑴ 采用不重燃断路器 SF6断路器
⑵ 加装并联分闸电阻 ① 分闸操作过程 先开Q1，R串入电路，经1.5～2 个周期，再打开Q2，分闸完成 ② 降压原理
Q1 Q2 Q1
R a
Q2
b
R
a) R串入电路后，剩余电荷通过R释放，此时Q1上的恢复电 压＝UR，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧的重燃
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第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 合闸相位 若合闸不发生在电源电压接近幅值时，出现的合闸过电 压较低。
⑵ 线路损耗
主要来源：①线路及电源的电阻；②当过电压超过导线 的电晕起始电压后，导线上出现电晕损耗。
线路损耗能减弱振荡，从而降低过电压 ⑶ 线路残余电压的变化
⑵ 采用中性点经消弧线圈接地方式 采用中性点有效接地方式虽然能解决断续电弧问题，但 每次发生单相接地故障都会引起断路器跳闸，大大降低 了供电可靠性。当电网的电容电流达到一定数值时，可 装设消弧线圈来抵消电容电流，可避免断续电弧的出现
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第三节 暂时过电压
一．工频电压升高
1. 概念 工频电压升高——在正常或故障时出现幅值超过最大工 作电压、频率为工频或接近工频的电压升高 2. 产生的原因及防护措施
i
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
t
u 3U
i(t )
U
U AB
t
U
u(t )
t1
t2
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第二节 操作过电压
K
③ t＝t3（第二次熄弧）
此时电弧电流过零点， 同时线路上电压震荡达 到最大值3 U ，电弧再 次熄灭。即A，B间再次 完全断开。
UA：按电源电势变化 UB：不变（＝3U)
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第二节 操作过电压
⑵ 自动重合闸产生的过电压
当自动重合闸发生时，由 于这时线路上有一定残余 电荷和初始电压，则重合 闸时振荡将更加激烈，产 生的过电压更高
QF1
QF2
A B C
A B C
线路可能产生的最大过电压的情况
当A相电压UA=－U时跳闸， 即U初始＝－U 当电源电压＝ U时合闸，即U稳态＝U U最大= 2U稳态－ U初始= 2U－(－U )＝ 3U
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第二节 操作过电压
电弧
i≠0时，K 打开，强 行切弧
截流现象 LT向CT 放电
i i L iC i L
iL
iC
CT
～
LT上的磁场能 转化为电容CT 上的电能
使CT上电 压升高
u
uC
LT
变压器上出现过电压
U m ax LT CT I0 ZT I0
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第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 中性点接地方式 中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生位移， 所以某一相的过电压可能特别高一些，约20%左右；
⑵ 断路器的性能
断路器灭弧性能越好→ 降低电弧重燃次数→降低过电压
⑶ 母线上的出线数 出线数越多→ 过电压越小 ⑷ 断路器外侧是否接有电磁式电压互感器等设备 它们的存在将使线路上的剩余电荷有了附加的泄放路径 ，因而能降低这种过电压。
U U
u(t )
电源电感
LS
空载 线路
i
t
u
i(t )
U AB
t
t1
i(t):工频电流 u(t):工频电压
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第二节 操作过电压
K
LS
随时间推移，当 UAB=UA－UB= U－(－U) ＝2U 若断路器K处介质绝缘 恢复，间隙不被击穿 ，则电弧不会再重燃 ，分闸过程结束，不 产生过电压 若断路器间隙被击穿 ，则电弧重燃
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第二节 操作过电压
3. 降压措施 ⑴ 采用中性点有效接地方式 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，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。
过电压幅值＝－U＋[－U －3U)]＝－5U 电流震荡形成电弧电流
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
i
t
u 3U
i(t )
3U
U
U AB
t
U
u(t )
依次类推，线路上过电压不断增大 ：－U→3U→－5U→7U→¨¨
t1
t2 t3
t4
5U
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切断100A以上的交流电流时， 开关触头间的电弧通常都是在 工频电流自然过零时熄灭的 但当切断很小的空载变压器的 激磁电流iL（约数安到数十安） 时，电弧往往提前熄灭，即电 流会在过零之前就被强行切断 （截流现象）。
电弧
i i L iC i L
iL
iC
CT
～
u
uC
LT
LT—变压器激磁电感； CT—变压器绕组及连接线对 地电容