铁磁谐振过电压

子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
(2)当电源容量为有限值时，XS 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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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
闸和自动重合闸。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、计划性合闸引起的过电压
A QF B L
在计划性合闸之前，
i
线路上一般不存在
e(t)
C T u 残余电荷，初始电压
为零，在合闸初瞬间
的暂态过程中，电源
图39-－5 5 空载线路合 电压通过等值电感 闸时的等值电路 对空载线路的等值电容
充电，回路中将发生高频振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
e(t) Em cost
i(t) Em cos(t 90 )
XC XL
u(t)
CT
e(t )
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合 图3-2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t1 uAB
t t2
t1
u AB 2Em
，
t t2
u AB
e(t) Em
•
UB
(a 2
1)Z 0 Z0
(a2 a)Z2 Z1 Z2
•
U
A0
•
UC
(a 1)Z 0
(a2
a)Z2
•
U A0
Z0 Z1 Z2
式中U• A0 ——正常运行时故障点处A相电
压；
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
Z1 Z2 Z0
j 2
ae 3
Z1 Z2 R0 R1 R2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
稳态值＋（稳态值－初始值） ＝ Em＋（ Em－0）＝2Em
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
稳态值＋(稳态值－初始值) ＝ Em ＋［ Em－（－ Em）］ ＝3 Em
图3-6
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
三、影响合闸过电压的因素及限制 措施
1．影响因素
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
0.5U phm
U phm
1.5Uphm
u3(t2 ) uC(t2) UND 0.5Uphm Uphm 1.5Uphm
t
2
t
2
t2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t3
t2
u1
T t3 t2 2
U phm
U 2m (t3 ) U 3m (t3 ) 2(1.5U phm ) 0.5U phm 3.5U phm
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、铁磁谐振过电压
• 铁磁谐振发生于含有铁心电感元件的
振荡电路中。由于铁心电感元件的磁
饱和现象，使回路的电感不再是常数，
而是随着电压或电流的变化而变化。
在一定的条件下，回路中的感抗会出
现和容抗相等的情况，从而产生铁磁
谐振现象。
铁磁谐振的条件：KL0
1
KC
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、过电压产生的物理过程
LS 为电源等值电感，CS为母线对地电容，
LK 为母线至变压器连线的电感，
CT 为变压器绕组及连接线的对地电容
LT 为变压器的励磁电感
u(t)
LS
QF
i
iL
iC
CS
LT
CT
uC
LK
图 图9－ 3-77 切除空载变压 器时的等值电路
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、过电压发展的物理过程
+.
. UA -
--UBU.C
+N +
.
IC F
2
.
I2
3
.
1
I3
C1 C3 C2
. . UB
U BA
. . I3
IC
.
I2
. UC .
UCA
.
UA
（a)
(b)
图39-－9 9 中性点绝缘系统发生单相接地的电路图及 相量图
(a)电路图；(b)相量图
(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
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
3.3.1.3 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。
• 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 Em、 －5 Em、7Em、……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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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
iL
CT
iL
U0
U
1 2
phm
CTU
2 phm
CT
LT
I 0 CT
WL
1 2
LT I 0 2
WC
1 2
C
TU
0
2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
＝ 1
2
CTU
2 cm
1 2
LT
I
2
0＋
1 2
C
TU
0
2
U cm ＝
LT CT
I02
U02
U cm ＝
m
LT CT
I02
U02
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
图3-18 图3-19
若忽略回路 电阻
••
•
E ULUC
E U UL UC
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
三、参数谐振过电压
在含有周期性变化的电感回路中，当 感抗周期性变化的频率为电源频率的 偶数倍，并有一定的容抗配合时，就 可能发生参数谐振过电压。
采用快速自动调节励磁装置、增大振 荡回路的阻尼电阻等措施，一般可消 除这种过电压。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
C1 C2 C3
C1 C2 C3 C
，
I2 I3 3CUph
IC 3I2 3CUph
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合 图3-10
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t1
U 2m (t1 ) U 3m (t1 ) 稳态值＋（稳态值－初 始值）
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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
任务3.3.3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
可用磁吹阀式避雷器或金属氧化物避 雷器来限制
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
3.3.1.4 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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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
图3-4
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
3.3.1.2 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
IC
2
k
v
IC IL
k
v
IC IL
k
v
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
任务3.3.2工频过电压
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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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 .
uAB Em
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
Em
图3-3
过电压幅值＝稳态值＋(稳态值－初始值)
＝ ＋［ Em
Em －（－Em）］＝3 Em
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t3
Em
Em
CT
稳态值＋（稳态值－初始值） ＝－ Em＋（－Em－3 Em）
＝－5 Em
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
＝2 稳态值－初始值
＝2(1.5U phm ) (0.5U phm ) 2.5U phm
t t2
u1
(t
2
)
0
u2 (t2 ) u3 (t2 ) 1.5Uphm
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
u1(t2 ) uA (t2 ) UND Uphm Uphm 0
u2
(t
2
)
uB (t2 ) UND
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
• 从线路末端（ x 0）开始，沿线的工
频电压按余弦规律分布，线路末端电
压
•
U
最高。
2
末端电压为
•
U2
•
E cos cos( )
• 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
U2 1
E cos
这表明线路长度越长 ，线路末端工频电 压越高
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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
•
•
•
U
x
E cos cos X S sin
E cos cos( )
cos
Z
U U2
U1
.x
E XS
. I1
.
U1
l,Z ,v
0.
. I2 U2
图图3-91－313 沿空载线路的电压分布
分(或元件)上出现严重的 谐振过电压。
•
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、线性谐振过电压
回路发生谐振 的条件为
1 LC
0
电容上的稳态 电压幅值为
图3-16
U cm
Um
2
Um R
1
C
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
0
1
2 2
2 0
U cm
2
0
Um
2
1
0
1 R 0 2 L
C
图3-17
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。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、过电压产生的物理过程
Q F LT
LT
LS A B 2
2
e(t)
CT
A
QF B
L
i
e(t)
CT
u
(a)
(b)
图图39-－1 1 切除空载线路时的等值电路
（a）等值电路；（b)简化后的等值电路
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
子情境3.3电力系统 过电压与绝缘配合
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
任务3.3.1电力系统操作过电压 要求
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.
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
3.3.1.1 空载线路的分闸过电压
•
UB
1.5K K 2
j
3 2
• U
A0
•
UC1.5K K 2j3 2• U
A0
K x0 x1
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
UB UC
3
K2 K K 2
1 U A0
K eU A0
K2 K 1 Ke 3 K 2
Ke
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
e
图3-15
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
I IC IL
I
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
0
1 3LC
k
QF
－
. .I
UA C
＋
L
g
图图93－ -1212 消弧线圈的补
1
1偿作用分析
k IL
L
L
2 0
I C (C1 C2 C3 ) 3C 2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
v
v 1 k I C I L 1 02
U cm ≈
m
LT CT
I02
m ZT I0
图3-8
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
K Ucm U phm
m ZT
1 2π fLT
m
f0 f
CT
CT LK CS
CT
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
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