过电压及绝缘
电力系统过电压防护及绝缘配合之工频过电压
对中性点有效接地的110～220kV系统，X0为不大的 正值，其X0/X1≤3。单相接地故障时，健全相的工频 电压升高为0.8倍额定电压U。采用80％避雷器；
对
，输送距离较长，计及长线路的
电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高
电压的80％。
。
当输电线路重负荷运行时，线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成工频电压 升高。影响工频电压升高的因素主要有：
过电压防护及绝缘配合 ——工频过电压
➢ 工频电压升高本身对正常绝缘的电气设备一般是没有危险的，但是在超高 压系统的绝缘配合中具有重要作用： ①其大小将直接影响操作过电压的幅值； ②其数值是决定避雷器额定电压的重要依据； ③持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行。 通常：
➢ 合闸后0.1s时间内出现的电压升高叫操作过电压； ➢ 0.1s~1s时间内，由于发电机自动电压调整器的惰性，发电机电势E′尚保持
抗X0则因不接地系统，X0取决于线路容抗，X0/X1∈(-
∞～-20)，为负值。单相接地时健全相的工频电压升高
可达1.1倍额定电压。采用110％避雷器；
对中性点经消弧线圈接地35～66kV系统，按补偿度可
以分为两种情况。欠补偿方式时，|X0/X1|→-∞；过补 偿方式时，|X0/X1|→+∞。单相接地故障时，健全相电
-6-
①断路器跳闸前输送负荷的大小；
②空载长线路的电容效应；
③发电机励磁系统及电压调节器的特性，原动机调速器及制动设备的惰性等。
发电机突然失去部分或全部负荷时，通过励磁绕组的磁通因磁链守恒原则而 不会突变，电源电势E' 维持原来的数值。原先负荷的电感电流对发电机主磁通的 去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使E'增大，要 等到自动电压调节器开始发挥作用时，才逐步下降。
电气工程师-专业基础(供配电)-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合
电气工程师-专业基础（供配电）-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合[单选题]1.电力系统内部过电压不包括()。
[2018年真题]A.操作过电压B.谐振过电压C.雷电过电压D（江南博哥）.工频电压升高正确答案：C参考解析：电力系统过电压分为内部过电压和外部过电压（雷电过电压）。
内部过电压主要分两大类：①因操作或故障引起的暂态电压升高，称操作过电压。
②在暂态电压后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称暂时过电压。
暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。
暂时过电压虽具有稳态性质，但只是短时存在或不允许其持久存在。
C项，雷电过电压属于外部过电压。
[单选题]2.避雷线架设原则正确的是()。
[2017年真题]A.330kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护B.110kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护C.35kV线路需要全线架设双避雷线进行保护D.220kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护正确答案：D参考解析：根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064—2014）第5.3.1条第2款规定，少雷区除外的其他地区的220kV～750kV线路应沿全线架设双地线。
110kV线路可沿全线架设地线，在山区和强雷区宜架设双地线。
在少雷区可不沿全线架设地线，但应装设自动重合闸装置。
35kV及以下线路不宜全线架设地线。
[单选题]3.下面操作会产生谐振过电压的是()。
[2017年真题]A.突然甩负荷B.切除空载线路C.切除接有电磁式电压互感器的线路D.切除有载变压器正确答案：C参考解析：谐振过电压主要由变压器励磁电感与对地电容或电磁式电压互感器过饱和等引起。
A属于工频过电压，B、D属于操作过电压，C属于谐振过电压。
[单选题]4.电磁式电压互感器引发铁磁谐振的原因是()。
[2016年真题]A.非线性元件B.热量小C.故障时间长D.电压高正确答案：A参考解析：铁磁谐振是由铁芯电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、消弧线圈等，与电力系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。
交流电气装置的过电压保护及绝缘配合
输变电标准讲解资料交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997 )2008 年8 月目录引言二，电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响三，暂时过电压及其限制四，操作过电压及其保护五，雷电过电压及其防护六，金属氧化物避雷器MOA七, 绝缘配合一，前言：1 ,本标准规定了标称电压为3〜500 kV交流系统中电气装置过电压保护的方法和要求；提供了相对地、相间绝缘耐受电压或平均（50%）放电电压的选择程序，并给出电气设备通常选用的耐受电压和架空送电线路与高压配电装置的绝缘子、空气间隙的推荐值。
本标准是根据原水利电力部1979 年1月颁发的《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ 7-79和1984年3月颁发的《500 kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》SD 119-84 ，经合并、修订之后提出的。
2，标准的适用范围：本标准与修订前标准的主要差别：1），增补了电力系统中性点电阻接地方式；修订了不接地系统接地故障电流的阈值；2），对暂时过电压和操作过电压保护，补充了有效接地系统偶然失地保护和并联补偿电容器组、电动机操作过电压保护及隔离开关操作引起的特快瞬态过电压保护等内容；对330kV 系统提出新的操作过电压水平要求、修订了限制500kV 合闸和重合闸过电压的原则和措施等；3），增加了金属氧化物避雷器参数选择的要求；4），增加了变电所内金属氧化物避雷器最大保护距离和SF6 GIS变电所的防雷保护方式的内容；5），充实并完善了3〜500kV 交流电气装置绝缘配合的原则和方法。
给出架空线路、变电所绝缘子串、空气间隙和电气设备绝缘水平的推荐值。
注：本文中工频过电压倍数，为工频过电压有效值与系统最高相电压有效值之比；本文中谐振、操作过电压倍数，为谐振、操作过电压幅值与系统最高相电压峰值之比。
二，电力系统中性点接地方式及其对过电压的影响：电力系统中性点接地方式是涉及系统接地故障电流、过电压水平、运行可靠性等一项技术、经济的综合性问题。
过电压及绝缘配合
1． 了解电力系统过电压的种类电力系统中的各种绝缘在运行过程中除了长期受到工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短时作用。
所谓“过电压”通常指电力系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位差升高。
按照产生根源的不同，可将过电压作如下分类：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧感应雷击过电压直接雷击过电压雷电过电压操作过电压参数谐振过电压铁磁谐振过电压线性谐振过电压谐振过电压工频电压升高暂时过电压内部过电压电力系统过电压 引起工频电压升高的原因有：空载长线的电容效应、不对称短路、甩负荷等。
当电路中的电感、电容和电阻元件都是线性参数（不随电流、电压而变化），且电网的电源频率接近回路的自振频率时，由于回路中的感抗和容抗相等或接近而相抵消，回路电流只受到电阻的限制而达到很大的数值，在电感元件和电容元件上产生远远超过电源电压的过电压，此过电压称为线性谐振过电压。
当电感元件带有铁芯时，一般会出现饱和现象，这时电感不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而改变。
由于电感的非线性，回路可能有不只一种稳定工作状态。
在一定条件下，回路可能从非谐振工作状态变到谐振工作状态，发生相位反倾现象，产生铁磁谐振。
若系统中的某些元件（如发电机）的电感发生周期性的变化，再加上不利参数的配合，电网就有可能引发参数谐振。
操作过电压所指的操作并非狭义的开关倒闸操作，而应理解为“电网参数的突变”，引起操作过电压的原因主要有：切断空载线路、空载线路合闸、切断空载变压器、断续电弧接地等。
在220kV 以下的系统中，要把雷电过电压限制到比内部过电压还低的水平是不经济的，因此这些系统中电气设备的绝缘水平主要由雷电过电压所决定。
对于超高压系统，在现有防雷措施下，雷电过电压一般不如内部过电压危险性大，因此系统绝缘水平主要由内部过电压水平所决定。
在严重污秽地区的电网，设备的绝缘性能因污秽而大大降低，污闪事故在正常工作电压下时常发生，因此严重污秽地区的电网外绝缘水平主要由系统最大运行电压所决定。
直流电气装置的过电压保护和绝缘配合
直流电气装置的过电压保护和绝缘配合简介本文档将探讨直流电气装置的过电压保护和绝缘配合。
我们将讨论直流电气装置中的过电压问题，并提供一些解决方案，以保护设备免受过电压的损害。
同时，我们还将讨论绝缘的作用以及绝缘配合在直流电气装置中的重要性。
过电压的问题直流电气装置在运行过程中时常会遇到过电压问题。
过电压可能由许多因素引起，如雷击、电力系统的故障、设备内部故障等。
过电压可能对设备和系统造成破坏，甚至引发火灾和人身伤害。
为了保护直流电气装置免受过电压的影响，我们需要采取一些过电压保护措施。
常见的过电压保护措施包括使用过电压保护器、避雷针和绝缘配合。
过电压保护措施过电压保护器是一种用于保护电气设备的装置，它能够检测并限制过电压的出现。
过电压保护器可以快速反应，并通过将过电压引流到地或通过其他方式将其限制在可接受范围内来保护设备。
避雷针是另一种过电压保护设备，它能够吸收和放散雷击引起的过电压。
在直流电气装置中安装避雷针可以有效保护设备免受雷击引起的过电压损害。
此外，绝缘也是过电压保护的重要手段之一。
良好的绝缘能够阻止过电压通过设备和系统，保护设备免受过电压的侵害。
绝缘可以通过使用绝缘材料、绝缘包围等方式实现。
绝缘配合的重要性绝缘配合在直流电气装置中起着重要的作用。
绝缘配合是指使用多层绝缘材料或绝缘包围来增强设备的绝缘性能。
通过采用绝缘配合技术，我们可以进一步提高设备的绝缘能力，减少过电压对设备的影响。
绝缘配合还可以降低设备发生故障的概率，并提高设备的可靠性和安全性。
通过正确选择和应用绝缘材料，并采取正确的绝缘配合措施，我们可以确保直流电气装置在正常工作条件下保持良好的绝缘性能。
结论过电压保护和绝缘配合是直流电气装置中的重要问题。
通过采取适当的过电压保护措施，如使用过电压保护器和避雷针，并结合绝缘配合技术，我们可以保护直流电气装置免受过电压的影响，提高设备的可靠性和安全性。
交流电网的过电压保护与绝缘配合问题简述
朱家骝武汉高压研究所，湖北武汉430074正确处理电网中各个电气设备的绝缘水平和运行中设备绝缘上可能出现的各种电压（过电压）之间的关系，是绝缘配合所要解决的问题，是关系到电网建设以及安全、经济运行的重要问题。
本文就该问题所涉及的基本内容作简要的阐述。
1运行时作用于绝缘上的电压设备在运行中可能受到的电压归纳起来有：①正常运行时的工频电压；②暂时过电压（包括工频过电压和谐振过电压）；③操作过电压；④雷电过电压。
(1) 正常运行时的工频电压，是设备正常运行时，长期作用于设备绝缘上的工作电压。
工频电压的作用随着电压等级的提高显得越来越重要。
设备绝缘和无间隙金属氧化物避雷器等保护装置的长期运行性能以及绝缘的寿命取决于此。
过电压标幺值的基准值是用设备最高运行相电压表示的。
工频过电压(kV，有效值)谐振过电压和操作过电压(kV，峰值)(2) 暂时过电压和操作过电压。
两者都是由于电网内部故障或操作引起电网运行参数的变动，在此过程中由于电磁能量振荡而产生过电压，因此又统称为内部过电压。
暂时过电压是在一定位置上的相对地或者相间过电压，具有一定的振荡频率，由于无阻尼或弱阻尼，因此持续时间较长。
暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压，操作过电压是由于系统运行状态突然发生变化的过渡过程而产生的过电压，持续时间短。
(3) 雷电过电压。
由于雷击在输电线路和发变电所引起的各种过电压统称为雷电过电压。
2系统最高工作电压范围及中性点接地方式交流电力系统的最高工作电压分为两个范围：范围Ⅰ 3.5kV≤U m≤252 kV范围ⅡU m＞252 kV这两个电压范围最重要的区别是中性点接地方式。
中性点接地方式是涉及电网过电压水平、单相接地电流、通信干扰、人身安全、设备绝缘水平、系统动态稳定性能以及继电保护可靠性等诸多方面的综合问题。
由于中性点接地方式的不同，过电压类型、过电压保护方式和绝缘配合的原则将有很大区别。
(1) 范围Ⅰ电网中性点接地方式有以下几种形式：1) 3～10 kV不直接和发电机相连的电网以及35 kV、66 kV 电网，当单相接地故障电容电流不超过10 A时（某些情况可放宽），中性点采用不接地方式。
高电压技术第3章_电力系统过电压及绝缘3-1
玻璃纤维经过组织 , 能织出各式各样的玻璃织物 -- 玻璃布。玻璃布既 不怕酸 , 也不怕碱 , 所以用作化学工厂的滤布 , 十分理想。近年来不少 工厂纷纷采用玻璃布代替棉布,麻袋布。
知识扩展
青壳纸：又称鱼鳞纸，是钢纸的一种。经氯化锌溶液处理过，呈 青灰色，厚度0.1~0.3毫米。机械性能良好，但易吸湿。广泛用 于电机、电器中，作为衬垫的绝缘材料。
处于绕组以外，连接绕组的各部分及绕组与套管的那些连接线的绝缘，称为 引线绝缘
2．油浸式电力变压器的主绝缘
油浸式电力变压器的主绝缘主要采用油-屏障绝缘。油屏障结构包 括绕组的绝缘筒、角环及相间隔板等。 主要有两种型式： 1）厚纸筒大油道结构。一般35kV及以下变压器常采用这种结构。 2）薄纸筒小油道结构。在110kV及以上电压等级电力变压器中几乎 无例外地采用这种主绝缘结构。电压等级越高，油隙分割的越细， 击穿场强越高。
3.2.2.3 油浸式电力变压器的绝缘结构
按照铁芯和绕组的相对位置，电力变 压器可分为芯式和壳式两种。 绕组包在铁芯外面的称为芯式变压器； 铁芯包在绕组外面的为壳式变压器。 铁芯一般由0.35~0.5mm厚的硅钢片叠 装而成，片与片之间有很薄的绝缘层。
3.2.2.3 油浸式电力变压器的绝缘结构
电力变压器绕组按高低压相互位置的不同分为两种基本形式: （1）同心式绕组:通常低压绕组靠近铁芯，高低压绕组高度几乎 一样，直径不同。由于芯式电力变压器采用同心式绕组结构，安 装比较简单、性能良好。
3.1 电力系统的过电压
一.过电压的分类
过 电 压
外部过电压（大气过电压） 内部过电压
操作过电压
暂时过电压
谐振过电压 工频过电压
3.1.1 外部过电压
过电压防护与绝缘配合基础知识讲解
uA
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L
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uG iR i
图8-27雷击独立避雷针
式中:i——流过避雷针的雷电流，kA；
1—母线 2—变压器
Ri——避雷针的冲击接地电阻，单位为Ω；
L——避雷针的等值电感 H ；
——雷电流的上升陡度，kA／ 。
为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间 隙Sa被击穿而造成反击事故，必须要求Sa大于一定距离，取空 气的平均耐压强度为500kV／m；为了防止避雷针接地装置和被 保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿，必须要求Se 大于一定距离，取土壤的平均耐电强度为300kV／m，Sa和Se应 满足下式要求:
输电线路防雷性能的优劣，工程中主要用耐雷 水平和雷击跳闸率两个指标来衡量。所谓耐雷水平， 是指雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 （单位为kA）。
1. 输电线路上的感应雷过电压
雷击线路附近地面时，在线路的导线上会产生感应雷过 电压，由于雷击地面时雷击点的自然接地电阻较大，雷电流 幅值I一般不超过100kA。实测证明，感应过电压一般不超过 300-400kV，对35kV及以下水泥杆线路会引起一定的闪络事故； 对110kV及以上的线路，由于绝缘水平较高，所以一般不会引 起闪络事故。
小结
➢通常采用耐雷水平和雷击跳闸率来表示一条线路的耐 雷性能和所采用防雷措施的效果。
➢输电线路常采用避雷线、降低杆塔接地电阻、加强线 路绝缘等措施来进行防雷。
➢可按雷击点的不同把线路的落雷分为三种情况：绕击 导线、雷击档距中央的避雷线和雷击杆塔。
（本节完）
8.4 接地的基本概念及原理
➢ 8.4.1 接地概念及分类 ➢ 8.4.2 接地电阻，接触电压和跨步电压 ➢ 8.4.3 接地和接零保护
电气工程师-专业基础(发输变电)-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合
电气工程师-专业基础（发输变电）-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合[单选题]1.下列关于氧化锌避雷器的说法错误的是()。
[2018年真题]A.可做无间隙避雷器B.通流容量大（江南博哥）C.不可用于直流避雷器D.适用于多种特殊需要正确答案：C参考解析：金属氧化物避雷器的阀片是以氧化锌（ZnO）为主要材料，并以少量其他稀有金属氧化物作添加剂，经过加工后，在1000℃以上的高温中烧结而成。
ZnO阀片具有很理想的非线性伏安特性，相对于传统的SiC阀片，在额定电压下，ZnO阀片流过的电流可小于10－5A，可近似认为其续流为零。
因此氧化锌避雷器可以不用串联火花间隙，成为无间隙、无续流的避雷器。
金属氧化锌避雷器广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备绝缘，尤其适合于中性点有效接地的110kV及以上电网。
其主要优点包括：①结构简单，并具有优异的保护特性；②耐反复过电压能力强；③通流容量大；④性价比较高。
[单选题]2.110kV系统的工频过电压一般不超过标幺值的()。
[2018年真题]A.1.3B.3C.D.正确答案：A参考解析：工频过电压的允许水平分为：①110kV和220kV系统的工频过电压一般不超过1.3p.u.；②35～66kV系统的工频过电压一般不超过p.u.；③3～10kV系统的工频过电压一般不超过p.u.。
[单选题]3.雷击杆塔顶部引起的感应雷击过电压是()。
[2017年真题]A.有无避雷线变化不大B.对35kV线路绝缘的危害大于对110kV线路绝缘的危害C.不会在三相同时出现D.与杆塔接地电阻大小无关正确答案：B参考解析：BCD三项，在发生感应雷过电压时，三相导线间均存在此过电压，相间几乎没有电位差，危害往往只有对地闪络；当两相或者三相均发生对地闪络时，线路可能发生相间闪络事故。
杆塔接地电阻一般很小，这样感应雷击过电压产生的雷电流幅值就会很大。
35kV线路绝缘水平较110kV线路低，所以更容易产生闪络事故，即危害更大。
交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
交流电气装置的过电压保护和绝缘配合3~10kV Yyn和Yy（低压侧中性点接地和不接地）接线的配电变压器，宜在低压侧装设一组避雷器或是熔断器，以防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘。
要理解上述条文中后一句防治法变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘，需要解释正反变换电压的概念。
事实上所有的雷击事故，破坏最严重的直击雷发生的几率并不大；配电变压器雷害事故主要由雷电形成的正反变换电压波所造成的。
据有关统计资料显示：正反变换过电压占整个雷害事故的86.1%。
1.1发变换过电压所谓反变换过电压，即当高压侧侵入雷电波，引起避雷器动作时，在接地电阻上流过大量的冲击电流，产生压降，这个压降作用于低压绕组的中性点上，使得中性点的电位提高，当低压线路比较长时，低压线路相当于波阻抗接地，因此在中性点电位作用下，低压绕组将流过较大的冲击电流。
三相绕组中流过的冲击电流方向，大小相等，产生的磁通在高压绕组中按变压器的匝数比感应出数值极高的脉冲电动势，三相脉冲电动势方向相同、大小相等（假定三相磁路对称）由于高压绕组接成星形且中性点不接地，因此在高压绕组中，虽有脉冲电动势，但无冲击电流，电流只在低压绕组中流通，高压绕组中没有相应的冲击电流来平衡，因此，低压绕组中的冲击电流全部成为激励电流，产生很大的零序磁通，是高压侧感应出很高的电动势，由于高压绕组出线端电位受避雷器残压的固定，这个感应电动势就沿绕组分布，在中性点幅值最大，因此中性点绝缘容易击穿，这种过电压首先由高压侧进行波引起的。
再由低压侧电磁感应至高压绕组，通常称之为反变换1.2防雷接地采用四点共同接地方式：3~10kV 配电系统中配电变压器应装设避雷保护。
避雷器应尽量靠近变压器设。
其接地线应与变压器低压侧中性点以及金属外壳等连在一起接地。
在低压侧结社避雷器保护后，其特点可归纳为：（高低压侧均采用避雷器保护）四点共同接地：（及高压侧避雷器的接地线，低压侧避雷器的接地线，和低压绕组的中性点，及变压器的外壳连接在一起）采用这种方式是基于以下两点考虑：（1）高压侧避雷器的接地线、低压侧避雷器的接地线和低压侧中性点连接在一起接地，其目的是为了防止流经避雷器的电流在接地电阻上的压降施加在变压器的绕组上。
第3篇电力系统过电压与绝缘配合
电
气
信
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学
院
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4.波速
x t
1 L0C0
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
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学
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二.波动方程
线路上点在时间的电压和电流的波动方程
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
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学
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四. 行波通过串联电感和并联电容
1. 通过串联电感
School of Electrical Engineering and Information SEEI
电
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学
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回路方程：
2U1q i2 q ( Z1 Z 2 ) L
电
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信
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学
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c. 线路末端接负截电阻R
School of Electrical Engineering and Information SEEI
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学
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2. 彼德逊法则
School of Electrical Engineering and Information SEEI
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折射波电压、电流随时间变化
过电压及绝缘
9.1.1 工频过电压
Xd ~ Xq
发电机的自励磁
X ~ X ' d 电力系q 统中，水轮发电机正常运行时，其电抗在
之间呈周期变化；在异步
运行时，无论水轮发电机或汽轮机发电机，它们的电抗在
之间周期变化，变化频率均为工频的二倍，如发电机带有空载线路，其容抗参 数与发电机感抗配合得当就可能引起参数共振，此时发电机励磁电流很小，甚 至为零，发电机端电压和电流幅值也会急剧上升。这种现象称为发电机自励磁。 在各种电压等级的电网中，都可能产生自励磁过电压。
雷电日与雷电小时
二．地面落雷密度
雷云对地放电的频繁程度，
用地面落雷密度表示，其
9.2.2 雷电N参g数0.02T4d1定 公 式.3里义 中上是的每—年个—平雷年均电平落日均雷每密次平度数方，。
次/km2 a；
Ng
——年平均雷暴日，d/a。
Td
9.2.3 雷电 流与雷电过 电压的近似 表示
对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉 冲波形，通常采用幅值、波头时间和波长 时间等三个参数加以描述.
3．弧光接地过电压
在中性点不接地系统中发生单相接地故障时， 各相的相电压升高，则流过故障点的接地电流 也随着增加，许多暂时性的单相弧光接地故障 往往能自行熄灭，在接地电流不大的系统中， 不会产生稳定的电弧，这种间歇性的电弧引起 系统运行方式瞬息变化，导致多次重复性电磁 振荡，在无故障相和故障相上产生严重的弧光 过电压。
的标么转速，则线路工频电压的升高为：
n 对汽轮机， 值平均为1.1～1.15，对水轮机， 为1.2～
n
1.3，相应的工频电压升高约为10％～15％及20％～30％。
9.1.1 工频 过电压
母线及输电线上的电压，由于突然甩负荷， 可达额定值的1.2～1.3倍。当线路电容较大 时，此值还可能更高。这种电压上升时间约 为几分之一秒，但实际上受机组调压器、调 速器以及变压器、发电机磁饱和的限制，实 际电压上升视具体情况而定。
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9.1.2 操作过电压
4.电感性负载的拉闸过电压 当切除电感性负载时,由于断路器强 制熄弧,随着电感电流的遮断,电感中 的磁能将转为静电能,出现过电压.
9.1.2 操作过电压
5.空载线路的合闸过电压 系统在合闸初瞬间的暂态过程中,电 源电压通过系统的电感和电容,在回路 中会发生谐振,因起过电压.
1.切除空载线路时的过电压 切断空载线路或并联电容器组时,可能引起电 感-电容回路振荡过程,引起过电压,产生电弧 重燃,引起电气设备的多次绝缘闪络或击穿事故. 用开关切除空载线路时,可能在线路或母线侧出 现危险的过电压.在工频条件下,由于,空载线 路表现为一个等值的电容负荷,所以切除空载长 线时产生的过电压与切除电容器组时产生的过电 压性质完全相同.
9.1.3 谐振过电压
4.传递过电压 电网中发生不对称接地故障,开关非全相或 不同期动作时,网内将出现零序电压和三相电 流不对称,通过电容的静电耦合和电感的电磁 耦合,对于相邻的送电线路之间或变压器绕组 之间会产生电压的传递现象.当系统接有电压 互感器等铁磁元件时,还可能构成串联谐振回 路,产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压.
9.2.2 雷电参数
2.地面落雷密度 雷云对地放电的频繁程度,用地面落 雷密度表示,其定义是每个雷电日每平 方公里上的年平均落雷次数.
N g = 0.024T
1.3 d
式中 N g——年平均密度,次/km2a; Td ——年平均雷暴日,d/a.
9.2.3
雷电流与雷电过电压的近似表示
对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压 脉冲波形,通常采用幅值,波头时间和波 长时间等三个参数加以描述. 对于振荡型波形,还要附加上主振频率 这个参数.
9.1.1 工频过电压
工频电压升高包括: (1)突然甩负荷引起的工频电压升高; (2)空载线路末端的电压升高; (3)发电机自励磁; (4)系统不对称短路时的电压升高.
9.1.1 工频过电压
1.突然甩负荷引起的工频电压升高 (1)发电机电枢反应的变化引起的工频电压 升高 一般系统所带的是感性负荷,感性负荷的电流 对发电机起去磁的电枢反应,当系统突然甩掉负 荷时,这个去磁的电枢反应也随之消失,但根据 磁链守恒原理,穿过励磁绕组的磁通来不及变化, ' 故发电机端电压将升高到 Ed .同时,甩掉感性 负荷的长线路呈容性,容性的电流又对发电机起 助磁的电枢反应.
' nE q X T
对汽轮机,n 值平均为1.1～1.15,对水轮机, n 为 1.2～1.3,相应的工频电压升高约为10%～15%及20 %～30%.
9.1.1 工频过电压
母线及输电线上的电压,由于突然甩负 荷,可达额定值的1.2～1.3倍.当线路电 容较大时,此值还可能更高.这种电压 上升时间约为几分之一秒,但实际上受 机组调压器,调速器以及变压器,发电 机磁饱和的限制,实际电压上升视具体 情况而定.
9.1.1 工频过电压
3.发电机的自励磁 电力系统中,水轮发电机正常运行时,其电抗 在 X d ~ X q 之间呈周期变化;在异步运行时,无论 水轮发电机或汽轮机发电机,它们的电抗在 ' X d ~ X q 之间周期变化,变化频率均为工频的二倍, 如发电机带有空载线路,其容抗参数与发电机感 抗配合得当就可能引起参数共振,此时发电机励 磁电流很小,甚至为零,发电机端电压和电流幅 值也会急剧上升.这种现象称为发电机自励磁. 在各种电压等级的电网中,都可能产生自励磁过 电压.
9.1.1 工频过电压
线路上的电X C X d + X T) ( '
式中
——线路的等值容抗,; ' X d ——同步发电机纵轴暂态电抗,; X T ——变压器的短路电抗,. 对 于 110 ～ 220kV 或 更 低 电 压 的 线 ' X C >> X d + X T ,电压约上升20%～30%;对超 路 高压远距离的输电线路,其末端电压能达到更 高的数值.
4.9 过电压及绝缘
考试大纲 9.1 了解电力系统过电压的种类 9.2 了解雷电过电压的特性 9.3 了解接地和接地电阻,接触电压和跨步 电压的基本概念 9.4 了解氧化锌避雷器的基本特性 9.5 了解避雷针,避雷线保护范围的确定
9.1 电力系统过电压的种类
电力系统内部的过电压主要有: (1)工频过电压:由于电网运行方式 的突然改变,引起某些电网工频电压的 升高. (2)操作过电压:由于电网内开关操 作引起的过电压. (3)谐振过电压:由系统电感和电容 组成的谐振回路引起的过电压.
9.1.3 谐振过电压
电力系统中具有许多非线性铁心电感元件,它们和系 统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路,可能激发起 持续时间较长的铁磁谐振过电压. 铁磁谐振过电压,可以是基波谐振,可以是高次谐波 谐振,也可以是分次谐波谐振. 铁磁谐振过电压可以在3～500kV的任何系统中甚至在 有载长线的情况下发生,过电压幅值一般不超过1.5～ 2.5倍的系统最高运行相电压,个别可达3.5倍.谐振过 电压持续时间可达十分之几秒以上,不能用避雷器限制. 铁磁谐振过电压表现形式可能是单相,两相或三相对 地电压升高,或以低频摆动,或产生高值零序电压分量.
9.2.4 感应过电压
1.静电感应 当线路或设备附近发生雷云放电时,虽然雷电 流没有直接击中线路或设备,但在导线上会感应 出大量的和雷云极性相反的束缚电荷,当雷云对 大地上其他目标放电后,雷云中所带电荷迅速消 失,导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚 而成为自由电荷,并以光速向导线两端急速涌去, 从而出现过电压,称为静电感应过电压. 一般由雷电引起局部地区感应过电压,在架 空线路可达300～400kV,在低压架空线路上可 达100kV,在通信线路上可达40～60kV.
2.波头时间 先由纵轴上的0.1, 0.9和1.0三个刻度分 别作三条平行于横轴 的平行线,前两条平 行线分别与波形曲线 的波头部分相交于A, B两点,过A,B两点 波头与波长时间定义的作图方法示意 作一条直线,该直线 与第三条平行线和横轴分别交于C,D两点,由C点引横轴 的垂线,其垂足E点与D点之间的时间即定义为波头时间, 用 τ f 表示.
9.1.2 操作过电压
3.弧光接地过电压 在中性点不接地系统中发生单相接地 故障时,各相的相电压升高,则流过故 障点的接地电流也随着增加,许多暂时 性的单相弧光接地故障往往能自行熄灭, 在接地电流不大的系统中,不会产生稳 定的电弧,这种间歇性的电弧引起系统 运行方式瞬息变化,导致多次重复性电 磁振荡,在无故障相和故障相上产生严 重的弧光过电压.
9.2.3
雷电流与雷电过电压的近似表示
为了定义波长时间, 再由纵轴上0.5刻度 作横轴的平行线,该 平行线与波形曲线的 波尾部分相交于F点, 从F点引横轴的垂线, 其垂足G点与D点之间 的时间即定义为波长 波头与波长时间定义的作图方法示意 时间,用 τ t 表示.由 于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间, 它习惯上也被称为半幅值时间.
9.1.1 工频过电压
2.空载线路末端的电压升高 线路越长,电感,电容越大,线路常数越小, 空载线路末端电压也就越高,这也就是常说的 长线路的电容效应. 《导则》规定,线路末端电压不能超过系统 额定电压的1.15倍,持续时间不应大于20min, 因此,在给线路充电时,必须估算可能产生的 过电压,当可能产生的过电压超过允许值时, 要采取相应措施.特别对500kV线路,连同电 抗器一起充电,是限制其末端电压升高的有效 手段.
9.1.3 谐振过电压
常见的发生铁磁谐振过电压的情况有: (1)各相不对称断开时的过电压 (2)配在中性点绝缘系统中,电磁式电 压互感器引起的铁磁谐振过电压 (3)开关断口电容与母线PT之间的串 联谐振过电压 (4)传递过电压
9.1.3 谐振过电压
1.各相不对称断开时的过电压 线路只断开一相或两相的情况叫作不对称断 开.当线路末端接有中性点绝缘的空载或轻载 变压器时,不对称断开可能引起铁磁谐振过电 压.若变压器中性点直接接地,则不会产生此 种类型的过电压.
9.1.1 工频过电压
4.不对称短路时的电压升高 在发生不对称短路时,非故障相电压 将升高.
9.1.2 操作过电压
常见的操作过电压有: (1)切除空载线路引起的过电压; (2)切除空载变压器的过电压. (3)电弧接地过电压; (4)电感性负载的拉闸过电压; (5)空载线路合闸时的过电压;
9.1.2 操作过电压
9.2.3
雷电流与雷电过电压的近似表示
1.雷电流幅值的累积概率 对于年平均雷电日大于20的地区,我国传统采 用以下经验公式来表示雷电流幅值累积概率: Im (4-9-7) lg P = 108 式中 I m ——雷电流幅值,kA; P ——表示雷电流幅值 I超过的概率. m
9.2.3
雷电流与雷电过电压的近似表示
9.1.2 操作过电压
2.切除空载变压器引起的过电压 切除空载变压器是电网中常见的一种操作形 式.在正常运行的情况下,空载变压器表现为 一 个 励磁 电 感( 它 的漏 感 较小 得 多, 可 以忽 略),因此切除空载变压器也即是切除电感负 载. 切除电动机,电抗器时,开关中的电感电流突 然被切断,电感中储存的电能将在被切除的电 器和开关上引起过电压.
9.2.1 雷电放电过程
放电开始时,微弱发光通道以107～108cm/s的平均速 度以断续脉冲形式向地面伸长,这一阶段称为先导放电. 当先导到达地面或与迎面先导会合后,就开始从地面向 雷云发展的主放电阶段.在主放电阶段中,雷云与大地 之间所聚焦的大量电荷发生强烈"中和",放出能量, 发出强烈的闪光和震耳的雷鸣.主放电持续时间约为 50s～100s. 随后进入持续时间为0.05s～0.15s的间歇阶段,雷云 中的残余电荷经原先的主放电通道向地面传播,形成余 辉阶段. 在第一次放电过程完成之后,还可能发生第二次或随 后多次的放电,这是因为雷云中存在着多个空间电荷聚 焦中心.