内部过电压概论概要
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第九章_电力系统内部过电压30
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高电压技术
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
18/90
高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
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
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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第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
K
第5章 电力系统内部过电压及其限制措施
三、空载线路合闸过电压及其限制措施
1、计划合闸： 、计划合闸： （图6）及式（5-12）的解 ）及式（ ）
uc= E (1-cosω0t) ω
uc——线路绝缘上的电压， 是一个以电源电压 线路绝缘上的电压， 线路绝缘上的电压 E为轴线，以ω0为角频率的高频正弦等幅振荡 为轴线， 为轴线 的随机量。其最大值为2 的随机量。其最大值为 Em。
5.2
电力系统的操作过电压
一、操作过电压的产生及类型
产生: 产生 系统中因断路器的操作中各种故障产生的过度过程而 引起的过电压。 引起的过电压。 特点：时间短， 特点：时间短，过电压倍数高 其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构、 其过电压倍数 的大小和持续时间与电网的结构、断路器的 的大小和持续时间与电网的结构 性能、系统的接线方式及运行操作方式有关， 一般为 一般为3～ 。 性能、系统的接线方式及运行操作方式有关，K一般为 ～4。 类型: 类型 空载线路合闸过电压、切除空载线路过电压、 空载线路合闸过电压、切除空载线路过电压、 切除空载变压器过电压、 切除空载变压器过电压、 中性点不接地系统中弧光接地过电压。 中性点不接地系统中弧光接地过电压。
cosα f ↑ —ω ↑ —α=ω/v ↑ —αl ↑ —cosαl ↓ — α /cosα K21=1/cosαl↑ (5-3) 运行经验表明： 运行经验表明： 220KV及以下电网一般不需要采取特殊限制措 及以下电网一般不需要采取特殊限制措 施； 220KV及以上电网需要考虑，伴随着雷闪过电 及以上电网需要考虑， 及以上电网需要考虑 压和操作过电压采取限制措施。 压和操作过电压采取限制措施。
二、特点
1、 过电压倍数不大 ， 对正常绝缘的电气设备一般没有 、 过电压倍数不大， 威胁。 威胁。 2、 在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素 。 、 在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素。 伴随着工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值。 伴随着工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值 。 工频电压升高是决定保护电器工作条件的重要因素 （如单相接地非故障相电压升高使避雷器的灭弧电压 升高）。 升高） 工频电压升高持续时间长，将严峻考验设备的绝缘。 工频电压升高持续时间长，将严峻考验设备的绝缘。 如油纸绝缘内部游离、绝缘子闪络或沿面放电、 如油纸绝缘内部游离、绝缘子闪络或沿面放电、铁芯 过热、 过热、电晕等
《内部过电压概论》课件
探索过电压与电力系统参数之间的关 系，如电压等级、设备类型、电网结 构等，以更好地理解过电压的传播和 影响。
探索新型的过电压保护装置
针对现有过电压保护装置的不足 和局限，研究新型的过电压保护
装置，提高其性能和适应性。
结合新材料、新工艺、新技术等 手段，开发具有更高耐压、更快 速响应、更可靠稳定的过电压保
参数设置
根据系统运行参数和设备参数，设置仿真模型的 参数，如电压等级、线路阻抗、变压器参数等。
模型验证
通过对比实际数据和仿真结果，验证仿真模型的 准确性和可靠性。
仿真结果的分析
波形分析
对仿真得到的电压、电流波形进行分析，了解内部过电压的幅值、 持续时间等特性。
参数分析
分析仿真结果中各参数的变化情况，如线路长度、变压器容量等对 内部过电压的影响。
护装置。
探索过电压保护装置与电力系统 的集成和优化，以提高整个系统
的过电压防护能力和稳定性。
提高电力系统的稳定性和可靠性
通过研究和优化电力系统的设计 和运行方式，降低内部过电压的
发生概率和影响程度。
强化电力系统的监测和预警机制 ，及时发现和应对过电压事件， 保障电力系统的安全稳定运行。
结合大数据、人工智能等技术手 段，实现对电力系统的实时监测 和智能控制，提高电力系统的稳
安装过电压吸收装置
采用过电压吸收装置，如阻容吸收器、压敏电阻等，以吸收系统 中的过电压能量，降低其对设备的影响。
配置继电保护装置
通过配置继电保护装置，实现对过电压的有效监测和快速切除， 防止过电压对设备造成损害。
PART 05
内部过电压的仿真研究
REPORTING
仿真模型的建立
模型选择
根据实际电力系统特性，选择合适的仿真模型， 如电磁暂态仿真模型、元件模型等。
008——010--内部过电压
⑶ 对中性点有效接地旳110～220kV电网，X0为 不大旳正值，其中X0/X1≤3。单相接地时健全相上旳电 压升高不不小于1.4UA0(≈0.8Un)，故采用旳是“80% 避雷器”。
高电压技术
三、甩负荷引起旳工频电压升高
在发电机忽然失去部分或全部负荷时，经过激磁 绕组旳磁通因须遵照磁链守恒原则而不会突变，与其 相应旳电源电势Ed’维持原来旳数值。原先负荷旳电感 电流对发电机主磁通旳去磁效应忽然消失，而空载线 路旳电容电流对主磁通起助磁作用，使Ed’反而增大， 要等到自动电压调整器开始发挥作用时，才逐渐下降。
⑷ 在断路器外侧是否接有电磁式电压互感器等设备： 它们旳存在将使线路上旳剩余电荷有了附加旳泄放途径， 因而能降低这种过电压。
3、限制措施 ⑴ 采用不重燃断路器 ⑵ 采用带并联电阻断路器
Q2 Q1
R (a)
Q1
Q2 R (b)
高电压技术
R旳作用： ① 在打开主触头Q1后，线路仍经过R与电 源相连，剩余电荷经过R 释放，Q1上旳恢复电压就是R 上旳压降，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧旳 重燃。
高电压技术
2、自动重叠闸：
自动重叠闸时初条件将更为不利，主要原因在于这 时线路上有一定残余电荷和初始电压，重叠闸时振荡 将愈加剧烈。
在合闸过电压中，以三相重叠闸旳情况最为严重， 其最大值可达 3Em 。
高电压技术
㈡ 影响原因和限制措施
1、影响原因 ⑴ 合闸相位：是随机量，遵照统计规律。 ⑵ 线路损耗： 主要起源：①线路及电源旳电阻； ②当过电压超出导 线旳电晕起始电压后，导线上出现电晕损耗。
若t＝0 时 ，E = Em ；则
uc Em ( 1 cos0 t )
那么在ω0t＝π/4 时，即
高电压技术
三、甩负荷引起旳工频电压升高
在发电机忽然失去部分或全部负荷时，经过激磁 绕组旳磁通因须遵照磁链守恒原则而不会突变，与其 相应旳电源电势Ed’维持原来旳数值。原先负荷旳电感 电流对发电机主磁通旳去磁效应忽然消失，而空载线 路旳电容电流对主磁通起助磁作用，使Ed’反而增大， 要等到自动电压调整器开始发挥作用时，才逐渐下降。
⑷ 在断路器外侧是否接有电磁式电压互感器等设备： 它们旳存在将使线路上旳剩余电荷有了附加旳泄放途径， 因而能降低这种过电压。
3、限制措施 ⑴ 采用不重燃断路器 ⑵ 采用带并联电阻断路器
Q2 Q1
R (a)
Q1
Q2 R (b)
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R旳作用： ① 在打开主触头Q1后，线路仍经过R与电 源相连，剩余电荷经过R 释放，Q1上旳恢复电压就是R 上旳压降，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧旳 重燃。
高电压技术
2、自动重叠闸：
自动重叠闸时初条件将更为不利，主要原因在于这 时线路上有一定残余电荷和初始电压，重叠闸时振荡 将愈加剧烈。
在合闸过电压中，以三相重叠闸旳情况最为严重， 其最大值可达 3Em 。
高电压技术
㈡ 影响原因和限制措施
1、影响原因 ⑴ 合闸相位：是随机量，遵照统计规律。 ⑵ 线路损耗： 主要起源：①线路及电源旳电阻； ②当过电压超出导 线旳电晕起始电压后，导线上出现电晕损耗。
若t＝0 时 ，E = Em ；则
uc Em ( 1 cos0 t )
那么在ω0t＝π/4 时，即
008——010--内部过电压
另一方面，从机械过程来看，发电机突然甩掉一
部分负荷后，因原动机的调速器有一定惯性，在短时
高
间内输入原动机的功率来不及减少，将使发电机转速
电 压
增大、电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增
技
大而升高，而且还会加剧线路的电容效应，从而引起
术
较大电压的升高。
四、工频电压升高的限制
实际运行经验表明：在一般情况下，220kV及以下
等值电路
高
电弧
电
压
i=iL+iC
iL
iC
技
iL
术
u～
LT
CT uc
截流：电流在非自然过零时被强行切断
1、产生原因：
流过电感的电流在到达自然零值之前就被断路器强行切
断，从而迫使储存在电感中的磁场能量转为电场能量而导致
高 电压的升高。
电
切除前
压
技
术
WL WC
1 21 2
LT
I
2 0
C
T
U
2 0
高 电
⑵ 中性点接地方式：中性点非有效接地电网的中性点电
压 位有可能发生位移，所以某一相的过电压可能特别高一些。
技 术
约20%左右；
⑶ 母线上的出线数：当母线上同时接有几条出线，而只
切除其中一条时，这种过电压将较小；
⑷ 在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。
例：
二、不对称短路引起的工频电压升高
当发生单像或两相对地短路时，健全相上的电压都会
升高，其中单相接地引起的电压升高更大一些。此外，阀
第5章电力系统内部过电压及其限制措施
第5章电力系统内部过电压及其限制措施第5章电力系统内部过电压及其限制措施内部过电压的概念1、定义：在电力系统内部，由于断路器的操作或系统发生故障，使系统参数了发生变化，引起电磁能量的转化或传递,在系统中出现的过电压。
2、类型：（1）工频过电压（2）操作过电压（3）谐振过电压3、特点：（1）过电压的能量来源于电网本身。
（2）过电压的幅值与电网的工频电压大致有一定的倍数关系，通常以系统的最高运行相电压为基础计算过电压倍数K。
（3）过电压持续的时间较长。
5、1 电力系统工频过电压一、工频过电压的产生系统正常运行或故障时产生。
如：1、空载长线路末端电压的升高。
2、发生单相接地故障时，非故障相电压的升高。
3、甩负荷引起的工频电压升高。
二、特点1、过电压倍数不大，对正常绝缘的电气设备一般没有危险2、在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素。
（1）工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。
（2）工频电压升高是决定保护电器（避雷器）工作条件的重要因素。
（3）工频电压升高持续时间长，对设备的绝缘不利。
三、形式：1、空载长线路末端电压升高2、不对称短路引起的工频电压升高3、甩负荷引起的工频电压升高四、空载长线路电容效应引起的电压升高(X C>>X L)1、输电线路的等值电路：2、首端与末端电压之比为：对于无穷大容量的系统，可以证明：式中：α—相位常数，α=0.06°/KMl—线路长度说明线路末端电压高于首端电压，线路越长，末端电压越高，这种现象是由于电容性充电电流造成的，称为电容效应。
3、系统电源容量对电容效应的影响沿线路的工频电压按余弦规律分布K20 =U2 / E = COS φ/ COS （αl+ φ）Φ= arctg X s / Z式中：X s —系统电源的等值阻抗Z —导线的波阻抗可见，电源容量越小，电抗越大，工频电压升高越严重，即电源电抗的存在相当于使线路变长了。
举例说明：P.125五、不对称短路引起的工频电压升高1、系统发生单相或两相接地故障时，非故障相（健全相）上工频电压将升高（阀式避雷器的灭弧电压是以此升高值决定）2、分析单相接地（以A相接地为例）：利用对称分量法可以求出：（推导从略）零序电抗X0的大小与系统中性点接地方式有关（1）对于3～10KV系统（中性点绝缘系统）：X0由线路容抗决定，为负值。
电力系统内部过电压
操作过电压所指的操作应理解为由于“操作”导致 “电网参数的突变”引起的过渡过程，这一类过电压 的幅值较大，持续时间短。
电力系统内部过电压
内部过电压的能量来自电网本身，它的幅值大小与 电网的工作电压有一定的比例关系，用工作电压的 倍数（过电压倍数）来表示。其基准值通常取电网 的最大工作相电压幅值UΦ 。（雷电过电压用幅值绝 对值来表示）。
6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压 110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压 330～500kV：合空载线路过电压
9.1 切除空载线路过电压
切除空载线路是电力系统中常见的操作之一。产生 过电压的原因是断路器分闸过程中的重燃现象。 切除空载线路时引起的操作过电压幅值大、持续时 间长。
可采用限压保护装置和其他技术措施来加以 限制。
电力系统常见操作过电压种类
一、切除空载线路过电压（中性点直接接地系统） 二、合空载线路过电压（中性点直接接地系统） 三、切除空载变压器过电压（中性点直接接地系统） 四、电弧接地过电压（中性点不直接接地系统）
在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型：
• • 利用避雷器来保护 • ZnO或磁吹避雷器安装在线路首端和末端，能有效地限
第九章 内部过电压
内部过电压
在电力系统中，由于断路器操作、故障或 其他原因，使系统参数发生变化，引起系统 内部电磁能量的振荡转化或传递从而造成的 电压升高，称为电力系统的内部过电压。
内部过电压的产生根源在电力系统内部， 其大小由系统参数决定。
系统参数的变化原因是多种多样的，因 此内部过电压的幅值、振荡频率以及持 续时间不尽相同，通常按产生原因的不 同可分为：
发展过程 影响因素和限制过电压大小的措施
切除空载线路等值电路
电力系统内部过电压
内部过电压的能量来自电网本身，它的幅值大小与 电网的工作电压有一定的比例关系，用工作电压的 倍数（过电压倍数）来表示。其基准值通常取电网 的最大工作相电压幅值UΦ 。（雷电过电压用幅值绝 对值来表示）。
6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压 110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压 330～500kV：合空载线路过电压
9.1 切除空载线路过电压
切除空载线路是电力系统中常见的操作之一。产生 过电压的原因是断路器分闸过程中的重燃现象。 切除空载线路时引起的操作过电压幅值大、持续时 间长。
可采用限压保护装置和其他技术措施来加以 限制。
电力系统常见操作过电压种类
一、切除空载线路过电压（中性点直接接地系统） 二、合空载线路过电压（中性点直接接地系统） 三、切除空载变压器过电压（中性点直接接地系统） 四、电弧接地过电压（中性点不直接接地系统）
在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型：
• • 利用避雷器来保护 • ZnO或磁吹避雷器安装在线路首端和末端，能有效地限
第九章 内部过电压
内部过电压
在电力系统中，由于断路器操作、故障或 其他原因，使系统参数发生变化，引起系统 内部电磁能量的振荡转化或传递从而造成的 电压升高，称为电力系统的内部过电压。
内部过电压的产生根源在电力系统内部， 其大小由系统参数决定。
系统参数的变化原因是多种多样的，因 此内部过电压的幅值、振荡频率以及持 续时间不尽相同，通常按产生原因的不 同可分为：
发展过程 影响因素和限制过电压大小的措施
切除空载线路等值电路
高电压技术14.内部过电压概论
发电机励磁系统及电压调整器的
特性、原动机调Biblioteka 器及制动设备的惰性可编辑ppt
7
讨论工频过电压的意义1
➢ 直接影响操作过电压的幅值（前合闸案例）
➢ 持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安 全运行（油纸绝缘局放、绝缘子污闪、电晕等）
➢ 在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不
但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时
件与电容元件参数匹配时，发生谐振，
产生过电压
可编辑ppt
4
内部过电压
可编辑ppt
5
二、工频过电压概述
工频过电压的定义
在正常或故障时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，或称工频电压升高
工频过电压的分类
按产生的原因分类有
空载长线路的电容效应
不对称接地故障
负荷突变
可编辑ppt
可编辑ppt
11
工频过电压的限制措施
装设并联电抗器：电抗器的感性无功功率部分地 补偿了线路的容性无功功率
可同时降低线路首端及末端的工频电压升高 选择合适的电抗器容量和位置来控制工频电压升 高在允许范围内
可编辑ppt
12
500kV、336km空载线路合闸过电压
倍数 K 随时间的变化曲线
合闸后0.1秒内的电压升高：是高幅值、强阻尼、高频率 的操作过电压
110、220kV系统，工频电压升高可达系统最高电压的0.8 倍，避雷器的额定电压（灭弧电压）则按系统最高电压的80 ％确定，称为80％避雷器
例如：FZ-110J的灭弧电压为100kV
可编辑ppt
10
➢ 决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据 3
330kV及以上系统，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％，则根据安装位置的不同分 为：电站型避雷器（即80％避雷器）及线路型避 雷器（即90％避雷器）两种
第十二章电力系统内部过电压
第十二章电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
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；切除电感性负载过电压；切除 电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解 列过电压等。 ❖一、空载变压器的分闸过电压 ❖二、空载长线路的操作过电压 ❖三、电弧接地过电压
第十二章电力系统内部过电压
此在电路切除前，可认为
电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工
频电流iC超前电源电压90°。
图12-4 切除空载长线
(a)接线图； (b)单相等值电路图
第十二章电力系统内部过电压
伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高 频电流流过，它超前于高频电压90°。因此，当uC 达到(-3Em)时（图中t＝t3时刻），高频电流恰恰经 过零点，于是电弧可能再一次熄灭。又经过工频半 个周波后（图中t＝t4时刻），作用在断口上的电压 将达4Em。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电 容的起始电压为(-3Em)，电源电压为Em，振幅为4Em， 振荡后电容上的最大电压可达5Em。
图12-5第十切二除章空电载力长系线统时内部的过电电流压和电压波形
限制切空载线路过电压的措施有： （1）采用不重燃断路器
在现代断路器设计中通过提高触头之间的介 质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速 度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。 （2）并联分闸电阻R
在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低 触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。 （3）线路首末端装设避雷器
第十二章电力系统内部过电压
在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是 因为变压器绕组除励磁电感LT外，还有电容CT，如 图12-1所示。断路器截断电流后，电感中的电流可
第二节 操作过电压
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；切除电感性负载过电压；切除 电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解 列过电压等。 ❖一、空载变压器的分闸过电压 ❖二、空载长线路的操作过电压 ❖三、电弧接地过电压
第十二章电力系统内部过电压
此在电路切除前，可认为
电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工
频电流iC超前电源电压90°。
图12-4 切除空载长线
(a)接线图； (b)单相等值电路图
第十二章电力系统内部过电压
伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高 频电流流过，它超前于高频电压90°。因此，当uC 达到(-3Em)时（图中t＝t3时刻），高频电流恰恰经 过零点，于是电弧可能再一次熄灭。又经过工频半 个周波后（图中t＝t4时刻），作用在断口上的电压 将达4Em。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电 容的起始电压为(-3Em)，电源电压为Em，振幅为4Em， 振荡后电容上的最大电压可达5Em。
图12-5第十切二除章空电载力长系线统时内部的过电电流压和电压波形
限制切空载线路过电压的措施有： （1）采用不重燃断路器
在现代断路器设计中通过提高触头之间的介 质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速 度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。 （2）并联分闸电阻R
在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低 触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。 （3）线路首末端装设避雷器
第十二章电力系统内部过电压
在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是 因为变压器绕组除励磁电感LT外，还有电容CT，如 图12-1所示。断路器截断电流后，电感中的电流可
第9章 电力系统内部过电压
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
高电压技术-第09章 内部过电压
上的电压从“ −U0 ”向更大的负值方向增大，如图所示。
切除空载变压器过电压
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以上介绍的是理想化了的切除空载变压器过电压 的发展过程，实际过程往往要复杂得多，断路器触 头间会发生多次电弧重燃，不过与切空线时相反， 这时电弧重燃将使电感中的储能越来越小，从而使 过电压幅值变小。
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二、影响因素和限制措施
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谐振过电压的持续时间较长，而现有的限压保护 装置的通流能力和热容量都很有限，无法防护谐振过 电压。一般在选择电力系统的绝缘水平时，要求各种 绝缘均能可靠地耐受尚有可能出现的谐振过电压的作 用，而不再专门设置限压保护措施。
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第一节 切断空载线路过电压
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主要内容
¾发展过程 ¾影响因素和降压措施 切除空载线路，电缆或断开电容器组这些常 见操作都涉及到在电流为零电压为峰值时断开 小电容电流的情况
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（6）熄弧后，线路再次与电源 分离，其对地电压为 + 3U ϕ ，
电源电压按正弦规律变化，当 t=T时，电源电压 u又由 +Uϕ 变 为 −Uϕ ，作用在触头间的电位 差增大为 4Uϕ ，电弧再次重 燃。
（7）线路对地电压由 + 3U ϕ
转变为 −Uϕ ，相当于一个
幅值等于−4Uϕ 的电压波由 线路首端向末端传播，相应
第九章 内部过电压
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• 内部过电压的产生根源在电力系统内部，通常都 是由系统内部电磁能量的积聚和转换而引起。 分类图解如下：
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操作过电压所指的操作应理解为“电网参数的 突变”，这一类过电压的幅值较大，可采用限压 保护装置和其他技术措施来加以限制。
工频电压升高，虽然其幅值不大，本身不会对 绝缘构成威胁，但其他内部过电压是在它的基 础上发展的，所以仍需加以限制和降低。
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谐振过电压特点及分类
系统中的有功负荷是阻尼振荡和限制谐振过电压
的有利因素
对应三种电感参数，在一定的电容参数和其他条
件的配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象 线性电感 线性谐振
非线性电感
周期性变化的电感
500kV、336km空载线路合闸过电压 倍数 K 随时间的变化曲线
合闸后0.1秒内的电压升高：是高幅值、强阻尼、高频率 的操作过电压
0.1 秒至 1 秒内的电压升高：是 由于发电机的调压装置的惰性 和线路的电容效应，称为暂时 工频电压升高 大于 1 秒后，发电机自动电压调整器发生作用，电压下 降，2、3秒后，系统进入稳定状态，这时主要是长线路 电容效应引起的稳态工频电压升高
内部过电压概论
内部过电压的分类
工频过电压概述
谐振过电压概述
操作过电压概述
第一节
内部过电压的定义
内部过电压的分类
电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或 其它原因，使系统参数发生变化，引起电网内部 电磁能量转化或传递振的条 件
内部过电压
线性谐振 谐振过电压 铁磁 参数 暂时过电压 空载长线路的电容效应 工频电压升高 不对称的接地故障 甩负荷 合空线 切空线 操作过电压（0.1s以内） 切空变 解列 弧光接地
通过电容的静电耦合和 互感的电磁耦合，在相 邻送电线路之间或变压 器绕组之间
第一节
内部过电压的特点
内部过电压的分类
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
内过电压幅值 Kn 系统最高运行相电压幅值
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
决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据
35~60kV 系统，工频电压升高可达系统最高运 行线电压，避雷器额定电压规定为系统最高运 行电压的100％，称为100％避雷器 例如35kV阀型避雷器的额定电压为41kV 110、220kV系统，工频电压升高可达系统最高 电压的0.8倍，避雷器额定电压按系统最高电压 的80％确定，称为80％避雷器
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
第一节
内部过电压的分类
操作过电压
内部过电压的分类
因操作或故障引起的暂态电压升高
暂时过电压
暂态电压后出现的持续时间较长的 工频电压升高或谐振现象，过电压具有稳态性质
工频过电压 在正常或故障时出现幅值超过 最大工作相电压、频率为工频或接近工 频的电压升高，或称工频电压升高 谐振过电压 由于操作或故障使系统电感元 件与电容元件参数匹配时，发生谐振， 产生过电压
谐振过电压特点及分类
电感元件：电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈 、电抗器、线路导线电感等 电容元件：线路导线对地和相间电容、补偿用的并联 和串联电容器组、高压设备的杂散电容
当系统进行操作或发生故障时，电感、电容 元件可形成各种振荡回路，如某一自由振荡 频率等于外加强迫频率，发生谐振，系统元 件上出现过电压
第二节
工频过电压概述
讨论工频过电压的意义
决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据
3、6、l0kV系统 工频电压升高可达系统最高运 行线电压的 1.1 倍，避雷器额定电压规定为系统 最高运行线电压的1.1倍，称为110％避雷器 例如10kV系统的最高运行线电压按1.15Ue考虑， 避雷器额定电压为12.7kV
空载长线路的电容效应
当首端的输入阻抗为容性，计及电 源内阻抗的影响 (感性)时，不仅使 线路末端电压高于首端，而且使线 路首、末端电压高于电源电动势
不对称接地故障
以单相接地故障最为常见，且引起 的工频电压升高也最严重
负荷突变
断路器跳闸前输送负荷的大小、空 载长线路的电容效应、发电机励磁 系统及电压调整器的特性、原动机 调速器及制动设备的惰性
第三节
谐振过电压概述
谐振过电压特点及分类
谐振是一种周期性或准周期性的运行状态，直到
破坏谐振的条件出现
谐振过电压的严重性既取决于它的幅值，也取决
于它的持续时间 谐振过电压危及电气设备的绝缘 持续的过电流烧毁小容量的电感元件，还影响保 护装置的工作条件，如避雷器的灭弧条件
第三节
谐振过电压概述
例如：FZ-110J的灭弧电压为100kV
决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据
330kV及以上系统，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％，则根据安装位置的 不同分为：电站型避雷器（即80％避雷器）及 线路型避雷器（即90％避雷器）两种
第二节
第二节
工频过电压概述
讨论工频过电压的意义
直接影响操作过电压的幅值 持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安
全运行（油纸绝缘局放、绝缘子污闪、电晕等）
在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不
但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时 间也给予规定 500kV 空载变压器 1.3p.u. 允 母线侧 1.3p.u. 许持续1min 线路侧 1.4p.u. 500kV 并联电抗器 1.4p.u. 允 许持续1min
工频过电压概述
工频过电压的限制措施
装设并联电抗器：电抗器的感性无功功率 部分地补偿了线路的容性无功功率 可同时降低线路首端及末端的工频电压升 高
选择合适的电抗器容量和位置来控制工频 电压升高在允许范围内
内部过电压概论
内部过电压的分类
工频过电压概述
谐振过电压概述
操作过电压概述
第三节
谐振过电压概述
内部过电压概论
内部过电压的分类
工频过电压概述
谐振过电压概述
操作过电压概述
第二节
工频过电压的定义
工频过电压概述
在正常或故障时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，或称工频电压升高
工频过电压的分类
空载长线路的电容效应 不对称接地故障
负荷突变
工频过电压的分类