内部过电压
第11章电力系统内部过电压(11-1)
对地操作过电压的1.4~1.45倍； 倍 对地操作过电压的 对地操作过电压的1.5倍 对地操作过电压的 倍。
三.空载长线操作过电压的限制措施
1.改善开关熄弧性能 1.改善开关熄弧性能 无重燃 无过电压
∵目前断路器己可基本消除重燃现象
∴线路设计中可不考虑切空线过电压 220kV及以下: 220kV及以下: 不需要采用限制重合空闸过电 及以下
11.2 操作过电压
一.空载变压器的分闸过电压
1.切空变的等值电路 1.切空变的等值电路
变压器励磁电感
绕组对地电容
几安到十几安) 励磁电流i0 (小电流 几安到十几安)
I 0 = I 0%⋅ Ie
额定电流 三相功率 额定线电压
3 xg U P Ie = Ie ⋅ = 3 xg U 3 e U
例: 35 kv变压器
以计划性合闸为例: A相先合
A
K
C12
B
K
C13
C
如果B C相的合闸相角与被感应电压极性相反 使过电压升高 10 ~30%
4.母线上有其他出线 4.母线上有其他出线
1 K1 K
l1
C11
C 22
l2
设: l1 = l2 c11 = c22 分析重合闸 -Em时，K1断开， l1上残余电荷 − Em ⋅ c11 断开， 时合闸， 在Em时合闸， C22上储存电荷 Em ⋅ c22
压的措施
330 kV
以上: 以上:
断路器断口加并联电阻
断路器断口并联电阻
合闸: 合闸:
接入 Rb 先合D2, 阻尼振荡,
主触头
15ms后 约7~15ms后,再合D1 15ms 短接 Rb
Rb=400 ~1200Ω 1200Ω
过电压与防雷
雷电过电压的Biblioteka 种基本形式：(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通 过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲 和闪络放电。
(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或 其他物体的静电感应所产生的过电压。 雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引起 的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据 统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予以足 够的重视。 2、雷电的形成及概念 1）雷电的形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现 象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
第四节 过电压与防雷
一、过电压及雷电
1、过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求 的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压 内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的
工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会超
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感 应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电场强度达到 25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷 电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈 的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8—26所示。
过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不 是很大。
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。
高电压技术讲义第八章内部过电压
随着输电系统额定电压的升高，操 作过电压对电力系统的影响随之加大。 220kV及以下系统的绝缘水平由雷电过电 压决定，可能出现（3～4）Umpm的操作 过电压对电力设备并不构成威胁，但在 超高压系统中，如果过电压倍数相同的 话，绝缘费用将迅速增加。
§8.1 空载长线的电容效应
与操作过电压相比，工频电压升高倍数K并不大，它本身对 系统中正常绝缘的电气设备一般没有危险的，但由于下列原 因，使它成为超高压输电中确定系统绝缘水平的重要因素。 1、工频过电压和操作过电压往往同时发生，后者的高频 部分常叠加在前者之上。所以工频过电压的升高直接影响 到操作过电压的数值。
运行经验表明：电力系统中故障至少有 65%是单相接地故障。在中性点不接地系统中 发生单相接地时，健全相电压升高为线电压， 由于电源线电压的对称关系不改变，所以不必 立即切除线路中断供电，允许运行一段时间， 以便查明原因。 接地故障分金属性接地和电弧接地（闪络） 两种。电弧接地时点燃的电弧可能在电流过零 时熄灭并且不再重燃而使接地故障消失、电弧 可能出现一会熄灭一会又重燃的间歇性电弧、 电弧也可能一直点燃。
随着电网的发展电压等级的提高单相接地的电容电流随之增加但这种电容电流又不会大到形成稳定电弧的程度又不会大到形成稳定电弧的程度因此在故障点可能出现电弧熄灭重燃的间歇性现象引起电力系统状态瞬息改变导致电网中电感电容回路的电磁振荡系统中性点发生偏移健全相和故障相都产生过电压这种过电压称为弧光接地过电压
第八章 内 部 过 电 压
• ②线路末端带有负载时（如空载变压器）， 当线路首端断路器熄弧后，三相导线上的 电荷将通过负载相互中和，导线上电位为 零。
• ③当线路侧装有电磁式电压互感器时，它的等 值电感、电阻与线路电容构成一个阻尼振荡电 路，并由于电压升高引起磁路饱和后阻抗降低， 将使线路上的残余电荷有了泄放的附加路径， 因而降低过电压。我国220kV线路侧加装电磁式 电压互感器时可使过电压降低30%。
内部过电压原因
内部过电压原因内部过电压是指电力系统中某一部分或某一设备内部电压超过了正常工作范围的现象。
内部过电压可能会对设备的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。
本文将从内部过电压的原因进行探讨，并提出相应的解决方法。
一、内部过电压的原因1. 突发事件：如雷击、电线短路等突发事件会引起系统内部电压的瞬时升高。
这种突发事件可能会导致电力系统设备的损坏，甚至引发火灾等严重事故。
2. 电力负载变化：当电力负载突然增加或减少时，电力系统内部的电压也会相应发生变化。
特别是在负载突然减少时，电压可能会出现瞬间升高的情况。
3. 电力系统故障：电力系统中的故障，如线路短路、设备故障等，可能会导致内部电压的异常升高。
这些故障可能会对电力系统的正常运行造成严重影响。
4. 功率因数失衡：功率因数失衡是指电力系统中正负序电流不平衡的现象。
当电力系统中存在功率因数失衡时，会引起电压的波动，从而导致内部电压的升高。
二、内部过电压的危害1. 设备损坏：内部过电压可能会造成电力系统中的设备损坏，如变压器烧毁、断路器跳闸等。
这不仅会给维修工作带来不便，还会增加设备更换的成本。
2. 运行不稳定：内部过电压会导致电力系统的运行不稳定，造成电压波动、电流不平衡等问题。
这可能会影响到用户的正常用电，给生产和生活带来困扰。
3. 安全隐患：内部过电压可能引发火灾等安全事故。
电力系统中设备的损坏和短路可能导致火花飞溅，引燃周围可燃物，给人员和财产带来威胁。
三、内部过电压的解决方法1. 安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置是防止内部过电压的有效措施。
过电压保护装置能够及时检测到电压异常，并采取相应的措施，保护设备的正常运行。
2. 增加电力系统的稳定性：提高电力系统的稳定性是减少内部过电压的关键。
可以通过增加电容器、稳压器等设备来提高系统的稳定性，减少电压波动的可能性。
3. 维护设备的正常运行：定期检查和维护电力系统中的设备，及时排除潜在故障，可以有效地减少内部过电压的发生。
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
电力系统内部过电压
I0
影响因素：
断路器的性能(灭弧能力越强，切断电流能力越强， 过电压越高)；
变压器的参数(电感越大，电容越小，过电压越高)。
通常过电压倍数为2～3，有10%可超过3.5，极少数 可达4.5 ～5.
限制措施：
变压器侧加装阀式避雷器。
从变压器入手，减小变压器的特性阻抗。使CT 增大 或电感LT减小。
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。
可得 uc U (1 et cos0t)
其波形见下图，最大值UC 将略小于 2U
21
电源电压并非直流电压U ，而是工频交流电压 u(t)，这时 的 uc (t)表达式将为
uc U (cost et cos0t)
射，电压变2为
v
U 2U
电流
波发生负的全反射，反射波
所到之处，合成电流为0 （c）
切空线时电压沿线分布图
(5)反射波到达线路首端 时（t T 2），触头间的 电流反向2 ,因而必然有一 过零点，电弧再次熄灭。
13
（6）熄弧后，线路再次与电源 分离，其对地电压为 3U ，
电源电压按正弦规律变化，当 t=T时，电源电压 u又由 U 变 为 U ，作用在触头间的电位 差增大为 4U ，电弧再次重燃。
接地电流是线路对地电容所引起的电容电流 2）故障电流的大小与电 网额定电压和线路总长度成正比
若系统较小，线路不长，线路对地电容电流小， 流过故障点的电流也小，许多暂时性的单相电弧 接地故障(如雷击等)，故障过后电弧可以自动熄 灭。
随着系统的发展和电压等级的提高，单相接地故 障电流成比例地增加。
接地点产生接地电弧，并在其中流过非故障相的 电 流 ， 这 种 电 容 电 流 在 6 ～ 10kV 系 统 (>30A) 、 35～60kV系统(>10A)中难以自行熄灭。由于电弧 不稳定(间歇性电弧)，引起系统强烈的电磁振荡 过程，产生电弧接地过电压。
内部过电压
内部过电压是由于断路器操作、线路或设备发生故障或其他原因，使电力系统工作状况和系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量的转化或传递所造成的电压升高。
内部过电压包括工频过电压、操作过电压和谐振过电压。
1．工频过电压常见的几种工频电压升高包括：空载长线路电容效应引起的工频电压升高、接地故障引起的工频电压升高和发电机甩负荷引起的工频电压升高。
工频电压升高一般不会对电力系统的绝缘直接造成危害，但是它在绝缘裕度较小的超高压输电系统中仍受到重视。
这是因为：（1）由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，与多种操作过电压的发生条件相同或相似，所以它们有可能同时出现、相互叠加，所以在设计高压电网的绝缘时，应计及它们的联合作用。
（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，例如避雷器的灭弧电压就是按照电网单相接地时健全相上的工频电压升高来选定的，所以它直接影响到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平。
2．操作过电压断路器对线路或其他电气没备进行各种正常或故障开闭过程时，产生的电压振荡以及间歇性电弧短路、系统解列、中性点不接地系统的弧光接地等。
典型的操作过电压包括：切除容性负荷引起的过电压、切除空载变压器引起的过电压、中性点不接地系统的电弧接地过电压等。
3．谐振过电压谐振过电压产生的原因是：系统中某一电感和电容元件参数的适当配合，形成产生谐振的振荡回路，在一定条件下，引起网络的线性或非线性的谐振暂态现象。
这种过电压幅值较高，持续时间较长。
谐振过电压按照原理分为线性谐振、铁磁谐振、参数谐振。
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成，在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。
受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。
对过电压的认识
对过电压的认识过电压是指电力系统在特定条件下所出现的超过正常工作电压的异常电压升高现象。
过电压的发生可能会对电力设备和电力系统造成严重危害，因此对过电压的认识和处理至关重要。
一、过电压的分类过电压主要分为两大类：外部过电压和内部过电压。
外部过电压也称为雷电过电压，是由于雷击引起的过电压现象。
而内部过电压是由于电力系统内部的操作、故障或异常情况引起的过电压现象。
二、过电压的危害过电压可能会对电力设备和电力系统造成以下危害：1.绝缘击穿：过高的电压会使得电力设备的绝缘材料击穿，导致设备损坏或短路。
2.设备损坏：过电压会使电力设备承受超过其额定值的电流和电压，从而导致设备损坏。
3.系统稳定性受影响：过电压可能会对电力系统的稳定性造成影响，使得系统出现振荡、失步等问题。
4.引发火灾：过高的电压可能导致电火花、电弧等产生，引发火灾事故。
三、过电压的预防和处理为了预防和处理过电压，可以采取以下措施：1.安装避雷设施：在建筑物、设施等处安装避雷针、避雷带等避雷设施，以防止雷击引起的过电压。
2.安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置，以限制过电压的幅值和持续时间。
3.加强设备维护：定期对电力设备进行维护和检修，确保设备的绝缘性能良好。
4.合理规划设计：在规划设计电力系统时，应充分考虑各种可能出现的异常情况，并采取相应的措施进行防范。
5.建立健全的运行管理制度：建立完善的运行管理制度，加强设备的运行监测和记录，及时发现和处理异常情况。
总之，对于过电压的认识和处理是保障电力系统安全稳定运行的重要环节。
通过加强设备维护、合理规划设计、建立健全的运行管理制度等措施，可以有效地预防和处理过电压问题，从而减少电力设备和电力系统的损失和风险。
第9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
电力系统内部过电压的防护措施
电力系统内部过电压的防护措施1单相接地形成过电压通常应加强电网及设备运行管理，减少接地故障的发生。
对变压器应经常开展检查维护，使之处于安康状态下运行，还应定期开展预防性试验，防止因绝缘击穿而发生单相接地故障。
对供电线路应注重提高架设质量，合理选择导线截面及档距，线路走廊下的树木要定期砍伐，使线路通道符合技术规范。
严禁在电力线路下建房、植树，及在线路附近采石，以防炸断线路而发生接地故障。
2.负荷突变形成过电压通常可采用并联电抗器，以及按一定程序投、切空载线路，以限制长线路电容效应产生的过电压。
在电机侧采用快速减磁系统以限制发电机转子加速和电枢反应。
3.谐振形成过电压谐振过电压持续时间与回路本身特性有关，因此，对特定电网应尽量防止可能引起的谐振操作，或采取措施破坏谐振条件，如使用消谐器等。
对电磁式电压互感器引起的谐振，可在其二次开口三角处接入一个小电阻以破坏谐振；或在电压互感器高压中性点串入一个15kV、50w左右电阻接地，限制流过中性点的电流，防止电压互感器因磁饱和而发生铁磁谐振。
4.间歇性电弧形成过电压通常在电网中性点接入消弧线圈接地。
利用消弧线圈的电感补偿流过接地点的电容电流，使电弧的存在时间缩短,重燃次数减少，从而抑制了高幅值的过电压。
5.投切小电感性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的截流，由于其能量较小，通常采用避雷器来抑制。
6.开断电容性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的重燃，其方法是限制断口恢复电压的上升，以减少重燃的途径，从而到达抑制此类过电压的产生。
其措施是：在断路器断口装置并联电阻,能起到阻尼作用，或采用不会产生电弧重燃的真空断路器。
此外，在电容器运行中应尽量减少频繁的投切操作。
7.对投运空载长线路产生的过电压通常采用带合闸电阻断路器，或采用专门装置来判断当断路器两端电压最低时合闸，或设法消除、削弱线路的残余电压。
此外，电网中运行的变压器或线路装设金属氧化物避雷器开展保护（即使在非雷雨季节也不要退出运行），既可限制线路过电压，又可消除变压器、线路空载投切引起的过电压；控制支路的跌落式熔断器，应改为三相联动的柱上少油断路器，以防止非全相操作。
特高压电网的内部过电压及其限制措施
安装过电压监测装置是特高压电网内部过电压监测与控制的重要手段之一，对于保障电网的安全 稳定运行具有重要意义。
实时监测与控制
监测方法：采用传感器和测量设备对特高压电网内部过电压进行实时监 测 控制策略：根据监测结果，采取相应的控制措施，如调整运行方式、投 切电容器等
抑制措施：合理配置元件参数，避 免产生谐振的条件；采用消谐设备， 减少谐振发生的可能性。
雷电过电压
类型：分为直击雷过电压和 感应雷过电压
产生原因：雷击导致特高压 电网的过电压
特点：峰值高，持续时间短
对电网的影响：可能导致设 备损坏或引发继电保护装置
误动作
接地故障过电压
谐振过电压：由于电网中存 在谐振条件，引发过电压。
THANK YOU
汇报人：
避雷器的选型：根 据电网运行参数和 设备绝缘水平选择 合适的避雷器型号 和参数
避雷器的维护：定 期检查避雷器的性 能，及时更换损坏 的避雷器
安装并联电抗器
限制内部过电压：通过吸收多余的电压，降低线路中的电压水平 降低线路电流：减小电流对设备的冲击，保护设备安全 提高线路稳定性：增加线路的阻尼，减少振荡和波动 安装位置：在特高压电网的关键节点和容易出现过电压的部位进行安装
施
定期进行预防性试验
单击此处添加标题
定期进行预防性试验：通过定期对设备进行预防性试验，可以及时发现设 备的潜在问题，预防过电压的产生。
单击此处添加标题
配置保护装置：在特高压电网中配置相应的保护装置，如避雷器、过电压 保护器等，可以在过电压发生时迅速切断故障线路，防止过电压的扩大。
单击此处添加标题
优化设备设计：通过优化设备的设计，可以减少设备在运行过程中出现问 题的概率，从而降低过电压的发生率。
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≯
≯
3.0
2.75
500kV系统
750kV及1000kV系统
≯
≯
2.0（或2.2）
1.6
限制操作过电压措施： 带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
12.2
合空载线路过电压
合空线及重合闸产生的过电压是系统中常见的操作过电压 由于断路器灭弧能力的提高，切空线时现基本上不发生重 燃，故切空线过电压最大过电压只测到1.19倍，而合空线 最大过电压达2.03倍，自动重合闸时更高 ∴超高压系统中合（包括重合）空线过电压是选择绝缘水 平的决定因素
（5－50个周波）
2－3s
稳态
稳态工频电压升高
空载长线容升效应 工频电压升高 甩负荷 不对称短路
暂时过电压
谐振过电压 内部过电压
线性谐振 非线性谐振
参数谐振
切、合空载长线过电压 操作过电压 切空载变压器过电压 弧光接地过电压
断路器
单相接地
12.1 空载长线的电容效应 工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危 险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的
统计和表明： 10kV线路长<1000km Ic ≯30A 单相接地电容 电流过零熄灭 不再重燃
35kV线路长<100km Ic ≯10A 若 单相接地电容电流过零熄灭但可 Ic >30A（10kV） 能重燃，不能形成稳定燃烧的电 Ic >10A（35kV） 弧，故时燃时灭犹如不断开合的 开关，会产生幅值很高的弧光接 地过电压 故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是 工频电流过零时也可能是高频电流过零时 工频熄弧理论 分析出的过电压水平较低
作用
1）工频电压升高再叠加操作过电压 过电压幅值高
2）影响避雷器的最大允许工作电压 频电压
灭弧电压>最高工
游离、
3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 老化、污闪、干扰等
我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频 电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空 载变压器允许1.3倍工频电压持续1min
U2 Ix j sin x zc
.
线路长为 l 时首末端电压关系
U1 U2 cos l
. .
沿线电压与首端电压关系 可见沿线电压分布呈余弦规律
越靠近线路末端电压越高 .
Ux
.
U1 Ux cos x cos l
.
传递系数
K1x
U1
cosx cosl
xs：电源感抗 xL：高压并联电抗器感抗
L R2 C
过渡过程是振荡的 阻尼作用使衰减很快，过电压
若 R大
断路器加并联电阻及一对辅助触头，使合闸、分闸过程
在两个阶段进行，并联电阻起到减小稳态和自由分量、
阻尼作用 过电压
R合闸电阻
我国：500kV
330kV
R＝400Ω
R＝800Ω
国外：500kV
R＝400－1200Ω
12.3 切除空载线路过电压 切空线操作是常见的一种操作，如检修线路 断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速 度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在 线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率 越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长 （0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑 过电压时，主要以切空线过电压为依据。
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15)
2 3
Ue
我国第一条500kV线路合 空载线路试验电压波形 线路长336km，断路器合 闸电阻400Ω，首末端接 高压并联电抗器 0－0.1s （五个周波） 0.1－1s 幅值高、强阻尼、高频振荡、时间短 操作过电压 幅值低、弱阻尼、无高频振荡、时间长 暂态工频电压升高
一般 工频试验电压
（一分钟）
最严重情况考虑（作用时间长） 方便
架空线路的绝缘水平：
绝缘子片数的确定、空气间隙的确定
第12章 内部过电压
电力系统中，因为断路器的操作、事故或其它原因，系统 参数发生变化，引起电磁能量振荡转换或传递所出现的超 过正常运行电压的电压升高称为内部过电压 由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅
值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过
电压倍数kn表示
过电压幅值 kn 最高运行相电压幅值
空载长线电容效应引起的工频电压升高
一、电容效应
1 如果回路固有振荡频率 0 LC , C L . . 回路电流 I 呈容性 UC UL , U E U C L 1
二、空载均匀无损输电线的容升效应及限制
. cos x Ux sin x . j Ix z c
. cosl E 1 jx s sin l . 0 1 j z I c
jz c sin l 1 1 cosl jx L
' 电流 I2 0 .
0 . ' U2 1 . ' I2
操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压
由于操作过电压幅值与系统额定电压有关，因此电压等级 越高的系统操作过电压值越高 雷电过电压 220kV及以下 系统的绝缘水平 主要 操作过电压 330kV及以上 我国规程规定： 操作过电压倍数 35－60kV及以下（非直接接地）系统 ≯ 4.0
110－220kV（直接接地）系统
正常运行时：UN 0 A相对地短路后：
.
UA 0, UN UA U3 UCA , U2 UBA I2 I3 3c Uxg I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos300
. . . .
.
.
.
Uxg为最高运行相电压
流过故障点的电流为单相接地电容电流
合闸
计划性合闸
重合闸
线上无残余电压
线上有残余电压 存在起始值
过电压更高
三相重合闸过电压理论上可达 3 倍，但实际中过电压受很
多因素影响： 合闸相位、回路损耗、残压电压的变化、并联电抗器、 断路器的不同期性 限制措施： （一）带并联电阻的断路器（二）MOA 利用带并联电阻的断路器限制操作过电压 操作过电压出现在操作或故障引起的电磁暂态过渡过程中
线路上过电压＋3、－5、＋7、－9…
重燃次数越多，过电压越高。实际中过电压一般在2.5倍 以下，但测量到过4.8倍
切空线过电压产生的根本原因是断路器重燃 影响因素： 断路器的灭弧性能 线路泄漏损耗 中性点运行方式
系统参数
限制措施：
改善断路器灭弧性能
采用带并联电阻的断路器
采用MOA
12.4 切除空载变压器过电压 是一种常规操作，如果DL和T配合不当，可能产生很高的 过电压 断路器通常是按能开断强大（几－几十 kA）的短路电流 设计的，灭弧能力很强 外能式断路器 灭弧能力与开断的电流大小有关
jz c sin x . U2 cos x . I2
相位系数 特性阻抗
L 0C0 0.060 / km Zc L0 C0
空载线路末端边界条件
电流 I2. 0 .
.
.
U x U 2 cos x
.
沿线电压、电流与末端电压的关系
220kV及以下 系统的绝缘水平
雷电过电压
具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内部过电压的作用
330kV及以上 额定电压高，内部过电压可能比现有防雷
措施下的雷电过电压高 系统的绝缘水平
主要
内部过电压
电气设备的绝缘水平就是指该电气设备可能承受的（不 发生闪络、击穿或其它损坏）的试验电压值 试验电压包括：工频试验电压（外绝缘还规定了干、湿 状态的工频放电电压）、雷电冲击试验电压，对超高压系 统还规定了操作冲击试验电压 产品型式试验
.
Ux与U1关系
沿线最高电压
zc sin x . . z cos(x ) . xL Ux U1 U1, tg c z cos(l ) xL cos l c sin l xL U1 Um x cos x
cos(l ) 出现在距末端
处
可见：电源感抗会升高线路首端电压故升高整条线路电压 可用高压并联电抗器降低沿线电压
变压器特性阻抗
如果激磁电流最大值（电容电压为零）时截断 过电压最高 影响因素： Ucm=ILmZT 预期过电压
断路器性能
变压器参数
过电压幅值较高但持续时间短，能量低（比雷电过电压作 用下的能量小一个数量级） 两侧中性点接地方式相同低压侧装 限制措施：阀型避雷器 两侧中性点接地方式不同两侧装
12.5 间歇电弧接地过电压 实际工程中，单相接地是系统主要故障形式（60％） 中性点不接地系统中，单相接地时，非故障相（健全相） 电压升高为线电压，中性点升为相电压，由于电源仍然对 称，不必立即跳闸，允许带故障运行0.5－2小时 （1）可大大提高供电可靠性 （2）故障时电压的升高对电压等级较低的系统投资影响 不大 一般我国60kV及以下都采用中性点不接地的运行方式 但如果接地故障不能自动消失，存在 （1）相间短路立即跳闸 （2）时燃时灭电弧可能产生幅值很高、持续时间较长的 弧光接地过电压
自能式断路器
灭弧能力与开断的电流大小关系不大
如压缩空气断路器、有压油活塞的少油断路器
用灭弧能力很强的断路器开断空载变压器的激磁电流（一 般为额定电流的0.5－4％，即几－几十A）时，电流就可 能在过零前被强迫切断（截流） 产生切空变过电压的根本原因是断路器的截流现象
1 2 1 1 2 2 LiL0 Cu C0 Cu m 初始能量： 2 2 2 L 2 2 2 ucm uC0 iL0 ZT , Z C