电力系统中的工频过电压.

7 电力系统中的工频过电压
内部过电压
外部过电压
电力系统过电压
内部过电压
暂时过电压
操作过电压
在电力系统内部，由于 断路器的操作或发生故 障，使系统参数发生变 化，引起电网电磁能量 的转化或传递，在系统 中出现过电压，这种过 电压称为内部过电压。
暂时过电 压包括工 频电压升 高及谐振 过电压； 持续时间 比操作过
一条输电线路的电气长度，常用它的实际几何长度同 波长之比来衡量。线路的长度为，则它对于波长的相 对长度为 l l l* 2

长线路的入口阻抗
输电线路的参数
当线路末端短路时，即XL=0 当线路末端开路时，即XL→∞
Z jZC ctg Zk
空载长线路的沿线电压分布
操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电 压称为操作过电压。
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
2 3 Ue
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15)
A相发生接地，故障点的边界条件为
E A I I I 1 2 0 Z1 Z 2 Z 0
E Z I U 1 A 1 1
Z I U 2 2 2
Z I U 0 0 0

忽略序阻抗中的电阻分量
ae
j
2 3
(a 2 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UB EA Z 0 Z1 Z 2 (a 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UC EA Z 0 Z1 Z 2

7.2 不对称接地引起的工频过电压



当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路 引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其 中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同 时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高 的工频电压作用下熄灭工频续流。 单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的 依据。 在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法， 利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。
7.1 空载长线路的电容效应
忽略r的作用

U U jI (X X ) U 1 2 L C2 L C
在数值上 U2 U1 U L
由于电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗， 使U2＞U1，而造成线路末端的电压高于首端的电压。
j ( R0 jL0 )(G0 jC0 )
在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗 器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路 上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。 并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功 平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。
ZC R0 jL0 G0 jC0

γ输电线路的传播系数， α为相位移系数， β为衰减系 数，Zc为线路特性阻抗（波阻抗）；
忽略线路损耗
ZC
L0 C0
j L0C0 j j
chx cosx
shx j sin x

在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的 相位相差为2π的两点间的距离称为波长。 2 2 1 L0 C0 f L0 C0


并联电抗器的均压作用
E jX S I1 U1


线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电 抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电 抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的 电容电流，削弱了电容效应。 空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布
E cos 沿线电压最大值应出现在 x =β 处，线路最高电压为 U cos( )
X0 X1 3 U B [ j ]E A X0 2 2 X1 X0 1.5 X1 3 U C [ j ]E A X 2 2 0 X1 1.5
X X ( 0 )2 ( 0 ) 1 X1 X1 U B UC 3 E E X0 ( )2 X1
α：接地系数，说明 单相接地故障时，健 全相的对地最高工频 电压有效值与故障前 故障相对地电压有效 值之比。
高电压工程基础
中性点绝缘的系统：X0 主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时， 健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍（K= -20）。选择避雷器灭弧电压时， 取 110% 的线电压（110% 避雷器）。 中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0 为很大的正 值；欠补偿运行时， X0 为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电 压。选择避雷器灭弧电压时，取 100% 的线电压（100% 避雷器）。
空载长线容升效应
工频电压升高
暂时过电压 谐振过电压 内部过电压
不对称短路
甩负荷 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
断路器
切空载变压器过电压
弧光接地过电压
单相接地
电力系统中的工频过电压

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 灭弧电压>最高 工频电压 3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 游离、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
l
空载线路，
l=1500km时， U2→∞， 1/4波长谐振

考虑电源漏抗 Xs
E jX S I1 U1

电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路 末端的电压升高。 在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估 算最严重的工频电压升高。 对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循 一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧， 后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的 一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引 起的工频电压升高。