电力系统内部过电压资料
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
008——010--内部过电压
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
电力系统过电压分析
电力系统过电压分析过电压是指电力系统中出现的电压超过额定值或设定范围的瞬时现象。
过电压可能由于线路故障、雷击、开关操作和电气设备故障等原因引起。
过电压对电力系统的安全稳定运行产生重要影响，因此，对电力系统的过电压进行准确的分析和评估是必要的。
一、过电压的分类1. 外部过电压：外部过电压是指来自电力系统外部的电压幅度超过了正常运行时的额定值。
外部过电压的主要原因是雷击，雷击可以通过设备接闪装置和接地装置来减轻其影响。
2. 内部过电压：内部过电压是指电力系统内部某个节点的电压幅值超过了正常运行时的额定值，可能导致电力设备的损坏。
内部过电压包括故障过电压和运行过电压。
二、过电压的影响1. 设备损坏：过电压可能导致设备的击穿，损坏电气设备，特别是对绝缘性能较差的设备，如变压器、继电器和电能表等。
2. 系统不稳定：当过电压较大或持续时间较长时，电力系统可能变得不稳定，导致设备间的电能传递受到影响。
三、过电压分析的方法过电压分析是通过数学模型和计算方法对电力系统的过电压进行仿真和计算，以评估过电压对电力系统的影响，并确定相应的防护措施。
1. 瞬态稳定分析：通过瞬态稳定分析可以确定电力系统在过电压冲击下的稳定性。
该分析主要考虑电力系统的动态过程，包括电压暂降、电流冲击和设备响应等。
2. 静态稳定分析：静态稳定分析主要评估电力系统在过电压下的静态稳定性。
静态稳定分析可以评估过电压对电力系统中各个节点电压和功率的影响。
3. 电磁暂态分析：电磁暂态分析是通过计算每个节点的电压和电流的瞬时变化来评估过电压对电力系统的影响。
该分析主要关注电力系统的电磁暂态响应。
四、过电压防护措施为了减轻过电压的影响并保护电力系统的安全稳定运行，需要采取一定的过电压防护措施。
1. 接闪装置：接闪装置可接地试验系统，通过将过电压引到接闪装置上，从而保护电力设备免受雷击等外部过电压的影响。
2. 绝缘配合：合理选择和配合电力系统的绝缘设备和绝缘材料，提高系统的绝缘能力，防止内部过电压的产生和传播。
电力系统内部过电压
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
二.过电压的分类
能量来源
1.雷电过电压：雷云中大量雷电荷倾注 于电力系统而形成 2.内部过电压: 由于电力系统内部能量的 转化或传递引起的
能量转化是指磁能转化为电能 能量传递则主要是通过各部分相互之间的电磁耦合。电 网内的操作（拉闸或合闸）和故障（断线或接地等）都 是激发能量转化的原因，按不同原因，将内过电压分为 操作过电压和暂时过电压，暂时过电压包括工频电压升 高及谐振过电压。
有并联电阻时切空线的电流和电压波形
合闸电阻同时还可以起到限制切空线过电压的作用。参看图12－10 因为开断时主断口S1先分开（t=t1），此时，由于Rb的存在，电容 C上的电荷可以通过Rb流向电源，使电压uC不再保持不变，因此主 断口S1上的恢复电压要比没有并联电阻时小。显然Rb愈小恢复电 压就愈小，重燃的概率也就愈低。主断口S1分开后，经过1.5个工 频周期后（t=t2），辅助断口S2打开。此时由于Rb的存在减小了电 容电流和电压间的相位差，从而降低了作用在断口S2上的恢复电压， 所以辅助断口S2重燃的概率也就相应降低。而且即使重燃，Rb将 起阻尼作用，过电压也不会大。
kV kV
对地操作过电压的1.4~1.45倍； 对地操作过电压的1.5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 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: 不需要采用限制重合空闸过电
压的措施
330 kV
以上:
断路器断口加并联电阻
合闸后： C11与C22并联 合闸瞬间：C11，C22上电荷重新分配
u E m c11 E m c 22 c11 c 22 0
• l1 上起始电压为 0，而不是 - Em ∴ 过电压为 2Em，而不是 3Em
《电力系统过电压》课件
设备绝缘损坏
设备损坏
过电压可能导致设备绝缘层击穿，引 发短路或设备故障。
过高的过电压可能导致设备直接损坏 ，造成经济损失。
设备性能下降
过电压可能使设备性能参数发生变化 ，导致设备运行不稳定。
对系统的危害
系统稳定性受影响
过电压可能引起系统电压波动， 影响电力系统的稳定运行。
设备连锁跳闸
过电压可能导致连锁跳闸，影响整 个系统的供电可靠性。
案例二：某变电站操作过电压事故
总结词
操作过电压事故
案例分析
操作人员未按照规程进行操作 ，导致断路器断口电容放电， 产生过电压。
详细描述
某变电站在进行倒闸操作时， 因操作不当引发过电压事故。
解决方案
加强操作人员的培训和管理， 确保严格按照规程进行操作，
并定期检查和维护设备。
案例三：某输电线路内部过电压事故
调度管理
合理调度和管理电力系统的运行，避免因操作不当或调度失误引 起的过电压问题。
人员培训
培训计划
制定详细的培训计划，对电力系统的工作人员进行定期培训，提高 他们的技能和知识水平。
培训内容
培训内容应包括电力系统的基本知识、过电压的危害及预防措施、 应急处理等方面的知识和技能。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时发现并改进培训中的不足之处，确保工作 人员具备足够的技能和知识来应对过电压问题。
继电保护
02
继电保护是电力系统中的重要组成部分，当系统出现异常时，
继电保护能够迅速切断故障部分，防止过电压的扩大。
系统监控
03
通过实时监测系统的运行状态，可以及时发现和解决潜在的问
题，从而避免过电压的发生。
04
电力系统过电压分类和特点
电力系统过电压分类和特点电力系统过电压主要分以下几种类型：大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。
产生的原因及特点是：大气过电压:由直击雷引起,特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。
因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。
工频过电压:由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长,过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。
操作过电压:由电网内开关操作引起，特点是具有随机性,但最不利情况下过电压倍数较高。
因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。
谐振过电压:由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起,特点是过电压倍数高、持续时间长。
变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑?变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑?答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。
遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理.（1）变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。
当变压器检修时，可作特殊运行方式处理,例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。
（2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。
如果由于某些原因,变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。
否则,按特殊运行方式处理。
（3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。
9-电力系统内部过电压
36
限制过电压的措施
从断路器入手，在断路器的主触头上并电阻（线性 或非线性），能有效地限制这种过电压。
接近被切电感的工频激磁阻抗（数万欧）故为高值 电阻 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。
采用避雷器保护。切除空载变压器过电压的幅值大， 持续时间短，能量小，类似雷电过电压，可用阀式பைடு நூலகம் 雷器
1 2 C U T 0 若略去截流瞬间电容上所储存的能量 2
上出现的最大电压
，则电容
LT 2 U max I 0 ZT I 0 CT
式中ZT
LT CT
—变压器的特性阻抗
33
设 I 0 为正值，则相应的 U 0 必为负值。当开关中突然灭弧 LT 中的电 流 i L 不能突变，将继续向 CT 充电，使电 时， 容上的电压从“ U 0”向更大的负值方向增大，如图所 示。
发展过程
影响因素和限制措施
空载线的合闸分为两种情况，即正常合闸 和自动重合闸。这时出现的操作过电压称为合 空线过电压或合闸过电压，重合闸过电压是合 闸过电压中最严重的一种。 合闸过电压在超高压系统的绝缘配合中， 上升为主要矛盾，成为选择超高压系统绝缘 水平的决定性因素。
1、发展过程
用集中参数等值电路暂态计算的方法来分析。 在正常合闸时，若断路器的三相完全同步动作， 则按单相电路进行分相研究，可得到图（a）所示的等 值电路。在做定性分析时，还可忽略电源和线路电阻 的作用，这样就可以进一步简化成图（b）所示的简单 振荡回路。
37
小 结
当被切断的电流较小时，电弧往往提前熄灭，亦即 电流会在过零之前就被强行切断（截流现象）。 电容上出现的最大电压 L
U max
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及防护措施分析
电力系统内部过电压及防护措施分析【摘要】在电力设备正常运行过程中，有时即使无雷电等外部侵入也会出现损坏的事故。
通常将电网内部原因造成的过电压称为内部过电压，其对电网系统有着直接而有效的影响。
本文将对电力系统内部过电压进行分析，并且提出切实可行的防护措施。
【关键词】电力系统；过电压；防护措施；分析引言在电力系统中，其运行的可靠性与过电压大小有着不可分割的关系。
过电压可以分为稳态过电压与暂态过电压两种。
内部过电压能量大部分来自于电网自身，并且在额定电压基础之上而产生的，因此，其幅值一般和额定电压的大小成正相关，并且具备统计的性质。
1 暂时过电压种类1.1 由接地故障而导致的过电压在电力系统中，故障时有发生，发射管单相接地故障次数相对较多，并且其伴随着系统电压等级增大而不断增加。
当发生故障为单相接地故障时，以故障点为作为等效点系统等值正序、负序阻抗为：Z1=Z2=JX1，零序限抗为：ZO=JX0，等值电动势为E，A相接地时，B、C两正常相的过电压UB、UC可按照下式进行计算：因为避雷器并不具有保护单相接地时增大单相电压的功能，但是在实际运行过程中，发生单相故障的次数却最多，所以即使产生单相接地故障时正常相过电压尚未达到，然而在实际操作中防护内部过电压常常是用单相接地时正常相工频过电压的值来选择合适的避雷器灭弧电压，并且对于中性点非接地系统来说，因为X0/X11/ωC时，才会引起电压升高导致铁磁谐振，铁磁谐振之后会导致电流反响，极易引起电机反转的故障。
一般情况下，可以采取相应的措施来破坏谐振的条件，例如：减小电抗、增加电阻或者使用消谐器等等。
2 暂态过电压防护措施2.1 间歇性电弧接地过电压间歇性电弧接地过电压一般都是发生在中性点不接地系统之中，因为此类系统具备发生单相接地仍然能持续工作两小时的特征，所以其中电弧可能发生多次充入，使得线路中负荷进行多次重新分配，引起中性点电压上升，最终导致过电压。
虽然此种过电压的幅值相对较小，只为额定电压的3倍左右，然而由于其持续的时间比较长，并且范围相对比较广，将对弱绝缘设备造成严重影响，应该采取相应措施来避免。
电力系统稳态过电压
电力系统稳态过电压内部过电压:电力系统中,除了雷电过电压外,还存在由于自己内部原因而引起的过电压,包括稳态过电压和操作过电压操作过电压:当开关操作或事故状态时引起系统拓扑结构发生改变时,各储能元件的能量重新分配时发生振荡,从而出现的电压升高的现象，持续时间 0.1s 以内稳态过电压：由工频电压升高和谐振现象引起，持续时间比操作过电压长得多，有些甚至长期存在内部过电压的能量来自电网本身,一般用最大运行相电压的倍数表示过电压的分类1 工频过电压的特点（1)工频电压升高的大小会直接影响操作过电压的实际幅值。
操作过电压是叠加在工频电压升高之上的，从而达到很高的幅值。
（2）它的大小会影响保护电器的工作条件和保护效果避雷器的最大允许工作电压是由避雷器安装处工频过电压值来决定的。
如工频电压过高，避雷器的最大允许工作电压也越高，避雷器的冲击放电电压和残压也将提高，相应被保护设备的绝缘水平要随之提高（3）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响例如引起油纸绝缘内部电离,污秽绝缘子闪络,铁心过热,电晕等2 空载线路电容效应引起的工频过电压a）工频电压的升高程度与线路长度有关线路长度 L 越长，末端电压升得越高。
但由于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会超过2.9 倍 b ）工频电压的升高与电源容量有关电源容量越小（XS越大),工频电压升高越严重。
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3 不对称短路引起的工频电压升高不对称短路是电力系统中最常见的故障形式，当发生单相或两相对地短路时，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。
阀式避雷器的灭弧电压通常也就是根据单相接地时的工频电压升高来选定的。
单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的，为了计算健全相上的电压升高，通常采用对称分量法和复合序网进行分析。
分析对于中性点不接地系统，当单相接地时，健全相的工频电压升高约为线电压的 1.1 倍。
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。
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
过电压名词解释
过电压名词解释过电压名词解释：一、过电压的定义过电压是指电力系统中的电压超过了设备的额定电压或系统的正常运行电压。
这种电压的升高可能是由于系统内部的故障、操作过电压或雷电过电压等原因引起的。
过电压的存在对电力系统的设备和绝缘造成威胁，可能引发设备损坏、绝缘击穿等事故。
二、过电压的分类1.操作过电压：操作过电压是由于电力系统的操作（如断路器的合闸、分闸操作）而产生的过电压。
这种过电压的特点是持续时间较短，但电压幅值较高。
操作过电压的幅值和波形受到系统参数、设备特性和操作方式等多种因素的影响。
2.雷电过电压：雷电过电压是由雷电活动引起的过电压。
当雷电击中电力系统中的设备或线路时，会产生极高的电压和电流。
雷电过电压具有幅值极高、波前时间极短的特点，对电力系统的绝缘和设备构成严重威胁。
三、过电压的危害1.设备损坏：过电压可能导致电力设备的绝缘击穿、电弧重燃等，进而引发设备损坏、火灾等事故。
2.系统瘫痪：严重的过电压可能导致大面积的设备损坏，使电力系统瘫痪，造成大面积的停电事故。
3.人身安全：过电压可能引发电弧、电击等，对工作人员和公众的人身安全构成威胁。
四、过电压的防护措施1.设备绝缘加强：提高电力设备的绝缘水平，采用更高耐压等级的绝缘材料，以减少设备在过电压作用下的损坏风险。
2.避雷措施：在电力系统中设置避雷针、避雷器等设备，引导雷电电流入地，保护设备和系统免受雷电过电压的侵害。
3.操作策略优化：优化电力系统的操作策略，如合闸、分闸时序等，以降低操作过电压的幅值和持续时间。
4.过电压保护装置：装设过电压保护装置，如金属氧化物压敏电阻（MOV）、气体放电管（GDT）等，当电压超过设定值时，这些装置会迅速动作，将过电压导入大地或旁路，保护设备免受损坏。
五、总结过电压是电力系统中一种常见的现象，它对电力系统的安全稳定运行构成严重威胁。
了解过电压的分类、危害及防护措施，对于保障电力系统的安全运行、减少设备损坏、保护人身安全具有重要意义。
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Un－系统最高运行线电压有效值，kV
分析内部的过电压的发展过程，可以采用分布参数等 值电路及行波理论，也可采用集中参数等值电路的暂 态过程计算方法。
第六章 电力系统内部过电压
6.1 电力系统操作过电压
6.2 谐振电容、电感元件均为储能元 件。当系统正常操作或故障使其工作状态发 生变化时，将产生电磁能量振荡的过渡过程。 在设备上将会产生数倍于电源电压的过渡过 程过电压。它是高频振荡、强阻尼、在几毫 秒至几十毫秒后衰减消失的过电压。 可采用限压保护装置和其他技术措施来加以限 制。
影响过电压产生的主要因素： 合闸相位；如果合闸不是在电源电压接近幅值时发生， 出现的合闸过电压自然就较低了。 线路残余电压的大小与极性；
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)
五、解列过电压(中性点直接接地系统)
在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型：
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
切空线过电压
线性谐振过电压
合空线过电压
铁磁谐振过电压
切空变过电压
间歇电弧接地 过电压
参数谐振过电压
电力系统内部过电压
工频电压升高，虽然其幅值不大，一般来说，对正常 绝缘的电气设备没有威胁。但工频电压的升高常伴随 操作过电压，其大小直接影响操作过电压的幅值。 谐振过电压是在系统进行操作或发生故障时系统中的 电感和电容元件可能形成各种不同的振荡回路，在一 定的能源作用下，产生振荡现象，引起谐振过电压。 其持续时间较长。
装设避雷器。
ZnO或磁吹避雷器安装在线路首端和末端，能有效地限制这种 过电压的幅值。
6.1.2 合闸空载线路过电压 合空载线路是电力系统中常见的一种操作。 空载线的合闸分为两种情况，即正常合闸和自动重 合闸。这时出现的操作过电压称为合空线过电压或 合闸过电压， 由于两者的初始条件不同，重合闸 过电压是合闸过电压中最严重的一种。
6.1.1 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。
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
X c X s 容
e(t ) Em cost i(t ) Em cos(t 900 ) XC X S
1、计划性合闸过电压
Umax ＝ U稳态 ＋(U稳态－U起始)＝ 2 U稳态－U起始 空载线路 U起始＝0； Umax ＝ 2 U稳态＝2Em
过渡过程：
ω0振荡回路的自振角频率 A、B—积分常数
分析表明：合闸过程是电源通过L向C充电的过程。Uc包括两个 分量，即角频率与电源角频率相同的稳态分量（其幅值与系统 参数密切相关，实际上反应了空载线路的电容效应）和角频率 为 ω0 的自由分量。自由分量的角频率取决于系统参数。 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δ来表示。
性电流，通常为 几十到几百安， 比短路电流小得 多。 此时断路器切断 的是较小的电容 电流
空载线路分闸过电压的产生过程
～
工频电弧电流过零时熄弧
电弧 重燃 电弧熄弧
电弧重燃
电弧熄弧
线路最高暂态幅值：
Umax ＝ U稳态 ＋(U稳态－U起始)＝ 2 U稳态－U起始
t=t1时，开关K发生第一次熄弧 t=t2时，开关K发生第一次重燃 t=t3时，开关K发生第二次熄弧 t=t4时，开关K发生第二次重燃
电力系统内部过电压
暂态过电压是一种在一定位 置上的的相对地或相间的过 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。
内部过电压
操作过电压是电磁过渡过程 的过电压。
暂态过电压
操作过电压
工频电压升高
空载长线的 电容效应 不对称短路引起的 工频过电压 甩负荷引起的 工频电压升高
谐振过电压
2、自动重合闸过电压
正常合闸的情况，空载线路上没有残余电荷，初
始电压 uc(0)=0 。 运行中的线路发生故障，由继电保护系统控制跳 闸后，经过一短暂时间后再合闸－－自动重合闸 操作。 如果是自动重合闸的情况， 这时线路上有一定残 余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。
非短路相在Em或－Em峰值处熄弧(负载为空载线路) 重合闸在0.5s后进行，当电源极性与线路残余电压相 反时，最大振荡电压为3Em。
第二篇 电力系统过电压及其防护 第六章 电力系统内部过电压
电力系统内部过电压
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：
操作过电压指由于“操作” ( 包括断路器的正常操作 也包括各类故障)导致 “电网参数的突变”引起的过 渡过程中而产生的过电压，这一类过电压的幅值较大， 存在高频振荡、强阻尼、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 Uph.m。 ( 雷电过电压用幅值绝对值 来表示)。
UC = +Em UCmax1 = -3Em UCmax1 = -3Em UCmax2 = +5Em
过电压产生的根本原因：断路器的电弧重燃 断路器的灭弧能力越差，重燃几率越大，过电压幅值 越高。 限制过电压的措施：
提高断路器的灭弧性能，减少或避免电弧重燃；
在断路器中加装并联分闸电阻；（作用：降低断路器触头间的 恢复电压和降低重燃后的过电压）