电力系统内部过电压资料
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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：
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
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；
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
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
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。
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)。
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。
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）
U ph m 2 3 Un
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 谐振过电压
Fra Baidu bibliotek
6.1 电力系统操作过电压
电力系统中的电容、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。
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。
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
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。
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：
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
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；
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
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
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。
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)。
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。
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）
U ph m 2 3 Un
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 谐振过电压
Fra Baidu bibliotek
6.1 电力系统操作过电压
电力系统中的电容、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。
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。
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
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。