第八章 暂时过电压
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过电压保护
特点: 持续时间可能较长 .
2．谐振过电压 当谐振过电压发生在铁磁电感与电容组成 的电路中时，称为铁磁谐振电路，有可能 出现过电压事故。
特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。
防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
二.两支避雷针的保护范围 两针间距离D与针高h之间比D/h不宜大于5。
三.多支避雷针的保护范围 各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度
bｘ≥０则全部面积受到保护。
第三节雷电侵入波防护
防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所 设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少 近区雷击闪络，避免出现过分强烈的感应 雷多电压。
针或避雷线。 高压长线路空载运行时，末端电高 .
在甲设备的接线端子上标出乙设备接线端 子编号，乙设备的接线端子上标出甲设备接线端子编号
高压长线路空载运行时，末端电压高 .
一.单支避雷针的保护范围 普通阀型避雷器（适用大气过电压保护）
防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
KS
KD
KG
例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 在中性点不接地系统中发生单相不稳定电弧接地时，可能产生过电压，一般把这种过电压称为电弧接地过电压。
4. 雷电反击过电压
雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电，线路绝缘子有可能 产生击穿，对导线放电，这种情况称为雷电反击过电压。
5.感应雷过电压
感应雷过电压是指在电气设备（例如架空电力线路）的附 近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导 线上会感应出大量的和雷云极性相反的束膊电荷，形成雷 电过电压。
2．谐振过电压 当谐振过电压发生在铁磁电感与电容组成 的电路中时，称为铁磁谐振电路，有可能 出现过电压事故。
特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。
防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
二.两支避雷针的保护范围 两针间距离D与针高h之间比D/h不宜大于5。
三.多支避雷针的保护范围 各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度
bｘ≥０则全部面积受到保护。
第三节雷电侵入波防护
防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所 设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少 近区雷击闪络，避免出现过分强烈的感应 雷多电压。
针或避雷线。 高压长线路空载运行时，末端电高 .
在甲设备的接线端子上标出乙设备接线端 子编号，乙设备的接线端子上标出甲设备接线端子编号
高压长线路空载运行时，末端电压高 .
一.单支避雷针的保护范围 普通阀型避雷器（适用大气过电压保护）
防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
KS
KD
KG
例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 在中性点不接地系统中发生单相不稳定电弧接地时，可能产生过电压，一般把这种过电压称为电弧接地过电压。
4. 雷电反击过电压
雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电，线路绝缘子有可能 产生击穿，对导线放电，这种情况称为雷电反击过电压。
5.感应雷过电压
感应雷过电压是指在电气设备（例如架空电力线路）的附 近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导 线上会感应出大量的和雷云极性相反的束膊电荷，形成雷 电过电压。
电气工程师-专业基础(供配电)-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合
电气工程师-专业基础（供配电）-电气工程基础-4.9过电压及绝缘配合[单选题]1.电力系统内部过电压不包括()。
[2018年真题]A.操作过电压B.谐振过电压C.雷电过电压D（江南博哥）.工频电压升高正确答案：C参考解析：电力系统过电压分为内部过电压和外部过电压（雷电过电压）。
内部过电压主要分两大类：①因操作或故障引起的暂态电压升高，称操作过电压。
②在暂态电压后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称暂时过电压。
暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。
暂时过电压虽具有稳态性质，但只是短时存在或不允许其持久存在。
C项，雷电过电压属于外部过电压。
[单选题]2.避雷线架设原则正确的是()。
[2017年真题]A.330kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护B.110kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护C.35kV线路需要全线架设双避雷线进行保护D.220kV及以上架空线必须全线架设双避雷线进行保护正确答案：D参考解析：根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064—2014）第5.3.1条第2款规定，少雷区除外的其他地区的220kV～750kV线路应沿全线架设双地线。
110kV线路可沿全线架设地线，在山区和强雷区宜架设双地线。
在少雷区可不沿全线架设地线，但应装设自动重合闸装置。
35kV及以下线路不宜全线架设地线。
[单选题]3.下面操作会产生谐振过电压的是()。
[2017年真题]A.突然甩负荷B.切除空载线路C.切除接有电磁式电压互感器的线路D.切除有载变压器正确答案：C参考解析：谐振过电压主要由变压器励磁电感与对地电容或电磁式电压互感器过饱和等引起。
A属于工频过电压，B、D属于操作过电压，C属于谐振过电压。
[单选题]4.电磁式电压互感器引发铁磁谐振的原因是()。
[2016年真题]A.非线性元件B.热量小C.故障时间长D.电压高正确答案：A参考解析：铁磁谐振是由铁芯电感元件，如发电机、变压器、电压互感器、消弧线圈等，与电力系统的电容元件，如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件，激发持续的铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。
ch5.暂时过电压
'l 2
时，cos ' l
0
不论首端电压为多高，末端电压 将趋于无穷大。
v l 2 4
此时，线路电感与电容构成谐振 状态。称为1/4 波长谐振。 实线为不考虑电源阻抗Xs的情况 -8-
工频电压升高
若考虑电源阻抗Xs
I
E U1 I1 X s II
工频电压升高
R 0 X
1 1
R 0, 0.5,1.0 X
0 1
(a) B相；(b) C相
中性点接地3-10 kV系统：
X0主要由线路容抗决定，故应为负值(X0/X1=(-20)-(-))。
K (1) 3
(20)2 (20) 1 1.08 3 1.1 3 (20) 2
工频电压升高
突然甩负荷引起的工频电压升高： 输电线路传送重负荷时，由于某种原因，断路器跳闸，电源突然甩负荷后，将 在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成线路工频电压升高的 又一原因。
当线路输送大功率（有功和感性无功）时，发电机的电势高于母线电压， 甩负荷后，发电机激磁绕组中的磁通来不及变化，与其相应，电源电势E‘ d 维持原来的数值。 线路末端断路器跳闸之后，空线仍由电源充电，电容效应造成工频电压 升高。 从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器 有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率， 这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转 速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。
对过电压保护及绝缘配合影响较大的是暂态工频电压升高，当然稳态工频 电压升高对系统的电气设备也有一定的影响。
•220kV 电压等级以下
暂时过电压
暂时过电压
1.内部过电压 1.内部过电压
在电力系统中，因为断路器的操作或系统故障， 是系统的参数发生变化，导致电力系统内部能量 的转化或传递的过渡过程中，在电力系统产生的 过电压 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、持续时间不尽相同 内部过电压分为操作过电压和暂时过电压
4.均匀长线及其稳态解 4.均匀长线及其稳态解
无损长线首末端电压及电流关系
cos αl ɺ U 1 ɺ = 1 sin αl I1 Z C Z C sin αl ɺ U 2 cos αl I ɺ 2
一般
α = ω L0C0
α = 0.06o / km
操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，一般持续 时间在0.1s以内 暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续 时间相对较长，暂时过电压产生的原因主要是空载 长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以 及系统中可能发生的线性或非线性谐振等
内部过电压
线性谐振 谐振过电压铁磁 参数 (resonance) 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 ( Power FrequencyVoltageRise) (Temporary ) 合空线 切空线 操作过电压（ .1s以内） 切空变 0 解列 弧光接地 ( Switching )
外激发现象 当 E<U0 时，E逐渐上升，回路只能处在非谐振的 工作点a。只有当回路经过强烈的“冲击扰动”， 回路才能处在谐振的工作点c “冲击扰动”包括系统的突然合闸、发生故障以及 故障的消除等，这些可造成铁芯电感两端的短时电 压升高、大电流的振荡过程或电感中的涌流现象 需要经过过渡过程建立的谐振现象称之为铁磁谐振 的“外激发” 一旦“激发”起来以后，谐振状态可以“自保持”， 维持很长时间不会衰减
1.内部过电压 1.内部过电压
在电力系统中，因为断路器的操作或系统故障， 是系统的参数发生变化，导致电力系统内部能量 的转化或传递的过渡过程中，在电力系统产生的 过电压 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、持续时间不尽相同 内部过电压分为操作过电压和暂时过电压
4.均匀长线及其稳态解 4.均匀长线及其稳态解
无损长线首末端电压及电流关系
cos αl ɺ U 1 ɺ = 1 sin αl I1 Z C Z C sin αl ɺ U 2 cos αl I ɺ 2
一般
α = ω L0C0
α = 0.06o / km
操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，一般持续 时间在0.1s以内 暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续 时间相对较长，暂时过电压产生的原因主要是空载 长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以 及系统中可能发生的线性或非线性谐振等
内部过电压
线性谐振 谐振过电压铁磁 参数 (resonance) 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 ( Power FrequencyVoltageRise) (Temporary ) 合空线 切空线 操作过电压（ .1s以内） 切空变 0 解列 弧光接地 ( Switching )
外激发现象 当 E<U0 时，E逐渐上升，回路只能处在非谐振的 工作点a。只有当回路经过强烈的“冲击扰动”， 回路才能处在谐振的工作点c “冲击扰动”包括系统的突然合闸、发生故障以及 故障的消除等，这些可造成铁芯电感两端的短时电 压升高、大电流的振荡过程或电感中的涌流现象 需要经过过渡过程建立的谐振现象称之为铁磁谐振 的“外激发” 一旦“激发”起来以后，谐振状态可以“自保持”， 维持很长时间不会衰减
电力系统过电压及其防护
暂时 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 突然甩负荷
谐振过电压
线性谐振 铁磁谐振 参数谐振
切断空载线路
切断空载变压器
空载线路合闸
间歇电弧接地
一. 概述
在电力系统中，除了雷电过电压外，还经常出现另一 类过电压：内部过电压。顾名思义，它的产生根源 在电力系统内部，通常都是因为系统内部电磁能量 的积累和转换而引起。按照产生的原因，内部过电 压可以分为操作过电压和暂时过电压。一般操作过 电压持续时间在0.1s以内，而暂时过电压持续时间 要长得多。
A = 1 − uC (0) Uϕ
当 uC (0) = −U ϕ
U C = 3U ϕ
uC
≈ 3U ϕ
0
t
二. 影响过电压的因素
1. 合闸相角
2. 残余电压
3. 回路损耗
三. 限制过电压的措施
1. 控制合闸相角 2. 加装并联合闸电阻 3. 线路首末端装设避雷器
同步开关（Synchronous Switching）
3.3 空载线路合闸过电压
一. 产生过电压的基本过程
1. 正常合闸
L s QF
1 2
LT
1 2
LT
L QF
~u
CT
⇒~ u
CT uC
L
=
Ls
+
1 2
LT
u = U ϕ cos ω t
由等值电路：
L
di dt
+ uC
=u
i = CT
du C dt
初始条件：
uC (0) = 0
t = 0 :i = CT
第七讲：电力系统内部过电压及其防护
电气工程概论第八章
不采用熔断器，减少三相断路器的不同期操作，尽量使三相同期； 在中性点接地的系统中，操作中性点不接地的变压器时，将变压器中 性点临时接地。
（四）电力系统中常见谐振过电压及其防治
2.中性点不接地系统中电压互感器饱和过电压
在中性点不接地的6～35kV配电网络中，由于电压互感器 饱和而产生的内部过电压事故最为频繁，严重地影响供电 安全。 采取措施：
UTm I m LT CT
(8-4)
( 一)
空载变压器的分闸过电压
( 一)
空载变压器的分闸过电压
iL＝Imcosω0t (8-5) (8-6)
电流在幅值截断后，电感中的电流iL和电容上的电压（也 即电感上的电压）uC的波形。如不计衰减，iL和uC可写成
uC U m sin 0t I m LT CT sin 0t
工频接地电阻re工频电流ie作用时呈现的电阻冲击接地电阻ri冲击电流作用时呈现的电阻接地电阻雷电直接击中杆塔避雷线或导线引起的线路过电压雷击线路附近大地由于电磁感应在导线上产生的过电压耐雷水平i0指雷击时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值耐雷水平愈高线路耐雷性能愈雷击跳闸率我国以40雷暴日l00km长线路雷击跳闸次数跳闸率愈高耐雷性能愈差额定电压unkv3566110220330500耐雷水平i0ka20303060407575110100150125175雷电流超过i0的概率pio594646213514145673203810使线路发生短路接地故障雷电过电压的作用时间虽然很短数十微秒但导线对地避雷线或杆塔发生闪络以后工频电压将沿此闪络通道继续放电进而发展成为工频电弧接地
限制措施：
由电弧接地过电压的产生原理分析可以看出，产生该过电压的根 本原因在于电网中性点的电位偏移，要消除这种过电压，可从改变中 性点的接地方式入手，采用中性点直接接地或经消弧线圈接地方式运 行。
（四）电力系统中常见谐振过电压及其防治
2.中性点不接地系统中电压互感器饱和过电压
在中性点不接地的6～35kV配电网络中，由于电压互感器 饱和而产生的内部过电压事故最为频繁，严重地影响供电 安全。 采取措施：
UTm I m LT CT
(8-4)
( 一)
空载变压器的分闸过电压
( 一)
空载变压器的分闸过电压
iL＝Imcosω0t (8-5) (8-6)
电流在幅值截断后，电感中的电流iL和电容上的电压（也 即电感上的电压）uC的波形。如不计衰减，iL和uC可写成
uC U m sin 0t I m LT CT sin 0t
工频接地电阻re工频电流ie作用时呈现的电阻冲击接地电阻ri冲击电流作用时呈现的电阻接地电阻雷电直接击中杆塔避雷线或导线引起的线路过电压雷击线路附近大地由于电磁感应在导线上产生的过电压耐雷水平i0指雷击时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值耐雷水平愈高线路耐雷性能愈雷击跳闸率我国以40雷暴日l00km长线路雷击跳闸次数跳闸率愈高耐雷性能愈差额定电压unkv3566110220330500耐雷水平i0ka20303060407575110100150125175雷电流超过i0的概率pio594646213514145673203810使线路发生短路接地故障雷电过电压的作用时间虽然很短数十微秒但导线对地避雷线或杆塔发生闪络以后工频电压将沿此闪络通道继续放电进而发展成为工频电弧接地
限制措施：
由电弧接地过电压的产生原理分析可以看出，产生该过电压的根 本原因在于电网中性点的电位偏移，要消除这种过电压，可从改变中 性点的接地方式入手，采用中性点直接接地或经消弧线圈接地方式运 行。
[整理版]高电压技术第8章习题答案
![[整理版]高电压技术第8章习题答案](https://img.taocdn.com/s3/m/c177945de55c3b3567ec102de2bd960590c6d97e.png)
第八章雷电过电压及防护8-1试述雷电放电的基本过程及各阶段的特点。
8-2试述雷电流幅值的定义，分别计算下列雷电流幅值出现的概率：30kA、50kA、88kA、100kA、150kA、200kA。
8-3雷电过电压是如何形成的？8-4某变电所配电构架高11m，宽10.5m，拟在构架侧旁装设独立避雷针进行保护，避雷针距构架至少5m。
试计算避雷针最低高度。
8-5设某变电所的四支等高避雷针，高度为25m，布置在边长为42m的正方形的四个顶点上，试绘出高度为11m的被保护设备，试求被保护物高度的最小保护宽度。
8-6什么是避雷线的保护角？保护角对线路绕击有何影响？8-7试分析排气式避雷器与保护间隙的相同点与不同点。
8-8试比较普通阀式避雷器与金属氧化物避雷器的性能，说说金属氧化物避雷器有哪些优点？8-9试述金属氧化物避雷器的特性和各项参数的意义。
8-10限制雷电过电压破坏作用的基本措施是什么？这些防雷设备各起什么保护作用？8-11平原地区110kV单避雷线线路水泥杆塔如图所示，绝缘子串由6×X－7组成，长R为7Ω，导线和避雷线的直径分别为1.2m，其正极性U50%为700kV，杆塔冲击接地电阻i为21.5mm和7.8mm，15℃时避雷线弧垂2.8m，下导线弧垂5.3m，其它数据标注在图中，单位为m，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。
习题8-11图8-12某平原地区550kV输电线路档距为400m，导线水平布置，导线悬挂高度为28.15m，相间距离为12.5m，15℃时弧垂12.5m。
导线四分裂，半径为11.75mm，分裂距离0.45m(等值半径为19.8cm)。
两根避雷线半径5.3mm，相距21.4m，其悬挂高度为37m，15℃时弧垂9.5m。
杆塔电杆15.6μH，冲击接地电阻为10Ω。
线路采用28片XP-16绝缘子，串长4.48m，其正极性U50%为2.35MV，负极性U50%为2.74MV，试求该线路的耐雷水平和雷击跳闸率。
高电压及测试技术习题(含答案)
高电压及测试技术习题（含答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、工频接地电阻为Rg的接地装置，当受到冲击电流作用时，其接地电阻值将(____)。
A、增大B、减小C、不变D、其他三种情况都有可能正确答案：D2、通常110kV线路的保护角α一般不大于(____)度。
A、25B、20C、30D、15正确答案：C3、对于架构式避雷针，其辅助接地装置与主地网的地下连接点到变压器接地线与主地网的地下连接点之间的距离不得小于(____)。
A、15mB、10mC、25mD、20m正确答案：A4、衡量电介质损耗的大小用(____)表示。
A、介质损失角正切值B、电介质极化C、电介质电导D、相对电介质正确答案：A5、空气间隙的长度大到一定程度时，它在工频电压和操作过电压下的击穿特性开始呈现“饱和现象”，尤以电气强度最低的“棒一板”气隙在正极性操作冲击波作用下的击穿特性最为显著，饱和现象开始变得明显的拐点大致处于d=(____)m的范围内。
A、2~3B、8~9C、12~13D、5~6正确答案：D6、由直接雷击或雷电感应而引起的过电压叫做(____)过电压。
A、操作B、大气C、谐振D、暂时正确答案：B7、产生极性效应的间隙形式为(____)。
A、棒—板B、板—板C、球—板D、棒—棒正确答案：A8、330kV线路的分裂数n一般为(____)。
A、8B、2C、4D、6正确答案：B9、避雷针在任意水平面上的保护范围为(____)。
A、矩形B、三角形C、方形VD、圆形正确答案：D10、我国规程中规定线路防雷设计用雷电流波头时间为(____)。
A、1.5μsB、1.2μsC、2.6μsD、2μs正确答案：C11、下列说法正确的是(____)。
A、固体介质的电击穿电压比热击穿电压低B、固体介质的电击穿时间比电化学击穿时间长C、固体介质的电化学击穿电压比电击穿电压高D、其他三项都不对正确答案：D12、为了进一步提高避雷器的灭弧能力，提高工频续流通流能力，降低残压，可用(____)代替普通火花间隙。
电力系统操作过电压
2、特点 （1)它的大小会直接影响操作过电压的实际 幅值
（2）它的大小会影响保护电器的工作条件 和保护效果
(3）工频电压升高使断路器操作时流过其 并联电阻的电流增大 （4）持续时间长，对设备绝缘及其运行性 能有重大影响
3、分析结论 （1）工频过电压就其过电压倍数的大小来 讲，对系统中正常绝缘的电气设备一般不够 成危险 （2）对于超高压系统，决定电气设备的 绝缘水平将起愈来愈大的作用
5、限压措施
主要采用阀型避雷器
二、间隙电弧接地过电压
1、产生原因 在中心点不接地系统中，当一相发生 故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之 为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡 过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧 接地过电压）
2.单相接地电路图及相量图
3、分析
注意几点 （1）应假设某故障相达到最大值时电弧接地， 这是最严重情况 （2）掌握某一状态、某一时间下电压初始值、 稳态值 （3）过电压的最大幅值可用下面公式估算 过电压幅值=稳态值+（稳态值-初始值）
四、不对称短路引起的工频电压升高
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，因此，在选择避雷器 时，灭弧电压取110%的线电压，称为110%避雷器 对中性点经消弧线圈接地系统在过补偿时，单相接地 时健全相上电压接近线电压，因此在选择避雷器灭弧 电压时，取100%的线电压，称为100%避雷器 对中性点直接接地系统单相故障接地时，健全相电压 约为0.8倍线电压，对于该系统避雷器的最大灭弧电压 取为最大线电压的80%，称为80%避雷器
1
L
2
0
（2）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生 过电压和过电流 （3）铁芯的饱和会限制过电压的幅值
电力系统过电压及保护基础知识讲解
示，连接点为A。现将线路z1合闸于直流电源U 0 ，合闸后沿
线路 z1有一与电源电压相同的前行波电压 u1q自电源向结点A
传播，到达结点A遇到波阻抗z 2的线路，根据前节所述，在
结点A前后都必须保持单位长度导线的电场能与磁场能相等
的规律，由于线路z1与z 2的单位长度电感与对地电容都不相
同，因此当u1q 到达A点时要发生电压、电流的变化。也就是
z2 z1 ) z1 z2
。
在线路z2 中的折射电压 u2q 随时间按指数规律增长如图7
－3－19（b）所示，当时，t＝0；u2q 0 当t→∞时 u2q au1q
，这说明无限长直角波通过电感后改变为一指数波头的行波
，串联电感起了降低来波上升速率的作用。 从式（7－3－2）中可得出折射波u2q 的陡度为
z1
z2
u1q
(a)
(b)
图7 - 3 -1 行波通过串联电感
(a)线路示意及等值电路；(b)折射波与反射波
图7-3-1为一无限长直角波 u1q 投射到具有串联电感L的线 路上的情况，L前后两线路的波阻抗分别为z1 及z2 ，当z 2中的
反行波尚未到达两线连接点时，其等值电路如图7-3-1（a）
所示,由此可得
z1 z2 z1 z2
i1q
2 z1 z1 z2
ai
称为电流折射系数；
z2 z1 z1 z2
u
z1 z2 z1 z2
i
称为电压反射系数， 称为电流反射系数。
折射系数的值永远是正的，这说明折射电压波总是和入射 电压波同极性的。
二、 几种特殊情况下的波过程
（一）线路末端开路: 线路末端开路相当于Z2＝∞的情况。 此时α＝2， β＝1；
暂态过电压
操作过电压
操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，常见的有： ①空载线路合闸和重合闸过电压。 ②切除空载线路过电压。 ③切断空载变压器过电压。 ④弧光接地过电压 。
谐振过电压
谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。 一般按起因分为： ①线性谐振过电压。 ②铁磁谐振容效应（费兰梯效应）。在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电 压分布不等，末端电压最高。
②不对称短路接地。三相输电线路a相短路接地故障时，b、c相上的电压会升高。
③甩负荷过电压，输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的 过电压。
传感耦合技术分析
信号可以选择阶跃波、方波、标准操作冲击和雷电冲击波、以及陡化和振荡调制下的高频脉冲源，对比和分 析“传感器”输出和标准分压器输出波形在时域和频域下的差异，从而判定该传感耦合方式是否满足暂态过电压 波形的工程测试要求。
在变电站母线或出线加装专用的高压分压器采集过电压信号（电容式、阻容式分压器的分压原理，这里不予 阐述），该方式波形记录准确性高，频率响应可满足暂态过电压波形，但对分压器的可靠性要求其能够长期挂稳 定运行，因此一般仅用于10~110 kV电压等级电。对于220 kV及以上高电压等级电的暂态过电压测量，在线监测 使用外接分压器作为专用分压器的案例较少；但输变电设备的启动调试录波，可求助于移动式的外接分压器。开 关分和分操作时测量的线路末端过电压波形，暂态过程较为强烈，产生的过电压倍数较高并出现了开关燃弧现 象。
传感耦合方式分类
电暂态过电压引起的问题，对电力设备是否造成致命性的危害，在理论上没有完全分析清楚。事故分析的暂 态过电压波形记录缺乏，对事故原因的分析一直以来依靠经验，均造成事故分析不彻底、不明确。暂态过电压测 量或监测装置，其能够准确地获取过电压幅值及其变化过程，对故障发生、发展的整个过程进行记录，通过波形 分析就能确定事故是由于过电压幅值或陡度超过了设备绝缘的承受能力，还是由于设备本身绝缘水平的降低所造 成，或其它原因。
过电压
电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定。研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压（工作电压及过电压），过电压防护装置的效用，以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素，并且考虑经济上的合理性以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。
电工设备经常在电力系统工作电压下运行，还会受到各种过电压作用。电工设备绝缘对各种作用电压都具有一定限度的耐受能力。当绝缘性能被破坏时，会造成设备损坏甚至系统停电事故。为了避免上述损失，必须保证电工设备具有规定的绝缘强度，这就是绝缘水平。确定绝缘水平要求在技术上处理好作用电压、限制过电压的措施、绝缘耐受能力三者之间相互配合的关系，还要求在经济上协调投资费用、维护费用和事故损失费用等之间的关系，以达到较好的综合经济效益。
注：√3是根号3，√2是根号2，p.u.是标幺值。
过电压包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等。由于其成因不同，都具有一定特点。从绝缘性能的角度看，除注意过电压幅值外，还需区别它们的波形及电压作用的时间过程。这是因为绝缘强度具有伏秒特性，耐受电压的能力因电压波形及作用时间不同而有差异。
作用电压按波形可分为以下5种。
①正常运行条件下的工频电压。
在超高压电力系统中，空载线路合闸与重合闸时可以产生比较高的过电压，而且出现频繁，对电力系统的绝缘水平一般起决定性的作用。改善断路器的性能，采用合闸并联电阻，缩小三相闭合的不同期等都有很好效果；通流容量较大的金属氧化物避雷器，也可用来作为防护操作过电压的装置。
变电所内设备的雷电过电压由避雷器进行防护。设备上的过电压与避雷器的性能、线路来波情况、变电所的接线布置等有关。电力系统绝缘配合是包括了对过电压防护措施提出要求而综合制定的。
操作过电压的允许水平
电工设备经常在电力系统工作电压下运行，还会受到各种过电压作用。电工设备绝缘对各种作用电压都具有一定限度的耐受能力。当绝缘性能被破坏时，会造成设备损坏甚至系统停电事故。为了避免上述损失，必须保证电工设备具有规定的绝缘强度，这就是绝缘水平。确定绝缘水平要求在技术上处理好作用电压、限制过电压的措施、绝缘耐受能力三者之间相互配合的关系，还要求在经济上协调投资费用、维护费用和事故损失费用等之间的关系，以达到较好的综合经济效益。
注：√3是根号3，√2是根号2，p.u.是标幺值。
过电压包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等。由于其成因不同，都具有一定特点。从绝缘性能的角度看，除注意过电压幅值外，还需区别它们的波形及电压作用的时间过程。这是因为绝缘强度具有伏秒特性，耐受电压的能力因电压波形及作用时间不同而有差异。
作用电压按波形可分为以下5种。
①正常运行条件下的工频电压。
在超高压电力系统中，空载线路合闸与重合闸时可以产生比较高的过电压，而且出现频繁，对电力系统的绝缘水平一般起决定性的作用。改善断路器的性能，采用合闸并联电阻，缩小三相闭合的不同期等都有很好效果；通流容量较大的金属氧化物避雷器，也可用来作为防护操作过电压的装置。
变电所内设备的雷电过电压由避雷器进行防护。设备上的过电压与避雷器的性能、线路来波情况、变电所的接线布置等有关。电力系统绝缘配合是包括了对过电压防护措施提出要求而综合制定的。
操作过电压的允许水平
高电压技术8、9章
高电压技术8、9章
谐振是指振荡回路中某一自由振荡频率等于 外加强迫频率的一种稳态或准稳态现象。在这种 周期性或准周期性的运行状态中，发生谐振的谐 波幅值会急剧上升。
根据电感的特性把谐振分为： 线性谐振、参数谐振、非线性（铁磁）谐振
高电压技术8、9章
(一) 线性谐振过电压
电路中的电感L与电容C、电阻R一样，都是线性参数。限 制这种过电流和过电压的方法是使回路脱离谐振状态或增加 回路的损耗。在电力系统设计和运行时，应设法避开谐振条 件以消除这种线性谐振过电压。
下面以基波谐振为例，说明非线性谐振的基本特性：
高电压技术8、9章
稳定工作点和谐振条件：
下图为最简单的R,C和铁心电感L的串联电路。在正常运 行条件下，感抗大于容抗，即，此时不具备谐振条件。 当铁心电感的电流增大或者磁通增大时会使铁心发生饱 和现象，使电感下降，满足串联谐振条件，发生谐振， 在电感和电容两端形成过电压，这就是铁磁谐振现象。
UUc UL
回路呈容性 回路电流较大 电感电容上出现较 高过电压
高电压技术8、9章
谐振点 但不是稳定工作点
基波的铁磁谐振的特点：
产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的 伏安特性必须相交，铁磁谐振可在较大范围内产 生； 对铁磁谐振电路，在同一电源电势作用下，回路 可能有不只一种稳定工作状态； 铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因， 但其饱和特性本身又限制了过电压的幅值。此外， 回路中的损耗会使过电压降低，当回路电阻值大 到一定数值时，就不会出现强烈的的谐振现象。
L.CT
d2uc dt2
uc
Em
解方程得： u c E m A si0 n t B co 0 ts
利用初始条件，t=0时，uc=0，求得A、B
谐振是指振荡回路中某一自由振荡频率等于 外加强迫频率的一种稳态或准稳态现象。在这种 周期性或准周期性的运行状态中，发生谐振的谐 波幅值会急剧上升。
根据电感的特性把谐振分为： 线性谐振、参数谐振、非线性（铁磁）谐振
高电压技术8、9章
(一) 线性谐振过电压
电路中的电感L与电容C、电阻R一样，都是线性参数。限 制这种过电流和过电压的方法是使回路脱离谐振状态或增加 回路的损耗。在电力系统设计和运行时，应设法避开谐振条 件以消除这种线性谐振过电压。
下面以基波谐振为例，说明非线性谐振的基本特性：
高电压技术8、9章
稳定工作点和谐振条件：
下图为最简单的R,C和铁心电感L的串联电路。在正常运 行条件下，感抗大于容抗，即，此时不具备谐振条件。 当铁心电感的电流增大或者磁通增大时会使铁心发生饱 和现象，使电感下降，满足串联谐振条件，发生谐振， 在电感和电容两端形成过电压，这就是铁磁谐振现象。
UUc UL
回路呈容性 回路电流较大 电感电容上出现较 高过电压
高电压技术8、9章
谐振点 但不是稳定工作点
基波的铁磁谐振的特点：
产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的 伏安特性必须相交，铁磁谐振可在较大范围内产 生； 对铁磁谐振电路，在同一电源电势作用下，回路 可能有不只一种稳定工作状态； 铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因， 但其饱和特性本身又限制了过电压的幅值。此外， 回路中的损耗会使过电压降低，当回路电阻值大 到一定数值时，就不会出现强烈的的谐振现象。
L.CT
d2uc dt2
uc
Em
解方程得： u c E m A si0 n t B co 0 ts
利用初始条件，t=0时，uc=0，求得A、B
第8章 操作过电压
中性点经电阻接地方式，即中性点与大地之间接入一定 阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于 电阻是耗能元件，也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元 件，对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，有一定 优越性。 • 中性点经电阻接地系统，可以直接消除中性点不接地系 统的两个严重缺点，实现灵敏而有选择性的接地保护，并 减小电弧接地过电压的危险。 • 该系统存在以下主要缺点： （1）同中性点不接地系统相似，要求有较高的绝缘水平。 （2）同大电流接地系统一样，发生单相接地故障时，必 须开断线路。 （3）电阻器制造困难。
8.2.2 重合闸过电压 过电压幅值=2×稳态值一起始值=2Em-（-Em）=3Em
8.2.3 空载线路合闸过电压 的影响因素及限制措施 1．合闸相位 2．线路损耗 3．线路上残压的变化 4．单相自动重合闸
8.3 切除空载线路过电压
• 形成原因 形成原因：在切空线的过程中，虽然断路器切断的是几十到几百安培 的容性电流，比短路电流小得多，但在分闸初期，由于断路器触头间 恢复电压的上升速度超过绝缘介质恢复强度的上升速度，造成触头间 电弧重燃，因而引起电磁振荡，造成过电压 。 • 分析 分析： •措施 ：减少或 措施 消除电弧重燃。 改进断路器 的灭弧性能 ； 采用带并联 电阻的断路器。
非有效接地系统
（小电流接地)
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地 中性点经低电阻接地
有效接地系统
（大电流接地）
8.6.2 中性点接地方式的特点
1．大电流接地系统的特点 ． • 当发生单相接地故障时，由于采用中性点有效接地方式存 在短路回路，所以接地相电流很大。 • 为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，因而 供电可靠性低。 • 由于故障时不会发生非接地相对地电压升高的问题，对于 系统的绝缘性能要求也相应降低。 2．小电流接地系统的特点 ． • 由于中性点非有效接地，当系统发生单相短路接地时，故 障点不会产生大的短路电流。因此，允许系统短时间带故 障运行。 • 此系统对于减少用户停电时间提高供电可靠性非常有意义。 • 当系统带故障运行时，非故障相对地电压将上升很高，容 易引发各种过电压，危及系统绝缘，严重时会导致单相瞬 时性接地故障发展成单相永久接地故障或两相故障。
8.2.2 重合闸过电压 过电压幅值=2×稳态值一起始值=2Em-（-Em）=3Em
8.2.3 空载线路合闸过电压 的影响因素及限制措施 1．合闸相位 2．线路损耗 3．线路上残压的变化 4．单相自动重合闸
8.3 切除空载线路过电压
• 形成原因 形成原因：在切空线的过程中，虽然断路器切断的是几十到几百安培 的容性电流，比短路电流小得多，但在分闸初期，由于断路器触头间 恢复电压的上升速度超过绝缘介质恢复强度的上升速度，造成触头间 电弧重燃，因而引起电磁振荡，造成过电压 。 • 分析 分析： •措施 ：减少或 措施 消除电弧重燃。 改进断路器 的灭弧性能 ； 采用带并联 电阻的断路器。
非有效接地系统
（小电流接地)
中性点不接地 中性点经消弧线圈接地 中性点直接接地 中性点经低电阻接地
有效接地系统
（大电流接地）
8.6.2 中性点接地方式的特点
1．大电流接地系统的特点 ． • 当发生单相接地故障时，由于采用中性点有效接地方式存 在短路回路，所以接地相电流很大。 • 为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相，因而 供电可靠性低。 • 由于故障时不会发生非接地相对地电压升高的问题，对于 系统的绝缘性能要求也相应降低。 2．小电流接地系统的特点 ． • 由于中性点非有效接地，当系统发生单相短路接地时，故 障点不会产生大的短路电流。因此，允许系统短时间带故 障运行。 • 此系统对于减少用户停电时间提高供电可靠性非常有意义。 • 当系统带故障运行时，非故障相对地电压将上升很高，容 易引发各种过电压，危及系统绝缘，严重时会导致单相瞬 时性接地故障发展成单相永久接地故障或两相故障。
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铁磁元件的非线性特性
随着电流的逐渐增加，铁心 开始饱和，磁链与电流的关 系呈现非线性，电感值随电 流(磁链)逐渐减小
交流电源作用于电感 ，若磁 链 保持正弦波形，则电流 i 的波形发生畸变，波形中有3 、5、……奇次谐波
铁磁谐振
在交流电源作用下铁心元件的电感值作周期性变化，这是产 生铁磁谐振的基本原因 在铁芯电感的振荡回路中，如果满足一定条件，可能出现工 频谐振 谐振频率可能等于工频的整数倍（2、3、5倍等），称为高 次谐波谐振 谐振频率可能等于工频的分数倍（ 1/2 、1/3 、1/5、 2/3、 3/5 倍等），称为分次谐波谐振
对于分布参数电路，当末端空载时，一定条件下，首端 的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响(感性)时， 由于电容效应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。这就是系统中的空载 长线路的工频电压升高，尤其在超高压系统中是一个重 要的课题
4.均匀长线及其稳态解
无损长线首末端电压及电流关系
串联铁磁谐振回路
基波铁磁谐振
1 C 在 I=Ij 处，曲线UL(I)与UC(I)有交 点K，UL＝UC
满足条件 L0
电压平衡关系
E U
基波铁磁谐振图解法
U U L I UC I
回路可能有3个平衡状态，如图中a、b、c三点 判断 a、c 两点是稳定工作点，而b点是不稳定的 a点为电路的非谐振工作点，c点是谐振工作点 铁磁元件的饱和效应是产生铁磁谐振的根本原因，但其又 限制了过电压的幅值
( x) / U K1x U 1
( x) / U K2x U 2
空载时线路首端对末端的电压传递函数
K12 U 2 / U1 1 / cosl
线路上的各点电压的模按余弦分布。 超高压系统中为限制电容效应引起的 工频电压升高，广泛采用并联电抗补偿
5.空载长线路的电容效应
外激发现象 当 E<U0 时，E逐渐上升，回路只能处在非谐振的 工作点 a 。只有当回路经过强烈的“冲击扰动”， 回路才能处在谐振的工作点c “ 冲击扰动”包括系统的突然合闸、发生故障以及 故障的消除等，这些可造成铁芯电感两端的短时电 压升高、大电流的振荡过程或电感中的涌流现象
需要经过过渡过程建立的谐振现象称之为铁磁谐振 的“外激发”
7.甩负荷引起的工频电压升高
当输电线路重负荷运行时，由于某种原因(例如发生短路 故障)线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成电源电动 势高于母线电压，也是造成工频电压升高的另一重要原 因，通常称作甩负荷效应
8.工频电压升高的限制措施
在220kV及以下电网中不需采取特殊措施限制工频电 压升高 330、500kV电网中要采取措施将工频电压升高限制 在1.3pu（变电所）及1.4pu（线路侧）以下，措施有：
8.工频电压升高的限制措施
并连电抗器是补偿空载线路电容效应的措施
cos cos K 02 cos(l ) Xs arctan Zc Zc arctan XR
8.工频电压升高的限制措施
线路末端接入并联电抗器，由于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，相当于减小了 线路长度，降低了末端电压升高 并联电抗器的接入可同时降低线路首端及末端的工频 电压升高
铁磁谐振 参数谐振
线性谐振过电压
在操作或故障引起的过渡过程出现 谐振条件 或
1 L C
2 2 0 0 R / 2 L
2 0 2
稳态电压UC
பைடு நூலகம்串联线性谐振电路
UC E
1 / 2 /
2 2 0 0
1
2 2
不同 /0下 UC与 /0的关系曲线
1.内部过电压
典型的合闸空载线路过电压倍数K随时间的变化曲线， 变化过程可分为三个阶段：
具有高幅值、强阻尼的高频操作过电压 持续时间较长的工频暂时过电压，此处工频暂时过电压产 生的原因是发电机的调压特性和线路电容效应，因此开始 时暂时过电压较高，待发电机电压调整器发挥作用之后， 电压开始下降 系统逐渐进入稳定状态，这时主要是长线路电容效应引起 的工频电压升高
一旦“激发”起来以后，谐振状态可以“自保持”， 维持很长时间不会衰减
谢谢！
3.空载长线路的电容效应
对于一给定的R、L、C串联电路，若其参数R<<1/(C)、 L，且有1/C>L，当有正弦交流电流流过时，由于 电感与电容上的压降UL、UC反相，且其有效值UC>UL， 于是电容上的压降大于电源的电动势。这就是集中参数 电路中的“电感—电容”效应，简称“电容效应”
操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，一般持续 时间在0.1s以内 暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续 时间相对较长，暂时过电压产生的原因主要是空载 长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以 及系统中可能发生的线性或非线性谐振等
内部过电压
线性谐振 谐振过电压 铁磁 参数 ) (resonance 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 oltageRise ) ( PowerFrequencyV ) (Temporary 合空线 切空线 操作过电压（ 0 . 1 s 以内） 切空变 解列 弧光接地 ( Switching )
第八章 暂时过电压
1.内部过电压
在电力系统中，因为断路器的操作或系统故障， 是系统的参数发生变化，导致电力系统内部能量 的转化或传递的过渡过程中，在电力系统产生的 过电压 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、持续时间不尽相同 内部过电压分为操作过电压和暂时过电压
cosl U 1 1 sin l I1 ZC Z C sin l U2 cosl I 2
L0C0
一般
0.06o / km
5.空载长线路的电容效应
线路首端或末端对线路任一点x的传递函数
装并联电抗器 装静止补偿装置 加强电网联系，改变电网结构（如装开关将长线分段） 限制某些运行方式 采用良导体地线，降低X0/X1比值 快速磁通灭磁保护 电压速断保护
基准值
1 p.u
um (um系统最高电压 ) 3
8.工频电压升高的限制措施
并连电抗器是补偿空载线路电容效应的措施
空载时线路末端电压升高与线路长度的关系
电源阻抗对空载长线路电容效应的影响
电源阻抗对空载长线路电容效应的影响
末端电压与源端电压的关系
K 02 cos cosl
tg
1
XS ZC
电源电抗相当于增加了线路 长度 电源容量越小，即内电抗 Xs 越大，末端电压升高越 严重。所以在估计最严重的 工频电压升高时，应以可能 出现的电源容量最小的运行 方式为依据
2.工频过电压
电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过 最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电 压升高，统称工频电压升高，或称工频过电压
它的大小直接影响操作过电压的幅值 它的数值是决定避雷器额定电压的重要依据 持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全 运行 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
谐振分类
谐振过电压比操作过电压的持续时间长，性质上属于暂时过电 压。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 在不同电压等级、不同结构的系统中可以产生不同类型的谐振 过电压。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
线性谐振
系统在发生不对称故障时，故障点各相电压和电流是不对称的，可以 采用对称分量法利用复合序网方便地进行分析
6.不对称短路引起的工频电压升高
6.不对称短路引起的工频电压升高
6.不对称短路引起的工频电压升高
系统工频电压升高是决定阀型避雷器灭弧电压的依据 3、6、10kV系统工频电压升高可达系统最高电压的1.1倍，避 雷器的灭弧电压即规定为系统最高电压的 1.1 倍，称为 110 ％ 避雷器，例如10kV 系统的最高电压按 1.15Un考虑，避雷器的 灭弧电压为12.7kV (35-60)kV系统的工频电压升高可达系统高电压，避雷器的灭 弧电压规定为系统最高电压的 100 ％，称为100％避雷器，例 如35kV避雷器的灭弧电压为41kV 对110、220kV系统中的避雷器，其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 对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
0o
21o
6.不对称短路引起的工频电压升高
短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高， 常称为不对称效应，以不对称效应系数或接地系数表 示由此而产生的工频电压升高的程度 系统中不对称短路故障，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
6.不对称短路引起的工频电压升高
当 / 0 10% 时 电容和电感上的电压可达 电源电压的5倍 当 / 0 20 ~ 25%时 有2倍左右的过电压 离开以上范围电压很快下 降 谐振趋势 危险并非仅仅在谐振点， 在接近谐振的参数范围内， 都会引起严重的稳态过电 压