电力系统中的谐振过电压ppt课件
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《过电压保护》PPT课件
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
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8
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。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
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。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
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8
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。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
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。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
铁磁谐振过电压
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
(2)当电源容量为有限值时，XS 的存在电 容效应，就像增加了导线长度一样。 容量越小，工频电压升高得越严重。
因此为了估计最严重的工频 电压升高，应以系统最小电
源容量为依据。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、不对称短路引起的工频电压升高
• 当A相接地时，可求得B、C两健全相 上的电压为
闸和自动重合闸。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
一、计划性合闸引起的过电压
A QF B L
在计划性合闸之前，
i
线路上一般不存在
e(t)
C T u 残余电荷，初始电压
为零，在合闸初瞬间
的暂态过程中，电源
图39-－5 5 空载线路合 电压通过等值电感 闸时的等值电路 对空载线路的等值电容
充电，回路中将发生高频振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
由以上分析可知，按工频熄弧理 论分析得到的非故障相的过电压 倍数为3.5，故障相的最大过电 压倍数为2倍，过电压的波形具 有同一极性，且故障相不会产生 振荡过程。
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
二、影响电弧接地过电压的因素
1．电弧燃烧与熄灭的随机性 2．输电线路的相间电容及回路损耗 3．中性点的接地方式
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
e(t) Em cost
i(t) Em cos(t 90 )
XC XL
u(t)
CT
e(t )
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合 图3-2
子情境3.3电力系统过电压与绝缘配合
t t1 uAB
t t2
t1
u AB 2Em
，
过电压保护ppt课件
想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
电力系统中的谐振过电压
19
正文标题
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会 出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行 线路中感应出传递过电压； 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递 至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。
20
正文标题
铁路供电强电线路在信号电缆的芯线上产生的纵向感应电动势，与强电线路 中的影响电流、信号电缆的金属护套屏蔽层、信号电缆的直径、信号电缆屏 蔽层的接地方式以及它们之间的距离等因素有关。
22
正文标题
当信号电缆屏蔽层不接地时，强电线路有影响电流，会通过互感抗在信 号电缆屏蔽层和线芯产生磁感应电势分别为 IP
2
3
X r1 Z1ctg(1 1 ) X r0 Z0ctg(0 0 )
X r1 2X r0 0
Z1ctg(1 1 ) 2Z0ctg(1 1 ) 0
16
正文标题
忽略导线电感，令导线的正序和零序电容分别为C1和C0，容抗为－jXC1和 －jXC0，线路首端的入口阻抗为
X r1 1 1 1
X L1 X C1
X r1 2X r0 0
X r0
1
1
1
X L0 X C0
单相开断发生谐振的条件
开断相的电压
11
1111
UA
EA 2
X rN
X r1 2
X
rN
EA
Xr0 Xr1 2Xr0 Xr1
EA
X r1 2
X r1
谐振条件
2 C0
TK
C1 2G
输电线路电容
正文标题
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会 出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行 线路中感应出传递过电压； 当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递 至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。
20
正文标题
铁路供电强电线路在信号电缆的芯线上产生的纵向感应电动势，与强电线路 中的影响电流、信号电缆的金属护套屏蔽层、信号电缆的直径、信号电缆屏 蔽层的接地方式以及它们之间的距离等因素有关。
22
正文标题
当信号电缆屏蔽层不接地时，强电线路有影响电流，会通过互感抗在信 号电缆屏蔽层和线芯产生磁感应电势分别为 IP
2
3
X r1 Z1ctg(1 1 ) X r0 Z0ctg(0 0 )
X r1 2X r0 0
Z1ctg(1 1 ) 2Z0ctg(1 1 ) 0
16
正文标题
忽略导线电感，令导线的正序和零序电容分别为C1和C0，容抗为－jXC1和 －jXC0，线路首端的入口阻抗为
X r1 1 1 1
X L1 X C1
X r1 2X r0 0
X r0
1
1
1
X L0 X C0
单相开断发生谐振的条件
开断相的电压
11
1111
UA
EA 2
X rN
X r1 2
X
rN
EA
Xr0 Xr1 2Xr0 Xr1
EA
X r1 2
X r1
谐振条件
2 C0
TK
C1 2G
输电线路电容
《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
第十二章电力系统内部过电压
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
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
煤矿供电系统运行与维护之过电压介绍课件
演讲人
目录
01. 过电压的基本概念 02. 煤矿供电系统过电压的产生
原因
03. 煤矿供电系统过电压的预防 与维护
04. 煤矿供电系统过电压的应急 处理
过电压的定义
1 过电压是指超过正常工作电压的电压值 2 过电压可以分为内部过电压和外部过电压 3 内部过电压是指由电力系统内部产生的过电压 4 外部过电压是指由电力系统外部因素产生的过电压 5 过电压会对电力系统设备造成损坏，影响系统的正常运行
过电压的分类
内部过电压：由电力系 统内部故障或操作引起
的过电压
外部过电压：由外部因 素（如雷击、静电等）
引起的过电压
操作过电压：由电力系统 操作（如合闸、分闸等）
引起的过电压
谐振过电压：由电力系 统谐振引起的过电压
瞬态过电压：由电力系统 瞬态过程（如短路、接地
等）引起的过电压
工频过电压：由电力系 统工频电压升高引起的
其他措施
恢复正常供电后， 检查设备运行情况，
确保安全运行
发现过电压时，立 即切断电源，防止
设备损坏
检查设备受损情况， 及时进行维修或更
换
设备检查与修复
01
检查设备：检查设备是否受 损，确定故障原因
02
修复设备：根据故障原因进行 修复，确保设备正常运行
03
更换设备：如设备无法修复， 需及时更换新设备
04
预防措施：加强设备维护，定 期检查，避免类似故障发生
事故报告与分析
1
事故报告：详细记录事故发生的时 间、地点、原因、经过和结果
2
分析原因：从设备、人员、环境等 方面分析事故发生的原因
3
制定措施：根据分析结果，制定预 防措施和整改方案
高电压技术14过电压概论课件.ppt
一、内部过电压的分类
内部过电压的定义
电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或 其他原因，使系统参数发生变化，引起电网内部 电磁能量转化或传递所造成的电压升高
导线的折断
通过电容的静电耦合和
非线性电感（磁饱和 现象）满足谐振的条 件
互感的电磁耦合，在相 邻送电线路之间或变压 器绕组之间
高电压技术14过电压概论课件
采取必要措施将操作过电压限制在规定水平以下
➢ 线路上装设并联电抗器，限制工频电升高 ➢ 改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器 ➢ 采用金属氧化物避雷器限制操作过电压
高电压技术14过电压概论课件
五、内部过电压案例 -----切空线操作过电压
原因是分闸过程中触头间电弧重燃现象所引起的
过电压产生原理
工频过电压的分类
空载长线路的电容效应
当首端的输入阻抗为容性，计及 电源内阻抗的影响(感性)时，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
不对称接地故障
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
负荷突变
断路器跳闸前输送负荷的大小、 空载长线路的电容效应、 发电机励磁系统及电压调整器的 特性、原动机调速器及制动设备 的惰性
断线后非全相运行，可能组成多种串联谐振回路 ，回路中的电感可以是电网中空载或轻载运行的 负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感，回 路中的电容可以是导线对地和相间的部分电容， 电感线圈对地杂散电容
高电压技术14过电压概论课件
➢ 电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压
电网出现某些扰动，如电压互感器的突然合闸 、瞬间单相弧光接地使健全相电压突升至线电 压、故障相接地消失时可能有电压的突然上升 ，在这些暂态中的涌流使电压互感器三相电感 饱和，且饱和程度不同，电网三相对地阻抗明 显不同，此时与设备电容或对地电容构成谐振 回路，可能激发起各种谐波谐振
内部过电压的定义
电力系统中由于断路器操作、故障发生及消失或 其他原因，使系统参数发生变化，引起电网内部 电磁能量转化或传递所造成的电压升高
导线的折断
通过电容的静电耦合和
非线性电感（磁饱和 现象）满足谐振的条 件
互感的电磁耦合，在相 邻送电线路之间或变压 器绕组之间
高电压技术14过电压概论课件
采取必要措施将操作过电压限制在规定水平以下
➢ 线路上装设并联电抗器，限制工频电升高 ➢ 改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器 ➢ 采用金属氧化物避雷器限制操作过电压
高电压技术14过电压概论课件
五、内部过电压案例 -----切空线操作过电压
原因是分闸过程中触头间电弧重燃现象所引起的
过电压产生原理
工频过电压的分类
空载长线路的电容效应
当首端的输入阻抗为容性，计及 电源内阻抗的影响(感性)时，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
不对称接地故障
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
负荷突变
断路器跳闸前输送负荷的大小、 空载长线路的电容效应、 发电机励磁系统及电压调整器的 特性、原动机调速器及制动设备 的惰性
断线后非全相运行，可能组成多种串联谐振回路 ，回路中的电感可以是电网中空载或轻载运行的 负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感，回 路中的电容可以是导线对地和相间的部分电容， 电感线圈对地杂散电容
高电压技术14过电压概论课件
➢ 电磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压
电网出现某些扰动，如电压互感器的突然合闸 、瞬间单相弧光接地使健全相电压突升至线电 压、故障相接地消失时可能有电压的突然上升 ，在这些暂态中的涌流使电压互感器三相电感 饱和，且饱和程度不同，电网三相对地阻抗明 显不同，此时与设备电容或对地电容构成谐振 回路，可能激发起各种谐波谐振
高电压技术课件 第七章 第二篇 电力系统过电压及保护
2
z2
z1 电压反射系数，1
1
z1 z2
1
以上电压波的折射反射系数也适用于线路末
端接有不同集中负载的情况。
19
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
z1 z2
即折射电压波大于 入射电压波，反射 电压波为正。
20
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
Z1
U1q
A
Z1
Z1
折射系数=2/3，反射系数=－1/3
相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线 路
28
二、集中参数等值电路（彼得逊法则）
把分布参数的电路用集中参数的电路表示， 这个计算折射波的等值电路法则称为彼得逊法则 。这个电路也称为彼得逊等值电路。
u2q
2Z 2 Z1 Z2
u1q
Z2 Z1 Z2
单根无损线
u
L0 dx
i t
u
u x
dx
i
C0 dx
u t
i
i x
dx
u x
L0
i t
i x
C0
u t
9
单根无损线
采用拉氏变换求解得：
u
uq
(t
x
)
u
f
(t
x
)
i
iq
(t
x
)
i
f
(t
x
)
简化表示为
iq
(tΒιβλιοθήκη x) v1 zuq
(t
x) v
u uq u f i iq i f uq ziq u f zi f
谐振过电压
1、铁磁谐振 L是一只带铁心的非线性电感，电感值是一个变数， 因而回路也就没有固定的自振频率，同一回路中，既 可能产生振荡频率等于电源频率的基频谐振，也可以 产生高次谐波和分次谐波谐振，具有各种谐波谐振的 可能性是铁磁谐振的一个重要特点。
2、物理过程
1 L C 是产生铁磁谐 振的必要条件 可能存在两个稳定工 作点a1和a3 平衡方程为:E=ΔU=|ULUC| ΔU与E线共有3个交点, 加小扰动后，a2不能回 到平衡点,不是稳定的工 作点
串联铁磁谐振回路的伏安特性
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。 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。
小 结
谐振过电压可分为如下三种形式：线性谐振过电 压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
具有各种谐波谐振的可能性是铁磁谐振的一个重 要特点。
限制措施:
使回路脱离谐振状态或增加回路的损耗
电力系统设计和运行时,应设法避开谐振 条件以消除这种过电压
（2）参数谐振过电压
产生原因：
系统中某些元件的电感会发生周期性变化,如 发电机转动时,其电感的大小随着转子位置的不同 而周期性地变化,当发电机带有电容性负载时（例 如一段空载线路），如再存在不利的参数配合， 就有可能引发参数谐振现象
限制措施：
发电机在正式投入运行前，应当避开谐振点， 一般不会出现谐振现象
（3）铁磁谐振过电压
当电感元件带有铁心时，一般会出现饱和现 象，此时电感随着电流或磁通的变化而改变，在 满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具 有一系列不同于其他谐振过电压的特点，可在电 力系统中引发某些严重事故。
5.2.2 铁磁谐振的基本原理
2、物理过程
1 L C 是产生铁磁谐 振的必要条件 可能存在两个稳定工 作点a1和a3 平衡方程为:E=ΔU=|ULUC| ΔU与E线共有3个交点, 加小扰动后，a2不能回 到平衡点,不是稳定的工 作点
串联铁磁谐振回路的伏安特性
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。 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。
小 结
谐振过电压可分为如下三种形式：线性谐振过电 压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
具有各种谐波谐振的可能性是铁磁谐振的一个重 要特点。
限制措施:
使回路脱离谐振状态或增加回路的损耗
电力系统设计和运行时,应设法避开谐振 条件以消除这种过电压
（2）参数谐振过电压
产生原因：
系统中某些元件的电感会发生周期性变化,如 发电机转动时,其电感的大小随着转子位置的不同 而周期性地变化,当发电机带有电容性负载时（例 如一段空载线路），如再存在不利的参数配合， 就有可能引发参数谐振现象
限制措施：
发电机在正式投入运行前，应当避开谐振点， 一般不会出现谐振现象
（3）铁磁谐振过电压
当电感元件带有铁心时，一般会出现饱和现 象，此时电感随着电流或磁通的变化而改变，在 满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具 有一系列不同于其他谐振过电压的特点，可在电 力系统中引发某些严重事故。
5.2.2 铁磁谐振的基本原理
11.2 线性谐振过电压
11-2 线性谐振过电压
• DL/T620-1997中的定义：
• 谐振过电压包括线性谐振和非线性 (铁磁)谐振过电压，一般因操作或 故障引起系统元件参数出现不利组 合而产生。
1.概述：
• 电力系统存在大量电容、电感元件；
• 变压器、互感器、发电机、导线对地电容、 相间电容、串联电容、并联电容等；
• 系统操作或发生故障时，电感、电 容元件与系统电源形成谐振回路， 发生谐振现象；
• 谐振将引起持续较长时间的过电压
和过电流，对设备造成危害；
• 经验表明，配电系统中，几乎所有 的内部过电压事故都是由谐振现象 引起的。
举例：
E1
C
QF
E2
谐振现象一般发生在空载和轻 载情况下。 E L
1
L
C
L
T
串联谐振现象：
R
jL
I
URபைடு நூலகம்
UL
U
UC
1 j C
结论：
• 谐振频率： • 品质因数： • 电感电压：
0
1 LC
1 Q R CR
L
U L jQ U U L jQ U
U I R
• 电容电压 • 回路电流：
电力系统谐振过电压类型：
1）线性谐振
电力系统线性元件引起的谐振。
2）参数谐振
同步发电机周期性电抗与电容引起。
的谐振。
3）铁磁谐振
含铁芯电感与系统电容引起的谐振。
• DL/T620-1997中的定义：
• 谐振过电压包括线性谐振和非线性 (铁磁)谐振过电压，一般因操作或 故障引起系统元件参数出现不利组 合而产生。
1.概述：
• 电力系统存在大量电容、电感元件；
• 变压器、互感器、发电机、导线对地电容、 相间电容、串联电容、并联电容等；
• 系统操作或发生故障时，电感、电 容元件与系统电源形成谐振回路， 发生谐振现象；
• 谐振将引起持续较长时间的过电压
和过电流，对设备造成危害；
• 经验表明，配电系统中，几乎所有 的内部过电压事故都是由谐振现象 引起的。
举例：
E1
C
QF
E2
谐振现象一般发生在空载和轻 载情况下。 E L
1
L
C
L
T
串联谐振现象：
R
jL
I
URபைடு நூலகம்
UL
U
UC
1 j C
结论：
• 谐振频率： • 品质因数： • 电感电压：
0
1 LC
1 Q R CR
L
U L jQ U U L jQ U
U I R
• 电容电压 • 回路电流：
电力系统谐振过电压类型：
1）线性谐振
电力系统线性元件引起的谐振。
2）参数谐振
同步发电机周期性电抗与电容引起。
的谐振。
3）铁磁谐振
含铁芯电感与系统电容引起的谐振。
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.
谐振的类型
电感元件是线性的；完全满足线性谐 振的机会极少，但是，即使在接近谐 振条件下，也会产生很高的过电压。 线性谐振条件是等值回路中的自振频 率等于或接近电源频率。其过电压幅 值只受回路中损耗（电阻）的限制。
谐振
线性谐振 参数谐振 铁磁谐振
电感参数在某种情况下发生周期性的 变化 ；参数谐振所需能量来源于改变 参数的原动机，不需单独电源，一般 只要有一定剩磁或电容的残余电荷， 参数处在一定范围内，就可以使谐振 得到发展。电感的饱和会使回路自动 偏离谐振条件，使过电压得以限制。
路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效
应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的
工频接地电弧（潜供电流）不能熄灭，自动重合闸
也就归于失败。
.
并联电抗器的正序与零序电抗分别为XL1和XL0、线路的正序 与零序波阻抗分别为Z1和Z0和导线的正序与零序电角度分别 为λ1和λ0。等值电路图中Zr1为从线路首端求得的正序入口阻 抗。零序入口阻抗等于由线路首端求得的Zr0，在等值电路图 中附加一个接地阻抗ZrN，根据等效原理ZrN应满足
C0
C1
C2 3
C3
消弧线圈调谐至使脱谐度Vc=0时 ， L 1
系统将发生. 谐振现象。
3 C 0
我国电力行业规程规定，中性点经消弧线圈接地系统 应采用过补偿方式，其脱谐度不超过10%，同时还要 求中性点位移电压一般不超过相电压的15%。
现实际系统中使用的消弧线圈一般采用随调式消弧线 圈，即系统正常运行时，将消弧线圈的脱谐度调大， 使其不放大系统的位移电压，而当系统发生单相接地 故障时，自动调小脱谐度使其发挥补偿作用。但对这 种调谐方式，要求消弧线圈应有尽快的响应时间，系 统故障时能快速发挥补偿作用。
当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各 种振荡回路，在一定条件下，可以产生串联谐振现象，导致 系统中某部分或某元件上出现严重的谐振过电压。
谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在， 直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间 后会自动消失，不能自保持。
谐振过电压的危害性既决定于其幅值大小，也决定于持续时 间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持 续的过电流烧毁小容量电感元件设备(如电压互感器)。
.
Y 1 ( U A U N ) Y 2 ( U B U N ) Y 3 ( U C U N ) Y L U N 0
UNY1U Y1AYY22 UYB3YY3U L C
Y1 jC1 Y3 jC3
Y2 jC2
YL
j
1 L
U N jj(( C C 1 U 1 A C 2 C 2 U C 3 B ) C j3 U 1 L C ) j(C 1 U jA 3 C C 0 2 U jB 1 L C 3 U C )
电力系统中的谐振过电压
.
主要内容
线性谐振的条件 消弧线圈补偿网络中的谐振 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振 传递过电压 非线性（铁磁）谐振的特点 断线引起的铁磁谐振过电压 电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
.
电力系统谐振现象
电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等; C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、 高压设备的杂散电容、均压电容等。
L
1 0 22
E
20 0 1 0 22
UC IC
E
Rc2 1 0 22
E
20 0 2 1 0 22
回路的阻尼率 R 2L
回路的自振角频率
.
0 1 LC
L 1 C
0
1 EL
UL UC ICR C
UC
E 1(
)2
0
UL UCE
UC UL E
UC
(E )210.8.2 消弧线圈补偿网络中的谐振
在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补 偿系统单相接地故障的短路电流。
Ijd I2 I3
Ijd I 2 cos300 I3 cos300 2I2 cos300
23 U xg.C 0cos3003C 0 U xg
系统运行经验表明，当10kV线路的Ijd不超过30A（即：架 空线路长度不超过1000km）和35kV线路的Ijd不超过10A （即：架空线路长度不超过100km）时，接地电弧一般能 够自熄，这可避免单相电弧接地故障跳闸，这是中性点不 接地电网的优点。但当超过上述允许值时，接地电弧往往 不能自熄，并将产生间歇性电弧接地过电压。
电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非 线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。 电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验 表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。
.
8.1 线性谐振的条件
et 2Esi nt
I
E
R2 (L 1 )2
C
UL IL
E
R2
在变压器中性点上接消弧线圈L。当系统中性点接有消弧 线圈时，单相接地时流过消弧线圈的电流为
IL
U xg L
流过故障点的电流 Ic
IC Ijd IL
.
消弧线圈的补偿可由脱谐度Vc
CIIC jdIjd I jdIL132 1 C 0L1( 0)2
0
1 3C0L
1C
.
利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的 角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍 频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃 和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。
.
8.3 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振
在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电
压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路
器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网
并联电抗器的补偿度TK通常在60%以上。
TK
QL QC
系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相
的相间电容与断开相的对地电抗器形成串联谐振回
系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为
u h (t) U A (c o st e tc o s0 t)
消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延 缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。
.
从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度 越小越好。
实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为 系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在 系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧 线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的 作用下将发生线性谐振现象。
谐振的类型
电感元件是线性的；完全满足线性谐 振的机会极少，但是，即使在接近谐 振条件下，也会产生很高的过电压。 线性谐振条件是等值回路中的自振频 率等于或接近电源频率。其过电压幅 值只受回路中损耗（电阻）的限制。
谐振
线性谐振 参数谐振 铁磁谐振
电感参数在某种情况下发生周期性的 变化 ；参数谐振所需能量来源于改变 参数的原动机，不需单独电源，一般 只要有一定剩磁或电容的残余电荷， 参数处在一定范围内，就可以使谐振 得到发展。电感的饱和会使回路自动 偏离谐振条件，使过电压得以限制。
路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效
应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的
工频接地电弧（潜供电流）不能熄灭，自动重合闸
也就归于失败。
.
并联电抗器的正序与零序电抗分别为XL1和XL0、线路的正序 与零序波阻抗分别为Z1和Z0和导线的正序与零序电角度分别 为λ1和λ0。等值电路图中Zr1为从线路首端求得的正序入口阻 抗。零序入口阻抗等于由线路首端求得的Zr0，在等值电路图 中附加一个接地阻抗ZrN，根据等效原理ZrN应满足
C0
C1
C2 3
C3
消弧线圈调谐至使脱谐度Vc=0时 ， L 1
系统将发生. 谐振现象。
3 C 0
我国电力行业规程规定，中性点经消弧线圈接地系统 应采用过补偿方式，其脱谐度不超过10%，同时还要 求中性点位移电压一般不超过相电压的15%。
现实际系统中使用的消弧线圈一般采用随调式消弧线 圈，即系统正常运行时，将消弧线圈的脱谐度调大， 使其不放大系统的位移电压，而当系统发生单相接地 故障时，自动调小脱谐度使其发挥补偿作用。但对这 种调谐方式，要求消弧线圈应有尽快的响应时间，系 统故障时能快速发挥补偿作用。
当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各 种振荡回路，在一定条件下，可以产生串联谐振现象，导致 系统中某部分或某元件上出现严重的谐振过电压。
谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在， 直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间 后会自动消失，不能自保持。
谐振过电压的危害性既决定于其幅值大小，也决定于持续时 间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持 续的过电流烧毁小容量电感元件设备(如电压互感器)。
.
Y 1 ( U A U N ) Y 2 ( U B U N ) Y 3 ( U C U N ) Y L U N 0
UNY1U Y1AYY22 UYB3YY3U L C
Y1 jC1 Y3 jC3
Y2 jC2
YL
j
1 L
U N jj(( C C 1 U 1 A C 2 C 2 U C 3 B ) C j3 U 1 L C ) j(C 1 U jA 3 C C 0 2 U jB 1 L C 3 U C )
电力系统中的谐振过电压
.
主要内容
线性谐振的条件 消弧线圈补偿网络中的谐振 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振 传递过电压 非线性（铁磁）谐振的特点 断线引起的铁磁谐振过电压 电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
.
电力系统谐振现象
电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等; C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、 高压设备的杂散电容、均压电容等。
L
1 0 22
E
20 0 1 0 22
UC IC
E
Rc2 1 0 22
E
20 0 2 1 0 22
回路的阻尼率 R 2L
回路的自振角频率
.
0 1 LC
L 1 C
0
1 EL
UL UC ICR C
UC
E 1(
)2
0
UL UCE
UC UL E
UC
(E )210.8.2 消弧线圈补偿网络中的谐振
在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补 偿系统单相接地故障的短路电流。
Ijd I2 I3
Ijd I 2 cos300 I3 cos300 2I2 cos300
23 U xg.C 0cos3003C 0 U xg
系统运行经验表明，当10kV线路的Ijd不超过30A（即：架 空线路长度不超过1000km）和35kV线路的Ijd不超过10A （即：架空线路长度不超过100km）时，接地电弧一般能 够自熄，这可避免单相电弧接地故障跳闸，这是中性点不 接地电网的优点。但当超过上述允许值时，接地电弧往往 不能自熄，并将产生间歇性电弧接地过电压。
电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非 线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。 电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验 表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。
.
8.1 线性谐振的条件
et 2Esi nt
I
E
R2 (L 1 )2
C
UL IL
E
R2
在变压器中性点上接消弧线圈L。当系统中性点接有消弧 线圈时，单相接地时流过消弧线圈的电流为
IL
U xg L
流过故障点的电流 Ic
IC Ijd IL
.
消弧线圈的补偿可由脱谐度Vc
CIIC jdIjd I jdIL132 1 C 0L1( 0)2
0
1 3C0L
1C
.
利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的 角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍 频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃 和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。
.
8.3 超高压补偿线路中不对称操作引起的谐振
在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电
压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路
器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网
并联电抗器的补偿度TK通常在60%以上。
TK
QL QC
系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相
的相间电容与断开相的对地电抗器形成串联谐振回
系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为
u h (t) U A (c o st e tc o s0 t)
消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延 缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。
.
从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度 越小越好。
实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为 系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在 系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧 线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的 作用下将发生线性谐振现象。