第十二章电力系统内部过电压
电力系统继电保护原理 第十二章 高压直流输电系统的保护
• 低电压保护属于后备保护，在两站失去通信的 情况下仍能正常工作。
• 纵联差动保护的判据为
| I dL I dL.oth |
• 式中：IdL 为直流线路电流；I dL.oth 为对站直流线路电流。
• 纵联差动保护比较来自整流站和逆变站的直流电流，如 果两站电流差值超过了设定值，保护动作。
– （1）极母线设备的闪络或接地故障。 • 极母线设备包括平波电抗器、直流滤波器等。
– （2）极母线直流过电压、过电流以及持续的直流欠压。 – （3）中性母线开路或接地故障。 – （4）站内接地网过流。 – （5）接地极引线开路或对地故障、接地极引线过负荷。 – （6）直流滤波器过流、过负荷、失谐，高压电容器不平衡以及有源部分
• 在研究保护策略时，除交直流模型外，必须结合相应的控 制系统。
第二节 直流输电系统保护原理与配置
一、直流线路故障过程
直流架空线路发生故障时，从故障电流的特征而论， 短路故障的过程可以分为初始行波、暂态和稳态三个阶段。 1、初始行波阶段
- 与交流输电线路故障时的波过程相似，直流输电线故障后，沿线路的 电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流行波和相应的电压行 波。
• 横联差动电流保护属于后备保护，只适用于单极金属 回线方式。
三、直流系统保护的配置
（一） 直流系统保护设计原则
- （1）满足可靠性、灵敏性、选择性、速动性的基本要求。 - （2）在直流系统各种运行方式下，对全部运行设备都能提供完全
的保护。能检测到设备的故障和异常情况，并从系统中切除影响运行 的故障设备。 - （3）保护系统应至少双重化配置，每一保护区域具备充分冗余度。保 证保护不误动或拒动，如有可能，后备保护应尽可能使用不同的测量 原理。 - （4）相邻保护区应有重叠，保证无保护死区。采用分区保护、保护区 搭接的方式。 - (5）各保护之间配合协调，并能正确反映故障区域，保护动作尽量避 免双极停运。 - （6）与直流控制系统能密切配合，控制系统故障不引起保护跳闸。
《内部过电压概论》课件
探索过电压与电力系统参数之间的关 系，如电压等级、设备类型、电网结 构等，以更好地理解过电压的传播和 影响。
探索新型的过电压保护装置
针对现有过电压保护装置的不足 和局限，研究新型的过电压保护
装置，提高其性能和适应性。
结合新材料、新工艺、新技术等 手段，开发具有更高耐压、更快 速响应、更可靠稳定的过电压保
参数设置
根据系统运行参数和设备参数，设置仿真模型的 参数，如电压等级、线路阻抗、变压器参数等。
模型验证
通过对比实际数据和仿真结果，验证仿真模型的 准确性和可靠性。
仿真结果的分析
波形分析
对仿真得到的电压、电流波形进行分析，了解内部过电压的幅值、 持续时间等特性。
参数分析
分析仿真结果中各参数的变化情况，如线路长度、变压器容量等对 内部过电压的影响。
护装置。
探索过电压保护装置与电力系统 的集成和优化，以提高整个系统
的过电压防护能力和稳定性。
提高电力系统的稳定性和可靠性
通过研究和优化电力系统的设计 和运行方式，降低内部过电压的
发生概率和影响程度。
强化电力系统的监测和预警机制 ，及时发现和应对过电压事件， 保障电力系统的安全稳定运行。
结合大数据、人工智能等技术手 段，实现对电力系统的实时监测 和智能控制，提高电力系统的稳
安装过电压吸收装置
采用过电压吸收装置，如阻容吸收器、压敏电阻等，以吸收系统 中的过电压能量，降低其对设备的影响。
配置继电保护装置
通过配置继电保护装置，实现对过电压的有效监测和快速切除， 防止过电压对设备造成损害。
PART 05
内部过电压的仿真研究
REPORTING
仿真模型的建立
模型选择
根据实际电力系统特性，选择合适的仿真模型， 如电磁暂态仿真模型、元件模型等。
电力系统的内部过电压
电力系统的内部过电压作者：程航来源：《中国科技博览》2015年第33期[摘要][Abstract]电力系统的内部过电压是电网运行中易出现的异常状态，内部过电压是由于操作（合闸、拉闸）、事故（接地、断线）或其它原因引起电力系统的状态发生突然变化，将出现从一种稳态转变为另一种稳态的过渡过程，在这个过程中可能产生对系统有危险的过电压。
变电运行人员只有充分认识出现内部过电压时的现象，仪表的指示及系统情况加以综合分析，正确判断过电压类型，才能采取必要的限制措施，提高电力系统的运行质量，减少事故的发生。
2002年8月27日公司2#站事故产生的原因就是由于6KV熔断器的故障造成操作过电压现象，进而造成弧光短路，对公司生产造成较大影响。
本文对此次事故的成因进行了分析，进而论述了过电压现象的发生机理及防治办法。
随着公司供电设备老化问题日渐严重，存在不少隐患；半导体工厂生产设备又容易对电网产生谐波干扰，还容易产生谐振过电压。
这些都需要我们加强对设备的巡检，细心维护，及早发现问题，及时更换关键部件。
[关键词][Key words]熔断器内部过电压操作过电压谐振过电压中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0124-02一、02年SGNEC 2#站事故2002年8月27日11点11分总变电站，控制2#终端站1#变压器的614#高压（6KV）开关跳闸并出现速断及接地报警。
同时8号站6KV一段母线电压大幅度降低并使35KV系统31路电压降低，公司6KV一段母线所带负荷全部无压掉电停止工作。
相关人员及时赶到2#终端站现场时发现1#变压器6KV负荷隔离开关内C相熔断器内侧熔断管爆裂（整个熔断器由两个熔断管并列焊接组成），熔体与石英沙熔化在一起呈暗红色；外侧熔断管断开，已掉在开关柜门下，瓷管破裂，熔体断开，流出的石英沙呈白色晶体颗粒状。
固定熔断器用的上下金属卡箍，上方的已被电弧烧断；B相熔断器管有裂纹；A相熔断器管无损害。
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
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》课件
系统规划
• 合理设计电力系统结 构和拓扑，减少电力 系统的脆弱性。
• 良好的接地系统可以 减缓过电压对系统的 影响。
实时监测
• 使用过电压监测技术 和设备，实时监测电 力系统的电压波动。
• 快速响应过电压事件， 采取相应的措施避免 损失。
过电压监测技术
电压测量
通过电压测量装置实时监测电 力系统的电压波动和过电压情 况。
由闪电、雷电或线路故障等外部因素引起的过电 压。
内部过电压
由电力设备故障或操作失误等内部因素引起的过 电压。
过电压的原因
1 自然灾害
闪电、雷击和地震等自然灾害是造成过电压的常见原因。
2 设备故障
电力设备故障或过载可能导致电力系统出现过电压情况。
3 操作失误
不正确的操作或维护程序可能导致电力系统受到过电压的影响。
过电压的危害
1
设备损坏
过电压可能导致设备烧毁、损坏或失效，给企业和个人带来巨大损失。
2
停电
过电压可能导致电力系统中断，造成停电和生产中断。
3
电击危险
过电压可能对人员安全构成威胁，导致电击事故发生。
过电压的防护
设备保护
• 安装保护装置，如避 雷器和过压保护器， 以降低过电压对设备
• 的定期影维响护。和检查设备， 确保其正常运行。
《电力系统过电压》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将深入探讨电力系统过电压的不同方面，包括定义、 类型、原因、危害、防护以及监测技术。让我们一起了解这个重要而有趣的 主题。
电力系统过电压的定义
什么是过电压？
过电压是指电力系统中超过额定电压的瞬时电压波动或持续时间较长的电压峰值。
内部过电压原因
内部过电压原因内部过电压是指电力系统中某一部分或某一设备内部电压超过了正常工作范围的现象。
内部过电压可能会对设备的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。
本文将从内部过电压的原因进行探讨，并提出相应的解决方法。
一、内部过电压的原因1. 突发事件：如雷击、电线短路等突发事件会引起系统内部电压的瞬时升高。
这种突发事件可能会导致电力系统设备的损坏，甚至引发火灾等严重事故。
2. 电力负载变化：当电力负载突然增加或减少时，电力系统内部的电压也会相应发生变化。
特别是在负载突然减少时，电压可能会出现瞬间升高的情况。
3. 电力系统故障：电力系统中的故障，如线路短路、设备故障等，可能会导致内部电压的异常升高。
这些故障可能会对电力系统的正常运行造成严重影响。
4. 功率因数失衡：功率因数失衡是指电力系统中正负序电流不平衡的现象。
当电力系统中存在功率因数失衡时，会引起电压的波动，从而导致内部电压的升高。
二、内部过电压的危害1. 设备损坏：内部过电压可能会造成电力系统中的设备损坏，如变压器烧毁、断路器跳闸等。
这不仅会给维修工作带来不便，还会增加设备更换的成本。
2. 运行不稳定：内部过电压会导致电力系统的运行不稳定，造成电压波动、电流不平衡等问题。
这可能会影响到用户的正常用电，给生产和生活带来困扰。
3. 安全隐患：内部过电压可能引发火灾等安全事故。
电力系统中设备的损坏和短路可能导致火花飞溅，引燃周围可燃物，给人员和财产带来威胁。
三、内部过电压的解决方法1. 安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置是防止内部过电压的有效措施。
过电压保护装置能够及时检测到电压异常，并采取相应的措施，保护设备的正常运行。
2. 增加电力系统的稳定性：提高电力系统的稳定性是减少内部过电压的关键。
可以通过增加电容器、稳压器等设备来提高系统的稳定性，减少电压波动的可能性。
3. 维护设备的正常运行：定期检查和维护电力系统中的设备，及时排除潜在故障，可以有效地减少内部过电压的发生。
什么是内部过电压内部过电压分类
什么是内部过电压?内部过电压分类什么是内部过电压电气设备和电力线路在运行中有时要改变运行方式，也就是要进行停送电操作。
如切、合变压器；切、和电力线路；切、和电容器；切、合电动机等。
此外，运行中的电气设备和电力线路也可能发生事故，例如短路跳闸、断线、接地等。
无论是由于停送电操作，或者电气事故，都会引起电力系统运行状态的局部变化，即从一种状态变为另一种状态，也就是出现过渡过程。
在电路的过度过程中会引起电场能量和磁场能量的转换，这时可能出现很高的电压，形成过电压，这种过电压称为内部过电压。
产生内部过电压的原因很多，所引起的过电压大小不同。
有时几种因素交叉重叠在一起，引起的过电压数值很高。
一般认为，对地内部过电压可达相电压的3~4倍；相间内部过电压则为对地内部过电压的1.3~1.4倍。
根据现场运行经验，有时内部过电压高达相间电压的5~6倍。
内部过电压是由电力系统内部电、磁场能量的传递或转换引起的，因此与电力系统的电感、电容参数有关。
电阻消耗能量，从而能抑制过电压。
由此可见，内部过电压与电力系统内部结构、各项参数、运行状态、停送电操作和是否发生接地、断线等事故有关，十分复杂。
不同原因引起的内部过电压，其电压数值大小、波形、频率、延续时间长短也并不完全相同，预防措施也有区别。
内部过电压分类为了便于研究，现行国家技术标准把内部过电压分为工频过电压、谐振过电压和操作过电压，其中工频过电压和谐振过电压又称作暂时过电压。
所谓暂时过电压，并不是过电压延续时间短，而是时间长，要求供电系统运行部门采取措施使其尽快消除，使过电压只能暂时存在，不可长时间存在。
实际上，在内、外各种过电压中，过电压波长最短的是雷电过电压，主放电只有50~100us，雷电冲击波波长以微秒计。
内部过电压的延续时间都要比雷电过电压长，工频过电压可达几小时，谐振过电压几分钟，操作过电压以毫秒计，时间较短，但比雷电冲击波长了千倍。
雷电冲击波时间短，因此可以用避雷器有效地将雷电侵入波对地放电，避免对被保护设备造成过电压击穿损坏。
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
内部过电压PPT课件
• 中性点运行方式的影响：中性点直接接地系统 中，各相有自己独立回路，相间电容影响不大， 切空载线路过电压与上面分析的情况相同。当 中性点不接地或经消弧线圈接地时，由于三相 断路器分闸的不同期性，会形成瞬间的不对称 电路，使中性点发生偏移。三相间相互影响使 分闸时断路器中电弧的重燃和熄灭变得更复杂， 在不利的情况下，会使过电压显著增高。一般 地说它比中性点直接接地时过电压要高20%左 右。
解：αl=0.06•300=180
若不计XS,则
K 21
1 c os180
1.051
考虑XS后,
0.9 103 Z 0.01275106 266
arctan263.2 44.60
266
cos 44.6 K20 cos(44.60 180 ) 1.547
二、如何限制空载长线末端电压升高
• 2、母线出线次数的影响：当母线上有多回路 出线时，只拉开一路，过电压也比较小。是由 于电弧重燃时残余电荷迅速重新分配，改变了 电压的起始值，因而降低了过电压。
• 3、电晕、负载的影响：①线路电晕将使 过电压降低。特别是高压线路，电压升 高会产生电晕，电晕可使导线上的电荷 泄漏，同时电晕损耗将消耗过电压能量， 限制了过电压倍数。②线路末端带有负 载时（如空载变压器），当线路首端断 路器熄弧后，三相导线上的电荷将通过 负载相互中和，导线上电位为零。③当 线路侧装有电磁式电压互感器时，它的 等值电感、电阻与线路电容构成一个阻 尼振荡电路，并由于电压升高引起磁路 饱和后阻抗降低，将使线路上的残余电 荷有了泄放 的附加路径，因而降低过电
C 1.5U mpm C 1.5U mpm 3C
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。
电力系统内部过电压
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 在电感和电容元件间形成的振荡，持续时 间较长。而现有的限压保护装臵的通流能力和热容量 都很有限，无法防护谐振过电压。确定绝缘水平时， 要求各种绝缘均能可靠地耐受尚有可能出现的谐振过 电压的作用，而不再专门设臵限压保护措施。 操作过电压所指的操作应理解为由于“操作”导致 “电网参数的突变”引起的过渡过程，这一类过电压 的幅值较大，持续时间短。
Z
切空线时电压沿线分布图
(4) 2U的电压波传到线路的 T l 开路末端t 2 , v 发生全反 射，电压变为 U 2U 电流 波发生负的全反射，反射波 所到之处，合成电流为0 （c） (5)反射波到达线路首端 T 时（ t 2 2），触头间的 电流反向,因而必然有一 过零点，电弧再次熄灭。
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
UC = -Uφ UCmax1 = 3 Uφ UCmax1 = 3 Uφ UCmax2 = -5 Uφ
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：
空载线上的电压与电流
11
切空线时电压沿线分布分析 （1）设第一次熄弧（t=0） 发生在 u U 熄弧后全 线对地电压将保持 U （2）t=T/2(T为正弦电 源电压的周期)时，电 源电压变为 U ，触 头间电位差 2U （3）电弧重燃，对地电压 由 U 变成 U 相当于一 个幅值为2U 的电压波和 2U 相应的电流波i( )从线路 Z 首端向末端传播，所到之 处电压变为 U ，电流由0 变为 2U (b) 12
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。
电力系统内部过电压的防护措施
电力系统内部过电压的防护措施1单相接地形成过电压通常应加强电网及设备运行管理，减少接地故障的发生。
对变压器应经常开展检查维护，使之处于安康状态下运行，还应定期开展预防性试验，防止因绝缘击穿而发生单相接地故障。
对供电线路应注重提高架设质量，合理选择导线截面及档距，线路走廊下的树木要定期砍伐，使线路通道符合技术规范。
严禁在电力线路下建房、植树，及在线路附近采石，以防炸断线路而发生接地故障。
2.负荷突变形成过电压通常可采用并联电抗器，以及按一定程序投、切空载线路，以限制长线路电容效应产生的过电压。
在电机侧采用快速减磁系统以限制发电机转子加速和电枢反应。
3.谐振形成过电压谐振过电压持续时间与回路本身特性有关，因此，对特定电网应尽量防止可能引起的谐振操作，或采取措施破坏谐振条件，如使用消谐器等。
对电磁式电压互感器引起的谐振，可在其二次开口三角处接入一个小电阻以破坏谐振；或在电压互感器高压中性点串入一个15kV、50w左右电阻接地，限制流过中性点的电流，防止电压互感器因磁饱和而发生铁磁谐振。
4.间歇性电弧形成过电压通常在电网中性点接入消弧线圈接地。
利用消弧线圈的电感补偿流过接地点的电容电流，使电弧的存在时间缩短,重燃次数减少，从而抑制了高幅值的过电压。
5.投切小电感性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的截流，由于其能量较小，通常采用避雷器来抑制。
6.开断电容性负荷产生的过电压此类过电压产生的根据是断路器的重燃，其方法是限制断口恢复电压的上升，以减少重燃的途径，从而到达抑制此类过电压的产生。
其措施是：在断路器断口装置并联电阻,能起到阻尼作用，或采用不会产生电弧重燃的真空断路器。
此外，在电容器运行中应尽量减少频繁的投切操作。
7.对投运空载长线路产生的过电压通常采用带合闸电阻断路器，或采用专门装置来判断当断路器两端电压最低时合闸，或设法消除、削弱线路的残余电压。
此外，电网中运行的变压器或线路装设金属氧化物避雷器开展保护（即使在非雷雨季节也不要退出运行），既可限制线路过电压，又可消除变压器、线路空载投切引起的过电压；控制支路的跌落式熔断器，应改为三相联动的柱上少油断路器，以防止非全相操作。
题目电力系统操作过电压
题目：电力系统操作过电压讲授内容提要：1、间歇电弧接地过电压2、空载变压器合闸过电压教学目的：掌握电力系统操作过电压种类教学重点：了解电力系统间歇电弧接地过电压教学难点：了解电力系统空载变压器合闸过电压采用教具和教学手段：多媒体及板书授课时间：2014年9月1日授课地点：新教学楼1108 教室注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第十二章电力系统操作过电压本次课主要内容：1、间歇电弧接地过电压2、空载变压器合闸过电压操作过电压概念操作过电压：由断路器及刀闸操作和系统故障引起的暂态过渡过程一方面包括断路器的正常操作，如线路和变压器、电抗器等的合闸过电压和故障后线路的重合闸过电压等另一方面包括各种分闸以及故障及其清除过程引起的过电压操作过电压特点操作过电压具有幅值高、存在高频振荡、阻尼较强以及持续时间短等特点操作过电压对电气设备绝缘盒保护装置的影响，主要取决于其幅值、波形和持续时间。
操作过电压波头陡度一般低于雷电过电压特快速暂态过电压（VFTO）特快速暂态过电压（Very Fast Transient Overvoltage，VFTO）是一种波头很陡、频率很高，在六氟化硫（SF6）气体绝缘的变电站（GIS）中出现的过电压。
用隔离开关操作短母线时，由于开关的多次击穿和熄灭，可能造成频率很高的过电压，其初始前沿一般在3~200ns。
特快速暂态过电压（VFTO）危害特快速暂态过电压频率远高于雷电过电压。
而电力系统常用的金属氧化物避雷器（MOA）无法限制这种过电压，VFTO可能威胁到GIS及相邻设备的安全，特别是变压器匝间绝缘的安全，也可能引发变压器内部的高频振荡。
我国500kv系统曾出现VFTO损坏大型变压器的事故。
电磁兼容问题传导干扰：PT,CT,地网辐射干扰：GIS金属外壳的辐射过电压计算理论基础集中电路参数模型与堆叠积分分布电路参数模型多导体传输线理论及其应用堆叠积分作用：当已知一个电路的阶跃响应时，求解任意激励的响应。
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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
以以电容为回路继续流通，对电容进行充电，将电
感中的磁能转化为电容中的电能。
图12-1 切除空载变压器的原理图
图12-2 截流时刻
变压器的LT愈大，CT愈小，过电压愈高。
第十二章电力系统内部过电压
二、空载长线路的操作过电压
1．切除空载长线路过电压的产生过程及限制措施
切除空载线路是电力系统中常见的操作之一。其
产生过电图12-4是断路器切除空载长
线时的接线图和等值线路
图。通常ωL<<1/(ωC)，因
第十二章电力系统内部过电压
如图12-2所示，如果截流发生在某一瞬时值I0时， 电容上的电压为U0，此时变压器的总储能W为：
W＝WL＋WC＝(LTI02＋CTU02)/2 按能量不灭定律，当磁能全部转化为静电电能 时，电容上的电压将达其最大值UBm ，由截流而 引起的变压器上的过电压可达 ：
UTm U02I02LT CT
内部过电压（简称内过电压）是由于电力系统内部 能量的转化或传递引起的。内部过电压可按其产生原 因分为操作过电压和暂时过电压，而后者又包括谐振 过电压和工频电压升高。
第十二章电力系统内部过电压
因操作引起的暂态电压升高，称为操作过电压。 因系统中电感、电容参数配合不当，在系统进 行操作或发生故障时出现的各种持续时间很长的 谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。 电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超 过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电 压升高。这种电压升高统称为工频电压升高，或 称为工频过电压。
图12-7 关合空载长线 (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
在一般情况下ω0要比工频高得多。假设：在求过渡 过程中电容C上的电压时，电源电压近似地保持不变。
图12-3 截流后的电流和电压波形
第十二章电力系统内部过电压
2．影响切空载变压器过电压的因素及限制切空 载变压器过电压的措施 （1）断路器性能
切空载变压器引起的过电压幅值近似地与截流 值I0成正比。降低断路器的截流能力能够限制过 电压UTm的大小。通过在断路器的主触头上并联 高值电阻，能有效地降低这种过电压。 （2）变压器参数和结构
第十二章 电力系统内部过电压
❖第一节 概述 ❖第二节 操作过电压 ❖第三节 谐振过电压 ❖第四节 工频电压升高
第十二章电力系统内部过电压
第一节 概述
过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝 缘或保护设备损坏的电压升高。据统计，在电力系统 各种事故中，由于过电压引起的绝缘事故占主导地位。
过电压可以分为内部过电压和雷电(外部)过电压 两大类。
一、空载变压器的分闸过电压
1．切空载变压器过电压产生的机理 在切空载变压器时，断路器常常会在工频电流自然
过零之前强行切断电弧，称这种现象为“截流”。在 切除空载变压器励磁电流的截流瞬间，电弧电流被迫 很快下降到零，造成：
diL/dt → (-∞) 于是在变压器励磁电感L上将感应出过电压
u＝LdiL/dt →(-∞) 即过电压有可能达到很高的数值。
第十二章电力系统内部过电压
内部过电压的幅值与电网该处最高运行相电压 的幅值之比，叫内部过电压倍数，并用字母K来表示。
K值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地 方式、断路器性能、母线上的出线数目、电网的运 行接线和操作方式等因素有关，它具有统计性质。
通常在中性点直接接地的电网中，如果不采取 限压措施，操作过电压的最大幅值可达最高运行相 电压幅值的3倍以上；在中性点非直接接地的电网中， 最大操作过电压可达最高运行相电压的4倍以上；谐 振过电压的幅值则在2倍以上。
截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁 电流的幅值Im（即I0＝Im，U0＝0）时，有：
UTmIm LT CT
第十二章电力系统内部过电压
图12-3给出了电流在幅值截断后,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：
iL＝Imcosω0t
uCUmsin0tIm C LT T sin0t
装设金属氧化物避雷器（MOA）或磁吹阀式 避雷器能有效地限制这种过电压的幅值。
第十二章电力系统内部过电压
2．合闸空载线路过电压的产生过程及限制措施 （1）正常合闸
由于正常的运行需要而进行的合闸操作称为正常 合闸。如图12-7(a)所示，电源E1和E2经输电线连通， 线路两侧均装有断路器。在线路一侧断路器断开的 情况下，关合另一侧断路器就会遇到关合空载线路 的操作。