重庆大学高电压技术 6 电力系统内部过电压

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：

内部过电压暂态过电压操作过电压

工频电压升高

谐振过电压切空线过电压合空线过电压切空变过电压间歇电弧接地过电压线性谐振过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压

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。操作过电压是电磁过渡过程的过电压。

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。

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。

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。

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U ph.m 。(雷电过电压用幅值绝对值来表示)。U n －系统最高运行线电压有效值，kV 电力系统内部过电压

n m ph 32

U U =⋅

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

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。

可采用限压保护装臵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)

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

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)90cos()(cos )(0+-==t X X E t i t

E t e S C m m ωω容

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

s c X X 〉〉

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

～

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U C = +E m

U Cmax1 = -3E m U Cmax1 = -3E m U Cmax2 = +5E m

U max＝U稳态＋(U稳态－U起始)＝2 U稳态－U起始线路最高暂态幅值：

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）

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。

1、计划性合闸过电压

U max＝U稳态＋(U稳态－U起始)＝2 U稳态－U起始

＝0；

空载线路U

起始

U max＝ 2 U稳态＝2E m

ω0振荡回路的自振角频率A 、B —积分常数

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。

过渡过程：

分析表明：合闸过程是电源通过L 向C 充电的过程。U c 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。