电力系统过电压

电力系统过电压
一、电力系统过电压
过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压、可能危害绝缘的异常电压，属于电力系统中的一种电磁扰动现象，是电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化所致。

两种类型过电压：
1、雷电过电压：直击雷过电压、感应雷过电压
2、内部过电压：操作过电压、暂时过电压
内部过电压
能量来源于系统本身，幅值以系统最大工作相电压
幅值U
ph.m 的倍数k
来表示。

k0值约为1.3-4.0，其大小与系统参数、断路器性能、中性点接地方式等一系列因素有关。

1、操作过电压
操作过电压：电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压称为操作过电压。

操作过电压产生的原因：电力系统状态发生突变，使系统从一种电磁状态过渡到另一种电磁状态，在这种过渡中会出现电磁振荡，电磁能与静电能在电感性与电容性元件中以电路固有频率交替转换，以致在电气设备上出现过电压。

常见操作过电压的种类：
（1）空载线路合闸与重合闸过电压
（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
（1
）空载线路合闸与重合闸过电压
当断路器突然合上时，在回路中会发生角频率的高频振荡过渡过程，电容C
（即线路）上的电压可能达到最大值：1）空载线路合闸过电压
如果合闸前电容C 上还有初始电压，合闸后振荡过程中的过电压有可能达到3E m
（如采用线路自动重合闸时就可能有这种情况）。

2）重合闸过电压
2、切除空载线路过电压
空载线路属于电容性负载，由于切断过程中断路器触头间交流电弧的重燃而引起的电磁振荡，使线路出现过电压。

考虑最严重的情况下：
（1）工频电流在t
1时刻熄灭，此时线路仍保持残余电压
Uc=+Em；
（2）在t
2-t3时间段，高频电弧第一次重燃后熄灭，此时，线路
电压经过振荡后达到-3Em；
（3）在t
4-t5时间段，高频电弧第二次重燃并熄灭，此时，线路
电压经过振荡后达到了5Em；
（4）如此推演，直至电弧不再重燃、电流最终切断为止。

高压断路器加装并联电阻的作用
空载线路合闸时，辅助断口D2先接通，长线经合闸电阻Rb接入电源，振荡得到阻尼。

合闸后经7-15ms，待电压趋于稳定后，再闭合主断口D1。

断路器开断空载长线时，主断口D1先分开，主断口D1上的恢复电压受并联电阻钳制，重击穿几率降低。

主断口D1断开后1.5个工频周期，辅助断口D2断开。

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D2上的恢复电压，所以辅助断口D2重击穿的几率也很小。

即使D2重击穿，Rb也将起阻尼作用，过电压也不会太高。

3、切断空载变压器过电压（截流过电压）
变压器既是感性负载，同时还有对地电容。

当断路器突然切断小电流时，电流变化率很大，使变压器上产生很高的感应过电压。

电流截断后，变压器中的电磁能向对地电容充电，形成振荡过程，因而出现过电压，称为截流过电压。

高压断路器加装并联电阻的作用
4、弧光接地过电压
中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于接地电弧间歇重燃现象而引起的过电压称为弧光接地过电压。

弧光接地过电压最高可达3.5 U
，使用消弧线圈后
ph.m
，或更低。

，过电压绝大多数在3.0-3.2 U
ph.m
2、暂时过电压
由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历暂态过程以后达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压称为暂时过电压。

常见的暂时过电压分为4类：
（1）空载长线效应：在工频电源作用下，远距离空载线路由于电容效应逐步积累，使沿线电压分布不相等，末端电压最高；
（2）不对称短路接地：三相输电线路中如a 相发生短路接地故障时，健全相b, c 相上的电压会升高；
（3）突然甩负荷过电压：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。

（4）电力系统工频或非工频的谐振，以及非线性铁磁谐振等引起的过电压。

各种过电压幅值和持续时间大致范围
电力系统中性点接地方式
电力系统中性点接地涉及以下几个问题：
系统的绝缘水平、供电的可靠性、电力系统的继电保护、电压等级、系统结构、系统的稳定性等。

电力系统中性点接地方式：
（1）大接地电流方式：中性点有效接地、中性点全接地、中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式。

（2）小接地电流方式：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻抗接地
大接地电流方式
优点：安全性好（单相接地断路器快速切断）；经济性好（中性点电压不会升高、接地时不会出现电弧引起的过电压、对绝缘水平要求低）
缺点：供电可靠性低（单相接地断路器快速切断，提高供电可靠性需增加自动重合闸装置）
小接地电流方式
优点：供电可靠性高（单相接地不形成短路，如发生接地故障，不必切除接地相）。

缺点：经济性差（单相接地时不接地相对地电压增高，绝缘费用大）。

消弧线圈的工作原理
针对中性点不接地系统1、正常运行情况
考虑以下几个问题：
（1）线电压与相电压关系（√3）；
（2）中性点电位（U
N =0）；
（3）对地电容电流与相电压关系（I
c-0
=UωC0）。

2、单相（A 相）接地运行情况
考虑以下几个问题：（1）中性点对地电位（U
N = -U a ）；
（2）相电压（U a =0、U b = U b + U N 、U c = U c +U N ）；
（3）线电压（线电压不变）；
（
4）对地电容电流（入地总电容电流为I d = I b +I c ）。

0003333c U C U C I ωω==
3、单相接地情况电流性质：
（1）单相接地电流值为正常时单相电容电流值的3倍（2）电流为纯电容电流，非短路电流
（3）电流升高到一定值，将在接地点产生间歇性电弧（间歇性电弧将导致过电压，影响系统稳定性，甚至会损坏设备）
解决方法：中性点装设消弧线圈
消弧线圈的工作原理
I
超前U N，I L落后U N
d
关于补偿方式问题的分析：
（1）全补偿：I L=I d（问题，产生谐振过电压）；
（2）欠补偿：I L<I d（问题，在切除线路或系统频率下降时，I d减少，产生全补偿)；
（3）过补偿：I L>I d（电力系统常采用的方式）
关于电力系统中的序电流、序电压
对称分量法
设为不对称三相系统的三相电流相量，可以按下列关
系分解出三组对称三相系统的电流相量。

,,a b c I I I ....120.......2120120.......2120120a a a a b b b b a a a c c c c a a a I I I I I I I I a I a I I I I I I a I a I I ⎧=++⎪
⎪=++=++⎨⎪⎪=++=++⎩o o 120224032
,,1,10j j a e a e a a a ===++=且111222000,,,,,,a b c a b c a b c I I I I I I I I I 正序,,负序零序
....21....22....01()31()31()3a a b c a a b c a a b c I I a I a I I I a I a I I I I I ⎧=++⎪⎪⎪=++⎨⎪⎪=++⎪⎩
....120....2120....2120a a a a b a a a c a a a I I I I I a I a I I I a I a I I ⎧=++⎪
⎪=++⎨⎪⎪=++
⎩对称分量法：一组不对称三相系统的三个相量可以分解出三相对称的正序、负序、零序；反之由三相对称的正序、负序、零序也可以合成一组不对称三相系统的相量。

本章结束。