高电压课件 第十二章 电力系统操作过电压

第十二章电离系统操作过电压

电力系统中的电容、电感元件均为储能元件。当系统中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度过程。在此过程中，电感元件储存的磁能会在某一瞬间转换为电场储存于电容元件中，产生数倍于电源电压的过度过程过电压，这就是操作过电压。操作过电压是电力系统内部过电压，系统的标称电压越高，操作过电压幅值也越高。

在中性点直接接地的电力系统中，常见的操作过电压又合闸空载线路过电压、分闸空载线路过电压、分闸空载变压器过电压、解列过电压等。

在中性点非直接接地的电力系统中，主要是间歇电弧接地过电压等。

12．1 间歇电弧接地过电压

1．概念及形成原因

运行经验表明，单相接地时系统主要故障形式。在中性点不接地系统中，发生稳定行单相接地时，非故障相对地将升至线电压，但仍不改变电源三相线电压的对称性，不必立即切除线路中断供电，允许带故障运行一段时间，以便运行人员查明故障进行处理，从而提高了供电的可靠性，这是电力系统中性点不接地带来的优点。但当单行接地电弧不稳定，处于时燃时灭的状态时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成遍及全系统的过电压，这就是间歇性电弧接地过电压，也称弧光接地过电压。间歇性电弧接地过电压的发展过程可参考图12-1-1来理解。

图12-1-1 间歇性接地电弧过电压发展过程（工频熄弧理论）2．影响间歇性接地电弧过电压的因素主要有：

（1）电弧的随机性；

（2）导线间的电容C12；

（3）电网损耗电阻；

（4）对地绝缘的泄漏电导。

3．防止产生间歇电话接地过电压的根本途径是消除间歇电弧。相应的措施有：

（1）将系统中性点直接接地，使系统在单项带接地时引起较大的短路电流，继电保护装置会迅速切除故障线路。

（2）在系统中性点经消弧线圈接地，正确运用消弧线圈可补偿单项接地电流和减缓弧道回复电压上升速度，测试接地电弧自动熄灭，大大减小出现高幅值间歇性接地电弧过电压的概率。

（3）在中性点不接地系统中，当运行条件许可，可采用分网运行的方式，减小接地电流，有利于接地电弧的自熄。

12．2 空载变压器分闸过电压

1．概念及形成原因

电力系统中的消弧线圈、并联电抗器、轻载变压器及电动机等均为电感性元件。对这些元件进行分闸操作时，由于被开断的感性元件中所储存的电磁能量释放，产生振荡，将形成分闸过电压。现以分闸空载变压器为例，说明过电压的产生原因、影响因素和限制措施。切空变等值电路图如图12-2-1所示。

图12-2-1 切空变单相等值电路

，通开断空载变压器时，流过断路器QF的电流为变压器的励磁电流i

0为额定电流的0.2%~5%，有效值约几安到几十安。用断路器开断此电流常i

的过程与断路器灭弧性能有关，如一般多油断路器，切断小电流的熄弧能力较弱，通常不会产生在电流过零前熄弧的现象；而压缩空气断路器、真空断路器等，其灭弧能力与开断电流大小关系不大，当它开断很小的励磁电流时，

时被截断，截可能会在励磁电流自然过零前被强制截断，甚至在接近幅值I

m

流前后变压器上的过电压波形如图12-2-2所示。

图 12-2-2 截流前后变压器上的过电压波形

2．切空变过电压的影响因素：

（1）断路器的性能；

（2）变压器中性点接地方式。

3．限制切空变过电压的措施：

采用金属氧化物避雷器，并且金属氧化物避雷器应接在断路器的变压器侧。

12-3 空载线路分闸过电压

1．概念及形成原因

在电力系统中开断空载线路、电容器组等电容性元件时，若断路器有重燃现象，则被分闸的电容元件会通过回路中电磁能量的振荡，从电源处继续获得能量积累起来，形成过电压。现以分闸空载线路（切空载线路）为例进行分析，如图12-3-1所示.

图 12-3-1 切空线等值电路

切空载线路时，断路器重燃是产生过电压的根本原因。其发展过程可以参考图12-3-2进行分析。

图12-3-2 切空载线路过电压的形成过程

2．影响切空线过电压的因素

（1）断路器触头重燃的随机性。

（2）熄弧的随机性。

（3）电力系统中性点的接地方式。

3．限制切空线过电压的措施：

最根本方法是设法消除断路器的重燃现象，为此可以从两方面着手：一是改善断路器结构，提高触头间介质的恢复强度和灭弧能力，避免重燃；二是降低断路器触头间的恢复电压，使之低于介质恢复强度，也能达到避免重燃的目的，具体方法有：

（1）断路器触头间装并联电阻，此并联电阻式千欧级的中值电阻。如图12-3-3所示。

图12-3-3 有并联电阻的断路器切空载线路示意图（2）断路器线路侧接电磁式电压互感器。

（3）线路侧接并联电抗器。

（4）采用氧化锌避雷器作为切空线过电压的后备保护。

12-4 空载线路合闸过电压

1．概念及形成原因

合闸空载线路时电力系统中常有的一种操作，由于线路电压在合闸前后发生突变，在此变化的过度过程中会引起空载线路合闸过电压，这种过电压是超高压系统中的主要操作过电压。

空载线路合闸有两种不同的情况：一是正常运行的计划性合闸，过电压倍数一般为1.65~1.85。另一种是线路故障切除后的重合闸，由于初始条件的差别，重合闸过电压要比计划性合闸过电压严重，如图12-4-1所示。

图12-4-1 线路重合闸前后的稳态电压分布

（a）线路单相接地；（b）线路重合闸前后的稳态电压分布

2．影响合空线过电压的因素：

（1）线路的长度和电源容量。在其他参数一定时，过电压幅值将随线路的增长而明显增大。对既定长度的线路，系统电源容量越小，线路的电容效应越显著，过电压幅值也会增大。

（2）合闸时电源电压的相位角θ。

的极性和大小。

（3）线路残余电压U

（4）母线上接有其他线路。如图12-4-4所示，这种情况可以降低过电压。

图12-4-4 线路合闸时母线上接有其他出线

3．限制合闸过电压的措施：