电力系统过电压与数值计算资料

绝缘研究的问题：
各类绝缘材料（气、液、固）在电场作用下的电气性能（极 化、电导、损耗等），尤其是在强电场中的击穿特性及其规律。以 便设计出可靠的绝缘材料、合理的绝缘结构。
高电压试验技术：
为了对设备的绝缘能力进行考核，需采用试验的方法研究其 击穿机理、影响因素以及检测电气设备耐受水平。设备生产厂家 和电力运行部门都需按其相应规定的绝缘水平对每台电气设备进 行试验。所以要对高压试验技术进行研究。
采用拉氏变换，应用延迟定律求解
u

u
q

t

x v


uf
t

x v

已知x
i

i
q

t

x v


if
t

x v

u u q x vt u f x vt 已知t
i i q x vt i f x vt
实际输电线路都是 属于平行多导体系统
每根导体有：R0、L0、C0、G0 导体间：M0、K0
全考虑很复杂
简单
复杂
单根
平行多导体
均匀
不均匀
无损
有损
1.1 均匀无损单导体线上的波过程
u u
i i
u u
u u
i i
1.1.1 波传播的基本概念
1.电磁波
分布参数线路的暂态过程就是电磁波的传播过程－波过程
u x
i
L

0
C0dx
i t
(u t
u)

i x
C0
u t
单根均匀无损线波动方程
2u x2
L0C0
2u t2

1 v2
2u t 2
2i x2
L0C0
2i t 2

1 v2
2i t2
v 1 L0C0
1.1.3 前行波和反行波
架空线：z L0 60ln 2hp
C0
r
一般单根导线 z≈500Ω 分裂导线z≈300Ω
电 缆：z r 60ln 2hp
r
r
一般z=10-50Ω
波阻抗Z和集中参数电阻R的比较： 相同点：（1）都是反映电压与电流之比
（2）量纲相同都为Ω 不同点：（1）R:电压u为R两端的电压，电流 i 为流过R的电流
r
εr≈4 μr=1
3.电磁波的传播速度v
架空线：v0
1
0o
3108 (m / s)
与hp、r无关
电
缆：v
1 v0 1 v0 1.5 108 (m / s)
rr
2
可见：电磁波的转播与导体周围介质有关，导体只起牵引作用
4.导线的波阻抗z
波阻抗Z 为同方向电压波与电流波之比
Z:电压u为导线对地电压，电流i为同方向导线电流 （2）R：耗能 电能 热能、光能等
Z：不耗能 将电场能量储存在导线周围的介质里 （3）R常常与导线长度 l 有关
Z只与L0和C0有关，与导线长度无关
1.1.2 波动方程解
ABDCA回路：
u

(u

u)

u

L0dx
i t
B点： ∴
i

(i i)
r
单位长度导体电感
L0 0 ln 2hp (H/ m)
2 r
0 109 (F / m) －空气介电系数
36
0 4 107(H/ m)－空气导磁系数
hp－导体平均对地高度（m）
r －导体等值半径（m）
电
缆： Co

2 0r
ln 2hp
(F / m)
L0 0r ln 2hp (H/ m) 2 r
额定电压：Ue(3、6、10、35、110、220、330、500、750kV)--线电压
最高正常运行电压：考虑最大调压需要的运行电压。调压系数： 1.05-1.15
最高正常运行相电压＝（1.05-1.15）Ue/√3
过电压分类： 雷电（大气、外部）过电压 内部过电压
引起过电压的电磁能量来自：雷电和电力系统内部
电磁场理论－就是在导线周围交替建立电场
1 2
c0u2
和磁场
1 2
L0i2
由近及远以一定速度传播的过程
电路理论 － 就是电源由近及远对导体对地电容和导体电感的
充放电过程
电压波－与电场有关的电压
电流波－与磁场有关的电流
2.导体的电气参数 架空线： 单位长度对地电容
C0
2 0
ln 2hp
(F / m)
电力系统运行的基本要求：安全可靠、经济
短路是电力系统安全运行最大的敌人，电力工作者都要对付这一 强大的敌人 绝缘损坏是造成短路的最主要原因
而绝缘损坏最主要的原因就是:
过电压
敌人 我是谁？
绝缘
朋友是谁？ 限制过电压的装置及措施
研究过电压的什么？ 产生机理、波形、幅值、出现概率等 如何研究过电压？ 理论计算、现场实测、模拟试验、数值计算
以（x＋vt）为自变量的电压波、电流波以速度v向x轴反方向行进
高电压试验技术研究的问题：
研究如何产生电网中可能出现的各种形式的高电压（直流、 交流、冲击）及其测量方法；如何在不对绝缘有损坏的情况下对 绝缘的电气性能（极化、电导、损耗等）进行测量并对绝缘状况 进行判断。
过电压：
超过正常运行电压可能引Leabharlann Baidu绝缘损坏的电压升高。 电气设备在电网运行时要承受正常运行电压和过电压的作用 正常运行电压：
u(t)、i(t) u(x)、i(x)
波动方程解的意义： 设：t2=t1+dt uq(x1-vt1)=uq(x2-vt2)=uq(x2-vt1-vdt) x1-vt1=x2-vt1-vdt x2=x1+vdt
以（x－vt）为自变量的电压波、电流波以速度v向x轴正方向行进
同样： 设 t2=t1+dt uf(x1+vt1)=uf(x2+vt2)=uf(x2+vt1+vdt) x1+vt1=x2+vt1+vdt x2=x1-vdt
第1章 波 过 程
分布参数电路中的电磁暂态过程
过电压
雷击、操作、事故 系统中电磁能量转移或积聚，使系统状态发生 变化，产生电磁暂态过程
研究过电压基础
电力系统＝电源+开关＋R、L、C电路
集中 分布
集中或分布的划分条件： λ≥100L ？
架空线 线路 母 线
电缆
绕组
变压器 电机
分布参数电路的电磁暂态过程就是电磁波的传播过程 波过程
电力系统过电压与数值计算
主讲： 刘渝根
什么叫电力系统过电压？ 为什么要研究过电压？ 过电压有哪些种类？ 怎么研究过电压？ 高电压技术：绝缘、高电压试验技术、电力系统过电压
三个研究方向的关系？
绝缘：
将不同电位的导体分隔开来，使它们能够保持各自的电位。
绝缘材料：
气体：空气、FS6 液体：变压器油 固体：玻璃、陶瓷、石蜡、橡胶