10.高电压技术第十章讲稿-铁磁谐振过电压

.
(1 − χ )(1 + 2δ ) c c=
3
0
= Kc 0
系数Q、K可根据不同断线情况，直接查有关书籍得到！ 几种代表性断线情况见表10 10几种代表性断线情况见表10-1.
• 断线过电压分析 已知产生基波谐振的必要条件
ω L0 〉
1 ωc
C愈大，愈易谐振！由表10-1知，序号3情况最严重！ 当x=1时， cmax = 3c0。（记住此值！） 这说明:断线后负载侧接地更易产生基波谐振！且谐振 情况最严重！ 断线不引起基波铁磁谐振过电压的条件：
• 一般方法： （1）针对具体断线的非全相运行情况，画出三相等 值电路； （2）将三相电路转化为单相等值电路； （3）整理成简单的L、C串联电路，分析谐振情况； （4）计算L、C上的电压； （5）还原为三相电路，得出三相系统中导线和负载 变压器绕组上的过电压值。 范例分析： 范例分析：中性点不接地系统，线路长度ℓ，末端接空载 （或轻载）变压器，发生单相（A相）断相。
③若低压线路侧系统接有过补偿的消弧线圈，则传递回路（c) 中3C0与L并联后等值为电感元件，考虑到消弧线圈铁芯有气隙， 饱和性较差，传递回路谐振时可能会有较高的过电压。
2、绕组间的传递过电压
—指变压器三相绕组的中性点不接地时，零序电压是不能按变比 关系传递给另一侧的。它将通过绕组间杂散电容和绕组对地电容 组成回路，传递到另一侧。若考虑二次绕组接有监视对地电压的 铁磁式电压互感器，则传递到二次绕组侧的电压值取决于3C0与 L/3并联后的等值参数——出现的过电压现象！
2.按其性质可分为三类 按其性质可分为三类
(1).线性谐振 (2).铁磁谐振 (3).参数谐振
第二节 铁磁谐振的基本原理
1、铁磁谐振 、
产生谐振条件:
1 ωL 〉 ωC
2、物理过程 、 (1)串联铁磁谐振回路的伏安特性
（2）分析时注意： 产生铁磁谐振的必要条件 正确分析平衡点的稳定性
3.主要特点 主要特点： 主要特点
导致TV出现饱和差异的常见原因 导致 出现饱和差异的常见原因: 出现饱和差异的常见原因 ①TV的突然合闸。 ②雷击或其他原因使线路发生瞬时单相弧光接地，导致 健全相电压突然升高，而出现很大的涌流。 ③传递过电压，使铁芯饱和。 这种过电压具有明显的零序性质。
(1)相间电容及相间负荷的大小，均不影响过电压的形成，即使 系统中的变压器满负荷运行，也可能出现TV饱和过电压，这与断 线引起的谐振过电压是很不相同的！ (2)网络零序参数的不同，外激发条件的不同，过电压可以是基波、 高次谐波或分次谐波。
高电压技术（第二版） 高电压技术（第二版）
张一尘主编
第十章
铁磁谐振过电压
第一节 谐振过电压及其分类
1.谐振过电压定义 谐振过电压定义 具有电感电容等元件的电力系统可以 构成一系列不同自振频率的振荡回路，当 系统进行操作或发生故障时，某些振荡回 路就有可能与外加电源发生谐振现象，导 致系统中某些部分(或设备)上出现过电压， 这就是谐振过电压。
此时，每相对地电压如下： 此时，每相对地电压如下：
U A = U0 + E A U B = U0 + E B
U C = U0 + EC
可见:B、C两饱和相的对地电压均升高，A相对地电压降低。这种 结果与发生单相接地结果相仿，称为虚幻接地现象！ 愈大，出现相对地的过电压愈大！ U0愈大，出现相对地的过电压愈大！
• 见图 见图10-5（a） （ ） 设：忽略电源漏抗和线路感抗；距电源xℓ初线路断开， 断开处电源侧接地；每相对地电容C0，相间电容C12。 相对地电容C 断线处 电源侧 相对地电容 0′ 相间电容C 相间电容 12 ′ 负载侧（变压器侧） 相对地电容C 负载侧（变压器侧） 相对地电容 0〞=(1-x) C0 相间电容C 相间电容 12〞= (1-x）C12 ） • 将三相电路转化为单相等值电路 将三相电路转化为单相等值电路(b) 步骤: 为方便求等值电源， 点人为断开， 步骤:①为方便求等值电源，选d〞点人为断开，断开处 两端电压即为等值电源值（ 两端电压即为等值电源值（1.5EA)。 电位与A 点相等，已知A点接地， ② C0〞电位与A′和N点相等，已知A点接地，∴ A′点对地电位为1.5EA 将原三相电源短接，整理电路， ③将原三相电源短接，整理电路，去掉与谐振回路 无关的电容（ ），得 电路。 无关的电容（2个C0），得（b）电路。 应用戴维南定理进一步简化，得图10-6. ④应用戴维南定理进一步简化，得图
（1）对于一定的 L0 值当 C 〉 谐振
1
ωL
2
都可能产生铁磁
0
（2）谐振一旦激发，将发生相位反倾现象，并产生 过电压和过电流 （3）铁芯的饱和会限制过电压的幅值
第三节 几种常见的谐振过电压
一、传递过电压
当系统中发生单相接地或非全相操作时，会出现零序 电压及零序电流分量。此分量将通过平行线路间或绕 组间的电容C12及互感M传递到另一侧，形成传递过电 压！若传递回路中含有铁芯原元件，则可能伴生非线 性谐振过电压。
c
.
E = 1.5 E
L'
.
.
A
" c0 " " c0 + 2c12
E
" " c = c 0 + c12
L = 1 .5 L
'
• 设线路正序电容与零序电容比值为
δ
c0 + 3c12 δ= c0
（1.5~2.0）
c12
.
1 = (δ − 1 )c 0 3
. 3 =1.5Q E E = 1 .5 E A 1+ 2δ
3C0
L
.
U0
'
（b）静电传递
（c）传递谐振
（a)为同杆架设或两条条相距很近、平行较长的线路。 a)为同杆架设或两条条相距很近、平行较长的线路。 为同杆架设或两条条相距很近
源自文库
分析
①静电耦合。当其中一条线路发生单相接地时（110kv) 出现U0(零序电压） 静电耦合（C12) 另一条 线路（10kv)。图（b)
低压 O
.
高压
c12
U0
L
C0 C12 （a)三相电路
3C0
.
L/3
U0
'
（b)等值单相电路
（1）分析 ①若等值参数为等值电容C’（容性），则为静电耦合；若
等值为电感L’（感性），则可能出现非线性谐振！
②若C’相对C12较小时，因U0’较高
并联支路会自动地由容性 电压！图(b)。
互感器铁芯迅速饱和， 感性，造成传递回路的谐振过
• 断线谐振回路组成： 断线谐振回路组成： 负载变压器的励磁电感（或消弧线圈的电感） 线路的线间电容 每相对地电容 ∵负载变压器绕组是谐振回路中的铁芯电感元件，∴只 有处于空载或轻载时，才可能出现断线谐振！ 由于断线谐振回路的组成形式与故障形式、断开点位 置、断开点是否接地等随机因素相关，很难得出一个通 用的简明算式判断是否出现谐振、以及是基波还是谐波 谐振。
发生于中性点绝缘或经稍弧线圈接地的电网中。
通过静电耦合和电磁耦合，在变压器的不同绕 组之间或相邻的输电线路之间发生电压的传递。
耦合回路在不利参数配合下将出现线性或铁磁 谐振过电压。
1、线路间的传递过电压
110kv
～
10kv
M
C12 3C0
（a）静电、电磁传递
c12
.
c12
3C0
.
.
U0
U0
'
U0
.
.
.
.
.
.
.
.
.
说明
2、谐波谐振
设系统电源不含谐波分量，维持回路谐波谐振的电源是非线性 电感元件的非线性效应将工频电源能量转化为谐波能量而供给的。 TV饱和引起谐波谐振回路如下：
非线性电感 等值谐波发生器
G ~ C
对地电容
（1）线路很长时，C很大，自 振角频率很低，则可能出现分 频谐振。反之，则可能出现高 频谐振。是否会产生谐振，还 与激发条件有关。 （2）谐振时，中性点位移电压 是谐波电压，而不是工频电压。 ∵与工频电源电压频率不同， 不能用相量叠加求各相对地电 压，而需采用有效值合成的方 式。
若某种原因使TV的某些相对地电压瞬间升高，如参数配合不当 使YA+YB+YC=0,则会发生串联谐振，使U0急剧上升，产生过电压 （相对地）。
如电磁式TV三相同期合闸于三相平衡对称电势的瞬间，通常会 出现二相铁芯饱和，一相不饱和（对应于合闸电压最大相）的 现象。 饱和相电感大幅减小，呈感性。不饱和相呈容性。设B、C相饱和 且饱和程度相同，即导纳相等；A相不饱和。
1 3ωc0 < 1.5ωL0
1 c0 < 4.5ωXm
2 UN Xm = ×105 I0SN
设 Cdn为每千米对地电容值，则C0=lCdn,不发生基波 铁磁谐振过电压的线路长度需满足：
I0S N l < 2 4 . 5 ω C dn U N × 10
5
断线谐振通常只在单电源供电时才会发生，因为 多电源供电发生断线，两端电压被固定，不会发生谐 振。 断线状况不同，谐振条件不同。
二、断线引起的谐振过电压 由于线路故障断线、断路器的不同期切合和熔断 器的不同期熔断时而形成的电力系统非全相运行的 现象——断线！ 问题的提出：只要电源侧和受电侧中任一相中 性点不接地，在断线时可能组成复杂多样的非线 性谐振回路，出现非线性谐振过电压！ 危害：系统中性点位移；绕组、导线对地过电 压；传递过电压（低压侧）；绝缘闪络、避雷器 爆炸；负载变压器相序“反倾”，所接电动机反 转。
三、电磁式电压互感器饱和引起的过电压
• 问题的提出：TV的低压侧负载很小，接近空载，而高压侧励磁感抗
很大，在合闸或接地故障突然消失时，会引起TV铁芯不同程度的饱和， 与设备电容（如变压器入口电容）或导线对地电容构成特殊的谐振回 路，激发起各种谐波的非线性谐振现象——导致过电压！
在接有Y0接线的电磁式电压互感器的中性点不接地系统中， 当出现某些扰动，使电压互感器各相电感的饱和程度不同时， 有可能出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过电压。
U0 = EA
.
.
ω c '+
1 ωL' 2 ω c '− ωL'
ω c '+
1 ωL' 2 ω c '− ωL'
1
U0>EA
作电源侧电压三角形，见图10=0时 中性点O与地（ 作电源侧电压三角形，见图10-8。U0=0时，中性点O与地（O′) 10 在图中是重合的。 O′点必须移三角形之外 点必须移三角形之外， 在图中是重合的。 U0≠0时， O′点必须移三角形之外，才能满 足上式。 足上式。
传递至非故障相线路的电压为：
C12 U = U0 C12 +3C0
' 0
' U 0 较高，对低压线路将是严重 若两线路的间隔很小， C12较大，
的过电压。此过电压存在的时间取决于高压线路的切除故障时间。 ②电磁耦合。高压线路的零序电流也会通过互感M传递到平行的 非故障低压线路，产生沿线路纵向的感应电压。
限制断线过电压可采取以下措施： 限制断线过电压可采取以下措施： (1)保证断路器的三相同期动作，不采用熔断器。 (2)加强线路的巡视和检修，预防发生断线。 (3)断路器操作后有异常情况，可立即复原，并 进行检查。 (4)在中性点接地电网中，操作中性点不接地的 负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。
1.中性点工频位移过电压（ 101.中性点工频位移过电压（图10-7） 中性点工频位移过电压 由电路定律得
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. . .
U0
=
EA YA + EB YB + EC YC
Y A+Y B+Y C
正常运行时，
Y A=Y B=Y C= Y
.
U0
=
(EA+ EB + EC )Y
3Y
.
.
.
=0
各相对地导纳呈容性，流过C 的电流大于流过L的电流！ 各相对地导纳呈容性，流过C0的电流大于流过L的电流！
图10-7。
正常运行时，TV的励磁感抗很大（ ωL ），系统 1 对地阻抗以相对地电容C0的容抗 为主，呈 ω c0 容性，三相基本平衡，系统中性点O对地电压U0很小。
当某些原因（扰动）使TV的励磁感抗饱和程度 差异很大或系统三相对地阻抗明显不等时 系统中 性点将存在较高的位移电压U0 三相对地电压随之 变化 过电压！
（2）限制措施—根本措施是避免产生零序电压！ 根本措施是避免产生零序电压！ ①不采用高压熔断器（高压侧）。 ②尽量减小断路器的 非全相动作。 ③避免线路导线断落及不对称接地。
④设法避免形成不利的传递回路。
为防止断路器的不同期而产生传递过电压， 为防止断路器的不同期而产生传递过电压，在中 性点直接接地系统中 110～220kv），操作中性点 性点直接接地系统中（110～220kv），操作中性点 ）， 不接地变压器时，操作前应临时将其中性点接地， 不接地变压器时，操作前应临时将其中性点接地， 操作完毕后再断开、复原！ 操作完毕后再断开、复原！