操作過(guò)電壓課件

1、操作過(guò)電壓,1. 電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓,操作過(guò)電壓發(fā)生在由于“操作”引起的過(guò)渡過(guò)程 系統(tǒng)的運(yùn)行狀況發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電感元件和電容元件之間電磁能量的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換常常是強(qiáng)阻尼的、振蕩性的過(guò)渡過(guò)程 操作： 分、合閘空載線(xiàn)路 分、合閘空載變壓器、電抗器 各類(lèi)故障，例如接地故障、斷線(xiàn)故障等,1.1 操作過(guò)電壓的特點(diǎn),與工頻電壓升高和諧振過(guò)電壓相比： 過(guò)電壓幅值高 強(qiáng)阻尼、高振蕩性 持續(xù)時(shí)間短 由于操作過(guò)電壓的能量來(lái)源于系統(tǒng)本身，故其幅值與額定電壓大致有一定倍數(shù)關(guān)系，通常以系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓的幅值Uphm作為基值來(lái)計(jì)算過(guò)電壓倍數(shù)Kn,操作過(guò)電壓的幅值，持續(xù)時(shí)間與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，斷路器性能，系統(tǒng)接線(xiàn)

2、，操作類(lèi)型等因素有關(guān)，其中很多因素具有隨機(jī)性，因此過(guò)電壓幅值持續(xù)時(shí)間也具有統(tǒng)計(jì)性,1.2 操作過(guò)電壓的特點(diǎn),1.3 操作過(guò)電壓的類(lèi)型,空載線(xiàn)路分閘過(guò)電壓（開(kāi)斷電容性負(fù)載，還包括電容器組等） 空載線(xiàn)路合閘過(guò)電壓（包括計(jì)劃性、重合閘） 空載變壓器分閘過(guò)電壓（開(kāi)斷電感性負(fù)載，還包括電抗器、高壓電動(dòng)機(jī)等） 間歇電弧接地過(guò)電壓 解列過(guò)電壓,1.4 決定電力系統(tǒng)絕緣水平的依據(jù)之一,對(duì)于電壓等級(jí)低一些的系統(tǒng)，操作過(guò)電壓雖不是決定絕緣水平的因素，但常因間隙電弧過(guò)電壓等引起事故 隨著系統(tǒng)電壓的提高，操作過(guò)電壓的問(wèn)題就突出出來(lái)，若不采取限壓措施，將導(dǎo)致設(shè)備絕緣費(fèi)用的迅速增加，因此330kV及以上超高壓、特高壓系統(tǒng)

3、操作過(guò)電壓及其限制措施的研究就非常重要,1.5 規(guī)程規(guī)定選擇絕緣時(shí)計(jì)算用操作過(guò)電壓倍數(shù),相對(duì)地絕緣,1.5 規(guī)程規(guī)定選擇絕緣時(shí)計(jì)算用操作過(guò)電壓倍數(shù),相間絕緣 35220kV的相間操作過(guò)電壓可取相對(duì)地的1.31.4倍 330kV的相間操作過(guò)電壓可取相對(duì)地的1.41.45倍 500kV的相間操作過(guò)電壓可取相對(duì)地的1.5倍,1.6 限制操作過(guò)電壓措施,線(xiàn)路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器，限制工頻電壓升高 改進(jìn)斷路器性能，采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器 采用氧化鋅避雷器限制過(guò)電壓,1.7 研究操作過(guò)電壓方法,理論分析和數(shù)值計(jì)算 模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、運(yùn)行紀(jì)錄，暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀（TNA）、數(shù)字模擬混合實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)以及先進(jìn)的儀器

4、儀表 本課程主要介紹幾種典型的操作過(guò)電壓形成的原理，影響因素及主要防護(hù)措施,2. 合閘空載線(xiàn)路的過(guò)電壓,正常合閘:零初始條件 自動(dòng)重合閘: 非零初始條件 在超高壓、特高壓系統(tǒng)中，是決定電網(wǎng)絕緣水平的重要因素,2.1 產(chǎn)生合閘過(guò)電壓的物理過(guò)程,2.2 產(chǎn)生合閘過(guò)電壓的物理過(guò)程,正常合閘 采用集中參數(shù)的型等值電路進(jìn)行計(jì)算分析,單相集中參數(shù)等值電路,單相簡(jiǎn)化電路,如忽略回路電阻， = 0，設(shè) ，則,穩(wěn)態(tài)分量最大值 Ucm，反映空載線(xiàn)路的電容效應(yīng),0 / 在1.53的范圍內(nèi),正常合閘時(shí)電路方程的解,可能出現(xiàn)的最大過(guò)電壓值,正常合閘,過(guò)電壓倍數(shù),為工頻電壓升高系數(shù)， 為操作沖擊系數(shù),2.3 合閘過(guò)電壓倍

5、數(shù),發(fā)生單相接地故障，DL2三相跳閘，線(xiàn)路成為帶接地故障的空載線(xiàn)路，DL1三相跳閘后，健全相分別在電容電流過(guò)零時(shí)熄弧，線(xiàn)路上留有殘余電壓，數(shù)值為 約0.5秒后，DL1自動(dòng)重合閘，如果線(xiàn)路上的殘余電荷沒(méi)有釋放掉，且健全相中有一相的電源電勢(shì)達(dá)最大、極性與殘余電壓相反，則該相將出現(xiàn)的過(guò)電壓幅值為,2.4 自動(dòng)重合閘,自動(dòng)重合閘過(guò)電壓波形,影響因素,合閘相位（隨機(jī)） 正常合閘， ， ，時(shí)最嚴(yán)重 合閘速度愈低的斷路器愈容易發(fā)生較大斷口電壓下的預(yù)擊穿（如油斷路器），0 多處在最大值附近 ，幅值（反相）合閘幾率較高，過(guò)電壓高 合閘速度較高時(shí)，預(yù)擊穿可在任何相位下發(fā)生（如空氣斷路器），產(chǎn)生高幅值過(guò)電壓的概率就

6、小一些 采用選相合閘，使斷路器在兩觸頭電位極性相同或電位差接近于零時(shí)完成合閘操作,2.5 限制措施,合理裝設(shè)并聯(lián)電抗器，降低因線(xiàn)路電容效應(yīng)等引起的工頻電壓的升高 采用單相自動(dòng)重合閘，避免線(xiàn)路殘壓的影響 故障相被切除后，線(xiàn)路上沒(méi)有殘余電荷，而且系統(tǒng)零序回路的阻尼作用大于正序回路，甚至?xí)箚蜗嘀睾祥l過(guò)電壓低于正常合閘過(guò)電壓,斷路器帶并聯(lián)合閘電阻,輔助觸頭B2先接通，并聯(lián)電阻R串入回路，經(jīng)過(guò)12個(gè)工頻周期后，主觸頭B1閉合，并聯(lián)電阻短接，完成了合閘過(guò)程,合閘過(guò)程的等值電路,2.5 限制措施,利用避雷器限制合閘 避雷器動(dòng)作后有工頻電源的作用，對(duì)避雷器的通流容量要求較高,3. 切除空載線(xiàn)路過(guò)電壓,原因：

7、斷路器分閘過(guò)程中的重燃現(xiàn)象 切除空載線(xiàn)路，斷路器切除的是較小的容性電流（幾十幾百安），比短路電流小得多 取決于觸頭間恢復(fù)電壓上升速度與介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)速度,3.1 開(kāi)斷空載線(xiàn)路等值電路,L1：電源等值漏感 L2： 線(xiàn)路電感 C1： 母線(xiàn)側(cè)對(duì)地電容 C2： 線(xiàn)路電容 e(t)：電源電勢(shì) e(t)=Emcos(t+0,斷路器的工頻電流（容性電流），過(guò)零電弧熄滅，此時(shí)電容C上的電壓為最大值 ，不考慮線(xiàn)路上殘余電荷泄漏，斷路器觸頭間恢復(fù)電壓Ur(t)為 經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，恢復(fù)電壓達(dá)2Em，此時(shí)，如果斷路器斷口處介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)很快，電弧從此弧滅，分閘過(guò)程結(jié)束，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，否則可能重燃,斷路器觸頭間恢復(fù)電壓,3

8、.2 切空線(xiàn)過(guò)電壓發(fā)展過(guò)程,t1 第一次熄弧，t2 第一次重燃，t3 第二次熄弧 T4 第二次重燃，t5 第三次熄弧,每隔半個(gè)工頻周期就重燃一次和熄弧一次，過(guò)電壓將按7Em，-9 Em . 逐次增加，直到觸頭間已有足夠的絕緣強(qiáng)度，電弧不再重燃為止,發(fā)生了兩次重燃，最大過(guò)電壓倍數(shù)為2.72,少油斷路器切切除220kV 330km長(zhǎng)線(xiàn)路時(shí)的實(shí)測(cè)波形,3.2 切空線(xiàn)過(guò)電壓發(fā)展過(guò)程,3.3 影響因素,斷路器的性能 自能式斷路器（如多油斷路器和老式的少油斷路器）開(kāi)斷小電流時(shí)，滅弧室壓力低，熄弧后介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)慢，易發(fā)生多次重燃（67次），恢復(fù)電壓低時(shí)重燃過(guò)電壓低，但重燃次數(shù)多增加了高幅值過(guò)電壓出現(xiàn)的可能性

9、,斷路器觸頭重燃、熄弧具有明顯的隨機(jī)性 分閘時(shí)，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在電源到達(dá)最大值并與線(xiàn)路殘壓極性相反時(shí)發(fā)生。如果重燃提前發(fā)生，振蕩振幅和相應(yīng)的過(guò)電壓隨之降低，當(dāng)重燃在斷弧后的1/4工頻周期內(nèi)產(chǎn)生，則不會(huì)引起過(guò)電壓 熄弧不一定在高頻電流第一次過(guò)零時(shí)發(fā)生，在第二次或更后的時(shí)間才被切斷，線(xiàn)路上殘余電壓大大降低，斷路器觸頭間的恢復(fù)電壓和重燃過(guò)電壓都大大減小,電網(wǎng)接線(xiàn)方式 線(xiàn)路側(cè)裝電磁式PT時(shí)，斷路器滅弧后，線(xiàn)路殘余電荷經(jīng)PT阻尼振蕩釋放，其直流電阻約315k，幾個(gè)工頻周期內(nèi)殘余電荷釋放掉，降低了重燃過(guò)電壓，甚至可避免重燃 線(xiàn)路的電暈損失，同樣是降低過(guò)電壓的有利因素 母線(xiàn)上有其他出線(xiàn)或

10、大電容時(shí)使過(guò)電壓降低，相當(dāng)于圖中C1值增大，重燃時(shí)電荷分配，降低空載線(xiàn)路的初始電壓 ，另外，出線(xiàn)的有功負(fù)荷，增強(qiáng)了阻尼效應(yīng)，降低重燃過(guò)電壓,無(wú)電磁式電壓互感器 有電磁式電壓互感器,3,1,2,220kV切空線(xiàn)過(guò)電壓倍數(shù)K的統(tǒng)計(jì)曲線(xiàn),3.5 限制措施,改進(jìn)斷路器結(jié)構(gòu) 切電容負(fù)載時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓的根本原因是斷路器的重燃，改進(jìn)斷路器結(jié)構(gòu)，提高觸頭間介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)速度，避免重燃，可從根本上消除這種過(guò)電壓 采用外能式方法滅?。ú捎肧F6，壓縮空氣，帶壓油活塞的少油斷路器），切除空載線(xiàn)時(shí)可做到不重燃，老式的少油斷路器或多油斷路器還存在重燃,采用并聯(lián)電抗器 降低重燃后的工頻穩(wěn)態(tài)分量，并使斷弧后線(xiàn)路上殘壓不再是直

11、流電壓，而是交流衰減正弦電壓 ，恢復(fù)電壓上升速度大為降低 ,可避免電弧重燃,3.5 限制措施,先斷主觸頭DL1，將R串入回路：一是泄放殘余電荷，二是降低觸頭間電壓，此過(guò)程希望R值小 經(jīng)1.52周波，再斷開(kāi)輔助觸頭DL2，此過(guò)程希望R大，電容上分壓小，恢復(fù)電壓小，不易重燃,裝分閘并聯(lián)電阻,3.5 限制措施,氧化鋅避雷器作為后備保護(hù),4. 切除電感性負(fù)荷過(guò)電壓,切除空載變壓器、消弧線(xiàn)圈、并聯(lián)電抗器、電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)荷是常見(jiàn)的操作，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因是分?jǐn)喔行孕‰娏鲿r(shí)，發(fā)生截流現(xiàn)象。由于截流流在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場(chǎng)能量，從而產(chǎn)生過(guò)電壓 超高壓系統(tǒng)中的斷路器采用外能式方法滅弧，且滅弧能力是

12、按切斷短路電流來(lái)設(shè)計(jì)的，分?jǐn)噙@樣的電流時(shí)，電弧被迅速拉長(zhǎng)，弧阻劇增，發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，在工頻電流過(guò)零前發(fā)生強(qiáng)制熄弧，有時(shí)甚至在電流的最大值時(shí)電流突然截?cái)?，稱(chēng)為截流 以切除空載變壓器為例分析,4.1 過(guò)電壓產(chǎn)生原理,過(guò)電壓產(chǎn)生原理,LS：電源等值電感 CS：電源對(duì)地雜散電容 LK：母線(xiàn)至變壓器聯(lián)系電感 L：空載變壓器的勵(lì)磁電感 C：變壓器繞組及引線(xiàn)等值 電容，幾十幾千PF DL：斷路器,簡(jiǎn)化等值電路,電流截流時(shí)，激磁電流為I0，對(duì)地電容上的電壓為U0，因電感中的電流不能突變，向C充電，當(dāng)全部磁場(chǎng)能量都轉(zhuǎn)到電容的電場(chǎng)中時(shí)，由于C值小，電容電壓很高,5. 間歇電弧接地過(guò)電壓,中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，10k

13、V電網(wǎng)，l 1000km，Ijd30A；35kV電網(wǎng)， l 100km， Ijd 10A，接地電弧在幾秒至幾十秒內(nèi)自熄，繼續(xù)增大，電弧不能自熄，且不形成穩(wěn)定電?。◣装侔玻?，此時(shí)出現(xiàn)時(shí)燃時(shí)滅的不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生間歇性電弧接地過(guò)電壓,5.1 間歇性電弧的產(chǎn)生,產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理,Ijd 有兩個(gè)分量：工頻電流（強(qiáng)制）分量和高頻電流（自由）分量 通常認(rèn)為，油中電弧可能在過(guò)渡過(guò)程中高頻過(guò)零熄弧，空氣中的開(kāi)放電弧大多在工頻電流過(guò)零時(shí)熄弧，前者稱(chēng)為高頻熄弧理論，過(guò)電壓值較高，后者稱(chēng)為工頻熄弧理論，過(guò)電壓值較低 采用工頻熄弧理論分析間歇性電弧接地過(guò)電壓的形成過(guò)程,5.2 間歇電弧接地過(guò)電壓的發(fā)展,電荷重新分配,短

14、路故障前后的電壓值不同引起的振蕩 振蕩幅值=2穩(wěn)態(tài)值-初始值,5.3 影響因數(shù),發(fā)生電弧部位的介質(zhì)（空氣、油、固體介質(zhì)）、外界氣象條件（風(fēng)、雨、濕度、溫度 )，這些隨機(jī)因數(shù)，直接影響過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程，過(guò)電壓數(shù)值具有統(tǒng)計(jì)性,影響因數(shù),回路損耗 電源內(nèi)阻抗，線(xiàn)路阻抗中的電阻損耗，電弧本身的弧阻損耗，使高頻振蕩很快衰減，過(guò)電壓降低,5.4 限制措施,中性點(diǎn)直接接地 中性點(diǎn)采用消弧線(xiàn)圈,5.5 消弧線(xiàn)圈的應(yīng)用,中性點(diǎn)不接地的360kV電網(wǎng)中，在單相接地電流超過(guò)30A（310kV電網(wǎng)）或者10A（35kV及以上電網(wǎng)），需要在電網(wǎng)中性點(diǎn)和地之間接入消弧線(xiàn)圈 作用：減小單相接地電流，緩減接地故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的

15、上升速度，從而增大接地故障點(diǎn)自熄的概率，以防止發(fā)展成相間短路或燒傷導(dǎo)線(xiàn),適當(dāng)選擇電感 L的數(shù)值，Ijd 將減小到零,物理意義：接地的電容電流分量完全被消弧線(xiàn)圈的電感電流補(bǔ)償，接地電弧消滅，這是完全協(xié)調(diào)的情況。實(shí)際中，用補(bǔ)償度 k 和脫諧度 來(lái)描述消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償程度,消弧線(xiàn)圈的作用,補(bǔ)償度K和脫諧度,補(bǔ)償度k 脫諧度,當(dāng) k1、0，即ILIC時(shí)， 為過(guò)補(bǔ)償狀態(tài) 當(dāng)k1、0 ，即ILIC時(shí)， 為欠補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)k=1、=0，即IL=IC時(shí)， 為全補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài),中性點(diǎn)位移電位,為中性點(diǎn)不接地（無(wú)消弧線(xiàn)圈）電網(wǎng)，因三相對(duì)地電容不等而引起的電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電位，稱(chēng)電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)電壓,U0 的大小主要決定于KC及，以KC=1.5%為例，無(wú)消弧線(xiàn)圈，Ubd=0.015EA，接消弧線(xiàn)圈，若=3%，