高電壓第12章PPT

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ) 第第 12 章章 暫時過電壓暫時過電壓 1 操作過電壓 諧振過電壓 工頻過電壓 暫時過電壓 內(nèi)部過電壓 大氣過電壓）壓外部過電壓（雷電過電 電力系統(tǒng)過電壓 or 在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路 器的操作或發(fā)生故障，使器的操作或發(fā)生故障，使系系 統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，引起電網(wǎng)，引起電網(wǎng) 電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞，在 系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓。系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓。 12.0 導(dǎo)入導(dǎo)入 工頻過電壓：工頻過電壓：頻率為工頻或接頻率為工頻或接 近工頻近工頻的過電壓。的過電壓。 2 v諧振過電壓：因系統(tǒng)電感，電容參數(shù)配合不 當(dāng)，出現(xiàn)的各類持

2、續(xù)時間長、波形周期性重 復(fù)的諧振現(xiàn)象及其電壓升高。 v暫時過電壓比操作過電持續(xù)時間壓長。 v操作過電壓即電磁暫態(tài)過程中的過電壓；一 般持續(xù)時間在 0.ls（五個工頻周波）以內(nèi)。 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 暫態(tài)工頻過電壓暫態(tài)工頻過電壓 穩(wěn)態(tài)工頻過電壓穩(wěn)態(tài)工頻過電壓 圖圖12-1 500kV空載線路合閘時，線路首端、末端電壓變化過程實測曲線空載線路合閘時，線路首端、末端電壓變化過程實測曲線 1首端過電壓；首端過電壓；2末端過電壓末端過電壓 操作過電壓操作過電壓 過電壓過電壓 倍數(shù)倍數(shù) 合閘后合閘后 0.ls 前前：高幅值、強阻尼的高頻振蕩。：高幅值、強阻尼的高頻振蕩。 合閘后合閘后 0.

3、1 1.0s 內(nèi)內(nèi)：由于發(fā)電機自動電壓調(diào)整器的慣性，發(fā)電機的暫態(tài)：由于發(fā)電機自動電壓調(diào)整器的慣性，發(fā)電機的暫態(tài) 電勢電勢 Ed保持不變，再加上空載線路的電容效應(yīng)，使電壓升高，保持不變，再加上空載線路的電容效應(yīng)，使電壓升高， 1.0s 后，后， 由于發(fā)電機的自動電壓調(diào)整器開始發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降。由于發(fā)電機的自動電壓調(diào)整器開始發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降。 在在 2 3s 以后以后：系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。：系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。 4 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 暫態(tài)工頻過電壓暫態(tài)工頻過電壓 穩(wěn)態(tài)工頻過電壓穩(wěn)態(tài)工頻過電壓 圖圖12-1 500kV空載線路合閘時，線路首端、末端電壓變化過程實測曲

4、線空載線路合閘時，線路首端、末端電壓變化過程實測曲線 1首端過電壓；首端過電壓；2末端過電壓末端過電壓 操作過電壓操作過電壓 過電壓過電壓 倍數(shù)倍數(shù) 對過電壓保護及絕緣配合影響較大的是對過電壓保護及絕緣配合影響較大的是暫態(tài)工頻電壓升高暫態(tài)工頻電壓升高， 當(dāng)然穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高對系統(tǒng)的電氣設(shè)備也有一定的影響。當(dāng)然穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高對系統(tǒng)的電氣設(shè)備也有一定的影響。 一般而言，工頻電壓升高對一般而言，工頻電壓升高對 220kV 等級以下、線路不太長的系等級以下、線路不太長的系 統(tǒng)的正常絕緣的電氣設(shè)備是沒有危險的，但統(tǒng)的正常絕緣的電氣設(shè)備是沒有危險的，但對超高壓、遠距離傳輸對超高壓、遠距離傳輸 系統(tǒng)絕緣水

5、平的確定卻起著決定性的作用系統(tǒng)絕緣水平的確定卻起著決定性的作用。 5 12.1.1 超高壓系統(tǒng)中工頻電壓升高的重要性超高壓系統(tǒng)中工頻電壓升高的重要性 p 工頻電壓升高值是工頻電壓升高值是決定保護電器工作條件的主要依據(jù)決定保護電器工作條件的主要依據(jù)。 金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器：額定電壓就是按照電網(wǎng)中工頻電壓升高來確：額定電壓就是按照電網(wǎng)中工頻電壓升高來確 定的。定的。 斷路器并聯(lián)電阻斷路器并聯(lián)電阻：工頻電壓升高幅值越大，對斷路器并聯(lián)電阻熱：工頻電壓升高幅值越大，對斷路器并聯(lián)電阻熱 容量的要求越高，從而給制造低值并聯(lián)電阻帶來困難。容量的要求越高，從而給制造低值并聯(lián)電阻帶來困難。 p 操作過

6、電壓與工頻電壓升高是同時發(fā)生的，因此操作過電壓與工頻電壓升高是同時發(fā)生的，因此工頻電壓的升高工頻電壓的升高 直接影響操作過電壓的幅值直接影響操作過電壓的幅值。 p 工頻電壓升高工頻電壓升高持續(xù)時間長，對設(shè)備絕緣及運行性能有重大影響持續(xù)時間長，對設(shè)備絕緣及運行性能有重大影響。 導(dǎo)致油紙絕緣內(nèi)部游離、污穢絕緣子閃絡(luò)、鐵芯過熱、電暈等。導(dǎo)致油紙絕緣內(nèi)部游離、污穢絕緣子閃絡(luò)、鐵芯過熱、電暈等。 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 6 12.1.2 工頻電壓升高的原因（工頻電壓升高的原因（三個三個） 空載長線的電容效應(yīng)空載長線的電容效應(yīng) 不對稱短路引起的工頻電壓升高不對稱短路引起的工頻電壓升高 突然甩負

7、荷引起的工頻電壓升高突然甩負荷引起的工頻電壓升高 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 7 集中參數(shù)集中參數(shù)LC串聯(lián)回路的電容效應(yīng)串聯(lián)回路的電容效應(yīng) 12.1.2 工頻電壓升高的原因（工頻電壓升高的原因（三個三個） 空載長線的電容效應(yīng)空載長線的電容效應(yīng) 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 電容效應(yīng)（容升效應(yīng)電容效應(yīng)（容升效應(yīng)or翹尾現(xiàn)象）翹尾現(xiàn)象）：在集中參數(shù)：在集中參數(shù)L、C 串聯(lián)電路中，如果容抗大于感抗，即串聯(lián)電路中，如果容抗大于感抗，即1/CL，電路中將流，電路中將流 過容性電流。電容上的電壓等于電源電動勢加上電容電流流過容性電流。電容上的電壓等于電源電動勢加上電容電流流 過電感造成的電壓

8、升，這種過電感造成的電壓升，這種電容上電壓高于電源電動勢電容上電壓高于電源電動勢的現(xiàn)的現(xiàn) 象稱為電容效應(yīng)。象稱為電容效應(yīng)。 8 一條空載長線可以看作由一條空載長線可以看作由無數(shù)個串聯(lián)的無數(shù)個串聯(lián)的L，C回路回路構(gòu)構(gòu) 成，在工頻電壓作用下，線路的成，在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h大于導(dǎo)線的總?cè)菘挂话氵h大于導(dǎo)線的 感抗感抗，因此，因此線路各點的電壓均高于線路首端電壓，而且愈線路各點的電壓均高于線路首端電壓，而且愈 往線路末端電壓愈高往線路末端電壓愈高。 12.1.2 工頻電壓升高的原因（工頻電壓升高的原因（三個三個） 空載長線的電容效應(yīng)空載長線的電容效應(yīng) 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高

9、9 122 2 12 cosjsin jsincos UUlI Zl U IlIl Z l 電壓傳遞系數(shù)電壓傳遞系數(shù) 相位系數(shù)相位系數(shù) =0.06/km 00 L C 若末端開路：若末端開路： 2 0I 21 /cosUUl 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 空載長線的電容效應(yīng)空載長線的電容效應(yīng) l：線路長度，：線路長度，km Z：線路波阻抗，：線路波阻抗， 不考慮電源阻抗不考慮電源阻抗 （1）線路末端電壓高于首端；）線路末端電壓高于首端； （2）當(dāng)）當(dāng) l = / 2時，不論首端電壓時，不論首端電壓 多高，末端電壓將趨于無窮大。多高，末端電壓將趨于無窮大。 此時線路電感和電容構(gòu)成諧振此時線

10、路電感和電容構(gòu)成諧振 狀態(tài)，稱為狀態(tài)，稱為1/4波長諧振波長諧振。 42 v l 無窮大電無窮大電 源源 系統(tǒng)系統(tǒng) 線路為無損長線線路為無損長線 10 若考慮電源感抗若考慮電源感抗： 1 R 1 j ctg U ZZl I ZR為線路末端開路時的首端輸入阻抗：為線路末端開路時的首端輸入阻抗： 1R SRS (ctg ) jctg EE UZZl XZXZl 011 S ctg / ctg Zl KUE ZlX 212 020112 S 1 1 cossin UU U KK K X EE U ll Z S arctg X Z 02 cos cos() K l R Z 12.1 工頻電壓升高工頻電

11、壓升高 若若Xs0，線路電容電流流過電源電感時也會造成電壓升高，線路電容電流流過電源電感時也會造成電壓升高， 同樣會增加容升效應(yīng)，猶如增加了導(dǎo)線長度。同樣會增加容升效應(yīng)，猶如增加了導(dǎo)線長度。 11 122 2 12 cosjsin jsincos UUlI Zl U IlIl Z 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 空載長線的電容效應(yīng)空載長線的電容效應(yīng) 空載線路終端的電壓升高空載線路終端的電壓升高 電源阻抗電源阻抗XsXs的影響通過參數(shù)的影響通過參數(shù) 表示出來，表示出來，XsXs越大，工頻電壓升高越嚴(yán)重。越大，工頻電壓升高越嚴(yán)重。 工頻電壓升高的情況可能工頻電壓升高的情況可能與線路長度，電源阻

12、抗與線路長度，電源阻抗( (電源容量電源容量) )等情況有關(guān)等情況有關(guān)， 因為電源容量越小，其阻抗越大，故計算工頻電壓升高時，必須計及系統(tǒng)可因為電源容量越小，其阻抗越大，故計算工頻電壓升高時，必須計及系統(tǒng)可 能出現(xiàn)最小運行方式。能出現(xiàn)最小運行方式。 12 S arctg X Z 02 cos cos() K l 當(dāng)線路上出現(xiàn)單相或兩相接地故障時，健全相上工頻電壓升高不當(dāng)線路上出現(xiàn)單相或兩相接地故障時，健全相上工頻電壓升高不 僅由長線的僅由長線的電容效應(yīng)電容效應(yīng)所致，還有所致，還有短路電流的短路電流的零序分量零序分量也會使健全相電也會使健全相電 壓升高壓升高。單相接地時故障點各相電壓、電流不對稱

13、，應(yīng)用。單相接地時故障點各相電壓、電流不對稱，應(yīng)用對稱分量法對稱分量法 進行分析不僅方便還可計及長線的分布特性。進行分析不僅方便還可計及長線的分布特性。 單相接地故障模型單相接地故障模型 不對稱短路引起的工頻電壓升高（不對稱短路引起的工頻電壓升高（A相短路為例）相短路為例） 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 一般兩相接地的概率很小，以單相接地最為常見，系統(tǒng)也常一般兩相接地的概率很小，以單相接地最為常見，系統(tǒng)也常以以 單相接地工頻電壓升高的數(shù)值來確定閥式避雷器滅弧電壓單相接地工頻電壓升高的數(shù)值來確定閥式避雷器滅弧電壓。這里。這里只只 討論單相接地的情況討論單相接地的情況。 13 不對稱短路引起

14、的工頻電壓升高（不對稱短路引起的工頻電壓升高（A相短路為例）相短路為例） 22 02 012 2 02 012 (1)() (1)() BA CA aZaa Z UE ZZZ aZaa Z UE ZZZ 0 1 0 1 0 1 0 1 1.5 3 j 2 2 1.5 3 j 2 2 BA CA X X UE X X X X UE X X 2 00 11(1) 0 1 ()() 1 3 ()2 BC XX XX UUEKE X X K(1） ） ：單相接地因數(shù)，說明單相 ：單相接地因數(shù)，說明單相 接地故障時，健全相的對地最高接地故障時，健全相的對地最高 工頻電壓有效值與故障前故障相工頻電壓有效值

15、與故障前故障相 對地電壓有效值之比。對地電壓有效值之比。 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 EA：正常運行時故障點處：正常運行時故障點處A相電壓；相電壓； Z1，Z2，Z0：從故障點看進去的電網(wǎng)正序、：從故障點看進去的電網(wǎng)正序、 負序、零序阻抗；負序、零序阻抗； 。 較大電源容量系統(tǒng)較大電源容量系統(tǒng) 21 ZZ 忽略電阻分量忽略電阻分量 210 ,RRR 3 2 j ea 14 A相接地故障時健全相的工頻電壓升高相接地故障時健全相的工頻電壓升高 (a) B相相 (b) C相相 1 0 X X 1 0 X X 12.1 工頻電壓升高工頻電壓升高 p 在不計損耗的前提下，一相接地，兩健全相電壓升

16、高是在不計損耗的前提下，一相接地，兩健全相電壓升高是 相等的；若計及損耗，兩健全相電壓升高不相等。相等的；若計及損耗，兩健全相電壓升高不相等。 p 單相接地時，健全相電壓升高單相接地時，健全相電壓升高K(1) 與與 X0/X1 值有關(guān)，而值有關(guān)，而 且且與系統(tǒng)中性點的運行方式有關(guān)與系統(tǒng)中性點的運行方式有關(guān)。 2)( 1)(2)( 3 1 0 1 0 1 0 )1( X X X X X X K 15 p 中性點中性點絕緣絕緣的的3 10kV系統(tǒng)系統(tǒng) X0 主要由線路容抗決定，為負值（主要由線路容抗決定，為負值（-20 -：1.08 3）。）。 單相接地時，健全相電壓升高約為線電壓的單相接地時，健

17、全相電壓升高約為線電壓的 1.1 倍。選擇避雷倍。選擇避雷 器滅弧電壓時，取器滅弧電壓時，取 110% 的線電壓（的線電壓（110% 避雷器）。避雷器）。 p 中性點中性點經(jīng)消弧線圈接地經(jīng)消弧線圈接地的的35 60kV系統(tǒng)系統(tǒng) 在在過補償過補償狀態(tài)運行時，狀態(tài)運行時，X0 為很大的正值（為很大的正值（ ： 3 ），單），單 相接地時健全相電壓接近線電壓。選擇避雷器滅弧電壓時，取相接地時健全相電壓接近線電壓。選擇避雷器滅弧電壓時，取 100% 的線電壓（的線電壓（100% 避雷器）。避雷器）。 p 對中性點對中性點直接接地直接接地的的110 220kV系統(tǒng)系統(tǒng) X0 為不大的正值（為不大的正值（

18、 UC 時，電路時，電路 中的電流是感性的中的電流是感性的 UC UL 時，電路時，電路 中的電流是容性的中的電流是容性的 LC EUUU E與與U 三個交點：三個交點： a1（穩(wěn)定）（穩(wěn)定） a2 （不穩(wěn)定）（不穩(wěn)定） a3 （穩(wěn)定）（穩(wěn)定） 當(dāng)當(dāng)E較小時，存在兩個可能的工作點較小時，存在兩個可能的工作點a1 ，a3，而當(dāng)，而當(dāng)E超過一定值以后，可能只超過一定值以后，可能只 存在一個工作點。當(dāng)有兩個工作點時，存在一個工作點。當(dāng)有兩個工作點時， 若電源電勢是逐漸上升的，為了建立起若電源電勢是逐漸上升的，為了建立起 穩(wěn)定的諧振點穩(wěn)定的諧振點a3，回路必須經(jīng)過強烈的，回路必須經(jīng)過強烈的 擾動過程。

19、這種需要經(jīng)過過渡過程建立擾動過程。這種需要經(jīng)過過渡過程建立 的諧振現(xiàn)象稱之謂鐵磁諧振的的諧振現(xiàn)象稱之謂鐵磁諧振的“激發(fā)激發(fā)” 。而且一旦。而且一旦“激發(fā)激發(fā)”起來以后，諧振狀起來以后，諧振狀 態(tài)就可以態(tài)就可以“保持保持”，維持很長時間，不，維持很長時間，不 會衰減會衰減 。 12.2 諧振過電壓諧振過電壓 25 鐵磁諧振的特點鐵磁諧振的特點 產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性電感和電容的伏安特性 必須相交必須相交，因而，鐵磁諧振可以在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生。，因而，鐵磁諧振可以在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生。 對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，對鐵磁諧振電路，在同一電源電勢作用下，回路可能有不回路可能有不 只一種穩(wěn)定工作狀態(tài)只一種穩(wěn)定工作狀態(tài)。在外界激發(fā)下，回路可能從非諧振工。在外界激發(fā)下，回路可能從非諧振工 作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，電路從感性變?yōu)槿菪?，發(fā)生相作狀態(tài)躍變到諧振工作狀態(tài)，電路從感性變?yōu)槿菪裕l(fā)生相 位反傾，同時產(chǎn)生過電壓與過電流。位反傾，同時產(chǎn)