高壓教材第三篇課件

1、第 三 篇 電力系統(tǒng)過(guò)電壓與絕緣配合 電力系統(tǒng) 過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓雷電過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓操作過(guò)電壓諧振過(guò)電壓工頻電壓升高感應(yīng)雷擊過(guò)電壓直接雷擊過(guò)電壓 過(guò)電壓的分類： 過(guò)電壓的概念：指電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的對(duì)絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位差升高。過(guò)電壓的概念與分類波過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能量沿著導(dǎo)線傳播的過(guò)程，即在導(dǎo)線周?chē)臻g儲(chǔ)存電磁能的過(guò)程。從電磁場(chǎng)方程組出發(fā)來(lái)展示這一過(guò)程將比較繁復(fù)，為方便起見(jiàn)，一般都采用以積分量u和i表示的關(guān)系式，而且采用分布參數(shù)電路和行波理論來(lái)進(jìn)行分析。第六章 輸電線路和繞組中的波過(guò)程不同電壓波形在不同電壓波形在線路上的分布線路上的分布工頻正弦電壓的第一個(gè)1/4周波（0-Um）作為波前，那么這時(shí)

2、的波前時(shí)間為5000s，整個(gè)波前分布在1500km長(zhǎng)的導(dǎo)線上（如圖6-1）。對(duì)于一般220kV平均200250km的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，可以近似認(rèn)為全線各點(diǎn)電壓電流相同。 不同電壓波形在不同電壓波形在線路上的分布線路上的分布對(duì)于沖擊波（標(biāo)準(zhǔn)波形1.2/50s），波前時(shí)間在線路上的分布長(zhǎng)度只有360m，線路各點(diǎn)的電壓和電流都將不同了，根本不能將線路各點(diǎn)的電路參數(shù)合并成集中參數(shù)來(lái)處理問(wèn)題。 實(shí)際輸電線路往往采用三相交流輸電或雙極直流輸電，它們均屬多導(dǎo)線系統(tǒng)。不過(guò)為了清晰地揭示線路波過(guò)程的物理本質(zhì)和基本規(guī)律，先從理想的均勻無(wú)損單導(dǎo)線入手，是比較合適的。 對(duì)線路波過(guò)程的探討采用由簡(jiǎn)入繁、從理想線路逐步接近實(shí)際線

3、路的辦法是比較適當(dāng)?shù)模栽谝韵赂鞴?jié)將依次探討下列條件下的線路波過(guò)程： 均勻無(wú)損單導(dǎo)線均勻性遭到破壞時(shí)的情況多導(dǎo)線系統(tǒng)有損耗線路。第一節(jié)第一節(jié) 波沿均勻無(wú)損單導(dǎo)線的傳播波沿均勻無(wú)損單導(dǎo)線的傳播一、線路方程及解一、線路方程及解 設(shè)單位長(zhǎng)度線路的電感和電容均為恒值，分別為L(zhǎng)0和C0；忽略線路的能量損耗，得均勻無(wú)損單導(dǎo)線等值電路如圖6-2：121()()ifxvtfxvtiiZ 21)()(uuvtxfvtxfu方程的tiLxu0tuCxi0均勻無(wú)損單導(dǎo)線的方程組為：是電流前行波； 是電流反行波。)(12vtxfZi )(11vtxfZi是一個(gè)任意形狀并以速度v朝著x的正方向運(yùn)動(dòng)的電壓波電壓前行波；

4、 是一個(gè)以速度v朝著x的負(fù)方向運(yùn)動(dòng)的電壓波電壓反行波。)(1vtxfu)(2vtxfu 電壓波的符號(hào)只取決于它的極性,而與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；電流波的符號(hào)不但與相應(yīng)的電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。二、波速和波阻抗二、波速和波阻抗 波速與導(dǎo)線周?chē)劫|(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)線半徑、對(duì)地高度、鉛包半徑等幾何尺寸無(wú)關(guān)。波在油紙絕緣電纜中傳播的速度幾乎只有架空線路上波速的一半。行波在均勻無(wú)損單導(dǎo)線上的傳播速度001CLv架空單導(dǎo)線的L0和C0可由下式求得rhLcr2ln200 (H/m)rhCcr2ln200(F/m) 兩種不同的速度：兩種不同的速度： 正如電流波的傳播方向與電流的流動(dòng)方向不是同

5、一事物一樣，行波沿導(dǎo)線的傳播速度亦應(yīng)與帶電粒子（主要為電子）在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)速度嚴(yán)格區(qū)別開(kāi)來(lái)。波速指的是電壓波和電流波使導(dǎo)線周?chē)臻g建立起相應(yīng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)這樣一種狀態(tài)的傳播速度，而不是在導(dǎo)線中形成電流的自由電子沿線運(yùn)動(dòng)的速度。在架空線路的情況下，波速v = 光速c，而電子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于c。 為了說(shuō)明這種“同一系統(tǒng)中存在兩種不同速度”的現(xiàn)象，不妨用下面的“準(zhǔn)備行進(jìn)的一支長(zhǎng)隊(duì)列”作一比喻。 兩種不同的速度：兩種不同的速度： 如圖6-3所示，當(dāng)隊(duì)列整備完畢、發(fā)令者發(fā)出“起步走！”的口令時(shí)，這一口令將以聲速（在通常條件下為340m/s左右）從隊(duì)首向隊(duì)尾傳播，先聽(tīng)到口令的隊(duì)首成員將先向前邁步，暫時(shí)還沒(méi)有

6、聽(tīng)到口令的隊(duì)尾成員稍后亦將起步。但隊(duì)列成員行進(jìn)的速度顯然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于口令的傳播速度，它們是兩種性質(zhì)完全不同的速度。與此相似，上述行波的傳播速度v和自由電子在導(dǎo)線中形成電流的移動(dòng)速度也是完全不同的兩種速度，不可混淆。上例中人的行進(jìn)速度對(duì)應(yīng)于電子的移動(dòng)速度，而口令的傳播速度才相當(dāng)于波速 。 圖圖6-3 6-3 開(kāi)始行進(jìn)的一支長(zhǎng)隊(duì)伍開(kāi)始行進(jìn)的一支長(zhǎng)隊(duì)伍rhCLZcrr2ln210000波阻抗Z是電壓波與電流波之間的一個(gè)比例常數(shù)架空線路的波阻抗約在300500 之間 電纜線路的波阻抗約在1050 之間。ZiuZiu ， 波阻抗與電阻的相似之處：量綱相同、呈阻性、大小與電源頻率或波形無(wú) 關(guān)；從功率的角度，

7、一條波阻抗為Z的線路從電源 吸收的功率與一阻值為Z的電阻從電源吸收的 功率相同。 波阻抗與電阻的不同之處：波阻抗是一個(gè)比例常數(shù)，與線路的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)， 而線路的電阻與線路長(zhǎng)度成正比；波阻抗從電源吸收的功率和能量是以電磁能的 形式儲(chǔ)存在線路周?chē)拿劫|(zhì)中，而電阻從電源 吸收的功率和能量均轉(zhuǎn)化為熱能而散失掉了。三、均勻無(wú)損單導(dǎo)線波過(guò)程的基本概念三、均勻無(wú)損單導(dǎo)線波過(guò)程的基本概念波在均勻無(wú)損單導(dǎo)線上的傳播過(guò)程如圖所示 線路中均勻性開(kāi)始遭到破壞的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，當(dāng)行波投射到節(jié)點(diǎn)時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)電壓、電流、能量重新調(diào)整分配的過(guò)程，即在節(jié)點(diǎn)處將發(fā)生行波的折射和反射現(xiàn)象。 通常采用最簡(jiǎn)單的無(wú)限長(zhǎng)直角波來(lái)介紹線路波過(guò)程的

8、基本概念。因?yàn)槿魏纹渌ㄐ味伎梢杂靡欢〝?shù)量的單元無(wú)限長(zhǎng)直角波疊加而得，所以無(wú)限長(zhǎng)直角波實(shí)際上是最簡(jiǎn)單和代表性最廣泛的一種波形。第二節(jié)第二節(jié) 行波的折射和反行波的折射和反射射入射波u1, i1, 折射波u2, i2, 反射波u1, i1, 20111121222uuZZZu1121121uuZZZZuA點(diǎn)的折、反射電壓如下電壓折射系數(shù); 電壓反射系數(shù) 二者之間有如下關(guān)系： 1+= 隨Z1與Z2的數(shù)值而異，和之值在下面的范圍內(nèi)變化： 二、幾種特殊端接情況下的波過(guò)程二、幾種特殊端接情況下的波過(guò)程(一)線路末端開(kāi)路發(fā)生全反射，開(kāi)路電壓加倍，電流變零。 (二)線路末端短路（接地）電壓發(fā)生負(fù)的全反射，合成

9、電壓變零；短路電流加倍。 ( (三）線路末端對(duì)地跨接一阻值R=Z1的電阻行波到達(dá)線路末端A點(diǎn)時(shí)完全不發(fā)生反射，與A點(diǎn)后面接一條波阻抗 Z2 = Z1的無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線的情況相同。三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）三、集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）一個(gè)節(jié)點(diǎn)上接有多條分布參數(shù)長(zhǎng)線和若干集中參數(shù)元件112112iiiuuu nkii122ZiuuZuiiii11212121 電壓折射波Ziuu2122在已知電流源（例如雷電流）的情況下，采用電流源等值電路更加簡(jiǎn)單方便。2212iZui例例6-16-1 設(shè)某變電所的母線上共接有n條架空線路，當(dāng)其中某一線路遭受雷擊時(shí)，即有一過(guò)電壓波U0沿著該線進(jìn)入變電所，試求

10、此時(shí)的母線電壓Ubb。解解：由于架空線路的波阻抗均大致相等，所以可得出圖6-16中 的接線示意圖（a）和等值電路圖（b）。 可得nZUnnZZUI00)1(212 所以 nUnZIUbb021 或者nUIZUUbb0022由此可知：變電所母線上接的線路數(shù)越多，則母線上的過(guò)電壓越低，在變電所的過(guò)電壓防護(hù)中對(duì)此應(yīng)有所考慮。當(dāng)n=2時(shí)，Ubb=U0，相當(dāng)于Z2 =Z1的情況，沒(méi)有折、反射現(xiàn)象。入射波必須是沿一條分布參數(shù)線路傳輸過(guò)來(lái) 適用于節(jié)點(diǎn)A之后的任何一條線路末端反射波未達(dá)到A點(diǎn)之前彼德遜法則的適用范圍：若要計(jì)算線路末端產(chǎn)生的反射波回到節(jié)點(diǎn)A以后的過(guò)程，就要采用后面將要介紹的行波多次折、反射計(jì)算法

11、。波穿過(guò)電感：波穿過(guò)電感：dtidLZZiu22121)(2)1()1(2121212LtLteueZZZuu21ZZLL沒(méi)有電感時(shí)的電壓折射系數(shù)波旁過(guò)電容：波旁過(guò)電容：dtidZCZZZiu2212121)(2)1 ()1 (2121212CtCteueZZZuuCZZZZC2121LZudtuddtudt2102max2max2 CZudtuddtudt1102max2max2 通過(guò)以上分析，可以得出以下結(jié)論： 1)行波穿過(guò)電感或旁過(guò)電容時(shí)，波前均被拉平，波前陡度變小，L或C越大，陡度越小。 2)在無(wú)限長(zhǎng)直角波的情況下，串聯(lián)電感和并聯(lián)電容對(duì)電壓的最終穩(wěn)態(tài)值都沒(méi)有影響。就像L、C都不存在一樣

12、。 3)從折射波的角度來(lái)看，串聯(lián)電感與并聯(lián)電容的作用是一樣的，但從反射波的角度來(lái)看，二者的作用相反：當(dāng)波剛到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)，電感上出現(xiàn)電壓的全反射和電流的負(fù)全反射；而電容上則出現(xiàn)電流的全反射和電壓的負(fù)全反射。 可見(jiàn)無(wú)限長(zhǎng)直角波穿過(guò)電感L或旁過(guò)電容C后，其波前都將被拉平，變成指數(shù)波前，最大波前陡度均出現(xiàn)在 t = 0 瞬間，其值分別為： 穿過(guò)電感： 旁過(guò)電容：實(shí)際電力系統(tǒng)中常會(huì)遇到一些并不太長(zhǎng)的線路，會(huì)出現(xiàn)多次的折、反射，這時(shí)常需用網(wǎng)格法來(lái)計(jì)算多次折、反射波過(guò)程。 第三節(jié)第三節(jié) 行波的多次折、反射行波的多次折、反射 設(shè)一無(wú)限長(zhǎng)直角波U0從線路1投射到節(jié)點(diǎn)A上來(lái); 折射波1U0Z0 B點(diǎn);B點(diǎn)產(chǎn)生折射波

13、1 2U0和反射波1 2U0 ; 1 2U0 Z0 A點(diǎn)，產(chǎn)生反射波121U0，它又沿著Z0投射到B點(diǎn)，在B點(diǎn)產(chǎn)生的第二個(gè)反射波1 221 U0 又向A點(diǎn)傳去，如此等等。 折射系數(shù) 1 、2和反射系數(shù)1、2的計(jì)算式如下:01012ZZZ，20022ZZZ01011ZZZZ，02022ZZZZ 線路各點(diǎn)上的電壓即為所有折、反射波的疊加，但要注意它們到達(dá)時(shí)間的先后，波傳過(guò)長(zhǎng)度為l0的中間線段所需的時(shí)間 = l0/ v0 （式中v0為中間線段的波速）。 以節(jié)點(diǎn)B上的電壓為例，參照?qǐng)D6-23中的網(wǎng)格圖，以入射波U0到達(dá)A點(diǎn)的瞬間作為時(shí)間的起算點(diǎn)（t=0），則節(jié)點(diǎn)B在不同時(shí)刻的電壓為：0Bu021UuB

14、02121)1 (UuB02212121)(1 UuB 當(dāng)0t 時(shí)，當(dāng) t3 時(shí)，當(dāng)3 t5 時(shí)，當(dāng)5 t7 時(shí)，當(dāng)t時(shí)，即n 時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓最終幅值將為002122UUZZZUB 當(dāng)發(fā)生第n次折射后，即當(dāng)(2n-1) t(2n+1) 時(shí)，節(jié)點(diǎn)B上的電壓將為21212101)(1nBUu式中表示波從線路1直接傳入線路2時(shí)的電壓折射系數(shù)，這意味著進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來(lái)決定，而與中間線段的存在與否無(wú)關(guān)與中間線段的存在與否無(wú)關(guān)。 雖然進(jìn)入線路2的電壓最終幅值只由Z1和Z2來(lái)決定，而與中間線段的存在與否無(wú)關(guān)與中間線段的存在與否無(wú)關(guān)。但是中間線段的存在及其波阻抗Z0的大小決定著uB

15、的波形、特別是它的波前，現(xiàn)分別討論如下： (1)如果Z0Z1和Z2（例如在兩條架空線之間插接一段電纜），則1和2均為正值，因而各次折射波都是正的，總的電壓uB逐次疊加而增大，如圖6-24（a）所示。若Z0Z1和Z2（例如在兩條電纜線路中間插接一段架空線），則 1和2皆為負(fù)值，但其乘積（12）仍為正值，所以折射電壓uB也逐次疊加增大，其波形亦如圖6-24（a）所示。若Z0Z1和Z2,表示中間線段的電感較大、對(duì)地電容較小，因而可以忽略電容而用一只串聯(lián)電感來(lái)代替中間線段，同樣可使波前陡度減小。 （3）如果Z1Z0Z2，此時(shí)的10，乘積（ 12）為負(fù)值，這時(shí)uB的波形將是振蕩的，如圖6-24（b）所示

16、，但uB的最終穩(wěn)態(tài)值UBU0。 （4）如果Z1Z0Z2，此時(shí)的10， 20，乘積（ 12 ）亦為負(fù)值，故uB的波形如圖6-24(b)所示，且uB的最終穩(wěn)態(tài)值UB Z12。設(shè)u1=u2=u，即可得以下方程222121212111iZiZiZiZu因?yàn)閆12=Z22，上式可簡(jiǎn)化為121111iZiZ22212122121111iZiZuiZiZu 由于Z11Z21，只有在 i1 = 0時(shí)，上式才能成立。這意味著，電流不經(jīng)纜芯流動(dòng)，全部電流都被擠到纜皮里去了。其物理解釋為：當(dāng)電流在纜皮上流動(dòng)時(shí)，纜芯上會(huì)感應(yīng)出與纜皮電壓相等、但方向相反的電動(dòng)勢(shì)，阻止電流流進(jìn)纜芯，這與導(dǎo)線中的集膚效應(yīng)相似，這個(gè)現(xiàn)象在有

17、直配線的發(fā)電機(jī)的防雷保護(hù)中獲得了實(shí)際應(yīng)用。121111iZiZ能量損耗引起的行波變化：能量損耗引起的行波變化： (1)幅值降低 (2)波前陡度減小 (3)波長(zhǎng)增大 (4)波形變得平滑 (5)電壓波與電流波波形不再相同 以上現(xiàn)象對(duì)電力系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)有著重要意義。第五節(jié)第五節(jié) 波在有損耗線路上的傳播波在有損耗線路上的傳播 任何一條實(shí)際線路都是有損耗的，引起能量損耗的因素有：任何一條實(shí)際線路都是有損耗的，引起能量損耗的因素有： (1)導(dǎo)線電阻（包括集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響）； (2)大地電阻（包括波形對(duì)地中電流分布的影響）； (3)絕緣的泄漏電導(dǎo)與介質(zhì)損耗（后者只存在于電纜線路中）； (4)極高頻或

18、陡波下的輻射損耗； (5)沖擊電暈。一一 、線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響、線路電阻和絕緣電導(dǎo)的影響 考慮單位長(zhǎng)度線路電阻R0和對(duì)地電導(dǎo)G0后，輸電線路的分布參數(shù)等值電路如圖6-30 。 波所流過(guò)的距離x越長(zhǎng)，衰減得越多； R0/Z的比值越大，衰減得越多； R0與波的等效頻率有關(guān)，波形變化越快，集膚效應(yīng)越顯著， R0 也越大，衰減越快?？梢?jiàn)短波沿線傳播時(shí)衰減較顯著。 xZGZRtCGLRxeUeUU)(210)(210000000 xZRxeUU0210 由于R0和G0的存在，將有一部分行波的能量轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，導(dǎo)致波的衰減和變形。但是如果線路參數(shù)滿足條件R0C0 =G0L0，那么波形只有衰減、卻

19、不產(chǎn)生畸變，此時(shí)過(guò)電壓波的衰減規(guī)律如下: 波沿架空線傳播時(shí)，G0可忽略，其衰減可近似地按下式進(jìn)行計(jì)算 一旦過(guò)電壓的幅值很大，超過(guò)了導(dǎo)線電暈起始電壓Uc，那么波沿線路傳播時(shí)的衰減和變形將主要因沖擊電暈而引起。 沖擊電暈是在沖擊電壓波前上升到等于Uc(導(dǎo)線電暈起始電壓)時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)的，形成沖擊電暈所需的時(shí)刻極短。二、沖擊電暈的影響 電暈的產(chǎn)生相當(dāng)于增大了導(dǎo)線的半徑，增大了導(dǎo)線 的對(duì)地電容，因此對(duì)波過(guò)程產(chǎn)生如下影響：1) 導(dǎo)線波阻抗減小，一 般可減小2030% 2) 波速減小，可減小到 等于0.75c （c指光速）3) 耦合系數(shù)增大 4) 引起波的衰減與變形 繞組的接法 星形(Y)或三角形()； 中

20、性點(diǎn)接地方式 (接地還是不接地)； 進(jìn)波情況 (一相、兩相或三相進(jìn)波)。 分析變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣上出現(xiàn)的過(guò)電壓可能達(dá)到的幅值和波形是變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 變壓器繞組中的波過(guò)程與下列三個(gè)因素有很大的關(guān)系：第六節(jié)第六節(jié) 變壓器繞組中的波過(guò)程變壓器繞組中的波過(guò)程 只需研究單相繞組中波過(guò)程的兩種情況： 1) 采用Y接法的高壓繞組的中性點(diǎn)直接接地 （任何一相進(jìn)來(lái)的過(guò)電壓都在中性點(diǎn)入地， 對(duì)其他幾相沒(méi)有影響）； 2) 中性點(diǎn)不接地，但三相同時(shí)進(jìn)波（各相 完全對(duì)稱）。一、單相繞組中的波過(guò)程一、單相繞組中的波過(guò)程 為了便于分析，通常作如下簡(jiǎn)化： 1) 假定電氣參數(shù)在繞組各處均相同（即繞組均勻）；

21、 2) 忽略電阻和電導(dǎo)； 3) 不單獨(dú)計(jì)及各種互感，而把它們的作用歸并到自感中去。 這樣即可得出圖6-32所示的單相繞組波過(guò)程簡(jiǎn)化等值電路：)(|000llUUdxdux 由于變壓器繞組中各點(diǎn)的振蕩頻率不盡相同，所以各點(diǎn)是在不同的時(shí)刻達(dá)到自己的U最大。因而變壓器繞組中的波過(guò)程通常不以行波傳播的概念來(lái)處理，而是以一系列振蕩形成的駐波的方法來(lái)探討。 無(wú)論中性點(diǎn)接地方式如何，初始最大電位梯度均出現(xiàn)在繞組首端，其值為 式中是代表變壓器沖擊波特性的一個(gè)很重要的指標(biāo)。 越大，初始分布越不均勻，故越小越好。 在由電感、電容構(gòu)成的復(fù)雜回路中，從電壓的初始分布到達(dá)最終穩(wěn)態(tài)分布，必然經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)一系列

22、電磁振蕩，這個(gè)振蕩有一定的阻尼制約。 在無(wú)阻尼狀態(tài)下，繞組各點(diǎn)在振蕩中所能達(dá)到的最大電壓將遵循下式的規(guī)律： U最大=2 U穩(wěn)態(tài)- U初始將各點(diǎn)最大電壓值用曲線連起來(lái)，即可得到一條U最大的包絡(luò)線。末端接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組首端約l/3處，值達(dá)1.4U0左右；末端不接地，最大電壓出現(xiàn)在繞組末端,值達(dá)1.9U0左右。 圖6-36中分別畫(huà)出了中性點(diǎn)接地和不接地的變壓器繞組中的電壓初始分布、穩(wěn)態(tài)分布和各點(diǎn)的 包絡(luò)線。maxu 繞組內(nèi)的波過(guò)程除了與電壓波的幅值有關(guān)外，還與它的波形有關(guān)。過(guò)電壓波的波前時(shí)間越長(zhǎng)、則振蕩過(guò)程的發(fā)展就比較和緩，繞組各點(diǎn)的最大對(duì)地電壓和縱向電位梯度都將較小，所以設(shè)法降低入侵過(guò)電壓

23、波的幅值和陡度對(duì)于變壓器繞組的主絕緣和縱絕緣都有很大的好處，這是變壓器外部保護(hù)所應(yīng)承擔(dān)的任務(wù)，通常通過(guò)變電所進(jìn)線段保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 對(duì)繞組絕緣最嚴(yán)重的威脅是直角短波。這就是為什么變壓器類電力設(shè)備在高壓試驗(yàn)中還要進(jìn)行截波試驗(yàn)的理由，沖擊截波就是實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最接近于直角短波的嚴(yán)重波形。二 、變壓器對(duì)過(guò)電壓的內(nèi)部保護(hù) 變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)的思路包括兩個(gè)方面：1)減弱振蕩 2)使繞組的絕緣結(jié)構(gòu)與過(guò)電壓的分布狀況相 適應(yīng) 設(shè)計(jì)和制造“非共振變壓器”的基本原理是使電壓的初始分布盡可能接近穩(wěn)態(tài)分布，因而從根本上消除或削弱振蕩的根源，其措施包括：(一)補(bǔ)償對(duì)地電容電流（橫向補(bǔ)償） (二)增大縱向

24、電容（縱向補(bǔ)償）三、三相繞組中的波過(guò)程 三相繞組中性點(diǎn)接地方式、繞組的連接方式和進(jìn)波過(guò)程不同，則波的振蕩過(guò)程也不同： (一) Y0接線方式 三相間影響小，可看作三個(gè)獨(dú)立的末端接地的單相繞組。無(wú)論進(jìn)波情況如何，都可按末端接地單相繞組中的波過(guò)程來(lái)處理。 (二) Y接線方式 如果三相同時(shí)進(jìn)波，則與末端不接地的單相繞組中的波過(guò)程基本相同，中性點(diǎn)處的最大電壓可達(dá)首端電壓的兩倍左右； 如僅有一相進(jìn)波，中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓為U0/3, 最大電壓不會(huì)超過(guò)2U0/3 。 (三) 接線方式 這時(shí)最嚴(yán)重的情況出現(xiàn)在兩相或三相進(jìn)波時(shí)，振蕩中最大電壓將位于繞組中部，數(shù)值接近2U0 。 (一)靜電感應(yīng)（電容傳遞） 通過(guò)繞組之間

25、的電容耦合而傳遞過(guò)來(lái)，其大小與 變壓器的變比沒(méi)有什么關(guān)系。只有在波投射到高壓繞 組時(shí)，才有可能對(duì)低壓繞組造成危險(xiǎn)，所以只要用一 只閥式避雷器接在任一相低壓繞組出線端上，就能為 整個(gè)三相低壓繞組提供保護(hù)。 (二)電磁感應(yīng)（磁傳遞） 因磁耦合而產(chǎn)生。由于低壓繞組的相對(duì)沖擊強(qiáng)度 （沖擊耐壓與額定相電壓之比）要比高壓繞組大得 多，所以高壓繞組進(jìn)波不會(huì)對(duì)低壓繞組產(chǎn)生危險(xiǎn)；只 有在低壓繞組進(jìn)波時(shí)，有可能在高壓繞組中引起危險(xiǎn)。 所以通常只需緊貼高壓繞組出線端安裝一組三相避雷 器對(duì)過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù)就可以了。 四、波在變壓器繞組間的傳遞四、波在變壓器繞組間的傳遞第七節(jié)第七節(jié) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過(guò)程旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的

26、波過(guò)程 此處所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)指的是經(jīng)過(guò)電力變壓器或直接與電網(wǎng)相連的發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和大型電動(dòng)機(jī)等，它們的繞組在運(yùn)行過(guò)程中都有可能會(huì)受到過(guò)電壓波的作用。 過(guò)電壓波投射到電機(jī)繞組上時(shí)，后者也可以象變壓器繞組那樣，用L0，C0和K0組成的鏈?zhǔn)降戎惦娐穪?lái)表示。但是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，電機(jī)繞組一般可分為單匝和多匝兩大類，通常高速大容量電機(jī)采用的是單匝繞組，而低速小容量電機(jī)則采用多匝繞組。 引入波阻抗、波速等概念后，也可以采用類似于輸電線路那樣的波過(guò)程分析方法來(lái)分析旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過(guò)程。 電機(jī)繞組中的波過(guò)程因大量折、反射而變得極其復(fù)雜，可采取平均的方法作宏觀的處理，即不必區(qū)分槽內(nèi)、槽外，而用一個(gè)平均波阻抗和平

27、均波速來(lái)表示。 由于繞組的直線部分（線棒）都嵌設(shè)在鐵心中的線槽內(nèi)，在多匝繞組時(shí)，只有在同槽的各匝之間存在匝間電容K，在換槽時(shí)， K支路斷絕，故形成圖6-49中的等值電路。 在單匝繞組時(shí)，槽內(nèi)線棒部分相互之間不存在匝間電容，只有露在槽外的端接部分才有不大的電容耦合，因而更可忽略縱向電容K0的作用。這樣一來(lái)，電機(jī)繞組波過(guò)程簡(jiǎn)化等值電路將如圖6-50所示。 旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中的波過(guò)程與輸電線路相似，而與變壓器繞組中的波過(guò)程有很大的差別，所以應(yīng)該采用類似于輸電線路那樣的波過(guò)程分析方法，引入波阻抗、波速等概念。 電機(jī)繞組槽內(nèi)部分和端部的L0，C0是不同的，因此繞組的波阻抗和波速也隨著繞組進(jìn)槽和出槽而有規(guī)則地

28、重復(fù)變化，如圖6-51所示。這樣一來(lái)，電機(jī)繞組中的波過(guò)程將因大量折、反射而變得極其復(fù)雜。不過(guò)在一般工程分析中，不需要了解波過(guò)程的細(xì)節(jié)，因而可用取平均的方法作宏觀的處理，即不必區(qū)分槽內(nèi)、槽外，而用一個(gè)平均波阻抗和平均波速來(lái)表示。 電機(jī)繞組的波阻抗Z 與該電機(jī)的容量、額定電壓和轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般隨著容量的增大而減小（因?yàn)镃0變大）、隨額定電壓的提高而增大（因?yàn)榻^緣厚度的增加導(dǎo)致C0的減?。?。電機(jī)繞組中的波速v也隨容量的增大而降低。00CL 在相當(dāng)于頻率極高的交流電壓的沖擊波作用下，電機(jī)鐵心中的損耗是相當(dāng)可觀的，再加上導(dǎo)體的電阻損耗和絕緣的介質(zhì)損耗，因此波在電機(jī)繞組中傳播時(shí)，衰減和變形都很顯著。其中衰減

29、程度可按下式估計(jì)xxeUU0 U0為繞組首端電壓；Ux為距首端x處的電壓；x為波在繞組中傳播的距離， 為衰減系數(shù) 。 當(dāng)波沿著電機(jī)繞組傳播時(shí)（參閱圖6-54），與最大電壓一樣，最大的縱向電位梯度亦將出現(xiàn)在繞組的首端。設(shè)繞組一匝的長(zhǎng)度為 lw（m），平均波速為v（m/s ），進(jìn)波的波前陡度為a（kV/s），則作用在匝間絕緣上的電壓uw 為vlauww 匝間電壓與進(jìn)波的陡度成正比。當(dāng)匝間電壓超過(guò)了匝間絕緣的沖擊耐壓值，就可能引起匝間絕緣擊穿事故。為此要嚴(yán)格控制進(jìn)波的陡度。第七章第七章 雷電放電及防雷保護(hù)裝置雷電放電及防雷保護(hù)裝置雷電是大自然中最宏偉壯觀的氣體放電現(xiàn)象，它對(duì)人類的生存、生產(chǎn)、生活環(huán)境

30、等都有很大的影響，因此對(duì)雷電的研究和防護(hù)意義重大。雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。 從電力工程的角度來(lái)看，最值得我們注意的兩個(gè)方面是： (1)雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過(guò)電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一; (2)產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過(guò)電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。一、雷云的形成一、雷云的形成 雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論： 大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電。 細(xì)微水沫帶負(fù)電，被上升氣流帶

31、往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。 帶正電的水珠形成雷云下部局部正電荷區(qū)。第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過(guò)電雷電放電和雷電過(guò)電壓壓二、雷電放電過(guò)程二、雷電放電過(guò)程 雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電。 第一次主放電第一次主放電 箭狀先導(dǎo)箭狀先導(dǎo) 第三次主放電第三次主放電 三、雷電參數(shù)三、雷電參數(shù) (一)雷電活動(dòng)頻度雷電活動(dòng)頻度 雷暴日及雷暴小時(shí)雷暴日及雷暴小時(shí) 雷暴日Td 是該地區(qū)一年中發(fā)生雷電的天數(shù)，以聽(tīng)到雷聲為準(zhǔn)，在一天內(nèi)只要聽(tīng)到過(guò)雷聲，無(wú)論次數(shù)多少，均計(jì) 為一個(gè)雷暴日。 雷暴小時(shí)Th 是該地區(qū)一年中發(fā)生雷電放電的小時(shí)數(shù)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要有一次雷電，即計(jì)為一個(gè)雷電小時(shí)。 一個(gè)雷暴日大致

32、折合三個(gè)雷暴小時(shí)。 雷暴日與雷暴小時(shí)的多少與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀?條件、地形地貌有關(guān)。 Td 40多雷區(qū)；90強(qiáng)雷區(qū)。 ( (二二) )地面落雷密度地面落雷密度( ( ) )和雷擊選擇性和雷擊選擇性 表示每平方公里地面在一個(gè)雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Td 40的地區(qū)，取 0.07。 ( (三三) )雷道波阻抗雷道波阻抗（Z0）雷電通道長(zhǎng)度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。主放電過(guò)程可看作是一個(gè)電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過(guò)程。我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議取Z0 300。 ( (四四) )雷電的極性雷電的極性 負(fù)極性雷擊占75

33、90%，防雷計(jì)算中一般均按負(fù)極性考慮。 ( (五五) )雷電流幅值（雷電流幅值（I I）通常定義雷電流為雷擊于低接地電阻( 30)的物體時(shí)流過(guò)雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波I0的兩倍，即 I 2I0一般地區(qū)，雷電流幅值超過(guò) I 的概率可按下式計(jì)算88lgIP( (六六) )雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng)雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng) 雷電流的波前時(shí)間T1處于14s的范圍內(nèi)，平均為2.6s左右。波長(zhǎng)T2 處于20100s的范圍內(nèi)，多數(shù)為40s左右。 我國(guó)防雷設(shè)計(jì)采用2.6/40s的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50s。 雷電流波前的平均陡度 I / 2.6（kA

34、/s)。 波前陡度的最大極限值一般可取50 kA/s左右。)(0tteeIiati )( 1Ttati)(11TtIaTi)cos1(2tIi ( (七七) )雷電流的計(jì)算波形雷電流的計(jì)算波形1、雙指數(shù)波2、斜角波3、斜角平頂波 4、半余弦波( (八八) )雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時(shí)間雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時(shí)間 有55的對(duì)地雷擊包含兩次以上的重復(fù)沖擊；35次沖擊者有25%；10次以上者有4%。平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3次。 一次雷電總延續(xù)時(shí)間，有50%小于0.2s( (九九) )放電能量放電能量 A=QU=20（C）107（V）20107 W.s，放電能量不大，但因它是在極短時(shí)間內(nèi)放出的，因而

35、功率很大。四、雷電過(guò)電壓的形成四、雷電過(guò)電壓的形成 ( (一一) )雷電放電的計(jì)算模型雷電放電的計(jì)算模型( (二二) )直接雷擊過(guò)電壓直接雷擊過(guò)電壓雷擊于地面上接地良好的物體雷擊于地面上接地良好的物體AiUIR0000021530030022iiiRZZii02II 100AUI雷擊于導(dǎo)線或檔距中央避雷線雷擊于導(dǎo)線或檔距中央避雷線ZZIZZZZIZZUI000000222222ZZZZIZIUA00222IIUA1204003002400300( (三三) )感應(yīng)雷擊過(guò)電壓感應(yīng)雷擊過(guò)電壓 雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕緣的導(dǎo)線上都會(huì)引起感應(yīng)過(guò)電壓。 在先導(dǎo)放電階段，雖然有束縛電

36、荷的存在，但是由于負(fù)電荷移動(dòng)較慢，故線路上產(chǎn)生的電流較小，相應(yīng)的電壓波也較小， 將這里的感應(yīng)雷擊過(guò)電壓感應(yīng)雷擊過(guò)電壓與上一章中介紹的相鄰導(dǎo)線間的感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓作一番對(duì)比，即可看到有很大的本質(zhì)不同： (1) 感應(yīng)雷擊過(guò)電壓的極性一定與雷云的極性相反，而相鄰導(dǎo)線間的感應(yīng)電壓的極性一定與感應(yīng)源相同。 (2) 這種感應(yīng)過(guò)電壓一定要在雷云及其先導(dǎo)通道中的電荷被中和后，才能出現(xiàn)，而相鄰導(dǎo)線間的感應(yīng)電壓卻與感應(yīng)源同生同滅。 (3)感應(yīng)雷擊過(guò)電壓的波前平緩（T1=數(shù)微秒到數(shù)十微秒）、波長(zhǎng)較長(zhǎng)（T2 =數(shù)百微秒）。 (4) 感應(yīng)雷擊過(guò)電壓在三相導(dǎo)線上同時(shí)出現(xiàn)，且數(shù)值基本相等，故不會(huì)出現(xiàn)相間電位差和相間閃絡(luò)；如

37、幅值較大，也只可能引起對(duì)地閃絡(luò)。導(dǎo)線上的感應(yīng)雷擊過(guò)電壓最大值導(dǎo)線上的感應(yīng)雷擊過(guò)電壓最大值Ui的計(jì)算的計(jì)算無(wú)避雷線無(wú)避雷線 1.在雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離s65m的情況下 2.雷擊于塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地物體有避雷線有避雷線 1.在雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離s65m的情況下 2.雷擊于塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地物體(kV) 25sIhUci(kV) ciahU (kV) )1 (250 khh-sIhUcgci(kV) )1 (0 khh-ahUcgci 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的防雷保護(hù)裝置主要有：避雷針、避雷線、保護(hù)間隙、各種避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等等。第二節(jié)第二

38、節(jié) 防雷保護(hù)裝防雷保護(hù)裝置置一、避雷針和避雷線一、避雷針和避雷線 電力系統(tǒng)中需要安裝直接雷擊防護(hù)裝置，廣泛采用的是避雷針和避雷線（又稱架空地線）。 避雷針適宜用于變電所、發(fā)電廠這樣相對(duì)集中的保護(hù)對(duì)象；避雷線適宜用于象架空線路那樣伸展很廣的保護(hù)對(duì)象。保護(hù)原理：避雷針（線）一般均高于被保護(hù)對(duì)象，它們的迎面先導(dǎo)往往開(kāi)始得最早，發(fā)展得最快，最先影響雷電下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之擊向避雷針(線)，并順利泄入地下，使處于它們周?chē)妮^低物體受到屏蔽保護(hù)、免遭雷擊。 保護(hù)范圍：表示避雷裝置的保護(hù)效能，保護(hù)范圍是相對(duì)的，每一個(gè)保護(hù)范圍都有規(guī)定的繞擊（概）率，繞擊指的是雷電繞過(guò)避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的現(xiàn)象。我國(guó)有

39、關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)于0.1的繞擊率。這樣小的繞擊率一般可認(rèn)為其保護(hù)作用已是足夠可靠的了。 (一) 單支避雷針 當(dāng)h30m時(shí),P1 當(dāng)30mUL ，可見(jiàn)電容上的壓降大于電源電勢(shì)，如圖9-15（c）所示。 隨著輸電電壓的提高、輸送距離的增長(zhǎng)，在分析空載長(zhǎng)線的電容效應(yīng)時(shí)，也需要采用分布參數(shù)等值電路，但基本結(jié)論與前面所述者相似。為了限制這種工頻電壓升高現(xiàn)象，大多采用并聯(lián)電抗器來(lái)補(bǔ)償線路的電容電流以削弱電容效應(yīng)，效果十分顯著。二、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高二、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高 不對(duì)稱短路是電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障形式，當(dāng)發(fā)生單相或兩相對(duì)地短路時(shí)，健全相上的電壓都會(huì)升高，其中單相接地引

40、起的電壓升高更大一些。此外，閥式避雷器的滅弧電壓通常也就是根據(jù)單相接地時(shí)的工頻電壓升高來(lái)選定的，所以下面只討論單相接地的情況。 單相接地時(shí)，故障點(diǎn)各相的電壓、電流是不對(duì)稱的，為了計(jì)算健全相上的電壓升高，通常采用對(duì)稱分量法和復(fù)合序網(wǎng)進(jìn)行分析，不僅計(jì)算方便，且可計(jì)及長(zhǎng)線的分布特性。0ACBKUUU21)()(31010210XXXXXXK 當(dāng)A相接地時(shí)，B、C兩健全相上電壓的模值為：系數(shù)K為接地系數(shù)。它表示單相接地故障時(shí)健全相 的最高對(duì)地工頻電壓有效值與無(wú)故障時(shí)對(duì)地電壓有 效值之比。 對(duì)中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)，采用“110避雷器”。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的3560kV電網(wǎng)，采用“100避 雷器”。 對(duì)

41、中性點(diǎn)有效接地的110220kV電網(wǎng)，采用“80避雷器”。 按電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式分析健全相電壓升高的程度： 三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高 當(dāng)輸電線路在傳輸較大容量時(shí)，斷路器因某種原因突然跳閘甩掉負(fù)荷時(shí)，會(huì)在原動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)內(nèi)引起一系列機(jī)電暫態(tài)過(guò)程，它是造成工頻電壓升高的又一原因。在一般情況下，220kV及以下的電網(wǎng)中不需要采取特殊措施來(lái)限制工頻電壓升高； 在330500kV超高壓電網(wǎng)中，應(yīng)采用并聯(lián)電抗器或靜止補(bǔ)償裝置等措施，將工頻電壓升高限制到1.31.4倍相電壓以下。 在考慮線路的工頻電壓升高時(shí)，如果同時(shí)計(jì)及空載線路的電容效應(yīng)、單相接地及突然甩負(fù)荷等情況，那么工頻電

42、壓升高可達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值。 實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明： 電力系統(tǒng)中存在著大量?jī)?chǔ)能元件，即儲(chǔ)存靜電能量的電容元件和儲(chǔ)存磁能的電感元件。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，這些電感、電容元件就有可能形成各種不同的振蕩回路，引起諧振過(guò)電壓。一、諧振過(guò)電壓的類型一、諧振過(guò)電壓的類型 通常認(rèn)為，系統(tǒng)中的電阻元件和電容元件均為線性元件，而電感元件則可分為三類：一類是線性的，第二類是非線性的，還有一類是電感值呈周期性變化的電感元件。與之相對(duì)應(yīng)，可能發(fā)生三種不同形式的諧振現(xiàn)象：第七節(jié)第七節(jié) 諧振過(guò)電諧振過(guò)電壓壓(一)線性諧振過(guò)電壓 電路中的電感L與電容C、電阻R一樣，都是線性參數(shù)。限制這種過(guò)電流和過(guò)電壓的方法是使回路脫離諧振狀態(tài)或增

43、加回路的損耗。在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，應(yīng)設(shè)法避開(kāi)諧振條件以消除這種線性諧振過(guò)電壓。 (二)參數(shù)諧振過(guò)電壓 系統(tǒng)中某些元件的電感會(huì)發(fā)生周期性變化。 這些元件正式投入運(yùn)行前，設(shè)計(jì)部門(mén)要進(jìn)行自激的校核， 避開(kāi)諧振點(diǎn)。(三)鐵磁諧振 當(dāng)電感元件帶有鐵心時(shí)，一般都會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，這時(shí)電感不再是常數(shù)而是隨著電流或磁通的變化而改變，在滿足一定條件時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象，它具有一系列不同于其他諧振過(guò)電壓特點(diǎn)。二、鐵磁諧振過(guò)電壓二、鐵磁諧振過(guò)電壓 為了探討這種過(guò)電壓最基本的物理過(guò)程，可利用圖9-17中最簡(jiǎn)單的L-C串聯(lián)諧振電路。 同一回路中，既可能產(chǎn)生振蕩頻率等于電源頻率的基頻諧振，也可以產(chǎn)生高次諧波和分次諧

44、波諧振。具有各種諧波諧振的可能性是鐵磁諧振的一個(gè)重要特點(diǎn)。 L是一只帶鐵心的非線性電感，電感值是一個(gè)變數(shù)，因而回路也就沒(méi)有固定的自振頻率。 圖9-18中分別畫(huà)出了電感上的電壓UL及電容上的電壓UC與電流 I 的關(guān)系。)(IUCICUC1 由于電容是線性的，所以 是一條直線 ；隨著電流的增大，鐵心出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，電感L不斷減小，設(shè)兩條伏安特性相交于P點(diǎn)。 當(dāng)ULUC時(shí)，電流是感性的； 當(dāng)UL E，即電壓降大于電動(dòng)勢(shì)，使回路電流減小，回到a1點(diǎn)。反之，若回路電流稍有減小，UE，即電壓降小于電動(dòng)勢(shì)，使回路電流增大小，回到a1點(diǎn)。 同樣方法分析a2 、a3，發(fā)現(xiàn)a3是穩(wěn)定點(diǎn)， a2是不穩(wěn)定點(diǎn)。 當(dāng)E超過(guò)

45、一定值后，可能只存在一個(gè)工作點(diǎn)。當(dāng)回路有兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí)，若電源電動(dòng)勢(shì)是逐步上升的，則能處于非諧振工作點(diǎn)。為了建立起穩(wěn)定的諧振點(diǎn)，回路必須經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的擾動(dòng)過(guò)程，例如發(fā)生事故，斷路器跳閘，切出故障等。這種需要經(jīng)過(guò)過(guò)渡過(guò)程建立的諧振現(xiàn)象稱之為鐵磁諧振的“激發(fā)”。而且一旦“激發(fā)”起來(lái)以后，諧振狀態(tài)就可以保持很長(zhǎng)時(shí)間，不會(huì)衰減。 基波的鐵磁諧振的特點(diǎn)： 1) 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必須相交，鐵磁諧振可在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生；2) 對(duì)鐵磁諧振電路，在同一電源電勢(shì)作用下，回路可能有不止一種穩(wěn)定工作狀態(tài)； 3) 鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因，但其飽和特性本身又限制了過(guò)電壓的幅值。

46、此外，回路中的損耗會(huì)使過(guò)電壓降低，當(dāng)回路電阻值大到一定數(shù)值時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的的諧振現(xiàn)象。 限制和消除鐵磁諧振過(guò)電壓的有效的措施為： （1）改善電磁式電壓互感器的激磁特性，或改用電容式電壓互感器。 （2）在電壓互感器開(kāi)口三角繞組中接入阻尼電阻，或在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)對(duì)地接入電阻。 （3）在有些情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對(duì)地電容器，或用電纜段代替架空線段，以增大對(duì)地電容，從參數(shù)搭配上避開(kāi)諧振。 （4）在特殊情況下，可將系統(tǒng)中性點(diǎn)臨時(shí)經(jīng)電阻接地或直接接地，或投入消弧線圈，也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù)，消除諧振過(guò)電壓。第十章第十章 電力系統(tǒng)絕緣配合電力

47、系統(tǒng)絕緣配合 隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高，電力系統(tǒng)的 絕緣配合問(wèn)題越來(lái)越重要。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性主要由停電次數(shù)及停 電時(shí)間來(lái)衡量。造成電力系統(tǒng)故障、停電的 主要原因是出現(xiàn)過(guò)電壓和絕緣故障，因此除了 要限制電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的過(guò)電壓外，還要保證 電氣設(shè)施具有合理的絕緣水平。 電力系統(tǒng)絕緣配合的根本任務(wù)是：正確處理過(guò)電壓和絕緣這一對(duì)矛盾，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)供電的目的。 就絕緣配合算經(jīng)濟(jì)帳時(shí)，應(yīng)該全面考慮投資費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和事故損失等三個(gè)方面，以求優(yōu)化總的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 絕緣配合的核心問(wèn)題是確定各種電氣設(shè)備的絕緣水平，它是絕緣設(shè)計(jì)的首要前提，往往以各種耐壓試驗(yàn)所用的試驗(yàn)電壓值來(lái)表示。第一節(jié)第一節(jié)

48、 絕緣配合基本概念絕緣配合基本概念電力系統(tǒng)中絕緣配合的示例：電力系統(tǒng)中絕緣配合的示例：1、架空線路與變電所之間的絕緣配合 2、同桿架設(shè)的雙回線路之間的絕緣配合 3、電氣設(shè)備內(nèi)絕緣與外絕緣之間的絕緣配合 4、各種外絕緣之間的絕緣配合 5、各種保護(hù)裝置之間的絕緣配合 6、被保護(hù)絕緣與保護(hù)裝置之間的絕緣配合 電力系統(tǒng)絕緣配合的發(fā)展過(guò)程大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： （一）多級(jí)配合（一）多級(jí)配合（19401940以前）以前） 采用多級(jí)配合的原則是：價(jià)格越昂貴、修復(fù)越困難、損壞后果越嚴(yán)重的絕緣結(jié)構(gòu)，其絕緣水平應(yīng)越高。 采用多級(jí)配合是由于當(dāng)時(shí)所用的避雷器保護(hù)性能不夠完善和穩(wěn)定，因而還不能把它的保護(hù)特性作為絕緣配

49、合的基礎(chǔ)。 但是采用多級(jí)配合必然會(huì)把設(shè)備內(nèi)絕緣水平抬得很高，這是特別不利的。（二）兩級(jí)配合（慣用法）（二）兩級(jí)配合（慣用法） 從二十世紀(jì)40年代后期開(kāi)始，越來(lái)越多的國(guó)家逐漸摒棄多級(jí)配合的概念而轉(zhuǎn)為采用兩級(jí)配合的原則，即以閥式避雷器的保護(hù)特性作為絕緣配合的基礎(chǔ)，將它的保護(hù)水平乘上一個(gè)綜合考慮各種影響因素和必要裕度的系數(shù)，就能確定絕緣應(yīng)有的耐壓水平。（三）絕緣配合統(tǒng)計(jì)法（三）絕緣配合統(tǒng)計(jì)法 規(guī)定出某一可以接受的絕緣故障率，容許冒一定的風(fēng)險(xiǎn)。用統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)和方法來(lái)處理絕緣配合問(wèn)題，以獲得優(yōu)化的總經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是一個(gè)涉及面很廣的綜合性技術(shù)課題，它對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性、過(guò)電壓與絕緣配

50、合、繼電保護(hù)、通信干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定等方面都有很大的影響。 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為非有效接地和有效接地兩大類。在這兩類接地方式不同的電網(wǎng)中，過(guò)電壓水平和絕緣水平都有很大的差別。第二節(jié)第二節(jié) 中性點(diǎn)接地方式對(duì)絕緣水平的影中性點(diǎn)接地方式對(duì)絕緣水平的影響響 下面從最大長(zhǎng)期工作電壓、雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓三個(gè)方面來(lái)分析中性點(diǎn)接地方式對(duì)絕緣水平的影響。1、最大長(zhǎng)期工作電壓最大長(zhǎng)期工作電壓 在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，由于單相接地故障時(shí)并不需要立即跳閘，而可以繼續(xù)帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，這時(shí)健全相上的工作電壓升高到線電壓，再考慮最大工作電壓可比額定電壓Un高1015，可見(jiàn)其最大長(zhǎng)期工作電壓為（1.11.15）

51、Un 。3nU 在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，最大長(zhǎng)期工作電壓僅為 （1.11.15）2、雷電過(guò)電壓雷電過(guò)電壓 實(shí)際作用到絕緣上的雷電過(guò)電壓幅值取決于閥式避雷器的保護(hù)水平。由于閥式避雷器的滅弧電壓是按最大長(zhǎng)期工作電壓選定的，因而有效接地系統(tǒng)中所用避雷器的滅弧電壓約比同一電壓等級(jí)、中性點(diǎn)為非有效接地系統(tǒng)中的避雷器低 20左右。3、內(nèi)部過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓 在有效接地系統(tǒng)中，內(nèi)部過(guò)電壓是在相電壓的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展的，而在非有效接地系統(tǒng)中，則有可能在線電壓的基礎(chǔ)上發(fā)生和發(fā)展，因而前者要比后者低 2030左右。結(jié)論：中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)的絕緣水平可比非有效接 地系統(tǒng)低20左右。 降低絕緣水平的經(jīng)濟(jì)效益大小與系統(tǒng)的

52、電壓等級(jí)有很大的關(guān)系： 在110kV及以上的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用在總建設(shè)費(fèi)用中所占比重較大，因而采用有效接地方式以降低系統(tǒng)絕緣水平在經(jīng)濟(jì)上好處很大。 在66kV及以下的系統(tǒng)中，絕緣費(fèi)用所占比重不大，降低絕緣水平在經(jīng)濟(jì)上的好處不明顯，因而供電可靠性上升為首要考慮因素，所以一般均采用中性點(diǎn)非有效接地方式。但是，635kV配電網(wǎng)往往發(fā)展很快，采用電纜的比重也不斷增加，且運(yùn)行方式經(jīng)常變化，給消弧線圈的調(diào)諧帶來(lái)困難，并易引發(fā)多相短路。故近年來(lái)有些以電纜網(wǎng)絡(luò)為主的610kV大城市或大型企業(yè)配電網(wǎng)不再象過(guò)去那樣一律采用中性點(diǎn)非有效接地方式，有一部分改用了中性點(diǎn)經(jīng)低值或中值電阻接地的方式，它們屬于有效接地系統(tǒng)，發(fā)

53、生單相接地故障時(shí)立即跳閘。 到目前為止，慣用法仍是采用得最廣泛的絕緣配合方法，除了在有些330kV及以上的超高壓線路絕緣設(shè)計(jì)中采用統(tǒng)計(jì)法以外，其他情況下主要采用的仍均為慣用法。 根據(jù)兩級(jí)配合的原則，確定電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)是避雷器的保護(hù)水平，它就是避雷器上可能出現(xiàn)的最大電壓，如果再考慮設(shè)備安裝點(diǎn)與避雷器間的電氣距離所引起的電壓差值、絕緣老化所引起的電氣強(qiáng)度下降、避雷器保護(hù)性能在運(yùn)行中逐漸劣化、沖擊電壓下?lián)舸╇妷旱姆稚⑿?、必要的安全裕度等因素而在保護(hù)水平上再乘以一個(gè)配合系數(shù)，即可得出應(yīng)有的絕緣水平。第三節(jié)第三節(jié) 絕緣配合慣用法絕緣配合慣用法 由于 220kV（其最大工作電壓為252kV）及以下

54、電壓等級(jí)和 220kV以上電壓等級(jí)電力系統(tǒng)在過(guò)電壓保護(hù)措施、絕緣耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目、最大工作電壓倍數(shù)、絕緣裕度取值等方面都存在差異，所以在作絕緣配合時(shí)，可分為以下兩個(gè)電壓范圍（以系統(tǒng)的最大工作電壓Um來(lái)表示），區(qū)別對(duì)待：kVUm252kVUkVm2525.3范圍：范圍：)(BILlplUK（一）雷電過(guò)電壓下的絕緣配合 電氣設(shè)備在雷電過(guò)電壓下的絕緣水平通常用它們的基本沖擊絕緣水平（BIL）來(lái)表示：Up(l)閥式避雷器在雷電過(guò)電壓下的保護(hù)水平，不過(guò)通常 簡(jiǎn)化為以配合電流下的殘壓UR作為保護(hù)水平，kVKl 雷電過(guò)電壓下的配合系數(shù)。RU) 4 . 125. 1 (BIL 我國(guó)使用的經(jīng)驗(yàn)公式： 在電氣設(shè)備與避

55、雷器相距很近時(shí)取1.25，相距較遠(yuǎn)時(shí)取1.4。 在按內(nèi)部過(guò)電壓作絕緣配合時(shí)，通常不考慮諧振過(guò)電壓，因?yàn)樵谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇運(yùn)行方式時(shí)均應(yīng)設(shè)法避免諧振過(guò)電壓的出現(xiàn)；此外，也不單獨(dú)考慮工頻電壓升高，而把它的影響包括在最大長(zhǎng)期工作電壓內(nèi)，這樣一來(lái)，就歸結(jié)為操作過(guò)電壓下的絕緣配合了。（二）操作過(guò)電壓下的絕緣配合分兩種情況來(lái)討論：UKKS0SIL )( SILspsUK 25. 115. 1sK對(duì)于范圍這一類變電所中的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，其 操作沖擊絕緣水平（SIL）可按下式求得 式中 Ks為操作過(guò)電壓下的配合系數(shù)。 對(duì)于范圍（EHV）這一類變電所的電氣設(shè)備來(lái) 說(shuō)，其操作沖擊絕緣水平按下式計(jì)算： 式中操作過(guò)電壓下

56、的配合系數(shù) Up(s)閥式避雷器在操作過(guò)電壓下的保護(hù)水平 短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)電壓值往往要比額定相電壓高出數(shù)倍，它的目的和作用是代替雷電沖擊和操作沖擊耐壓試驗(yàn)、等效地檢驗(yàn)絕緣在這兩類過(guò)電壓下的電氣強(qiáng)度。 凡是合格通過(guò)工頻耐壓試驗(yàn)的設(shè)備絕緣在雷電和操作過(guò)電壓作用下均能可靠地運(yùn)行。為了更加可靠和直觀，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）規(guī)定： 1 1、對(duì)于、對(duì)于300kV300kV以下的電氣設(shè)備以下的電氣設(shè)備 （1）絕緣在工頻工作電壓、暫時(shí)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓下的性能用短時(shí)（1min）工頻耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)； （2）絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。 2 2、對(duì)于、對(duì)于300kV300kV及

57、以上的電氣設(shè)備及以上的電氣設(shè)備 （1）絕緣在操作過(guò)電壓下的性能用操作沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)； （2）絕緣在雷電過(guò)電壓下的性能用雷電沖擊耐壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。（四）長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)（四）長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn) 當(dāng)內(nèi)絕緣的老化和外絕緣的污染對(duì)絕緣在工頻工作電壓和過(guò)電壓下的性能有影響時(shí)，尚需作長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)。 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種電壓等級(jí)電氣設(shè)備以耐壓值表示的絕緣水平作出如表10-1所示的規(guī)定。 由于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，長(zhǎng)時(shí)間工頻高壓試驗(yàn)時(shí)所加的試驗(yàn)電壓值和加壓時(shí)間均與短時(shí)工頻耐壓試驗(yàn)不同。一、絕緣子串的選擇一、絕緣子串的選擇線路絕緣子串應(yīng)滿足三方面的要求： 1）在工作電壓下不發(fā)生污閃； 2）在操作過(guò)電壓下不發(fā)生濕

58、閃； 3）具有足夠的雷電沖擊絕緣水平，能保證線路的耐雷水平與雷擊跳閘率 滿足規(guī)定要求。通常按下列順序進(jìn)行選擇：1）根據(jù)機(jī)械負(fù)荷和環(huán)境條件選定所用懸式絕緣子的型號(hào)；2）按工作電壓所要求的泄漏距離選擇串中片數(shù)；3）按操作過(guò)電壓的要求計(jì)算應(yīng)有的片數(shù)；4）按上面2、3所得片數(shù)中的較大者，校驗(yàn)該線路的耐雷水平與雷擊跳閘率 是否符合規(guī)定要求。第四節(jié)第四節(jié) 架空輸電線路的絕緣配架空輸電線路的絕緣配合合（一）按工作電壓要求（一）按工作電壓要求 線路的閃絡(luò)率與該線路的爬電比距密切相關(guān)，根據(jù)線路所在地區(qū)的污穢等級(jí)來(lái)選定值，就能保證必要的運(yùn)行可靠性。 設(shè)每片絕緣子的幾何爬電距離為L(zhǎng)0（cm），即可按爬電比距的定義得

59、meULnK0n為絕緣子片數(shù)，Um為系統(tǒng)最高工作電壓有效值，Ke 為絕緣子爬電距離有效系數(shù)。 為了避免污閃事故，所需的絕緣子片數(shù)應(yīng)為01LKUnem（二）按操作過(guò)電壓要求（二）按操作過(guò)電壓要求 絕緣子串在操作過(guò)電壓的作用下，也不應(yīng)發(fā)生濕閃。在沒(méi)有完整的絕緣子串在操作波下的濕閃電壓數(shù)據(jù)的情況下，只能近似地用絕緣子串的工頻濕閃電壓來(lái)代替。 電網(wǎng)中操作過(guò)電壓幅值的計(jì)算值K0U，其中K0為操作過(guò)電壓倍數(shù)。 設(shè)此時(shí)應(yīng)有的絕緣子片數(shù)為n2，則由n2片組成的絕緣子串的工頻濕閃電壓幅值為UKUW01 .11.1為綜合考慮各種影響因素和必要裕度的一個(gè)綜合修正系數(shù) 只要知道各種類型絕緣子串的工頻濕閃電壓與其片數(shù)的

60、關(guān)系，就可以利用 求得應(yīng)有的n2值。UKUW01 . 1022nnn 再考慮需增加的零值絕緣子片數(shù)n0后，最后得出的操作過(guò)電壓所要求的片數(shù)為我國(guó)規(guī)定預(yù)留的零值絕緣子片數(shù)見(jiàn)表10-2 如果已掌握該絕緣子串在正極性操作沖擊波下的50放電電壓U50%(s)與片數(shù)的關(guān)系，也可以用下面的方法來(lái)求出此時(shí)應(yīng)有的片數(shù)n2和n2 。 該絕緣子串應(yīng)具有下式所示的50操作沖擊放電電壓sssUKU)%(50Us 對(duì)范圍，它等于K0U ；對(duì)范圍，它應(yīng)為合空線、單相 重合閘、三相重合閘這三種操作過(guò)電壓中最大者。 Ks 絕緣子串操作過(guò)電壓配合系數(shù)，對(duì)范圍取1.17，對(duì)范圍 取1.25。（三）按雷電過(guò)電壓要求（三）按雷電過(guò)電