第9章過電壓保護和絕緣配合

1、l9.1.1 系統(tǒng)運行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓l9.1.1.1 系統(tǒng)運行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓有：l(1)正常運行時的工頻電壓。l(2)暫時過電壓(工頻過電壓,諧振過電壓)。l(3)操作過電壓。l(4)雷電過電壓。l9.1.1.2 設(shè)備上的作用電壓，按波形的分類。l設(shè)備在運行中可能受到的作用電壓，按照作用電壓的幅值、波形及持續(xù)時間，可分為：l(1)持續(xù)工頻電壓(其值不超過設(shè)備最高電壓Um)，持續(xù)時間等于設(shè)備設(shè)計的運行壽命。l(2)暫時過電壓(包括工頻電壓升高、諧振過電壓)。l(3)緩波前(操作)過電壓。l(4)快波前(雷電)過電壓。l(5)陡波前過電壓。l9.1.1.4 相對地暫時過電壓和操

2、作過電壓的標(biāo)么值如下：l (1)工頻過電壓的1.0p.u.=Um1.732；l ( 2 ) 諧 振 過 電 壓 和 操 作 過 電 壓 的 1.0p.u.=Um(1.414/1.732),l Um為系統(tǒng)最高電壓。l9.1.1.5 系統(tǒng)最高電壓的范圍。l (1)范圍I：3.6kVUm252kV; 1kVUm252kV; l (2)范圍II：Um252kV。l9.1.2 電力系統(tǒng)過電壓水平l9.1.2.1 工頻過電壓的允許水平。l 系統(tǒng)的工頻過電壓水平一般不宜超過下列數(shù)值:l 330-500kV 線路斷路器的變電所側(cè) 1.3p.u.l 線路斷路器的線路側(cè) 1.4p.u.l 110220kV 1.3

3、p.u.l 35-66kV 1.732p.u.l 3-10kV (1.1*1.732)p.u.l9.1.2.2 操作過電壓的允許水平。l(1)相對地：500kV(直接接地系統(tǒng)) 2.0p.u.l 330kV(直接接地系統(tǒng)) 2.2p.u.l 110-220kV(直接接地系統(tǒng)) 3.0p.u. l 66kV及以下(非直接接地系統(tǒng)) 4.0p.u.l 35kV及以下(低電阻接地系統(tǒng)) 3.2p.u.l(2)相間:l330500kV(取相對地過電壓的倍數(shù))1.31.4l 3220kV(取相對地過電壓的倍數(shù))1.5l9.2.1 雷電過電壓特點l9.2.1.1 雷電參數(shù)。l(1)雷電流幅值的概率。l 1

4、)除2)所述地區(qū)以外的我國一般地區(qū)雷電流幅值超過I的概率可按式(921)求得，即l lgP=-(I/88) (9-2-1)l式中 P雷電流幅值概率；l I雷電流幅值，kA。l 2)陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)(這類地區(qū)的平均年雷暴日數(shù)在20及以下)雷電流幅值較小，可由式(9-2-2)求得，即l lgP=-(I/44) (9-2-2)l(2)平均年雷暴日數(shù)宜根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_多年資料獲得或參照全國平均年雷暴日數(shù)分布圖確定。l1)少雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)不超過15的地區(qū)；l2)中雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過15但不超過40的地區(qū)；l3)多雷區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過40但不超過90的地區(qū)；l4)雷

5、電活動特殊強烈地區(qū)，平均年雷暴日數(shù)超過90的地區(qū)及根據(jù)運行經(jīng)驗雷害特殊嚴(yán)重的地區(qū)。l(3)在線路防雷設(shè)計中，雷電流波頭長度一般取26Is，波頭形狀取斜角形；在設(shè)計特殊高塔時，可取半余弦波形，其最大陡度與平均陡度之比為2。l(4)地面落雷密度為每一雷電日每平方公里對地平均落雷次數(shù)，一般40雷電日地區(qū)為007。l9.2.1.2 線路雷電過電壓 l(1)當(dāng)雷擊線路桿塔或避雷線時，可能造成絕緣子串、塔頭空氣間隙和避雷線與導(dǎo)線間空氣間隙閃絡(luò)，形成對導(dǎo)線的反擊產(chǎn)生過電壓。設(shè)計時要求塔頭空氣間隙和檔距中央空氣間隙的絕緣水平高于絕緣子串的絕緣水平。l 絕緣子串上承受的雷電過電壓與桿塔自身電感、接地電阻、避雷線

6、分流系統(tǒng)以及雷電流幅值有關(guān)，通常以耐雷水平(線路能承受該雷電流幅值而絕緣子串不致發(fā)生閃絡(luò))作為線路的耐雷指標(biāo)。l(2)雷直擊(無避雷線線路)和繞擊(有避雷線線路)導(dǎo)線將隨著電壓等級的增高,線路繞擊的事故率增加，故電壓等級的增高繞擊事故率占總事故率的比重增大。l9.2.1.3 發(fā)電廠、變電所雷電過電壓l(1)雷直接擊在發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備上產(chǎn)生直擊雷過電壓，由于過電壓幅值很高，會造成設(shè)備的損壞，應(yīng)對直擊雷采取防護措施。l 當(dāng)雷擊發(fā)電廠避雷針、線或其他建、構(gòu)筑物，將引起接地網(wǎng)沖擊電位增高，會造成對電氣設(shè)備的反擊，產(chǎn)生反擊過電壓。反擊過電壓的幅值取決于雷電流幅值、地網(wǎng)沖擊電阻、引流點位置和設(shè)備充電

7、回路的時間常數(shù)。l (2)雷擊附近物體或地面，由于空間電磁場發(fā)生劇烈變化，在線路的導(dǎo)線上或其他金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。一般感應(yīng)過電壓僅對35kV及以下線路和電氣設(shè)備絕緣有危害。l 當(dāng)雷擊點與導(dǎo)線的距離大于65m時，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓可按式(923)計算。l (3)輸電線路受到雷擊，雷電波沿導(dǎo)線侵入到發(fā)電廠電氣設(shè)備上，產(chǎn)生侵入雷電波過電壓。過電壓幅值與發(fā)電廠進線保護段耐雷水平，雷擊點距發(fā)電廠的距離，導(dǎo)線電暈衰減與發(fā)電廠接線、運行方式有關(guān)。l9.2.2 雷電過電壓的限制和保護設(shè)計l9.2.2.1 設(shè)計和運行中應(yīng)考慮直接雷擊、雷電反擊和感應(yīng)雷電過電壓對電氣裝置的危害。l9.2.2.2 架空線路上的雷

8、電過電壓。l (1)距架空線路S65m處，雷云對地放電時，線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓最大值可按式(923)計算，即l Ui(25*I*hc/S) (9-2-3)l式中 Ui雷擊大地時感應(yīng)過電壓最大值，kV；l I雷電流幅值(一般不超過100)，kA；l hc導(dǎo)線平均高度，m；l S雷擊點與線路的距離，m。l線路上的感應(yīng)過電壓為隨機變量，其最大值可達300400kV,一般僅對35kV及以下線路的絕緣有一定威脅。l(2)雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓，可按式(924)確定，即l UslOOI (9-2-4)l式中 Us雷擊點過電壓最大值，kV。l 雷直擊導(dǎo)線形成的過電壓易導(dǎo)致線路絕緣閃絡(luò)。架設(shè)避雷

9、線可有效地減少雷直擊導(dǎo)線的概率。l(3)因雷擊架空線路避雷線、桿頂形成作用于線路絕緣的雷電反擊過電壓，與雷電參數(shù)、桿塔型式、高度和接地電阻等有關(guān)。l 宜適當(dāng)選取桿塔接地電阻，以減少雷電反擊過電壓的危害。l9.2.2.3 發(fā)電廠和變電所內(nèi)的雷電過電壓來自雷電對配電裝置的直接雷擊、反擊和架空進線上出現(xiàn)的雷電侵入波。l (1)應(yīng)該采用避雷針或避雷線對高壓配電裝置進行直擊雷保護并采取措施防止反擊。l (2)應(yīng)該采取措施防止或減少發(fā)電廠和變電所近區(qū)線路的雷擊閃絡(luò)，并在發(fā)電廠、變電所內(nèi)適當(dāng)配置閥式避雷器，以減少雷電侵入波過電壓的危害。l (3)按標(biāo)準(zhǔn)要求對采用的雷電侵入波過電壓保護方案校驗時，校驗條件為保

10、護接線一般應(yīng)該保證2km外線路導(dǎo)線上出現(xiàn)雷電侵入波過電壓時，不引起發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)備絕緣損壞。l9.2.2.4 雷電過電壓的保護設(shè)計l (1)高壓架空線路的雷電過電壓保護見9.5.1。l (2)發(fā)電廠和變電所的雷電過電壓保護見9.5.2。l (3)配電系統(tǒng)的雷電過電壓保護見9.5.3。l (4)旋轉(zhuǎn)電機的雷電過電壓保護見9.5.4。l9.2.3 雷電過電壓保護裝置的選擇l9.2.3.1 避雷針和避雷線。l(1)單支避雷針的保護范圍(見圖921)。l 1)避雷針在地面上的保護半徑，應(yīng)按式(921)計算，保護半徑r為l r=1.5hP (9-2-5)l式中 r保護半徑，m；l h避雷針的高度，

11、m；l P高度影響系數(shù)，h30m，P=1; 30mh120m，P=5.5/(h)0.5;當(dāng)h120m時，取其等于120m。ll（2）在被保護物高度hx水平面上的保護半徑rx應(yīng)按下列方法確定：l a)當(dāng)hx0.5h時l rx=(h-hx)P (9-2-6)l式中 rx避雷針在hx水平面上的保護半徑,m;l hx被保護物的高度，m；l ha避雷針的有效高度，m。l b)當(dāng)hx0.5h時l rx=(1.5h-2hx)P (9-2-7)l l(2)兩支等高避雷針的保護范圍l 1)兩針外側(cè)的保護范圍應(yīng)按單支避雷針的計算方法確定。l 2)兩針間的保護范圍應(yīng)按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定

12、，圓弧的半徑為只。O點為假想避雷針的頂點，其高度應(yīng)按式(928)計算，為l h0=h-(D/7P) (9-2-8)l式中 ho兩針間保護范圍上部邊緣最低點高度，m；l D兩避雷針間的距離，m。l兩針間hx水平面上保護范圍的一側(cè)最小寬度應(yīng)按圖9-2-3確定。當(dāng)bxrx時，取bx=rx。l求得bx后，可按圖922繪出兩針間的保護范圍。l兩針間距離與針高之比Dh不宜大于5。 l(3)多支等高避雷針的保護范圍見圖924(a)及圖9 24(b)。l1) 三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切蔚耐鈧?cè)保護范圍應(yīng)分別按兩支等高避雷針的方法計算確定。如在三角形內(nèi)被保護物最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護范圍一側(cè)最小

13、寬度bx0，則全部面積即受到保護。l2)四支及以上等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切?，可先將其分成兩個或數(shù)個三角形，然后分別按三支等高避雷針的方法計算。如各邊的保護范圍一側(cè)最小寬度bx0，則全部面積即受到保護。l(4)單根避雷線在hx水平面上每側(cè)保護范圍的寬度(見圖925)。l 1)當(dāng)hx(h/2)時l rx=0.47(h-hx)P (9-2-9) l式中 rx每側(cè)保護范圍的寬度，m。l 2)當(dāng)hx(h/2)時l rx=(h-1.53hx)P (9-2-10) l(5)兩根等高平行避雷線的保護范圍(見圖926)。l 1)兩避雷線外側(cè)的保護范圍應(yīng)按單根避雷線的計算方法確定。l 2)兩避雷線間各橫截

14、面的保護范圍應(yīng)由通過兩避雷線1、2點及保護范圍邊緣最低點O的圓弧確定。O點的高度應(yīng)按式(9211)計算，即l h0=h-(D/4P) (9-2-11)l式中 h0兩避雷線間保護范圍上部邊緣最低點的高度,m;l D兩避雷線間的距離，m；l h避雷線的高度，m。l3)兩避雷線端部的兩側(cè)保護范圍仍按單根避雷線保護范圍計算。兩線間保護最小寬度(參見圖922)按下列方法確定：l a)當(dāng)hx(h/2)時l rx=0.47(h0-hx)P (9-2-12) l式中 rx每側(cè)保護范圍的寬度，m。l b)當(dāng)hx(h/2)時l rx=(h0-1.53hx)P (9-2-13) l(6)不等高避雷針、避雷線的保護范

15、圍(見圖927)。l 1 ) 兩 支 不 等 高 避 雷 針 外 側(cè) 的 保 護 范圍應(yīng)分別按單支避雷針的計算方法確定。 l 2)兩支不等高避雷針間的保護范圍應(yīng)按單支避雷針的計算方法，先確定較高避雷針1的保護范圍，然后由較低避雷針2的頂點，作水平線與避雷針1的保護范圍相交于點3，取點3為等效避雷針的頂點，再按兩支等高避雷針的計算方法確定避雷針2和3間的保護范圍。通過避雷針2、3頂點及保護范圍上部邊緣最低點的圓弧，其弓高應(yīng)按式(9214)計算，為l f=D/7P (9-2-11)l式中 f圓弧的弓高，m；l D/避雷針2和等效避雷針3間的距離，m。 l 3)對多支不等高避雷針?biāo)纬傻亩嘟切危飨?/p>

16、鄰兩避雷針的外側(cè)保護范圍按兩支不等高避雷針的計算方法確定；三支不等高避雷針，如在三角形內(nèi)被保護物最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護范圍一側(cè)最小寬度bx0，則全部面積即受到保護；四支及以上不等高避雷針?biāo)纬傻亩嘟切?，其?nèi)側(cè)保護范圍可仿照等高避雷針的方法確定。l 4 ) 兩 根 不 等 高 避 雷 線 各 橫 截 面 的 保 護 范圍，應(yīng)仿照兩支不等高避雷針的方法，按式(9211)計算。l(7)山地和坡地上的避雷針，由于地形、地質(zhì)、氣象及雷電活動的復(fù)雜性，避雷針的保護范圍應(yīng)有所減小。避雷針的保護范圍可按式(925)式(927)的計算結(jié)果和依圖923確定的bx等乘以系數(shù)0.75求得；式(928

17、)可修改為h0=h-(D/5P);式(9214)可修改為f=D/5P。 l利用山勢設(shè)立的遠(yuǎn)離被保護物的避雷針不得作為主要保護裝置。l (8)相互靠近的避雷針和避雷線的聯(lián)合保護范圍可近似按下列方法確定(見圖928):l避雷針、線外側(cè)保護范圍分別按單針、線的保護范圍l確定。內(nèi)側(cè)首先將不等高針、線劃為等高針、線，然后將等高針、線視為等高避雷線計算其保護范圍。 l9.2.3.2 閥式避雷器l (1)采用閥式避雷器進行雷電過電壓保護時，除旋轉(zhuǎn)電機外，對不同電壓范圍、不同系統(tǒng)接地方式的避雷器選型如下：l 1)有效接地系統(tǒng)，范圍應(yīng)該選用金屬氧化物避雷器；范圍I宜采用金屬氧化物避雷器；l 2)氣體絕緣全封閉組

18、合電器(GIS)和低電阻接地系統(tǒng)應(yīng)該選用金屬氧化物避雷器； ll 3)不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中諧振過電壓和間歇性電弧接地過電壓等發(fā)生的可能性及其嚴(yán)重程度，可任選金屬氧化物避雷器或碳化硅普通閥式避雷器。l(2)旋轉(zhuǎn)電機的雷電侵入波過電壓保護，宜采用旋轉(zhuǎn)電機金屬氧化物避雷器或旋轉(zhuǎn)電機磁吹閥式避雷器。l(3)有串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器和碳化硅閥式避雷器的額定電壓,一般情況下應(yīng)符合下列要求：l 1)110kV及220kV有效接地系統(tǒng)不低于0.8Um；l 2)310kV和35kV、66kV系統(tǒng)分別不低于1.1Um和Um；l3kV及以上具有發(fā)電機的系統(tǒng)不低于1.1Um(Um為發(fā)電機

19、最高運行電壓)；l 3)中性點避雷器的額定電壓，對320kV和35、66kV系統(tǒng)，分別不低于0.64Um和0.58Um；對3-20kV發(fā)電機，不低于0.64Um.g。l(4)采用無間隙金屬氧化物避雷器作為雷電過電壓保護裝置時，應(yīng)符合下列要求：l 1)避雷器的持續(xù)運行電壓和額定電壓應(yīng)不低于表921所列數(shù)值；l 2)避雷器能承受所在系統(tǒng)作用的暫時過電壓和操作過電壓能量。l(5)閥式避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓，不應(yīng)大于被保護電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機除外)準(zhǔn)雷電沖擊全波耐受電壓的71。l(6)發(fā)電廠和變電所內(nèi)35kV及以上避雷器應(yīng)裝設(shè)簡單可靠的多次動作記錄器或磁鋼記錄器。ll9233 排氣式避雷器。l (1

20、)在選擇排氣式避雷器時，開斷續(xù)流的上限，考慮非周期分量，不得小于安裝處短路電流的最大有效值；開斷續(xù)流的下限，不考慮非周期分量，不得大于安裝處短路電流的可能最小值。l (2)如按開斷續(xù)流的范圍選擇排氣式避雷器，最大短路電流應(yīng)按雷季電力系統(tǒng)最大運行方式計算，并包括非周期分量的第一個半周短路電流有效值。如計算困難，對發(fā)電廠附近，可將周期分量第一個半周的有效值乘以1.5；距發(fā)電廠較遠(yuǎn)的地點，乘以1.3。最小短路電流應(yīng)按雷季電力系統(tǒng)最小運行方式計算，且不包括非周期分量。l (3)排氣式避雷器外間隙的距離，在符合保護要求的條件下，應(yīng)采用較大的數(shù)值。表921。l9.3.1 暫時過電壓的特點l9.3.1.1

21、工頻過電壓的性質(zhì)。l 工頻過電壓的頻率為工頻或接近工頻，幅值不高，在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，約為工頻電壓的3倍；在中性點直接接地系統(tǒng)中，一般不允許超過15倍。l 工頻過電壓常發(fā)生在故障引起的長線切合過程中。在發(fā)電機暫態(tài)電勢Ed為常數(shù)時，工頻過電壓處于暫態(tài)狀態(tài)，持續(xù)時間不超過1s。由于在0.11s以內(nèi)，工頻過電壓僅變化23，一般多取0.1s左右的暫態(tài)數(shù)值作為參考值。此后，發(fā)電機自動電壓調(diào)整器發(fā)生作用，Ed變化，在2-3s以后，系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。此時的工頻過電壓稱為工頻穩(wěn)態(tài)過電壓。l工頻過電壓對220kV及以下電力網(wǎng)的電氣設(shè)備沒有危險，但對330kV及以上的超高壓電網(wǎng)影響很大，需要采取

22、措施予以限制。l9.3.1.2 諧振過電壓的性質(zhì)l電網(wǎng)中的電感、電容元件，在定電源的作用下，并受到操作或故障的激發(fā)，使得某一自由振蕩頻率與外加強迫頻率相等，形成周期性或準(zhǔn)周期性的劇烈振蕩,電壓振幅急劇上升，出現(xiàn)嚴(yán)重諧振過電壓。l各種諧振過電壓可以歸納為三種類型，即線形諧振、鐵磁諧振和參數(shù)諧振。l 限制諧振過電壓的基本方法，一是盡量防止它發(fā)生，這就要在設(shè)計中做出必要的預(yù)測，適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，避免諧振發(fā)生；二是縮短諧振存在的時間，降低諧振的幅值，削弱諧振的影響。一般采用電阻阻尼進行抑制。l9.3.2 暫時過電壓的限制和保護設(shè)計l9.3.2.1 工頻過電壓、諧振過電壓與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容量、參數(shù)、運行方式

23、以及各種安全自動裝置的特性有關(guān)。工頻過電壓、諧振過電壓除增大絕緣承受電壓外，還對選擇過電壓保護裝置有重要影響。l (1)系統(tǒng)中的工頻過電壓一般由線路空載、接地故障和甩負(fù)荷等引起。對范圍的工頻過電壓，在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際條件加以預(yù)測。根據(jù)這類系統(tǒng)的特點，有時需綜合考慮這幾種因素的影響。l 通?？扇≌Ｋ碗姞顟B(tài)下甩負(fù)荷和在線路受端有單相接地故障情況下甩負(fù)荷作為確定系統(tǒng)工頻過電壓的條件。l 對工頻過電壓應(yīng)采取措施加以降低。一般主要采用在線路上安裝并聯(lián)電抗器的措施限制工頻過電壓。在線路上架設(shè)良導(dǎo)體降低工頻過電壓時，宜通過技術(shù)經(jīng)濟比較加以避雷線確定。系統(tǒng)的工頻過電壓水平一般不宜超過下列數(shù)值：線路斷路器的變

24、電所側(cè) 1.3p.ul線路斷路器的線路側(cè) 1.4p.ull (2)對范圍I中的1lOkV及220kV系統(tǒng)，工頻過電壓一般不超過1.3p.u.；3lOkV和3566kV系統(tǒng)，一般分別不超過1.13p.u.和3p.u.。l應(yīng)避免在1lOkV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓。對可能形成這種局部系統(tǒng)、低壓側(cè)有電源的1lOkV及220kV變壓器不接地的中性點應(yīng)裝設(shè)間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作。間隙距離的選擇除應(yīng)滿足這兩項要求外，還應(yīng)兼顧雷電過電壓下保護變 壓 器 中 性 點 標(biāo) 準(zhǔn) 分 級

25、絕 緣 的 要 求 參 見9523(5)。l9.3.2.2 諧振過電壓包括線性諧振和非線性(鐵磁)諧振過電壓，一般因操作或故障引起系統(tǒng)元件參數(shù)出現(xiàn)不利組合而產(chǎn)生。應(yīng)采取防止措施，避免出現(xiàn)諧振過電壓的條件；或用保護裝置限制其幅值和持續(xù)時間。l(1)為防止發(fā)電機電感參數(shù)周期性變化引起的發(fā)電機自勵磁(參數(shù)諧振)過電壓，可采取下列防止措施：l 1)使發(fā)電機的容量大于被投入空載線路的充電功率；l 2)避免發(fā)電機帶空載線路啟動或避免以全電壓向空載線路合閘；l 3)快速勵磁自動調(diào)節(jié)器可限制發(fā)電機同步自勵過電壓。發(fā)電機異步自勵過電壓，用速動過電壓繼電保護切機以限制其作用時間。l(2)應(yīng)該采用轉(zhuǎn)子上裝設(shè)阻尼繞組

26、的水輪發(fā)電機，以限制水輪發(fā)電機不對稱短路或負(fù)荷l嚴(yán)重不平衡時產(chǎn)生的諧振過電壓。l9.3.2.3 范圍的系統(tǒng)當(dāng)空載線路上接有并聯(lián)電抗器，且其零序電抗小于線路零序容抗時，如發(fā)生非全相運行狀態(tài)(分相操動的斷路器故障或采用單相重合閘時)，由于線間電容的影響，斷開相上可能發(fā)生諧振過電壓。l上述條件下由于并聯(lián)電抗器鐵芯的磁飽和特性，有時在斷路器操作產(chǎn)生的過渡過程激發(fā)下，可能發(fā)生以工頻基波為主的鐵磁諧振過電壓。l 在并聯(lián)電抗器的中性點與大地之間串接一接地電抗器，一般可有效地防止這種過電壓。l該接地電抗器的電抗值宜按補償并聯(lián)電抗器所接線路的相間電容選擇，同時應(yīng)考慮以下因素： l(1)并聯(lián)電抗器、接地電抗器的電

27、抗及線路容抗的實際值與設(shè)計值的變異范圍。l(2)限制潛供電流的要求。l(3)連接接地電抗器的并聯(lián)電抗器中性點絕緣水平。l9.3.2.4 范圍的系統(tǒng)中，當(dāng)空載線路(或其上接有空載變壓器時)由電源變壓器斷路器合閘、重合閘或由只帶有空載線路的變壓器低壓側(cè)合閘、帶電線路末端的空載變壓器合閘以及系統(tǒng)解列等情況下，如由這些操作引起的過渡過程的激發(fā)使變壓器鐵芯磁飽和、電感作周期性變化，回路等值電感在2倍工頻下的電抗與2倍工頻下線路入口容抗接近相等時，可能產(chǎn)生以2次諧波為主的高次諧波諧振過電壓。l 應(yīng)盡量避免產(chǎn)生2次諧波諧振的運行方式、操作方式以及防止在故障時出現(xiàn)該種諧振的接線；確實無法避免時，可在變電所線路

28、繼電保護裝置內(nèi)增設(shè)過電壓速斷保護，以縮短該過電壓的持續(xù)時間。l9.3.2.5 范圍工的系統(tǒng)中有可能出現(xiàn)下列諧振過電壓：l (1)1lOkV及220kV系統(tǒng)采用帶有均壓電容的斷路器開斷連接有電磁式電壓互感器的空載母線，經(jīng)驗算有可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓時，宜選用電容式電壓互感器。已裝有電磁式電壓互感器時，運行中應(yīng)避免可能引起諧振的操作方式，必要時可裝設(shè)專門消除此類鐵磁諧振的裝置。l (2)由單一電源側(cè)用斷路器操作中性點不接地的變壓器出現(xiàn)非全相或熔斷器非全相熔斷時，如變壓器的勵磁電感與對地電容產(chǎn)生鐵磁諧振，能產(chǎn)生2.0-3.0Pu的過電壓；有雙側(cè)電源的變壓器在非全相分合閘時，由于兩側(cè)電源的不同步在變壓

29、器中性點上可出現(xiàn)接近于2.0p.u.的過電壓，如產(chǎn)生鐵磁諧振，則會出現(xiàn)更高的過電壓。l (3)經(jīng)驗算，如斷路器操作中因操動機構(gòu)故障出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期時，產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點為標(biāo)準(zhǔn)分級絕緣、運行時中性點不接地的1lOkV及220kV變壓器的中性點絕緣，這時宜在中性點裝設(shè)間隙，對該間隙的要求與9321(2)同。在操作過程中，應(yīng)先將變壓器中性點臨時接地。l 有單側(cè)電源的變壓器，如另一側(cè)帶有同期調(diào)相機或較大的同步電動機，也類似有雙側(cè)電源的情況。l (4)366kV不接地系統(tǒng)或消弧線圈接地系統(tǒng)偶然脫離消弧線圈的部分，當(dāng)連接有中性點接地的電磁式電壓互感器的空載母線(其上帶或不帶空載短線路

30、)，因合閘充電或在運行時接地故障消除等原因的激發(fā)，使電壓互感器過飽和則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。為限制這類過電壓，可選取下列措施：l 1)選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器；l 2)減少同一系統(tǒng)中電壓互感器中性點接地的數(shù)量，除電源側(cè)電壓互感器高壓繞組中性點接地外，其他電壓互感器中性點盡可能不接地；l 3)個別情況下，在lOkV及以下的母線上裝設(shè)中性點接地的星形接線電容器組或用一段電纜代替架空線路以減少Xco(Xco是系統(tǒng)每相的對地分布容抗)，使Xco0.01Xm。(Xm為電壓互感器在線電壓作用下單相繞組的勵磁電抗)；l 4)在互感器的開口三角形繞組裝設(shè)R0.4(XmK213)的電阻(K13

31、為互感器一次繞組與開口三角形繞組的變比)或裝設(shè)其他專門消除此類鐵磁諧振的裝置；l 5)lOkV及以下互感器高壓繞組中性點經(jīng)Rp.n 0.06Xm(容量大于600W)的電阻接地。l9.3.2.6 3-66kV不接地及消弧線圈接地系統(tǒng)，應(yīng)采用性能良好的設(shè)備并提高運行維護水平，以避免在下述條件下產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓：l (1)配電變壓器高壓繞組對地短路。l (2)送電線路一相斷線且一端接地或不接地。l9.3.2.7 有消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)選擇消弧線圈的脫諧度，以便避開諧振點；無消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)采取增大其對地電容等措施(如安裝電力電容器等)，以防止零序電壓通過電容，如變壓器繞組間或兩

32、條架空線路間的電容耦合，由較高電壓系統(tǒng)傳遞到中性點不接地的較低電壓系統(tǒng)，或由較低電壓系統(tǒng)傳遞到較高電壓系統(tǒng)，或回路參數(shù)形成串聯(lián)諧振條件，產(chǎn)生高幅值的轉(zhuǎn)移過電壓。l941 操作過電壓的特點l 電網(wǎng)中的電容、電感等儲能元件，在發(fā)生故障或操作時，由于其工作狀態(tài)發(fā)生突變，將產(chǎn)生充電再充電或能量轉(zhuǎn)換的過渡過程，電壓的強制分量疊加以暫態(tài)分量形成操作過電壓。其作用時間約在幾毫秒到數(shù)十毫秒之間。倍數(shù)一般不超過4倍。l 操作過電壓的幅值和波形與電網(wǎng)的運行方式、故障類型、操作對象有關(guān)，再加上操作過程中其他多種隨機因素的影響，使得對操作過電壓的定量分析，大多依靠實測統(tǒng)計和模擬研究。l 故障形成不同或操作對象不同，產(chǎn)

33、生過電壓的機理也不同。因而所采取的針對性限制措施也各異。 l9.4.2 操作過電壓的限制及保護設(shè)計l9.4.2.1 線路合閘和重合閘過電壓l空載線路合閘時，由于線路電感一電容的振蕩將產(chǎn)生合閘過電壓。線路重合時，由于電源電勢較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過程，使過電壓進一步提高。l(1)范圍中，線路合閘和重合閘過電壓對系統(tǒng)中設(shè)備絕緣配合有重要影響，應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)條件預(yù)測空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運行中使用時)的相對地和相間過電壓。l 預(yù)測這類操作過電壓的條件如下：l 1)對于發(fā)電機一變壓器一線路單元接線的空載線路合閘，線路合閘后,電源母線電壓為系統(tǒng)最高

34、電壓；對于變電所出線，則為相應(yīng)運行方式下的實際母線電壓。 l 2)成功的三相重合閘前，線路受端曾發(fā)生單相接地故障；非成功的三相重合閘時，線路受端有單相接地故障。l(2)空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運行中使用時)，在線路上產(chǎn)生的相對地統(tǒng)計過電壓，對330kV和500kV系統(tǒng)分別不宜大于2.2p.u.和2.0p.u.。l(3)限制這類過電壓的最有效措施是在斷路器上安裝合閘電阻。對范圍，當(dāng)系統(tǒng)的工頻過電壓符合9321要求且符合以下參考條件時，可僅用安裝于線路兩端(線路斷路器的線路側(cè))上的金屬氧化物避雷器(MOA)將這類操作引起的線路的相對地統(tǒng)計過電壓限制到要求值以下。l這些參考條件

35、是：l 1)發(fā)電機一變壓器一線路單元接線時的參考條件見表941。l 2)系統(tǒng)中變電所出線時的參考條件：l 330kV 200kml 500kV 200kml在其他條件下，可否僅用金屬氧化物避雷器限制合閘和重合閘過電壓，需經(jīng)校驗確定.l(4)范圍I的線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0p.u.，通常無需采取限制措施。ll9.4.2.2 空載線路分閘過電壓l空載線路開斷時，如斷路器發(fā)生重?fù)舸瑢a(chǎn)生操作過電壓。l(1)對范圍的線路斷路器，應(yīng)要求在電源對地電壓為1.3p.u.條件下開斷空載線路不發(fā)生重?fù)舸(2)對范圍I，110kV及220kV開斷架空線路該過電壓不超過3.0p.u.；開斷電纜線

36、路可能超過3.0p.u.為此，開斷空載架空線路宜采用不重?fù)舸┑臄嗦菲鳎婚_斷電纜線路應(yīng)該采用不重?fù)舸┑臄嗦菲?。l (3)對范圍I，66kV及以下系統(tǒng)中，開斷空載線路斷路器發(fā)生重?fù)舸r的過電壓一般不超過3.5p.u.開斷前系統(tǒng)已有單相接地故障，使用一般斷路器操作時產(chǎn)生的過電壓可能超過4.0p.u.。此，選用操作斷路器時，應(yīng)該使其開斷空載線路過電壓不超過4.0p.u.。 l9.4.2.3 線路非對稱故障分閘和振蕩解列過電壓。l 系統(tǒng)送受端聯(lián)系薄弱，如線路非對稱故障導(dǎo)致分閘，或在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線路非對稱故障分閘或振蕩解列過電壓。l 對范圍的線路，宜對這類過電壓進行預(yù)測。預(yù)測前一過電壓的條件

37、，可選線路受端存在單相接地故障，分閘時線路送受端電勢功角差應(yīng)按實際情況選取。l 當(dāng)過電壓超過9.4.2.1(2)所列數(shù)值時，可用安裝在線路兩端的金屬氧化物避雷器加以限制。l9.4.2.4 隔離開關(guān)操作空載母線的過電壓。l 隔離開關(guān)操作空載母線時，由于重?fù)舸a(chǎn)生幅值可能超過2.0p.u.、頻率為數(shù)百千赫至兆赫的高頻振蕩過電壓。這對范圍的電氣裝置有一定危險。為此，宜符合以下要求：l(1)隔離開關(guān)操作由敞開式配電裝置構(gòu)成的變電所空載母線時的過電壓，可能使電流互感器一次繞組進出線之間的套管閃絡(luò)放電，宜采用金屬氧化物避雷器對其加以保護。l(2)隔離開關(guān)操作氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)變電所的空載

38、母線時，會產(chǎn)生頻率更高的過電壓，它可能對匝間絕緣裕度不高的變壓器構(gòu)成威脅。為此，宜對采用的操作方式加以校核，盡量避免可能引起危險的操作方式。l9.4.2.5 366kV系統(tǒng)開斷并聯(lián)電容補償裝置如斷路器發(fā)生單相重?fù)舸r，電容器高壓端對地過電壓可能超過4.0p.u.。開斷前電源側(cè)有單相接地故障時，該過電壓將更高。開斷時如發(fā)生兩相重?fù)舸?，電容器極間過電壓可能超過252Unc(Unc為電容器的額定電壓)。l 操作并聯(lián)電容補償裝置，應(yīng)采用開斷時不重?fù)舸┑臄嗦菲?。對于需頻繁投切的補償裝置，宜按圖941(a)裝設(shè)并聯(lián)電容補償裝置金屬氧化物避雷器(F1或F2)，作為限制單相重?fù)舸┻^電壓的后備保護裝置。在電源側(cè)

39、有單相接地故障不要求進行補償裝置開斷操作的條件下，宜采用F1。斷路器操作頻繁且開斷時可能發(fā)生重?fù)舸┗蛘吆祥l過程中觸頭有彈跳現(xiàn)象時，宜按圖941(b)裝設(shè)并聯(lián)電容補償裝置金屬氧化物避雷器(F1及F3或F4)。F3或P4用以限制兩相重?fù)舸r在電容器極間出現(xiàn)的過電壓。當(dāng)并聯(lián)電容補償裝置電抗器的電抗率不低于12時，宜采用F4。l9.4.2.6 操作空載變壓器和并聯(lián)電抗器等的過電壓。l(1)開斷空載變壓器由于斷路器強制熄弧(截流)產(chǎn)生的過電壓,與斷路器型式、變壓器鐵芯材料、繞組型式、回路元件參數(shù)和系統(tǒng)接地方式等有關(guān)。l 當(dāng)開斷具有冷軋硅鋼片的變壓器時，過電壓一般不超過2.0p.u.，可不采取保護措施。l 開斷具有熱軋硅鋼片鐵芯的110kV及220kV變壓器的過電壓一般不超過3.0p.u.；66kV及以下變壓器一般不超過4.0p.u.。 l 采用熄弧性能較強的斷路器開斷激磁電流較大的變壓器以及并聯(lián)電抗補償裝置產(chǎn)生的高幅值過電壓，可在斷路器的非電源側(cè)裝設(shè)閥式避雷器加以限制。保護變壓器的避雷器可裝在其高壓側(cè)或低壓側(cè)。但高低壓側(cè)系統(tǒng)接地方式不同時，低壓側(cè)宜裝設(shè)操作過電壓保護水平較低的避雷器。 l(2)在可能只帶一條線路運行的變壓器中性點消弧線圈上，宜用閥式避雷器限制切除最后一條線路兩相接地故障時，強制開斷消弧線圈電流在其上