華中科技大學(xué)-電氣工程基礎(chǔ)課件(熊銀信)-第12章-電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓

1、HUST_CEEE第十二章第十二章 電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓u第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述u第二節(jié)第二節(jié) 操作過電壓操作過電壓u第三節(jié)第三節(jié) 諧振過電壓諧振過電壓u第四節(jié)第四節(jié) 工頻電壓升高工頻電壓升高HUST_CEEE第一節(jié) 概 述 過電壓是指超過正常運(yùn)行電壓并可使電力系統(tǒng)絕緣或保護(hù)設(shè)備損壞的電壓升高。 過電壓可以分為內(nèi)部過電壓和雷電(外部)過電壓。內(nèi)部過電壓（簡(jiǎn)稱內(nèi)過電壓）是由于電力系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化或傳遞引起的。內(nèi)部過電壓可按其產(chǎn)生原因分為操作過電壓和暫時(shí)過電壓，而后者又包括諧振過電壓和工頻電壓升高。操作過電壓：因操作引起的暫態(tài)電壓升高。諧振過電壓：因系統(tǒng)中電感、電容參數(shù)配合不當(dāng)

2、，在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的各種持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的諧振現(xiàn)象及其電壓升高。工頻過電壓：電力系統(tǒng)中在正常或故障時(shí)還可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高。這種電壓升高統(tǒng)稱為工頻電壓升高。HUST_CEEE第一節(jié) 概 述 內(nèi)部過電壓倍數(shù)：內(nèi)部過電壓的幅值與電網(wǎng)該處最高運(yùn)行相電壓的幅值之比，用字母K來(lái)表示。 K值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容量和參數(shù)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器性能、母線上的出線數(shù)目、電網(wǎng)的運(yùn)行接線和操作方式等因素有關(guān)，它具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。通常在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如果不采取限壓措施，操作過電壓的最大幅值可達(dá)最高運(yùn)行相電壓幅值的3倍以上；在中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中，最大操作過

3、電壓可達(dá)最高運(yùn)行相電壓的4倍以上；諧振過電壓的幅值則在2倍以上。HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓 電力系統(tǒng)中常見的操作過電壓有： 切除電感性負(fù)載過電壓； 切除電容性負(fù)載過電壓； 空載線路合閘過電壓以及系統(tǒng)解列過電壓； 中性點(diǎn)絕緣電網(wǎng)中的電弧接地過電壓等。 操作過電壓持續(xù)時(shí)間：幾ms幾十ms。 一、空載變壓器的分閘過電壓二、空載長(zhǎng)線路的操作過電壓三、電弧接地過電壓HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓空載變壓器的分閘過電壓一、空載變壓器的分閘過電壓一、空載變壓器的分閘過電壓1. 切空載變壓器切空載變壓器(大大L)過電壓機(jī)理過電壓機(jī)理在實(shí)際電路中在實(shí)際電路中diL/dt是不會(huì)是不會(huì)達(dá)到無(wú)窮大的。

4、這是因?yàn)樽儔哼_(dá)到無(wú)窮大的。這是因?yàn)樽儔浩骼@組除勵(lì)磁電感器繞組除勵(lì)磁電感LT外，還有外，還有電容電容CT，如上圖所示。斷路器，如上圖所示。斷路器截?cái)嚯娏骱?，電感中的電流可截?cái)嚯娏骱?，電感中的電流可以以電容為回路繼續(xù)流通，對(duì)以以電容為回路繼續(xù)流通，對(duì)電容進(jìn)行充電，將電感中的磁電容進(jìn)行充電，將電感中的磁能轉(zhuǎn)化為電容中的電能。能轉(zhuǎn)化為電容中的電能。 在切空載變壓器時(shí)，斷路器常常會(huì)在切空載變壓器時(shí)，斷路器常常會(huì)在工頻電流自然過零之前強(qiáng)行切斷電在工頻電流自然過零之前強(qiáng)行切斷電弧，稱這種現(xiàn)象為弧，稱這種現(xiàn)象為“截流截流”。 在切除空載變壓器勵(lì)磁電流的截流在切除空載變壓器勵(lì)磁電流的截流瞬間，電弧電流被迫很快下

5、降到零，瞬間，電弧電流被迫很快下降到零，造成：造成：diL/dt (-)于是在變壓器勵(lì)磁電感于是在變壓器勵(lì)磁電感L上將感應(yīng)出上將感應(yīng)出過電壓過電壓uLdiL/dt (-)即過電壓有可能達(dá)到很高的數(shù)值。即過電壓有可能達(dá)到很高的數(shù)值。HUST_CEEE如右圖所示，如果截流發(fā)生在某一瞬時(shí)值如右圖所示，如果截流發(fā)生在某一瞬時(shí)值I0時(shí)，時(shí)，電容上的電壓為電容上的電壓為U0，此時(shí)變壓器的總儲(chǔ)能，此時(shí)變壓器的總儲(chǔ)能W為：為：WWLWC(LTI02CTU02)/2按能量不滅定律，當(dāng)磁能全部轉(zhuǎn)化為靜電電能按能量不滅定律，當(dāng)磁能全部轉(zhuǎn)化為靜電電能時(shí)，電容上的電壓將達(dá)其最大值時(shí)，電容上的電壓將達(dá)其最大值UTm ，由

6、截流而由截流而引起的變壓器上的過電壓可達(dá)引起的變壓器上的過電壓可達(dá) ：UTm（U02I02LT/CT）1/2截流值愈大則過電壓愈高，當(dāng)截流發(fā)生在勵(lì)磁截流值愈大則過電壓愈高，當(dāng)截流發(fā)生在勵(lì)磁電流的幅值電流的幅值Im（即（即I0Im，U00）時(shí)，有：）時(shí)，有：UTm Im (LT/CT)1/2圖圖12-2 截流時(shí)刻截流時(shí)刻 第二節(jié) 操作過電壓空載變壓器的分閘過電壓圖圖12-3 截流后的電流和電壓波形截流后的電流和電壓波形 圖圖12-3給出了電流在幅值截?cái)嗪蠼o出了電流在幅值截?cái)嗪?電感中的電感中的電流電流iL和電容上的電壓（也即電感上的電壓）和電容上的電壓（也即電感上的電壓）uC的波形。如不計(jì)衰減，

7、的波形。如不計(jì)衰減，iL和和uC可寫成：可寫成： iLImcos0t uCUmsin0t Im (LT/CT)1/2sin0t HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓空載變壓器的分閘過電壓2. 影響因素及限制措施（1）斷路器性能切空載變壓器引起的過電壓幅值近似地與截流值I0成正比。降低斷路器的截流能力能夠限制過電壓UTm的大小。通過在斷路器的主觸頭上并聯(lián)高值電阻，能有效地降低這種過電壓。（2）變壓器參數(shù)和結(jié)構(gòu)LT愈大，CT愈小，過電壓愈高；相數(shù)、繞組連接方式、鐵心結(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器斷口電容、相連的電纜和架空線路段等 均有影響。繞組連接方式：采用糾結(jié)繞組及增加靜電屏蔽措施；鐵心：采用優(yōu)質(zhì)

8、導(dǎo)磁材料（冷軋硅鋼片）；其他：采用普通閥式避雷器吸收繞組儲(chǔ)存的磁能等。HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓二、空載長(zhǎng)線路的操作過電壓1切除空載長(zhǎng)線路(大C)過電壓的產(chǎn)生過程及限制措施切除空載線路是電力系統(tǒng)中常見的操作之一產(chǎn)生過電壓的原因是斷路器分閘過程中的電弧重燃 產(chǎn)生過程u 圖圖12-4是斷路器切除空載長(zhǎng)是斷路器切除空載長(zhǎng)線時(shí)的接線圖和等值線路圖。通線時(shí)的接線圖和等值線路圖。通常常L1/(C)，因此在電路切除，因此在電路切除前，可認(rèn)為電容電壓前，可認(rèn)為電容電壓uC和電源電和電源電勢(shì)勢(shì)e近似相等，而流過斷口的工頻近似相等，而流過斷口的工頻電流電流iC超前電源電壓超前電源電壓90。 圖圖12-4

9、 切除空載長(zhǎng)線切除空載長(zhǎng)線 HUST_CEEE當(dāng)QF觸頭分離后，觸頭間電弧將在iC0時(shí)熄滅（tt1），此時(shí)線路電容上uCEm。電弧熄滅后，電源與電容分開，uC維持殘余電壓Em，而電源電壓e則將繼續(xù)按工頻變化。此時(shí)加在QF斷口上的電壓將逐漸增加。在tt2時(shí)刻，當(dāng)電源電壓e到達(dá)-Em時(shí)，QF斷口間的恢復(fù)電壓達(dá)到2Em。如果此時(shí)QF斷口間介質(zhì)的抗電強(qiáng)度不夠被擊穿，電弧第一次重燃，此時(shí)uC將由Em以0的角頻率圍繞(-Em)振蕩，其振幅為2Em。因此，uC的最大值可達(dá)(-3Em)第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓圖圖12-5 切除空載長(zhǎng)線時(shí)的電流和電壓波形切除空載長(zhǎng)線時(shí)的電流和電壓波形 圖圖12-

10、4 切除空載長(zhǎng)線切除空載長(zhǎng)線 u 伴隨著高頻振蕩電壓的出現(xiàn)，QF斷口間將有高頻電流流過，它超前于高頻電壓90。因此，當(dāng)uC達(dá)到(-3Em)時(shí)（tt3時(shí)刻），高頻電流恰恰經(jīng)過零點(diǎn)，于是電弧可能再一次熄滅。u 又經(jīng)過工頻半個(gè)周波后（tt4時(shí)刻），作用在斷口上的電壓將達(dá)4Em。假如斷口又恰好在此時(shí)擊穿，則由于電容的起始電壓為 (-3Em)，電源電壓為Em，振幅為4Em，振蕩后電容上的最大電壓可達(dá)5EmHUST_CEEE 限制措施 國(guó)內(nèi)外大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，過電壓倍數(shù)一般不超過3.54倍，在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中一般不超過3倍。 （1）采用不重燃斷路器 在現(xiàn)代斷路器設(shè)計(jì)中通過提高觸頭

11、之間的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度使熄弧后觸頭間隙的電氣強(qiáng)度恢復(fù)速度大于恢復(fù)電壓的上升速度，使電弧不再重燃。 （2）并聯(lián)分閘電阻R 在斷路器主觸頭上并聯(lián)分閘電阻R，也是降低觸頭間的恢復(fù)電壓、避免重燃的有效措施。（3）線路首末端裝設(shè)避雷器 裝設(shè)金屬氧化物避雷器（MOA）或磁吹閥式避雷器能有效地限制這種過電壓的幅值。第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓HUST_CEEE2合閘空載線路過電壓的產(chǎn)生過程及限制措施合閘空載線路過電壓的產(chǎn)生過程及限制措施圖圖12-7 關(guān)合空載長(zhǎng)線關(guān)合空載長(zhǎng)線(a)接線圖；接線圖；(b)單相等值電路圖單相等值電路圖（1）正常合閘）正常合閘 由于正常的運(yùn)行需要而進(jìn)行的由于正常的運(yùn)行需要而

12、進(jìn)行的合閘操作稱為正常合閘。如圖合閘操作稱為正常合閘。如圖12-7(a)所示。在線路一側(cè)斷路器斷開所示。在線路一側(cè)斷路器斷開的情況下，關(guān)合另一側(cè)斷路器就會(huì)的情況下，關(guān)合另一側(cè)斷路器就會(huì)遇到關(guān)合空載線路的操作。遇到關(guān)合空載線路的操作。 一般情況下一般情況下0要比工頻高得多。要比工頻高得多。假設(shè)在求過渡過程中電容假設(shè)在求過渡過程中電容C上的電壓上的電壓時(shí)，電源電壓近似地保持不變?？諘r(shí)，電源電壓近似地保持不變?？蛰d線路的關(guān)合可以簡(jiǎn)化成圖載線路的關(guān)合可以簡(jiǎn)化成圖12-8的的直流電源合閘于直流電源合閘于LC振蕩回路的情況，振蕩回路的情況，圖中圖中EUpm。據(jù)此可以寫出：。據(jù)此可以寫出： EuLuC uL

13、Ldi/dt uCq/C1/Ci dtECuCL uL 圖圖12-8 直流電壓作用在直流電壓作用在LC回路上回路上第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓HUST_CEEE 從圖從圖12-9可見，回路中電可見，回路中電流為一正弦波形，電壓則為流為一正弦波形，電壓則為一圍繞電源電壓發(fā)生周期振一圍繞電源電壓發(fā)生周期振蕩的波形?？梢姴挥?jì)長(zhǎng)線電蕩的波形?？梢姴挥?jì)長(zhǎng)線電阻效應(yīng)，阻效應(yīng)，關(guān)合空載長(zhǎng)線時(shí)，關(guān)合空載長(zhǎng)線時(shí)，長(zhǎng)線電容上出現(xiàn)的過電壓可長(zhǎng)線電容上出現(xiàn)的過電壓可達(dá)電源電壓達(dá)電源電壓E的的2倍。倍。 圖圖12-9 圖圖12-8回路中回路中i和和uC隨時(shí)隨時(shí)間的變化曲線間的變化曲線 電路方程可寫成電路方程

14、可寫成 ：ELdi/dt 1/Ci dt或或 LCd2uC/dt2uCE 當(dāng)電容當(dāng)電容C上無(wú)起始電壓時(shí)，上無(wú)起始電壓時(shí)，即即t0，uC0，則上式的解，則上式的解為：為：uCE(1cos0t)可得電流的解為：可得電流的解為：iCduC/dtEsin0t/(L/C)1/2第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓HUST_CEEE 當(dāng)電容當(dāng)電容C上的起始電壓上的起始電壓uC(0)U0時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)電壓為時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)電壓為E，振蕩的振幅將為振蕩的振幅將為E(U0)EU0，此時(shí)，此時(shí)uC的波形將如圖的波形將如圖12-10（b）所示。據(jù)此不難寫出當(dāng)電容）所示。據(jù)此不難寫出當(dāng)電容C上有起始電壓時(shí)，上有起始電壓

15、時(shí)，uC的數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：學(xué)表達(dá)式：uCEEuC(0)cos0t 圖圖12-10 直流電源直流電源E通過電感通過電感L加到起始電壓為加到起始電壓為(U0)的電容的電容C上上（a）等值電路圖；）等值電路圖； （b）uC隨時(shí)間的變化隨時(shí)間的變化 由于振蕩而產(chǎn)由于振蕩而產(chǎn)生的過電壓可以用生的過電壓可以用下列更普遍的式子下列更普遍的式子求出：求出：過電壓穩(wěn)態(tài)值振過電壓穩(wěn)態(tài)值振蕩幅值穩(wěn)態(tài)值蕩幅值穩(wěn)態(tài)值(穩(wěn)態(tài)值起始值穩(wěn)態(tài)值起始值)第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓HUST_CEEE 當(dāng)雷擊線路而使線路兩端的斷路器跳閘時(shí)，其中后動(dòng)作的斷路當(dāng)雷擊線路而使線路兩端的斷路器跳閘時(shí)，其中后動(dòng)作的斷路器將切斷空

16、載長(zhǎng)線的電容電流，而在線路電容上保留數(shù)值等于電源器將切斷空載長(zhǎng)線的電容電流，而在線路電容上保留數(shù)值等于電源電壓幅值（例如電壓幅值（例如+Em）的殘留電壓。當(dāng)開關(guān)重合時(shí)，如果電源電壓）的殘留電壓。當(dāng)開關(guān)重合時(shí)，如果電源電壓恰好達(dá)到極性相反的幅值（例如恰好達(dá)到極性相反的幅值（例如-Em），則），則重合閘過電壓重合閘過電壓將達(dá)將達(dá)2(-Em)Em-3Em。相當(dāng)于開關(guān)第一次重燃時(shí)的過電壓。相當(dāng)于開關(guān)第一次重燃時(shí)的過電壓。 在切、合在切、合(重合重合)空載線路的操作中，切空載線路時(shí)重燃所引起空載線路的操作中，切空載線路時(shí)重燃所引起的過電壓最高。如果采用切空載線路無(wú)重燃斷路器，則最大過電壓的過電壓最高。如

17、果采用切空載線路無(wú)重燃斷路器，則最大過電壓將發(fā)生在重合空載線路時(shí)。將發(fā)生在重合空載線路時(shí)。 （2） 自動(dòng)重合閘自動(dòng)重合閘 為了減少鳥害和雷害等暫時(shí)性為了減少鳥害和雷害等暫時(shí)性故障引起的線路跳閘事故，運(yùn)行故障引起的線路跳閘事故，運(yùn)行中的線路發(fā)生故障，由繼電保護(hù)中的線路發(fā)生故障，由繼電保護(hù)系統(tǒng)控制斷路器跳閘后，經(jīng)過一系統(tǒng)控制斷路器跳閘后，經(jīng)過一短暫時(shí)間后再合閘，即為自動(dòng)重短暫時(shí)間后再合閘，即為自動(dòng)重合閘操作。合閘操作。圖圖12-7 關(guān)合空載長(zhǎng)線關(guān)合空載長(zhǎng)線(a)接線圖；接線圖；(b)單相等值電路圖單相等值電路圖第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的

18、操作過電壓（3） 影響因素及限制措施 1）影響因素 合閘空載線路過電壓以重合閘最為嚴(yán)重。理論上重合閘過電壓可達(dá)3Em。但實(shí)際中過電壓的幅值受到很多因素的影響，如系統(tǒng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式等；此外如合閘相位、三相斷路器合閘動(dòng)作不同期等隨機(jī)性的因素，不但影響過電壓數(shù)值，還使其具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。 合閘相位：e(t)Emsin(t0) ；正常合閘時(shí)，若090，即e(0)Em是其中最嚴(yán)重的情況； 線路殘壓：在自動(dòng)重合閘的過程中，由于線路殘余電荷的泄放，實(shí)際上線路殘壓是下降的。 線路損耗：實(shí)際輸電線路的能量損耗會(huì)引起自由分量的衰減，使過電壓幅值降低。 三相斷路器不同期合閘：會(huì)使過電壓幅值增高1030。 單相自動(dòng)

19、重合閘：?jiǎn)蜗嘀睾祥l過電壓低于正常重合閘過電壓。 母線上接有其他出線時(shí)：過電壓將越小。HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓空載長(zhǎng)線路的操作過電壓2）限制合閘過電壓的措施：合理裝設(shè)并聯(lián)電抗器以及適當(dāng)安排合閘操作程序，降低因線路電容效應(yīng)等引起的工頻電壓升高；采用單相自動(dòng)重合閘避免線路殘壓的影響；斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻；線路首末端裝設(shè)磁吹閥式避雷器或金屬氧化物避雷器（MOA）。我國(guó)在線路設(shè)計(jì)時(shí)所取的操作空載線路過電壓倍數(shù)為：我國(guó)在線路設(shè)計(jì)時(shí)所取的操作空載線路過電壓倍數(shù)為： 相對(duì)地絕緣相對(duì)地絕緣（相應(yīng)設(shè)備最高運(yùn)行相電壓的倍數(shù)）：（相應(yīng)設(shè)備最高運(yùn)行相電壓的倍數(shù)）：3566kV及以下（電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線

20、圈接地或不接地）及以下（電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地）4.0110154kV（電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地）（電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地） 3.5110220kV（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地）（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地） 3.0330kV（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地）（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地） 2.75500kV（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地）（電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地） 2.0 相間絕緣相間絕緣（相應(yīng)相對(duì)地操作過電壓的倍數(shù)）：（相應(yīng)相對(duì)地操作過電壓的倍數(shù)）：35220kV：1.31.4倍；倍；330kV：1.41.45倍；倍；500kV：1.5倍。倍。HUST_CEEE第二節(jié) 操作過電壓三、電弧接地過電壓(2006單)1. 電弧接地過

21、電壓產(chǎn)生的基本原理 電弧的熄滅與重燃時(shí)間是決定最大過電壓的重要因素。單相電弧接地時(shí)流過弧道的電流有兩個(gè)分量：工頻電流（強(qiáng)制）分量和高頻電流（自由）分量分析電弧接地過電壓時(shí)的兩種假設(shè)：以高頻電流第一次過零時(shí)熄弧為前提進(jìn)行分析，稱高頻電流熄弧理論。因高頻電流過零時(shí)，高頻振蕩電壓恰為最大值，熄弧后殘留在非故障相上的電荷量較大，故按此分析，過電壓值較高；以工頻電流過零時(shí)熄弧為條件進(jìn)行分析，稱為工頻電流熄弧理論。按此分析，熄弧時(shí)殘留在非故障相上的電荷量較少，過電壓值較低，但接近于電網(wǎng)中的實(shí)際測(cè)量值。HUST_CEEE 圖圖12-12為中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接為中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障（假設(shè)地故障（

22、假設(shè)A相電弧接地）時(shí)的電路。相電弧接地）時(shí)的電路。設(shè)三相電源相電壓為設(shè)三相電源相電壓為eA、eB、eC，各相對(duì)，各相對(duì)地電壓為地電壓為uA、uB、uC。假設(shè)假設(shè)A相電壓在幅相電壓在幅值（值（-Um）時(shí)對(duì)地閃絡(luò)）時(shí)對(duì)地閃絡(luò)（圖（圖12-13中中t0時(shí)時(shí)刻），令刻），令Um1。則：。則：uA(0)-1，uB(0)uC(0)0.5 圖圖12-12 A相電弧接地相電弧接地 圖圖12-13 工頻熄弧時(shí)電弧接地過電壓的發(fā)展過程工頻熄弧時(shí)電弧接地過電壓的發(fā)展過程 發(fā)弧后瞬間發(fā)弧后瞬間（t0+時(shí)刻），時(shí)刻），A相對(duì)地相對(duì)地電容電容C0上電荷通過電弧泄入地下，其相上電荷通過電弧泄入地下，其相電壓降為零，即電壓降

23、為零，即 uA(0+)0，uB(0+)uBA(0+)1.5uC(0+)uCA(0+)1.5 在在(0，0+)期間，電源經(jīng)線路電感給期間，電源經(jīng)線路電感給B、C相對(duì)地電容相對(duì)地電容C0充電，形成一個(gè)充電，形成一個(gè)高頻高頻振蕩過程振蕩過程。 在此過渡過程中出現(xiàn)的在此過渡過程中出現(xiàn)的最高振蕩電壓最高振蕩電壓幅值幅值將為將為UBmUCm21.50.52.5。 第二節(jié) 操作過電壓電弧接地過電壓HUST_CEEE 其后，過渡過程很快衰減，其后，過渡過程很快衰減，B、C相對(duì)地電容上的電壓穩(wěn)定到線電壓相對(duì)地電容上的電壓穩(wěn)定到線電壓eBA和和eCA。 經(jīng)過半個(gè)工頻周期，經(jīng)過半個(gè)工頻周期，在在tt1時(shí)刻，時(shí)刻，B

24、、C相對(duì)地電容上的電壓將等于相對(duì)地電容上的電壓將等于-1.5，此時(shí)接地點(diǎn)的工頻接地電流此時(shí)接地點(diǎn)的工頻接地電流if通過零點(diǎn)，通過零點(diǎn)，電弧自動(dòng)熄滅，即電弧自動(dòng)熄滅，即發(fā)生第一次工頻熄發(fā)生第一次工頻熄弧弧。 熄弧后，相對(duì)地電壓逐漸恢復(fù)，再經(jīng)半個(gè)工頻周期，熄弧后，相對(duì)地電壓逐漸恢復(fù)，再經(jīng)半個(gè)工頻周期，在在tt2時(shí)刻時(shí)刻，B、C相對(duì)地電容上的電壓變?yōu)橄鄬?duì)地電容上的電壓變?yōu)?0.5，A相對(duì)地電容上的電壓則高達(dá)相對(duì)地電容上的電壓則高達(dá)-2，這時(shí)可能引起這時(shí)可能引起故障點(diǎn)接地電弧重燃故障點(diǎn)接地電弧重燃，B、C相對(duì)地電容相對(duì)地電容C0電壓將從起始電壓將從起始值（值（-0.5）被充電至線電壓的瞬時(shí)值）被充電至

25、線電壓的瞬時(shí)值1.5，過渡過程的最高電壓過渡過程的最高電壓為為UBmUCm21.5(-0.5)3.5。過渡過程衰減后，。過渡過程衰減后，B、C相將穩(wěn)定在線電壓相將穩(wěn)定在線電壓運(yùn)行。運(yùn)行。 其后，其后，每隔半個(gè)工頻周期每隔半個(gè)工頻周期依次發(fā)生依次發(fā)生熄弧熄弧和和重燃重燃，其過渡過程與上述，其過渡過程與上述過程完全相同。據(jù)此可得過程完全相同。據(jù)此可得非故障相：非故障相：UBmUCm3.5故障相：故障相：UAm2 第二節(jié) 操作過電壓電弧接地過電壓HUST_CEEE2. 電弧接地過電壓的影響因素電弧接地過電壓的影響因素 產(chǎn)生電弧接地過電壓的產(chǎn)生電弧接地過電壓的根本原因根本原因是不穩(wěn)定的電弧是不穩(wěn)定的電

26、弧過程。過程。 導(dǎo)線相間有電容存在、線路有損耗電阻、過電壓導(dǎo)線相間有電容存在、線路有損耗電阻、過電壓下將出現(xiàn)電暈而引起衰減等因素，都會(huì)對(duì)振蕩過程下將出現(xiàn)電暈而引起衰減等因素，都會(huì)對(duì)振蕩過程產(chǎn)生影響，使得過電壓的最大值有所降低。我國(guó)產(chǎn)生影響，使得過電壓的最大值有所降低。我國(guó)實(shí)實(shí)測(cè)電弧接地過電壓倍數(shù)測(cè)電弧接地過電壓倍數(shù)最大為最大為3.23.2，絕大部分均小于，絕大部分均小于3.03.0。3. 限制過電壓的措施限制過電壓的措施(2005單)(1) (1) 采用采用中性點(diǎn)直接接地方式中性點(diǎn)直接接地方式運(yùn)行。運(yùn)行。(2)(2) 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式運(yùn)行。運(yùn)行。第二節(jié) 操作過電

27、壓電弧接地過電壓HUST_CEEE 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)中的電當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)中的電感、電容元件可形成多種頻率的振蕩回路。當(dāng)外感、電容元件可形成多種頻率的振蕩回路。當(dāng)外加的強(qiáng)迫振蕩頻率等于振蕩系統(tǒng)中的某一自由振加的強(qiáng)迫振蕩頻率等于振蕩系統(tǒng)中的某一自由振蕩頻率時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)周期性的或準(zhǔn)周期性的諧振蕩頻率時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)周期性的或準(zhǔn)周期性的諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓?，F(xiàn)象，引起諧振過電壓。u一、一、線性諧振過電壓線性諧振過電壓u二、二、鐵磁諧振過電壓鐵磁諧振過電壓u三、三、參數(shù)諧振參數(shù)諧振同步電機(jī)的自激過電壓同步電機(jī)的自激過電壓u四、四、電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治電力系統(tǒng)

28、中常見諧振過電壓及其防治 第三節(jié) 諧振過電壓HUST_CEEE一、線性諧振過電壓一、線性諧振過電壓 在在L、C串聯(lián)線性電路中，只要電路的自振頻率接近交流電源的串聯(lián)線性電路中，只要電路的自振頻率接近交流電源的頻率，就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。這時(shí)即使是在穩(wěn)態(tài)也可能在電感或頻率，就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。這時(shí)即使是在穩(wěn)態(tài)也可能在電感或電容元件上產(chǎn)生很高的過電壓，因此電容元件上產(chǎn)生很高的過電壓，因此串聯(lián)諧振也稱作電壓諧振。串聯(lián)諧振也稱作電壓諧振。 圖圖12-14為串聯(lián)線性諧振為串聯(lián)線性諧振電路，這種電路常常是在操電路，這種電路常常是在操作或故障引起的過渡過程中作或故障引起的過渡過程中出現(xiàn)。出現(xiàn)。 E CU C

29、 圖 12-14 串聯(lián)線性諧振電路 R I L LU 設(shè)電源電壓為設(shè)電源電壓為 ，R為回路的阻尼電阻，為回路的阻尼電阻，R/ (2L)為回路的阻尼率。由于為回路的阻尼率。由于R較小，較小，/01/（C）或或 C1/（2L0）在此條件下，兩）在此條件下，兩條曲線必有交點(diǎn)條曲線必有交點(diǎn)b。u不論什么原因使不論什么原因使鐵芯達(dá)到飽和鐵芯達(dá)到飽和，都都可能引起過電壓可能引起過電壓。但是。但是需要激需要激發(fā)才會(huì)出現(xiàn)諧振發(fā)才會(huì)出現(xiàn)諧振。uC值太大時(shí)值太大時(shí)，出現(xiàn)鐵磁諧振的可能，出現(xiàn)鐵磁諧振的可能性將減小。性將減小。(1) 在鐵磁諧振時(shí)，在鐵磁諧振時(shí)，L和和C上的電壓上的電壓都都不會(huì)象線性諧振時(shí)那樣趨于無(wú)限

30、不會(huì)象線性諧振時(shí)那樣趨于無(wú)限大，大，而是有一定的數(shù)值而是有一定的數(shù)值。第三節(jié) 諧振過電壓鐵磁諧振過電壓圖圖12-18 非線性諧振回路的伏安特性非線性諧振回路的伏安特性HUST_CEEE鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：(5) 鐵磁諧振的產(chǎn)生雖需由電源電壓大鐵磁諧振的產(chǎn)生雖需由電源電壓大于于U0來(lái)激發(fā)，但當(dāng)激發(fā)過去后電源來(lái)激發(fā)，但當(dāng)激發(fā)過去后電源電壓降到正常值時(shí)，鐵磁諧振過電電壓降到正常值時(shí)，鐵磁諧振過電壓仍可能繼續(xù)存在，即壓仍可能繼續(xù)存在，即諧振狀態(tài)可諧振狀態(tài)可能自保持能自保持。(6) 產(chǎn)生鐵磁諧振時(shí)，電流相角將有產(chǎn)生鐵磁諧振時(shí)，電流相角將有180o轉(zhuǎn)變，這叫作電流的轉(zhuǎn)變，這叫作電流

31、的“翻相翻相”。(7) 在交流電路中即使只有一個(gè)非線性在交流電路中即使只有一個(gè)非線性電感電感L單獨(dú)存在，電流波形也會(huì)發(fā)單獨(dú)存在，電流波形也會(huì)發(fā)生畸變?，F(xiàn)有生畸變?，F(xiàn)有L與與C串聯(lián)，問題就更串聯(lián)，問題就更加復(fù)雜。加復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，非線性振蕩電一般來(lái)說(shuō)，非線性振蕩電路中的電流波形除了工頻分量（基路中的電流波形除了工頻分量（基波）外，還有波）外，還有高次諧波高次諧波，甚至可能，甚至可能有有分次諧波分次諧波（例如（例如1/2次，次，1/3次次等）。等）。第三節(jié) 諧振過電壓鐵磁諧振過電壓圖圖12-18 非線性諧振回路的伏安特性非線性諧振回路的伏安特性HUST_CEEE 當(dāng)計(jì)入電阻當(dāng)計(jì)入電阻R的作用時(shí)，回

32、路的總壓降將變?yōu)榈淖饔脮r(shí)，回路的總壓降將變?yōu)閁，可寫成：可寫成：2222IRUUUUURLC U 的曲線如圖的曲線如圖12-19所示。由圖可見，此時(shí)激所示。由圖可見，此時(shí)激發(fā)諧振所需的電壓將增高。發(fā)諧振所需的電壓將增高。諧振激發(fā)后，當(dāng)電源電壓諧振激發(fā)后，當(dāng)電源電壓降低到正常電壓降低到正常電壓E時(shí)，諧振時(shí)，諧振點(diǎn)將從點(diǎn)將從c點(diǎn)，轉(zhuǎn)移到點(diǎn)，轉(zhuǎn)移到c點(diǎn)，點(diǎn)，此時(shí)此時(shí)L、C兩端的過電壓也兩端的過電壓也將有所下降。將有所下降。 圖圖12-19 有電阻存在的非線性有電阻存在的非線性諧振回路的伏安特性諧振回路的伏安特性第三節(jié) 諧振過電壓鐵磁諧振過電壓HUST_CEEE限制和消除鐵磁諧振過電壓的主要措施有：限

33、制和消除鐵磁諧振過電壓的主要措施有：（1）改善電磁式電壓互感器的勵(lì)磁特性，或改用電容式電）改善電磁式電壓互感器的勵(lì)磁特性，或改用電容式電壓互感器；壓互感器；（2）在電壓互感器開口三角形繞組中接入阻尼電阻，或在）在電壓互感器開口三角形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；人為地電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)對(duì)地接入電阻；人為地增大電阻增大電阻R。（3）在有些情況下，可在）在有些情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三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載線路段，以增相對(duì)地電容器，或用電纜段代替架空載線路段，以增大對(duì)地電容，從參數(shù)搭配上避開諧振；大對(duì)地

34、電容，從參數(shù)搭配上避開諧振；（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）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)，消除諧振過電壓。些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù)，消除諧振過電壓。第三節(jié) 諧振過電壓鐵磁諧振過電壓HUST_CEEE三、參數(shù)諧振三、參數(shù)諧振同步電機(jī)的自激過電壓同步電機(jī)的自激過電壓 由電感和電容組成的振蕩回路中，由電感和電容組成的振蕩回路中，如果存在一個(gè)振蕩性電流如果存在一個(gè)振蕩性電流i，則，則當(dāng)電流當(dāng)電流i為最大值為最大值im時(shí)，電容上的電壓時(shí)，電容上的

35、電壓u為零值，為零值，此時(shí)磁能此時(shí)磁能Lim2/2將達(dá)最大值，電能將達(dá)最大值，電能Cu2/2則為零值則為零值；當(dāng)電流當(dāng)電流i過零點(diǎn)時(shí)，電容上過零點(diǎn)時(shí)，電容上的電壓達(dá)最大值的電壓達(dá)最大值um，電能將達(dá)最大值，電能將達(dá)最大值，而磁能下降為零值。而磁能下降為零值。 由于和電感相鏈的磁鏈?zhǔn)遣荒芡蛔冇捎诤碗姼邢噫湹拇沛準(zhǔn)遣荒芡蛔兊?，如果回路的電流的，如果回路的電流i在最大值在最大值im時(shí)，時(shí)，用外力使電感參數(shù)用外力使電感參數(shù)L減小為減小為L(zhǎng)L，則，則電流必定增大為電流必定增大為imi以保持磁鏈不以保持磁鏈不變變，即有：，即有：Lim（LL）（）（imi） 由此可得電流的增值由此可得電流的增值i為：為：m

36、miLLiLLLi 如果如果在在i過零，即磁能為零時(shí)過零，即磁能為零時(shí)再加外力使電感增大，回到原再加外力使電感增大，回到原來(lái)的來(lái)的L值，此時(shí)，由于電感的磁值，此時(shí)，由于電感的磁鏈為零，顯然不會(huì)引起回路中鏈為零，顯然不會(huì)引起回路中電流和磁能的變化電流和磁能的變化。這樣，。這樣，每每經(jīng)過一次電流最大點(diǎn)就獲得了經(jīng)過一次電流最大點(diǎn)就獲得了一次電流的增大和能量的增大，一次電流的增大和能量的增大，從而使回路中的電流越來(lái)越大從而使回路中的電流越來(lái)越大或電壓越來(lái)越高，即出現(xiàn)了電或電壓越來(lái)越高，即出現(xiàn)了電學(xué)的參數(shù)諧振現(xiàn)象。學(xué)的參數(shù)諧振現(xiàn)象。 回路電阻回路電阻R（或有功負(fù)荷）（或有功負(fù)荷）能抑制參數(shù)諧振。能抑制參

37、數(shù)諧振。顯然只要電顯然只要電源每周期內(nèi)在源每周期內(nèi)在R上消耗的能量大上消耗的能量大于每周期內(nèi)外力輸入回路中的于每周期內(nèi)外力輸入回路中的能量，諧振就不會(huì)發(fā)生了。能量，諧振就不會(huì)發(fā)生了。第三節(jié) 諧振過電壓HUST_CEEE電機(jī)的同步自勵(lì)磁電機(jī)的同步自勵(lì)磁：在同步自勵(lì)磁時(shí)，電流和電壓將逐漸上升，在同步自勵(lì)磁時(shí)，電流和電壓將逐漸上升，如圖如圖12-21所示。這種過電壓的上升速度以秒計(jì)，所示。這種過電壓的上升速度以秒計(jì)，采用快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)采用快速自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)限制這種過電壓節(jié)器來(lái)限制這種過電壓。異步自勵(lì)磁異步自勵(lì)磁：如果電機(jī)處于異步狀態(tài)，則如果電機(jī)處于異步狀態(tài)，則定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將切定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁

38、場(chǎng)將切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出周期性變化的電流，生成相應(yīng)的脈割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出周期性變化的電流，生成相應(yīng)的脈動(dòng)磁場(chǎng)動(dòng)磁場(chǎng)。而轉(zhuǎn)子的這一。而轉(zhuǎn)子的這一脈動(dòng)磁場(chǎng)又脈動(dòng)磁場(chǎng)又可以分解為兩個(gè)大小相等方向相反可以分解為兩個(gè)大小相等方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加到原有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)上，的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加到原有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)上，與定子繞組切割，在定子繞組中與定子繞組切割，在定子繞組中感應(yīng)出兩個(gè)拍頻電勢(shì)感應(yīng)出兩個(gè)拍頻電勢(shì)。這樣，定子的電流將具有拍頻的性質(zhì)。這樣，定子的電流將具有拍頻的性質(zhì)。出現(xiàn)異出現(xiàn)異步自勵(lì)磁過電壓時(shí)必須用過電壓速斷保護(hù)立即將電機(jī)從系統(tǒng)中切除步自勵(lì)磁過電壓時(shí)必須用過電壓速斷保護(hù)立即將電機(jī)從系統(tǒng)中切除

39、。 圖圖12-21 同步自勵(lì)磁時(shí)定子電流的變化曲線同步自勵(lì)磁時(shí)定子電流的變化曲線 圖圖12-22 異步自勵(lì)磁時(shí)定子電流的變化曲線異步自勵(lì)磁時(shí)定子電流的變化曲線 第三節(jié) 諧振過電壓參數(shù)諧振HUST_CEEE參數(shù)諧振具有以下參數(shù)諧振具有以下特點(diǎn)特點(diǎn)：(1)諧振諧振可以在無(wú)電源時(shí)出現(xiàn)可以在無(wú)電源時(shí)出現(xiàn)。 (2)只要每次參數(shù)變化所引入的能量大于電阻中的能量損只要每次參數(shù)變化所引入的能量大于電阻中的能量損耗，回路中的儲(chǔ)能就會(huì)愈積愈多，諧振就能發(fā)展。因耗，回路中的儲(chǔ)能就會(huì)愈積愈多，諧振就能發(fā)展。因此此諧振出現(xiàn)后回路中的電流和電壓的幅值，理論上能諧振出現(xiàn)后回路中的電流和電壓的幅值，理論上能趨于無(wú)窮大趨于無(wú)窮

40、大。(3)鐵芯電感的飽和鐵芯電感的飽和是是制約參數(shù)諧振制約參數(shù)諧振過電壓和過電流幅值過電壓和過電流幅值的主要因素。的主要因素。當(dāng)參數(shù)諧振發(fā)生后，隨著電流的增大，當(dāng)參數(shù)諧振發(fā)生后，隨著電流的增大，電感線圈將達(dá)到磁飽和狀態(tài)，此時(shí)電感和相應(yīng)的差值電感線圈將達(dá)到磁飽和狀態(tài)，此時(shí)電感和相應(yīng)的差值L都將迅速減小，使回路自動(dòng)偏離諧振條件。都將迅速減小，使回路自動(dòng)偏離諧振條件。第三節(jié) 諧振過電壓參數(shù)諧振HUST_CEEE四、電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治四、電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治1斷線諧振過電壓斷線諧振過電壓 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線斷落、斷路器非全相動(dòng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線斷落、斷

41、路器非全相動(dòng)作或嚴(yán)重的不同期操作、熔斷器的一相或兩相熔斷等故障，作或嚴(yán)重的不同期操作、熔斷器的一相或兩相熔斷等故障，造成系統(tǒng)的非全相運(yùn)行。造成系統(tǒng)的非全相運(yùn)行。非全相運(yùn)行時(shí)，可能組成多種多樣非全相運(yùn)行時(shí)，可能組成多種多樣的串聯(lián)諧振回路（空載或輕載運(yùn)行的變壓器的勵(lì)磁電感，導(dǎo)的串聯(lián)諧振回路（空載或輕載運(yùn)行的變壓器的勵(lì)磁電感，導(dǎo)線對(duì)地和相間部分電容、電感線圈對(duì)地雜散電容）。在一定線對(duì)地和相間部分電容、電感線圈對(duì)地雜散電容）。在一定的參數(shù)配合和激發(fā)條件下，可能出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓。這類的參數(shù)配合和激發(fā)條件下，可能出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓。這類鐵磁諧振過電壓統(tǒng)稱鐵磁諧振過電壓統(tǒng)稱斷線諧振過電壓斷線諧振過電壓。

42、限制斷線過電壓的限制斷線過電壓的措施措施有：有：(1) 不采用熔斷器不采用熔斷器，減少三相斷路器的不同期操作，盡量，減少三相斷路器的不同期操作，盡量使三相同期；使三相同期；(2) 在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，操作中性點(diǎn)不接地的變壓器操作中性點(diǎn)不接地的變壓器時(shí)，將變壓器的中性點(diǎn)臨時(shí)接地。時(shí)，將變壓器的中性點(diǎn)臨時(shí)接地。第三節(jié) 諧振過電壓HUST_CEEE第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓 正常工作時(shí)電壓互感器接近于空載狀態(tài)，呈現(xiàn)為一個(gè)很大的勵(lì)磁電感，當(dāng)回路受到激發(fā)（電壓和電流的突然增大）后，勵(lì)磁電感會(huì)因飽和而突然減小，從而引起過電壓。

43、在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，當(dāng)電源對(duì)只帶電壓互感器的空母線突然合閘或一相導(dǎo)線突然對(duì)地發(fā)弧時(shí)，電壓互感器都會(huì)出現(xiàn)涌流。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：由于此時(shí)電壓互感器上的交流電壓突變引起的涌流都會(huì)使電壓互感器的勵(lì)磁電感大為減小，引起電壓互感器飽和過電壓。當(dāng)電源向只帶有電壓互感器的空母線合閘時(shí)，容易產(chǎn)生基波（工頻）過電壓；當(dāng)電網(wǎng)帶有線路運(yùn)行時(shí)，如果電壓互感器的勵(lì)磁特性不好，在線路一相接地又自動(dòng)熄弧時(shí)，容易產(chǎn)生1/2次諧波過電壓。 將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為經(jīng)消弧線圈（電抗器）接地或直接接地，就破壞了諧振回路的形成，并且相對(duì)地穩(wěn)定了中性點(diǎn)的電位，因此就不太可能出現(xiàn)電壓互感器飽和過電壓。HUST_CEEE第三節(jié) 諧振過

44、電壓常見諧振過電壓及其防治選用以下措施消除電壓互感器飽和過電壓： 選用勵(lì)磁特性較好的電磁式電壓互感器或只使用電容式電壓互感器； 在零序回路中接入阻尼電阻； 在個(gè)別情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對(duì)地電容器，或利用電纜段代替架空載線路段，減小對(duì)地容抗，有利于避免諧振； 特殊情況下，可將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為暫時(shí)經(jīng)電阻接地或直接接地，也可以采用臨時(shí)的倒閘措施來(lái)改變電路參數(shù)，以消除諧振過電壓； 禁止只使用一相或兩相電壓互感器接在相線與地線間，以保證三相對(duì)地阻抗的對(duì)稱性，避免中性點(diǎn)位移或產(chǎn)生諧振。HUST_CEEE第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治3中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓 在

45、110kV、220kV中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，電壓互感器飽和過電壓出現(xiàn)在用斷口間具有并聯(lián)電容的斷路器切空載線路時(shí)。 當(dāng)C值小時(shí)，諧振往往屬于基波性質(zhì)，測(cè)量到的過電壓為額定相電壓的1.653倍； 當(dāng)C值大時(shí)，諧振具有分頻性質(zhì)（主要是1/3次），過電壓幅值不高，但因頻率和相應(yīng)的勵(lì)磁感抗均下降到工頻時(shí)的1/3，勵(lì)磁電流往往很大，測(cè)到的最大勵(lì)磁電流可達(dá)額定勵(lì)磁電流的80倍，這會(huì)使電壓互感器過熱燒毀，甚至噴油爆炸。4傳遞過電壓 當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱接地故障或斷路器不同期操作時(shí)，可能出現(xiàn)明顯的零序工頻電壓分量，通過靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會(huì)產(chǎn)生工頻電壓傳遞現(xiàn)象，從而危及低壓側(cè)電氣設(shè)備絕緣的

46、安全； 若與接在電源中性點(diǎn)的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，還可能產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。HUST_CEEE 當(dāng)有不同電壓等級(jí)的當(dāng)有不同電壓等級(jí)的輸電線路同桿并架輸電線路同桿并架，或，或兩線路間有較兩線路間有較長(zhǎng)距離的臨近平行段時(shí)長(zhǎng)距離的臨近平行段時(shí)，如圖，如圖12-23(a)所示，高壓線路由于不所示，高壓線路由于不對(duì)稱接地故障而出現(xiàn)的零序工頻電壓分量對(duì)稱接地故障而出現(xiàn)的零序工頻電壓分量U0會(huì)通過電容耦合在會(huì)通過電容耦合在低壓線路上產(chǎn)生過電壓低壓線路上產(chǎn)生過電壓U2，根據(jù)圖，根據(jù)圖12-23(b)等值電路可得：等值電路可得：U2U0C12/(C12C0) 這種從高壓線路到

47、低壓線路的傳遞過電壓，這種從高壓線路到低壓線路的傳遞過電壓，會(huì)對(duì)低壓線路會(huì)對(duì)低壓線路的絕緣造成嚴(yán)重威脅的絕緣造成嚴(yán)重威脅。圖圖12-23 同桿并架線路的傳遞過電壓同桿并架線路的傳遞過電壓（a）同桿并架輸電線路；）同桿并架輸電線路； （b）等值電路）等值電路 第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治HUST_CEEE 變壓器繞組間的電容耦合造成的變壓器繞組間的電容耦合造成的靜電傳遞過電壓靜電傳遞過電壓，在實(shí)際，在實(shí)際系統(tǒng)中是較常遇到的，典型電路如圖系統(tǒng)中是較常遇到的，典型電路如圖12-24(a)。 如果低壓側(cè)斷路器如果低壓側(cè)斷路器QF處于斷開狀態(tài)，且低壓側(cè)未接有電壓處于斷開狀態(tài)，且低壓側(cè)未接有電

48、壓互感器互感器TV及消弧線圈及消弧線圈L，傳遞過電壓可按圖，傳遞過電壓可按圖12-24(b)等值電路等值電路計(jì)算，得計(jì)算，得低壓側(cè)傳遞電壓低壓側(cè)傳遞電壓U2為：為：U2U0C12/(C123C0)圖圖12-24 變壓器繞組間的傳遞過電壓變壓器繞組間的傳遞過電壓（a）變壓器接線；（）變壓器接線；（b）QF斷開、未接斷開、未接TV時(shí)等值電路；時(shí)等值電路；（c）QF閉合、接有閉合、接有L或或TV時(shí)等值電路時(shí)等值電路第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治HUST_CEEE第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治 若圖12-24(a)中斷路器QF閉合，且發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接有消弧線圈L或母線上接有電壓互感器

49、TV，則可能形成諧振的傳遞回路，其等值電路如圖12-24(C)所示，圖中L可以是消弧線圈的電感，也可以是電壓互感器的勵(lì)磁電感的三相并聯(lián)值。 當(dāng)L是消弧線圈的電感時(shí)，由于其近似的線性勵(lì)磁特性，發(fā)生的諧振接近線性諧振，這時(shí)由于消弧線圈的補(bǔ)償度不同，可能會(huì)有完全補(bǔ)償、過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償三種不同的情況； 當(dāng)L是電壓互感器的勵(lì)磁電感時(shí)，由于電壓互感器正常運(yùn)行時(shí)接近空載狀態(tài)，飽和的勵(lì)磁特性使回路可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。HUST_CEEE（1）工頻諧振過電壓）工頻諧振過電壓 圖圖12-25為并聯(lián)電抗器非全相操作的典型電路。由于為并聯(lián)電抗器非全相操作的典型電路。由于B、C相電壓通過相電壓通過相間電容的耦合作用，構(gòu)

50、成諧振電路，在斷開相（或故障相）相間電容的耦合作用，構(gòu)成諧振電路，在斷開相（或故障相）A相出現(xiàn)相出現(xiàn)較高的工頻諧振過電壓，以致造成并聯(lián)電抗器的絕緣事故。較高的工頻諧振過電壓，以致造成并聯(lián)電抗器的絕緣事故。 利用對(duì)稱分量法或簡(jiǎn)化等值電路法可分析帶有并聯(lián)電抗器的線路非全利用對(duì)稱分量法或簡(jiǎn)化等值電路法可分析帶有并聯(lián)電抗器的線路非全相操作過程。分析和實(shí)測(cè)表明，相操作過程。分析和實(shí)測(cè)表明，在電抗器中性點(diǎn)接入小電抗在電抗器中性點(diǎn)接入小電抗，只要參數(shù)，只要參數(shù)選擇恰當(dāng)，可以有效地避免工頻諧振，降低斷開相的工頻傳遞電壓。選擇恰當(dāng)，可以有效地避免工頻諧振，降低斷開相的工頻傳遞電壓。圖圖12-25 線路帶并聯(lián)電抗

51、器的非全相運(yùn)行線路帶并聯(lián)電抗器的非全相運(yùn)行第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治5超高壓系統(tǒng)中的諧振過電壓超高壓系統(tǒng)中的諧振過電壓 超高壓系統(tǒng)電壓高、傳輸距離長(zhǎng)，超高壓系統(tǒng)電壓高、傳輸距離長(zhǎng)，往往裝有串聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償裝置，這些往往裝有串聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償裝置，這些集中的電容、電感元件使網(wǎng)絡(luò)增加了集中的電容、電感元件使網(wǎng)絡(luò)增加了諧振的可能性。主要有諧振的可能性。主要有非全相切合并非全相切合并聯(lián)電抗器時(shí)的工頻傳遞諧振，串、并聯(lián)電抗器時(shí)的工頻傳遞諧振，串、并聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分頻諧振聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分頻諧振以及以及空載線路空載線路合閘于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線時(shí)引起合閘于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線時(shí)引起的高頻諧振的高頻諧振等

52、。等。HUST_CEEE圖圖12-26 發(fā)電機(jī)變壓器單元接線發(fā)電機(jī)變壓器單元接線帶空載長(zhǎng)線路的等值電路帶空載長(zhǎng)線路的等值電路（2）高頻諧振過電壓）高頻諧振過電壓 超高壓系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)變壓器單元接超高壓系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)變壓器單元接線帶一條空載長(zhǎng)線路時(shí)，在線帶一條空載長(zhǎng)線路時(shí)，在線路投入或切線路投入或切除時(shí)除時(shí)都可能產(chǎn)生奇次和偶次的高頻鐵磁諧都可能產(chǎn)生奇次和偶次的高頻鐵磁諧振過電壓。振過電壓。 由于由于L1、L2遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于Lm，因此回路線性，因此回路線性部分的部分的諧振角頻率諧振角頻率為：為： CLL)(1210 由于Lm的非線性，其中除流過基波分量電流外，還包含一些奇次高頻諧波分量； 由于空

53、載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)，線路末端電壓高于線路首端，工頻諧由于空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)，線路末端電壓高于線路首端，工頻諧振長(zhǎng)度為振長(zhǎng)度為1500km，n次諧波的諧振長(zhǎng)度則為次諧波的諧振長(zhǎng)度則為(1500/n)km。若考慮發(fā)電。若考慮發(fā)電機(jī)和變壓器的電感，諧振長(zhǎng)度還要縮短。機(jī)和變壓器的電感，諧振長(zhǎng)度還要縮短。 在上述超高壓系統(tǒng)接線中產(chǎn)生高次諧波振蕩，除了滿足一般的在上述超高壓系統(tǒng)接線中產(chǎn)生高次諧波振蕩，除了滿足一般的鐵鐵磁諧振條件磁諧振條件外，還需要滿足以下具體參數(shù)條件：外，還需要滿足以下具體參數(shù)條件： 線路首端的輸入阻抗必須是容性的；線路首端的輸入阻抗必須是容性的； 系統(tǒng)線性部分的自振角頻率必須接近系統(tǒng)

54、線性部分的自振角頻率必須接近n。第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治HUST_CEEE（3）分頻諧振過電壓）分頻諧振過電壓 理論上講，在簡(jiǎn)單的鐵磁諧振回路中就可能產(chǎn)生各種不同分頻理論上講，在簡(jiǎn)單的鐵磁諧振回路中就可能產(chǎn)生各種不同分頻諧振，但試驗(yàn)表明，諧振，但試驗(yàn)表明，最常見的是最常見的是1/3分頻諧振分頻諧振。分頻諧振不能自激分頻諧振不能自激，而要經(jīng)過一定的過渡過程的沖擊才能建立起穩(wěn)定的諧振。而要經(jīng)過一定的過渡過程的沖擊才能建立起穩(wěn)定的諧振。 分頻諧振過電壓常常發(fā)生在如圖分頻諧振過電壓常常發(fā)生在如圖12-27(a)所示的串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)所示的串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)中。若在并聯(lián)電抗器后面的線路上發(fā)生短路故

55、障，在故障切除后中。若在并聯(lián)電抗器后面的線路上發(fā)生短路故障，在故障切除后由由串補(bǔ)電容器與并聯(lián)電抗器串補(bǔ)電容器與并聯(lián)電抗器就可能形成串聯(lián)鐵磁諧振回路，其等就可能形成串聯(lián)鐵磁諧振回路，其等值電路如圖值電路如圖12-27(b)。圖圖12-27 串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)中的分頻諧振電路串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)中的分頻諧振電路（a）串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)；（）串聯(lián)補(bǔ)償電網(wǎng)；（b）等值電路）等值電路 第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治HUST_CEEE 對(duì)于對(duì)于500km以下超高壓輸電線路，在一般補(bǔ)償度下總能滿足以下超高壓輸電線路，在一般補(bǔ)償度下總能滿足0/C1，L2用來(lái)補(bǔ)償測(cè)量時(shí)的相位誤差，負(fù)載接入變壓用來(lái)補(bǔ)償測(cè)量時(shí)的相位誤差，負(fù)

56、載接入變壓器器T的低壓側(cè)。采用這種電容式電壓互感器，可以避免系統(tǒng)中某些諧的低壓側(cè)。采用這種電容式電壓互感器，可以避免系統(tǒng)中某些諧振過電壓，但設(shè)備振過電壓，但設(shè)備本身就是一個(gè)鐵磁諧振回路本身就是一個(gè)鐵磁諧振回路。試驗(yàn)表明在電容式試驗(yàn)表明在電容式電壓互感器回路中可能產(chǎn)生電壓互感器回路中可能產(chǎn)生1/3分頻諧振。分頻諧振。 為了消除諧振可為了消除諧振可在電路中接入一在電路中接入一固定的有效負(fù)載電阻固定的有效負(fù)載電阻Ra加以阻尼加以阻尼，或者或者在電路中串接一濾波器在電路中串接一濾波器F消除諧消除諧振頻率分量振頻率分量。為了不影響互感器的。為了不影響互感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，測(cè)量準(zhǔn)確度，電阻電阻Ra可以只在發(fā)

57、生可以只在發(fā)生1/3分頻諧振時(shí)自動(dòng)投入分頻諧振時(shí)自動(dòng)投入。圖圖12-28 電容式電壓互感器接線電容式電壓互感器接線 第三節(jié) 諧振過電壓常見諧振過電壓及其防治HUST_CEEE第四節(jié) 工頻電壓升高 電力系統(tǒng)中在正?；蚬收蠒r(shí)可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，統(tǒng)稱工頻電壓升高，或稱為工頻過電壓。(2005名) 工頻電壓升高本身對(duì)系統(tǒng)中正常絕緣的電器設(shè)備一般是沒有危險(xiǎn)的，但是在超高壓系統(tǒng)的絕緣配合中具有重要作用，因?yàn)椋浩浯笮⒅苯佑绊懖僮鬟^電壓的幅值；其數(shù)值是決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)；持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工頻電壓升高仍可能危及設(shè)備的安全運(yùn)行。 合閘后0.1s時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓升

58、高叫作操作過電壓； 0.1s至1s時(shí)間內(nèi)，由于發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器的惰性，發(fā)電機(jī)電勢(shì)E尚保持不變，在E的基礎(chǔ)上再加上空載線路的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高，總稱暫態(tài)工頻電壓升高； 時(shí)間再長(zhǎng)，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降，在23s以后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)的工頻電壓升高為穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高。HUST_CEEE一、空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高一、空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高 對(duì)于一般電壓等級(jí)的輸電線路，傳輸距離不太長(zhǎng)時(shí)，可以用集中對(duì)于一般電壓等級(jí)的輸電線路，傳輸距離不太長(zhǎng)時(shí)，可以用集中參數(shù)參數(shù)T T型或型或型等值電路表示。當(dāng)線路空載時(shí)，該等值電路就構(gòu)成了型等值電路

59、表示。當(dāng)線路空載時(shí)，該等值電路就構(gòu)成了一個(gè)一個(gè)R R、L L、C C回路。若其參數(shù)回路。若其參數(shù)R1/(C)RL1/(C)L，當(dāng)有正弦交流電流流過時(shí)，由于電感與電容上的壓降當(dāng)有正弦交流電流流過時(shí)，由于電感與電容上的壓降UL、UC反相，反相，且其有效值且其有效值UCUL，于是電容上的壓降大于電源的電勢(shì)。這就是集，于是電容上的壓降大于電源的電勢(shì)。這就是集中參數(shù)電路中的中參數(shù)電路中的電感電容效應(yīng)電感電容效應(yīng)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱電容效應(yīng)電容效應(yīng)。 對(duì)于超高壓空載長(zhǎng)線路。研究這種空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工對(duì)于超高壓空載長(zhǎng)線路。研究這種空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高時(shí)，就需要采用分布參數(shù)模型。對(duì)于分布參數(shù)電

60、路，當(dāng)頻電壓升高時(shí)，就需要采用分布參數(shù)模型。對(duì)于分布參數(shù)電路，當(dāng)末端空載時(shí)，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計(jì)及電源內(nèi)阻末端空載時(shí)，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計(jì)及電源內(nèi)阻抗的影響（感性）時(shí)，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，抗的影響（感性）時(shí)，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，而且使線路首、末端電壓高于電源電勢(shì)。這就是系統(tǒng)中的而且使線路首、末端電壓高于電源電勢(shì)。這就是系統(tǒng)中的空載長(zhǎng)線空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高路的工頻電壓升高。 為了限制空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高，通常為了限制空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高，通常采用并聯(lián)電抗器來(lái)補(bǔ)采用并聯(lián)電抗器來(lái)補(bǔ)償線路電容電流以削弱電容效應(yīng)償線路電