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1、第第12章 电力系统操作过电压章 电力系统操作过电压 12 1 间歇电弧接地过电压间歇电弧接地过电压 12 2 空载变压器分闸过电压空载变压器分闸过电压 12 3 空载线路分闸过电压空载线路分闸过电压 12 4 空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压 12 5 解列过电压解列过电压 1 操作过电压 操作过电压 系统中系统中操作操作或或故障故障使其工作状态发生变化时 会产生电磁使其工作状态发生变化时 会产生电磁 能量振荡能量振荡的过渡过程 电感元件贮存的的过渡过程 电感元件贮存的磁场磁场会在某一瞬间转换为会在某一瞬间转换为 电场电场能贮存于电容元件中 产生数倍于电源电压的能贮存于电容元件中 产生数
2、倍于电源电压的过渡过程过电 压 过渡过程过电 压 称为 称为操作过电压操作过电压 2 特点 特点 高频振荡 幅值高 持续时间短 高频振荡 幅值高 持续时间短 3 研究意义 研究意义 电气设备正常的绝缘能承受电气设备正常的绝缘能承受3 4倍过电压 当电压 等级提高后 如仍按此进行设计 费用迅速提高 需采 用专门措施 限制操作过电压 倍过电压 当电压 等级提高后 如仍按此进行设计 费用迅速提高 需采 用专门措施 限制操作过电压 间歇电弧接地过电压 间歇电弧接地过电压 空载变压器分闸过电压 空载变压器分闸过电压 空载线路分闸过电压 空载线路分闸过电压 空载线路合闸过电压 空载线路合闸过电压 解列过电
3、压 解列过电压 常见的操作过电压 常见的操作过电压 12 1 间歇电弧接地过电压间歇电弧接地过电压 在中性点不接地系统中 发生稳定性单相接地时 非故障相 对地电压升至线电压 一般允许带故障运行一段时间 一般不超 过 在中性点不接地系统中 发生稳定性单相接地时 非故障相 对地电压升至线电压 一般允许带故障运行一段时间 一般不超 过2h 1 间歇电弧接地过电压 间歇电弧接地过电压 当单相接地电弧不稳定 处于时燃时灭的状态时 这种间 歇性的电弧接地使系统工作状态在时刻发生着变化 导致电感电 容元件之间的电磁振荡 形成遍及全系统的过电压 这就是间歇 电弧接地过电压 或称弧光接地过电压 当单相接地电弧不
4、稳定 处于时燃时灭的状态时 这种间 歇性的电弧接地使系统工作状态在时刻发生着变化 导致电感电 容元件之间的电磁振荡 形成遍及全系统的过电压 这就是间歇 电弧接地过电压 或称弧光接地过电压 当当10kV系统中接地电流小于系统中接地电流小于30A 或 或35kV系统中接地电流小 于 系统中接地电流小 于10A时 接地电弧不易重燃 时 接地电弧不易重燃 电弧的熄灭与重燃时刻决定了电弧接地过电压的形成和发展 电弧的熄灭与重燃时刻决定了电弧接地过电压的形成和发展 3 过电压的形成过程 过电压的形成过程 2 间歇电弧的特点 间歇电弧的特点 图图12 1 1间歇性电弧接地过电压的 发展过程 间歇性电弧接地过
5、电压的 发展过程 工频熄弧理论工频熄弧理论 当当A相产生接地电弧 短路 时 相产生接地电弧 短路 时 B C相的电压 上升为线电压 又由于振荡过程会产生过电压 相的电压 上升为线电压 又由于振荡过程会产生过电压 此时接地电弧中产生接地电流 当此接地电流经过 第一个零点时 电弧熄灭 此时接地电弧中产生接地电流 当此接地电流经过 第一个零点时 电弧熄灭 再经过若干时间 再经过若干时间 A相电压到达新的峰值 如果此 时电弧重燃 新的振荡过电压比上一次会更高 相电压到达新的峰值 如果此 时电弧重燃 新的振荡过电压比上一次会更高 0 1 Am UU 0 0 5 B U 0 0 5 C U 0 0 A U
6、 0 1 5 B U 0 1 5 C U 电弧形成前 电弧形成前 电弧形成后 电弧形成后 2UUU 过稳初 max 0 2 1 50 52 5 B U max 0 2 1 50 52 5 C U 4 影响间歇接地电弧过电压的因素 影响间歇接地电弧过电压的因素 1 电弧过程的随机性 电弧过程的随机性 2 导线相间电容 导线相间电容C12的影响 的影响 3 电网损耗电阻 电网损耗电阻 4 对地绝缘的泄漏电导 对地绝缘的泄漏电导 防止产生间歇电弧接地过电压的根本途径是防止产生间歇电弧接地过电压的根本途径是消除 间歇电弧 消除 间歇电弧 间歇电弧接地过电压倍数一般不超过间歇电弧接地过电压倍数一般不超过
7、 3 1 正常绝缘设备一 般能承受 但此种过电压持续时间长 遍及全系统 会对局部绝 缘弱点造成威胁 可采用下列几种措施来消除间歇电弧 正常绝缘设备一 般能承受 但此种过电压持续时间长 遍及全系统 会对局部绝 缘弱点造成威胁 可采用下列几种措施来消除间歇电弧 中性点直接接地 避免中性点偏移 中性点直接接地 避免中性点偏移 中性点经消弧线圈接地 避免断路器频繁动作 中性点经消弧线圈接地 避免断路器频繁动作 若线路过长 可采用若线路过长 可采用分网运行分网运行 减小接地电流 减小接地电流 5 限制措施 限制措施 12 2 空载变压器分闸过电压空载变压器分闸过电压 1 空载变压器分闸过电压 空载变压器
8、分闸过电压 切除空载变压器 以及电动机 电抗器 消弧线圈等电感 性元件时 被开断的感性元件中储存的能量释放出来 产生振 荡 将形成分闸过电压 切除空载变压器 以及电动机 电抗器 消弧线圈等电感 性元件时 被开断的感性元件中储存的能量释放出来 产生振 荡 将形成分闸过电压 2 过电压的形成过程 过电压的形成过程 图图12 2 2截流前后变压器的电流 电压波形截流前后变压器的电流 电压波形 a 在在i0上升部分截流上升部分截流 b 在在i0下降部分截流下降部分截流 0 sin m iIt 0 cos m eEt 分闸前 分闸前 0 sin m iI 0 cos m UE 分闸后 分闸后 222 1
9、1 cos 22 Cm WCUCE 变压器侧对地电容的能量 变压器侧对地电容的能量 222 11 sin 22 Lm WLILI 变压器激磁阻抗的能量 变压器激磁阻抗的能量 22222 1 cossin 2 mCLmmm L CUWWUEI C 当能量全部转化为电场能时产生过电压 当能量全部转化为电场能时产生过电压 m n m U K E 其过电压倍数 其过电压倍数 可见 空载变压器分闸过电压产生的根本原因是电 感电流被突然切断 可见 空载变压器分闸过电压产生的根本原因是电 感电流被突然切断 空载变压器分闸时产生的过电压一般不超过空载变压器分闸时产生的过电压一般不超过5倍 如三相变压器的中性点
10、不直接接地 三相动作的不同步 会导致过电压比单相高 倍 如三相变压器的中性点不直接接地 三相动作的不同步 会导致过电压比单相高50 左右 左右 3 限制措施 限制措施 限制切空变过电压 一般采用限制切空变过电压 一般采用加装氧化锌避 雷器 加装氧化锌避 雷器 由于切空变过电压的幅值虽然高 但持续 时间短 能量不大 故氧化锌避雷器一般能够满 足其容量要求 由于切空变过电压的幅值虽然高 但持续 时间短 能量不大 故氧化锌避雷器一般能够满 足其容量要求 12 3 空载线路分闸过电压空载线路分闸过电压 1 空载线路分闸过电压 空载线路分闸过电压 开断空载线路 电容器组等容性元件时 若断路器有重燃 现象
11、 则被分闸的容性元件会通过回路从电源处继续获得能量并 积累起来 形成过电压 开断空载线路 电容器组等容性元件时 若断路器有重燃 现象 则被分闸的容性元件会通过回路从电源处继续获得能量并 积累起来 形成过电压 2 过电压的形成过程 过电压的形成过程 图12 3 2切空线过电压的形成过程 分闸时 分闸时 可见 空载线路分闸过电压产生的根本原因是断 路器重燃 可见 空载线路分闸过电压产生的根本原因是断 路器重燃 lSm UUE 分闸后经过 分闸后经过 180 Sm UE 此时断路器两端压差大 如发生重燃 会产生过电 压 此时断路器两端压差大 如发生重燃 会产生过电 压 23 lSlm UUUE 此时
12、断路器两端压差大 如再次重燃 会产生过电压 此时断路器两端压差大 如再次重燃 会产生过电压 25 lSlm UUUU 假设在处断路器重新开断 经过一段时间后 假设在处断路器重新开断 经过一段时间后 Sm UE 3 m E 按上述分析 空载线路分闸过电压可以无限增大 但由于断路器重燃和熄灭的时间具有随机性 电磁振荡 还有阻尼性 因此一般过电压不超过 按上述分析 空载线路分闸过电压可以无限增大 但由于断路器重燃和熄灭的时间具有随机性 电磁振荡 还有阻尼性 因此一般过电压不超过3倍 另外 中性 点不接地系统 由于三相之间不对称动作 会导致过电 压增大 倍 另外 中性 点不接地系统 由于三相之间不对称
13、动作 会导致过电 压增大20 左右 左右 3 限制措施 限制措施 改善断路器结构 提高介质灭弧能力 避免重燃 改善断路器结构 提高介质灭弧能力 避免重燃 降低断路器触头间恢复电压 降低断路器触头间恢复电压 断路器触头间并联电阻 断路器触头间并联电阻 断路器线路侧接电磁式电压互感器 断路器线路侧接电磁式电压互感器 断路器线路侧并联电抗器 断路器线路侧并联电抗器 图图12 3 3有并联电阻的断路器切空线有并联电阻的断路器切空线 12 4 空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压 1 空载线路合闸的种类 空载线路合闸的种类 正常运行的计划性合闸 正常运行的计划性合闸 线路故障切除后的自动重合闸 线路故障
14、切除后的自动重合闸 0 0U Ue t 0 22 m UUUE 以上分析没有考虑合闸前的残余电压及线路参数的分布 性 实际过电压一般小于 以上分析没有考虑合闸前的残余电压及线路参数的分布 性 实际过电压一般小于2 通常为 通常为1 65 1 85 2 计划性合闸 计划性合闸 由于初始条件的不确定性 自动重合闸产生的过电压要比计 划性合闸产生的过电压严重 过电压系数一般大于 由于初始条件的不确定性 自动重合闸产生的过电压要比计 划性合闸产生的过电压严重 过电压系数一般大于2 甚至会接 近于 甚至会接 近于3 3 自动重合闸 自动重合闸 图图12 4 1线路重合闸前后的稳态电压分布线路重合闸前后的
15、稳态电压分布 a 线路单相接地线路单相接地 b 线路重合闸前后的稳态电压分布线路重合闸前后的稳态电压分布 图图12 4 2合闸线路近似等值集中参数电路合闸线路近似等值集中参数电路 图图12 4 3不同时的合闸过电压波形不同时的合闸过电压波形 a 1 1 5 b 1 2 c 1 3 影响线路合闸过电压的因素 影响线路合闸过电压的因素 1 线路长度和电源容量 线路长度和电源容量 2 合闸时电源电压的相位角 合闸时电源电压的相位角 3 线路残余电压 线路残余电压U0的极性和大小 的极性和大小 4 母线上接有其他线路 母线上接有其他线路 4 限制措施 限制措施 降低工频稳态电压 降低工频稳态电压 消除
16、和削减线路残余电压 消除和削减线路残余电压 采用带有合闸电阻的断路器 采用带有合闸电阻的断路器 同步合闸 同步合闸 采用性能良好的避雷器 采用性能良好的避雷器 12 5 解列过电压解列过电压 1 解列过电压 解列过电压 多电源供电系统中 出现异步运行或非对称短路而使系统 解列时 在其形成的单端供电空载线路上会产生解列过电压 多电源供电系统中 出现异步运行或非对称短路而使系统 解列时 在其形成的单端供电空载线路上会产生解列过电压 2 过电压的形成过程 过电压的形成过程 解列后不考虑线路压降 解列后不考虑线路压降 Sm UU 0 22 SmAm UUUUU 解列后过电压 解列后过电压 解列后会产生接近于解列后会产生接近于3倍的过电压 断路器触头的 恢复电压可接近于相电压的 倍的过电压 断路器触头的 恢复电压可接近于相电压的4倍 倍 3 限制措施 限制措施 限制解列过电压 一般采用限制解列过电压 一般采用加装氧化锌避雷器加装氧化锌避雷器 解列前 解列前 0Am UU
