电力系统过电压复习重点

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1、. 电磁暂态分析的理论基础电磁暂态分析的理论基础 1、电源合闸至单频振荡电路，在电容元件上产生的最大过电压幅值为 ，Ucm=稳态值+振 荡幅值=稳态值+（稳态值初始值）=2*稳态值初始值 2、 导致波在传播过程产生损耗的因素主要有以下四种：1）导线电阻引起损耗；2）导线 对地电导引起的损耗；3）大地电阻的损耗；4）导线发生电晕引起的损耗。 3、 冲击电晕对波过程的影响对导线耦合系数的影响：发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在 这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也 增大。 对波阻抗和波速的影响：冲击电晕将使线路波阻抗减小 、波速减小 对

2、波形的影响：冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保 护。 4一般连续式变压器绕组的 l 值为 510。变压器绕组的末端不论接地与否，其初始电 压分布均相同，按指数规律分布。 最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位 梯度是平均电位梯度的 l 倍。l 越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。 （危及变压器绕组的首端匝间绝缘 ） 5变压器绕组中的电磁振荡过程在 10s 以内尚未发展起来，在这段时间内变压器绕组的 特性主要由其纵向电容和对地电容组成的电容链决定，对首端来说相当于一个等效集中电 容 Cr，称为变压器的入口电容。 6最

3、大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于 U0，对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘） 有危害。绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形 有关。过电压波的波头时间越长（陡度越小） ，由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较 和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有 影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组 各点的对地电压和电位梯度也比较低。 截波作用下绕组内的最大电位梯度将比全波作用时大，会在变压器绕组中产生很大的 电位梯度，从而危及变压器绕组的纵绝缘，电力变压器不仅需要进行全波冲击耐压试验， 还要通

4、过截波耐压试验。 7三相变压器绕组，三角形接线方式（） 对于三角形接线的变压器，当冲击电压波沿一相线路（A 相）入侵时，同样因为绕组的冲 击波阻抗远大于线路波阻抗，所以 B、C 两端点相当于接地，因此在 AB、AC 绕组中的波 过程与单相绕组末端接地的情况相同。 若发生两相或三相线路进波，则三角形接线的每相绕组两端同时有波侵入，当波传到绕组 中部时，相当于波传到开路末端的情况，会产生较高的过电压，在各相绕组的中部出现的 最大对地电位将达 2U0。 8变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能 地接近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削

5、弱振荡，减 小振荡过电压的幅值.。 （1）补偿对地电容 C0dx 的影响；（静电环） （2）增大纵向电容 K0/dx （纠结式绕组 ） 变压器和电机绕组内部暂态过程变压器和电机绕组内部暂态过程 1 在冲击电压作用下，变压器绕组的初始电压分布对变压器绝缘有何影响？如何改善绕组 初始电压分布：初始电压分布要尽量接近稳态电压分布，可有效降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并消弱振荡，减小振荡过电压的幅值。 改善方法：补偿对地电容的影响， 增大纵向电容 2 变压器在冲击电压下产生振荡的原因， 振荡的对地最大电位与哪些因素有关 绕组电容电感之间的能量转换和电压初始分布于最终分布不一致导致振荡。 Umax

6、与绕组末端接地有关 接地，出现在拒绕组首段附近 l/3 处，1.4U0；不接地，绕组末 端，1.9U0。最大 Umax 作用于变压器绕组的主绝缘。 3 对三相变压器，什么样的进波条件下和在变压器绕组的什么部位会产生最严重的振荡过 电压：三相绕组同时进波，在震荡过程中产生的中性点最大电位将为首端电位的两倍 4 电机绕组为什么容量越大，波速和波阻越小，而当额定电压越高时，波阻越大？ 电机容量大，导线的半径将增大，每槽的匝数将减小，使电容 C0 增大而 L0 减小，使其波 阻抗减小；电压等级升高，电机每槽匝数增多，L0 变大，因而波阻抗增大。 雷电参数和防雷措施雷电参数和防雷措施 9雷电参数：1）雷

7、暴日 Td：在指定地区内一年四季所有发生雷电放电的天数，以 Td 表 示。一天内只要听到一次或一次以上的雷声就算是一个雷电日。根据雷电活动的频繁程度， 通常把我国年平均雷电日数超过 90 的地区叫做强雷区，把超过 40 的地区叫做多雷区，把 不足 15 的地区叫做少雷区。2）雷暴小时：在一个小时内，只要听到一次或一次以上雷声 就算是一个雷电小时。3）地面落雷密度：云地放电频度。单位时间，单位面积的地面平 均落雷次数。4）.雷电流：雷直击于接地良好的物体时泄入大地的电流。 （幅值 陡度 波形 极性） 10避雷器与电子设备防雷保护器件基本要求：1. 过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压

8、。 2. 过电压限制 器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合。3. 过电压限制器应有较强的 绝缘强度自恢复能力。 避雷器的电气参数：（1）标称放电电流：冲击波形为 8/20s 的放电电流峰值，单位 kA，用以区分避雷器的等级。我国规定的标称电流有 1、1.5、2.5、5、10 和 20kA 几个等 级。 （2）残压：包括标称放电电流下的残压、陡波电流下的残压和操作冲击电流下的残压。其 中陡波电流波形为 1/5s，操作冲击电流的波头时间为 30100s。 （3）雷电冲击保护水平：避雷器标称放电电流下的残压值为其雷电冲击保护水平。陡波电 流下的残压与标称放电电流下的残压之比不得大于

9、1.15。 （4）操作冲击保护水平：避雷器在操作冲击电流（波头时间为 30100s）下的最大残压。（5）额定电压：指能施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值， （6）最大持续运行电压：为在运行中允许持续地施加在避雷器上的最大工频电压有效值， 单位 kV。其值一般应等于或大于额定电压的 0.8 倍，且不低于系统的最高运行相电压。 （7）起始动作电压（又称参考电压或转折电压）：通常指通过 1mA 工频阻性电流分量峰 值或 1mA 直流电流时避雷器端电压的峰值 U1mA。 （8）压比：指避雷器在波形为 8/20S 的标称冲击电流（例如 10kA）作用下的残压 U10kA 与起始动作电压 U1mA

10、之比。压比（U10kA/U1mA）愈小，表明避雷器的非线性愈 好。 （9）荷电率：指最大持续运行电压的幅值与起始动作电压的比值。 11接地电阻 R 的数值等于接地装置对地电压 U 与通过接地极流入地中电流 I 的比值。接 地电阻 R 的数值与大地的结构和电阻率直接有关，还与接地体的形状和几何尺寸有关。 冲击接地电阻冲击接地电阻：雷电流作用下接地装置的冲击接地电阻的计算，通常是在工频接地电 阻计算的基础上，考虑冲击系数 ， 的数值可根据计算分析和实验得到。 冲击系数：接地极流过冲击电流呈现的接地电阻成为冲击接地电阻，接地极流过的工 频交流电流呈现的电阻称为工频接地电阻，两者的比值称为冲击系数。

11、加大接地体的尺寸可以减少接地电阻，但由于雷电流的等值频率很高，伸长接地体在 雷电流的作用下，接地体自身的电感将会产生很大影响，会增加接地体的阻抗。所以，通 常伸长接地体只在 4060m 的范围内有效，超过这一范围对降低接地阻抗不起作用。 输电线路杆塔接地：在高压输电线路的每一基杆塔下一般都设有接地装置，并通过引 线（或金属杆塔本身）与避雷线相连，其目的是使击中避雷线和杆塔的雷电流通过较低的 接地电阻进入大地。高压线路杆塔都有混凝土基础，它们也起着接地体的作用，称为自然 接地体。只有在土壤电阻率较低（300m 以下）的地区，自然接地体才有些作用。在大 多数情况下，单纯依靠自然接地体是不能满足要求

12、的，需要装设人工接地装置。 发电厂和变电站的接地：发电厂和变电站的接地，将同时起到工作接地、安全接地和 防雷接地的作用。发电厂变电站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电 站内的设备与接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积 S 大体与发电厂和变 电所的面积相同。 输电线路防雷保护输电线路防雷保护 12雷击线路可能引起两种破坏：短路接地故障，引起线路跳闸停电事故；雷击线路形成 的雷电过电压波（侵入波） ，沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全运行。 输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。 避雷线对降低感应过电压的作用：对架设有避雷线的线路，避雷线的电磁屏

13、蔽作用可 使导线的感直过电压降低。这是由于避雷线与大地相接，保持地电位，即将大地引入导线 近区。对于静电感应，可以增大导线对地电容，从而使导线对地电位降低；对于电磁感应， 其相当 于在导线与大地回路附近增加了一个地线与大地的短路环，抵消了部分导线上的电磁感应 电势，因而接地避雷线的辱蔽效果是降低导线的感应雷过电压。 为什么额定电压低于 35kV 的线路一般不全线架设避雷线？ 35kV 及以下线路因为绝缘相对较弱，装避雷线效果不大，一般不全线假设避雷线。只 在距变电站 1-2km 加装避雷线，减少绕击和反击的几率。 为什么绕击的绝缘水平远低于直击杆塔的水平：绕击时绝缘子串上承受的过电压幅值 为

14、100I（220kV 及以下） ，往往会引起绝缘子串的闪络。 雷击线路附近地面时导线上的感应过电压雷击线路附近地面时导线上的感应过电压： 13设雷云带负电荷，在主放电开始之前，雷云中的负电荷沿先导通路向地面运动，线路 处于雷云和先导通道形成的电场中。由于静电效应，在最靠近负先导通道的一段导线上聚 集了异号的正电荷，成为束缚电荷。导线上的负电荷被排斥到导线两端远处。由于先导发 展的速度很慢，导致线路上束缚电荷的聚集过程也比较缓慢，因而导线上由此而形成的电 流很小，可以忽略不计。雷击地面主放电开始后，先导通道中的负电荷被迅速中和，导线 上的束缚电荷转变成自由电荷沿导线向两侧运动。这种由于先导通道中

15、电荷所产生的静电 场突然消失而引起的感应电压称为感应过电压的静电分量。同时，主放电通道中的雷电流 在通道周围空间产生了强大的磁场，该磁场交链导线与大地的回路，也将使导线上感应出 电压。这种由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压，称为感应过电 压的电磁分量。由于主放电通道与导线几乎互相垂直，电磁感应较弱，因此电磁分量不大， 约为静电分量的 1/5。 感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。 感应过电压的大小与雷电流幅值 I 成正比；感应过电压的大小与导线悬挂的平均高度 成

16、正比；感应雷过电压的大小与雷击点距导线的距离成反比。 雷电感应过电压幅值一般不超过 300400kV。对 35kV 及以下输电线路，可能造成绝 缘闪络，而对于 110kV 及以上线路，一般不会引起闪络。 雷电感应过电压在三相导线中同时存在，三相导线上感应过电压在数值上的差别仅仅 是导线高度不同引起的，相间电位差很小，一般不会引起架空线路的相间绝缘闪络。 如果导线上方架设有避雷线，发生雷击导线附近大地时，由于避雷线的屏蔽作用，导 线上的感应电荷会减少，从而导线上的感应过电压将会下降。 输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率 14(1)、输电线路与雷击相关的参数 1）. 输电线路落雷次数 N 2）. 击杆率 g：雷击杆塔顶部的次数 N1 与线路总的落雷次数 N 之比 3.） 绕击率 P：雷绕击导线的次数 N2 与雷击线路总次数 N 的比值 4）. 建弧率 ：冲击电弧转化为稳定的工频电弧的概率 (2)雷击杆塔塔顶时的耐雷水平：雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数、杆塔等值电感 Lt、 杆