《电力系统过电压暂时过电压ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统过电压暂时过电压ppt培训课件（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Chapter 5. 暂时过电压,-2-,Ch.5 暂时过电压,1. 工频电压升高 2. 谐振过电压,-3-,1. 工频电压升高,内部过电压（能量来自系统内部） 在电力系统内部，由于断路器操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现的过电压。 操作过电压 一般持续时间在 0.l s（五个工频周波）以内的过电压 工频过电压 持续时间长的过电压则称为暂时过电压。暂时过电压中，频率为工频或接近工频的过电压 谐振过电压 因系统的电感，电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波形周期性重复的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压,-4-,1. 工频电压升高,在500 kV
2、 输变电系统中，实测得到的某 336 km 空载线路合闸过电压随时间变化的曲线，图中K0为过电压倍数。该线路的断路器带有 400 的合闸电阻，线路两端并联电抗器的补偿度为 71.5 % 。,-5-,1. 工频电压升高,合闸后 0.ls 前 高幅值、强阻尼的高频振荡操作过电压合闸后 0.1 1.0s 时间内：暂态工频电压升高。由于发电机自动电压调整器的惯性，发电机的暂态电势 Ed 保持不变，再加上空载线路的电容效应，使电压升高， 1.0s 后，由于发电机的自动电压调整器开始发生作用，母线电压逐渐下降。在 2 3s 以后： 稳态工频电压升高，系统进入稳定状态。,-6-,超高压系统中工频电压升高的重
3、要性 对过电压保护及绝缘配合影响较大的是暂态工频电压升高，当然稳态工频电压升高对系统的电气设备也有一定的影响。 220kV 电压等级以下 一般而言，工频电压升高对 220kV 电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。 超高压系统 工频电压升高对超高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用。 避雷器：最大允许工作电压就是按照电网中工频电压升高来确定的。工频电压升高的幅度越大，要求避雷器的灭弧电压越高。,1. 工频电压升高,-7-,1. 工频电压升高,超高压系统中工频电压升高的重要性 超高压系统 断路器并联电阻：工频电压升高幅值越大，对断路器并联电阻热容量的要求也
4、越高，从而给制造低值并联电阻带来困难。 操作过电压：操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值。 工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。例如，可导致油纸绝缘内部游离，污秽绝缘子的闪络、铁芯的过热、电晕等。,-8-,集中参数LC串联回路的电容效应,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 空载长线的电容效应 不对称短路引起的工频电压升高 突然甩负荷引起的工频电压升高 空载长线的电容效应,-9-,一条空载长线可以看作由无数个串联的L，C回路构成，在工频电压作用下，线路的总容抗一般远大于导线的感抗，因此线路各点的电压均高于线路首端电压，而且愈往
5、线路末端电压愈高。,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 空载长线的电容效应,-10-,输电线路为无损长线,式中 Z ：线路的波阻抗， ：相位系数，（为电源角频率，L0，C0分别为导线单位长度的电感与电 容），对于输电线路，通常0.06/km；l ：线路的长度，km。,1. 工频电压升高,电压传递系数,-11-,若线路末端开路，即：,线路首、末端电压关系为：,线路末端电压高于首端,此时，线路电感与电容构成谐振状态。称为1/4 波长谐振。,1. 工频电压升高,电压传递系数 不考虑电源阻抗,-12-,1. 工频电压升高,电压传递系数 考虑电压阻抗,-13-,1. 工频电压升高,电压传递系数 考虑
6、电压阻抗 若线路末端开路，从首端往线路看去，可等值为一个阻抗ZR,-14-,电压传递系数 考虑电压阻抗,线路首端对电源的电压传递系数,线路末端对电源电势的传递系数,令,则,1. 工频电压升高,-15-,工频电压升高的情况可能与线路长度，电源阻抗(电源容量)等情况有关，因为电源容量越小，其阻抗越大，故计算工频电压升高时，必须计及系统可能出现最小运行方式。,电源阻抗Xs越大，工频电压升高越严重,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 空载长线的电容效应,-16-,当线路上出现单相或两相接地故障时，健全相上工频电压升高不仅由长线的电容效应所致，还有短路电流的零序分量，也会使健全相电压升高。,单相接地
7、故障模型,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高,-17-,1. 工频电压升高,-18-,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高,对于较大电源容量的系统，Z1Z2，若再忽略各序阻抗中的电阻分量R0，R1，R2 则上式可改写成：,健全相工频电压升高的模：,1. 工频电压升高,-19-,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高 单相接地时，健全相电压升高K(1) 与 X0 / X1 值有关。 在不计损耗的前提下，一相接地，两健全相电压升高是相等的；若计及损耗，两健全相电压升高不相等。,1. 工频电压升高,(a) B相；(b) C相,-20-,中性点接
8、地3-10 kV系统： X0主要由线路容抗决定，故应为负值(X0/X1=(-20)-(-)。,在选择避雷器灭弧电压时，取 110% 的线电压，这时避雷器称为110% 避雷器。,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高,-21-,中性点经消弧线圈接地的35-60 kV系统： 在过补偿状态运行时，X0为很大的正值，如取X0/X1=。,采用100% 避雷器。,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高,-22-,中性点直接接地的110-220 kV系统： X0为不大的正值。一般X0/X13，因此，健全相上电压升高不大于80%的线电压，故采用 80
9、% 的避雷器。,采用80% 避雷器，如考虑到长线效应，可采用90%避雷器。,同一系统，运行方式不同时，若某一点发生单相接地时，从故障点看进去的零序阻抗与正序阻抗比值将不同，故单相接地系数K(1) 也不是定值。一般情况下，“大方式”运行时单相接地系数大。,1. 工频电压升高,工频电压升高的原因 不对称短路引起的工频电压升高,-23-,工频电压升高的原因 突然甩负荷引起的工频电压升高 输电线路传送重负荷时，由于某种原因，断路器跳闸，电源突然甩负荷后，将在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成线路工频电压升高的又一原因。 当线路输送大功率（有功和感性无功）时，发电机的电势高于母线电压，甩负
10、荷后，发电机激磁绕组中的磁通来不及变化，与其相应，电源电势Ed 维持原来的数值。 线路末端断路器跳闸之后，空线仍由电源充电，电容效应造成工频电压升高。 从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。,1. 工频电压升高,-24-,1. 工频电压升高,工频电压升高的限制措施 限制工频电压升高的规定： 一般情况下，220kV及以下的电网中不需采取特殊措施限制工频电压升高。 在330kV，500kV ，75
11、0 kV 系统中，工频电压升高对确定设备的绝缘水平起着重要的作用，应采取适当措施，将工频电压升高限制在一定水平之内。目前我国规定330kV，500kV ，750 kV 系统，母线上的暂态工频过电压升高不超过最高工作相电压的 1.3 倍，线路不超过 1.4 倍。 通常采取以下方法加以限制： 利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应 利用静止补偿装置（SVC）限制工频过电压 采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗,-25-,无损线路末端接有并联电抗器,无损长线的方程,令,（由零增加，K12减小）,则线路首末端电压的传递系数为：,1. 工频电压升高,利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应,-26-,末端开路
12、首端看进去的阻抗：,末端接电抗器首端看进去的阻抗：,1. 工频电压升高,利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应,电源对线路首端的传递系数为：,-27-,利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应,电源对线路末端的传递系数为：,其中：,线路末端电抗器可以降低电压传递系数K02 ，从而降低了线路的末端电压。,1. 工频电压升高,-28-,利用并联电抗器补偿空载线路的电容效应 补偿度 并联电抗器的容量QL对空载长线电容无功功率QC的比值QL/QC称为补偿度。 并联电抗器的设置不仅涉及工频电压升高的抑制，还涉及系统无功平衡、潜供电流补偿、自激过电压及非全相状态下的谐振等问题。其补偿度及安装位置的选择，必须综合
13、考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。,1. 工频电压升高,-29-,1. 工频电压升高,-30-,利用静止补偿装置（SVC）限制工频过电压 并联电抗器在工频过电压时，将起到限制作用。但平时若一直接入系统，需消耗系统大量的无功功率，造成不必要的浪费。在过去的 10 年中，出现了一种新型的并联补偿装置，它采用了可控硅等先进的电子技术。,它包含三个部分： 可控硅开关投切电容器组（TSC）； 可控硅相角控制的电抗器组（TCR）； 调节系统。,1. 工频电压升高,-31-,采用良导体地线降低输电线路的零序阻抗 故障点健全相电压的升高与由故障点看进去的零序阻抗
14、X0 与正序阻抗X1 的比值有极大关系。X0，X1既包含集中参数的电机的暂态电抗、变压器的漏抗，又包含分布参数线路的阻抗。 一般情况下电源侧零序阻抗与正序阻抗之比是小于1的，而线路的零序阻抗与正序阻抗之比则是大于1的。若采用良导体地线，可降低X0 ，进而降低由故障点看进去的零序、正序电抗的比值，达到限制工频过电压的目的。 计算表明，电源容量愈大，良导体地线降低工频过电压愈明显。,1. 工频电压升高,-32-,Ch.5 暂时过电压,1. 工频电压升高 2. 谐振过电压,-33-,2. 谐振过电压,原因 电力系统中存在着大量的“储能元件”，这就是储静电能量的电容和储磁能的电感。这些元件组成了各种不
15、同的振荡回路，在正常运行时，这些振荡回路被负载所阻尼或分路，一般不会产生严重的振荡。但在发生故障时，系统接线方式和参数发生改变，就有可能发生谐振。 危害 常常引起严重的、持续时间很长的过电压；有时即使过电压不太高，也会出现一些异常现象，使系统无法正常运行。 类型： 线性谐振 参数谐振 铁磁谐振,-34-,2. 谐振过电压,线性谐振 系统中，等效回路的自振频率等于或接近电源频率时形成的谐振现象。,-35-,2. 谐振过电压,线性谐振 实际电力系统中，往往可以在设计或运行时避开这种谐振，因此完全满足线性谐振的机会是极少的。但是，即使在接近谐振条件下，往往也会产生很高的过电压。 线性谐振过电压幅值受
16、到回路中损耗（电阻）的限制；同时，在有些情况下，由于谐振时电流的急剧增加，回路中的铁磁元件趋向饱和，使系统自动偏离谐振状态而限制其过电压幅值。,-36-,2. 谐振过电压,线性谐振,-37-,2. 谐振过电压,线性谐振,0,0,0=,0,-38-,参数谐振所需能量来源于改变参数的原动机。当电感参数变化时所引入的能量足以补偿回路中的损耗，谐振不断发展。对应于一定的回路电阻，有一定的自激范围。谐振发生后，理论上振幅趋向无穷大，而不像线性谐振那样受到回路电阻的限制。但实际上电感的饱和会使回路自动偏离谐振条件，使过电压得以限制。,2. 谐振过电压,参数谐振 系统中某些电感元件的电感参数在某种情况下会发生周期性的变化。在某种参数搭配下，就有可能产生谐振现象。,-39-,2. 谐振过电压,参数谐振 电感元件的电感参数周期性变化的典型：发电机 当发电机带有电容性负载，如一段空载线路，在某种参数搭配下，就有可能产生参数谐振现象。有时将这种现象称作发电机的自励磁或自激。发电机投入电网运行前，设计部门要进行自激的校核，一般正常情况下，参数谐振是不会发生的。,
