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1、第二篇第二篇电力系统过电压及其防护电力系统过电压及其防护2021/6/161过过电电压压：指指电电力力系系统统中中出出现现的的对对绝绝缘缘有有危危险险的的电电压压升高和电位差升高。升高和电位差升高。过电压过电压分类分类：什么是过电压？什么是过电压？直击雷过电压直击雷过电压感应雷过电压感应雷过电压暂态过电压暂态过电压操作过电压操作过电压工频电压升高工频电压升高谐振过电压谐振过电压电压高；电压高；持续时间短；持续时间短；等值频率高等值频率高电力系统过电压电力系统过电压雷电（大气）过电压雷电（大气）过电压内部过电压内部过电压2021/6/162本篇主要内容本篇主要内容第四章第四章 线路及绕组中的波过
2、程线路及绕组中的波过程第五章第五章 电力系统大气过电压及保护电力系统大气过电压及保护第六章第六章 电力系统内部过电压及保护电力系统内部过电压及保护第七章第七章 电力系统绝缘配合电力系统绝缘配合2021/6/163第四章第四章 线路及绕组中的波过程线路及绕组中的波过程2021/6/164架架空空线线、电电缆缆线线、变变压压器器及及电电机机的的绕绕组组，在在冲冲击击电电压压( (雷雷电电及及操操作作过过电电压压) )下下都都应应按按分分布布参参数数电电路路来来分分析析，分分布布参参数数电电路路中中的的电电磁磁暂暂态态过过程程属于电磁波的传播过程，简称波过程。属于电磁波的传播过程，简称波过程。过过电
3、电压压波波在在线线路路上上传传播播其其本本质质是是电电磁磁场场能能量量沿沿线线路路传传播播的的过过程程，即即在在导导线线周周围围逐逐步步建建立立起起电电场和磁场的过程。场和磁场的过程。这这一一电电磁磁暂暂态态过过程程若若从从电电磁磁场场方方程程组组出出发发来来研研究究比比较较复复杂杂，为为方方便便起起见见，用用输输电电线线路路上上的的电电压压、电电流流波波过过程程代代替替电电磁磁场场波波过过程程，用用分分布布参参数电路数电路和和行波理论行波理论来分析。来分析。2021/6/165什么是分布参数电路？什么是分布参数电路？什么情况下应作为分布参数电路处理？什么情况下应作为分布参数电路处理？分布参数
4、与集中参数电路的不同分布参数与集中参数电路的不同2021/6/166所所研研究究的的过过电电压压波波变变化化速速度度很很快快，其其等等值值频频率率很很高高(例例如如雷电波的等值频率在雷电波的等值频率在106 Hz以上以上)；电电磁磁波波在在架架空空输输电电线线路路上上传传播播速速度度为为光光速速c300m/s，线路上各点在同一时刻的电压线路上各点在同一时刻的电压(电流电流)将不相等。将不相等。电压沿线路分布电压沿线路分布电压沿线路分布电压沿线路分布图图因因此此对对于于过过电电压压波波，输输电电线线路路必必须须采采用用分分布布参参数数模模型型，导导线线上上的的电电压压和和电电流流既既是是时时间间
5、的的函数又是空间的函数。函数又是空间的函数。大约300m2021/6/167雷电波沿输电线路传播2021/6/168主要内容主要内容4.1 4.1 均匀无损单导线波过程均匀无损单导线波过程均匀无损单导线波过程均匀无损单导线波过程4.2 4.2 波的折射和反射波的折射和反射波的折射和反射波的折射和反射4.3 4.3 行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容4.4 4.4 行波的多次折反射行波的多次折反射行波的多次折反射行波的多次折反射4.5 4.5 无损耗平行多导线系统中的波过程无损耗平行多导线系统中的波过程无损耗平行多导线系统中的
6、波过程无损耗平行多导线系统中的波过程4.6 4.6 冲击电晕对线路波过程的影响冲击电晕对线路波过程的影响冲击电晕对线路波过程的影响冲击电晕对线路波过程的影响4.7 4.7 变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程变压器绕组中的波过程4.8 4.8 旋转电机绕组的波过程旋转电机绕组的波过程旋转电机绕组的波过程旋转电机绕组的波过程2021/6/1694.1 4.1 均匀无损长线波过程均匀无损长线波过程 实实际际电电力力系系统统采采用用三三相相交交流流或或双双极极直直流流输输电电，属属于于多多导导线线线线路路，而而且且沿沿线线的的电电场场磁磁场场和和损损耗耗情情况况也也不不同同。
7、为为了了清清晰晰揭揭示示线线路路线线路路波波过过程程的的物物理理本本质质和和基基本本规规律律，先先从从理想理想的的均匀无损单导线均匀无损单导线入手。入手。2021/6/1610均匀无损长线等值电路均匀无损长线等值电路RXL，G较小，忽略R、G使计算大为简化，物理本质更加清楚，这种仅由L、C组成的链形回路，称为均匀无损长线均匀无损长线.C0:单位长度线路的电容；单位长度线路的电容；L0：单位长度线路的电感：单位长度线路的电感4.1.1均匀无损长线的波过程均匀无损长线的波过程2021/6/1611 波在均匀无损单导线上的传播波在均匀无损单导线上的传播 波传播的物理概念波传播的物理概念合合闸闸后后:
8、电电源源向向线线路路电电容容充充电电,即即向向导导线线周周围围空空间间建建立立起起电电场场;由由于于电电感感的的存存在在,较较远远处处的的电电容容要要间间隔隔一一段段时时间间才才能能充充上上一一定定数数量量的的电电荷荷。电电容容依依次次充充电电，线线路路沿沿线线逐逐渐渐建建立起电场。立起电场。有一电压波以一定的速度沿线路有一电压波以一定的速度沿线路x方向传播方向传播随着线路电容的充放电，将有电流流过导线电感，即在周围建随着线路电容的充放电，将有电流流过导线电感，即在周围建立起磁场。立起磁场。有一电流波以同样的速度沿线路有一电流波以同样的速度沿线路x方向流动方向流动2021/6/1612电压波电
9、压波和和电流波电流波沿线路的流动，实质上就是沿线路的流动，实质上就是电磁波沿线路传播电磁波沿线路传播的过程。的过程。设设沿沿x方方向向传传播播的的电电压压波波和和电电流流波波，在在开开关关合合闸闸后后，经经t时时间间传传播播 x。在在这这段段时时间间内内，x的的导导线线上上电电容容C0 x充充电电到到u，这这些些电电荷荷通通过过电电流波输送。流波输送。另另一一方方面面，这这段段导导线线上上的的总总电电感感为为L0 x,在在同同一一时时间间t内内，电电流流波波i在在导导线线周周围围建建立立起起磁磁链链L0 xi，这这些些磁磁链链是是在在t时时间间内内建建立立的的，因因此此导导线线上上的的感应电势
10、为感应电势为12电压与电流的关系电压与电流的关系2021/6/1613从从1、2中消去中消去x、 t，可以得到，可以得到同一时刻同一地点同一方向同一时刻同一地点同一方向电压波和电流波电压波和电流波的的关系关系波阻抗波速对于架空线路，单位长度的电感对于架空线路，单位长度的电感L L0 0和电容和电容C C0 0为：为：（H/m）（F/m）具有电阻的量纲2021/6/1614波阻抗：波阻抗：是是表表征征分分布布参参数数电电路路特特点点的的最最重重要要的的参参数数，它它是是储储能能元元件件，表表示示导导线线周周围围介介质质获获得得电电磁磁能能的的大大小小，具具有有电电阻阻的的量量纲纲，其值决定于单位
11、长度导线的电感和电容，与线路长度无关。其值决定于单位长度导线的电感和电容，与线路长度无关。对对单单导导线线架架空空线线，Z=500左左右右，考考虑虑电电晕晕影影响响取取400 左左右右，分分裂裂导导线线Z=300左左右右，电电缆缆的的波波阻阻抗抗约约为为十十几几欧欧姆姆至至几十不等。几十不等。2021/6/1615导导线线单单位位长长度度所所具具有有的的磁磁场场能能量量 恒恒等等于于电电场场能能量量 ，这就是电磁场传播过程的基本规律；这就是电磁场传播过程的基本规律；这这也也是是说说：电电压压波波和和电电流流波波沿沿导导线线传传播播的的过过程程就就是是电电磁磁能能量量的传播过程；的传播过程；导线
12、单位长度的总能量为导线单位长度的总能量为 或或改写上式可得改写上式可得2021/6/1616单根无损长线的单元等值电路单根无损长线的单元等值电路 由线路单元电路的回由线路单元电路的回路电压关系和节点电路电压关系和节点电流关系有：流关系有：建立以下一阶偏微分方程建立以下一阶偏微分方程电压、电流是空间和时间的函数电压、电流是空间和时间的函数4.1.2 4.1.2 波动方程的解波动方程的解求电压和电流的解求电压和电流的解2021/6/1617磁场：磁通变化磁场：磁通变化导线自感压降，用参数导线自感压降，用参数L L0dx表征表征电场：电场变化电场：电场变化导线对地电容电流，用参数导线对地电容电流，用
13、参数C C0dx表征表征v电压沿电压沿x方向的变化是由于电流在方向的变化是由于电流在L0上的电感压降；上的电感压降；v电流沿电流沿x方向的变化是由于在方向的变化是由于在C0上分去了电容电流；上分去了电容电流；v负号表示在负号表示在x正方向上电压和电流都将减少。正方向上电压和电流都将减少。无损传输线方程无损传输线方程342021/6/1618应用拉氏变换对上式联解，得二阶偏微分方程应用拉氏变换对上式联解，得二阶偏微分方程解得解得 为前行电压波和前行电流波为前行电压波和前行电流波 为反行电压波和反行电流波为反行电压波和反行电流波波动方程所描述的暂态电压和暂态电流不仅是时间t的函数也是距离x 的函数
14、。波动方程线路上的电压波和电流波，一般情况下都由前行波和反行波两个分量叠加而成。2021/6/1619q前行电压波前行电压波 和前行电流波和前行电流波 表示电压和电流在导线上的坐标表示电压和电流在导线上的坐标是以速度是以速度v沿沿x的正方向移动。的正方向移动。q反行电压波反行电压波 和前行电流波和前行电流波 表示电压和电流在导线上的坐标表示电压和电流在导线上的坐标是以速度是以速度v沿沿x的负方向移动。的负方向移动。电压波和电流波的关系：电压波和电流波的关系： q“前行电压波和前行电流波极性相同，反行电压波和反行电流波极性相反前行电压波和前行电流波极性相同，反行电压波和反行电流波极性相反。”如何
15、理解如何理解2021/6/1620电压波电压波的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与电荷的运动方向无关电荷的运动方向无关电流波电流波的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运的符号不仅与相应电荷符号有关，而且也与电荷运动方向有关动方向有关一般取正电荷沿一般取正电荷沿x正方向运动形成的波为正电流波正方向运动形成的波为正电流波电压和电流沿x的正方向传播电压和电流沿x的负方向传播2021/6/1621无损单导线波过程的基本规律由下面四个方程决定：无损单导线波过程的基本规律由下面四个方程决定： 从从这这四四个个基基本本方方程程出出发发，加加上上初初始
16、始条条件件和和边边界条件界条件, ,就可以算出导线上的电压和电流。就可以算出导线上的电压和电流。2021/6/1622必须注意：必须注意： 分分布布参参数数线线路路的的波波阻阻抗抗与与集集中中参参数数电电路路的的电电阻阻虽虽然然有有相相同同的的量量纲纲，但但在物理意义上有着本质的不同：在物理意义上有着本质的不同：n波波阻阻抗抗表表示示同同一一方方向向传传播播的的电电压压波波和和电电流流波波之之间间比比值值的的大大小小，电电磁磁波波通通过过波波阻阻抗抗为为Z的的无无损损线线时时，其其能能量量以以电电磁磁能能的形式储存于周围介质中，而不像通过电阻时被消耗掉；的形式储存于周围介质中，而不像通过电阻时
17、被消耗掉；n为了区别不同方向的行波，为了区别不同方向的行波，Z的前面有正负号；的前面有正负号；n如如果果线线路路上上有有前前行行波波，又又有有反反行行波波，导导线线上上的的总总电电压压和和总总电流的比值不再等于波阻抗，即电流的比值不再等于波阻抗，即n波波阻阻抗抗的的大大小小只只与与导导线线单单位位长长度度的的电电感感和和电电容容有有关关，而而与与线路的长度无关。线路的长度无关。2021/6/16234.2 4.2 波的折射和反射波的折射和反射2021/6/1624连接点连接点A处只能有一个电压电流值处只能有一个电压电流值必然有必然有其中其中4.2.1 4.2.1 折射波和反射波的计算折射波和反
18、射波的计算电压的折反射电压的折反射电流的折反射电流的折反射Z1 Z2波沿线传播时，遇到线路参数（波阻抗）发生突变的节点时，如从架空线到电缆，或从传输线到终端的集中参数元件时，都会在波阻抗发生突变的节点上产生折射与反射。2021/6/1625代入得代入得2021/6/1626、分别是节点分别是节点A的电压折射系数和反射系数的电压折射系数和反射系数、之间满足之间满足折射系数永远是正值，说明入射波电压与折射波电压同极性折射系数永远是正值，说明入射波电压与折射波电压同极性反射系数可正可负，要由边界点反射系数可正可负，要由边界点A两侧线路或电气元件参数确定两侧线路或电气元件参数确定2021/6/1627
19、无穷长直角波通过节点无穷长直角波通过节点A，Z1 Z22021/6/16282021/6/1629 末端电压末端电压末端反射波末端反射波末端电流末端电流电流反射波电流反射波v在线路末端由于电压波正的全反射，在反射波所到之处，导线上在线路末端由于电压波正的全反射，在反射波所到之处，导线上的电压比电压入射波提高的电压比电压入射波提高1倍倍v线路磁场能量全部转化为电场能量线路磁场能量全部转化为电场能量例一例一线路末端开路线路末端开路2021/6/1630末端电压末端电压电流反射波电流反射波反射波到达范围内导线上总电流反射波到达范围内导线上总电流v线路末端短路接地时，电流加倍，电压为线路末端短路接地时
20、，电流加倍，电压为0v线路全部能量转换成磁场能线路全部能量转换成磁场能例二例二线路末端接地线路末端接地2021/6/1631线路末端接有负载线路末端接有负载（两条不同波阻抗线路连接）（两条不同波阻抗线路连接）例三例三2021/6/1632A点边界条件点边界条件 其中其中联联解解得得Very Important!4.2.2 4.2.2 彼德逊法则（集中参数的等值电路）彼德逊法则（集中参数的等值电路）AUA=iA2021/6/1633彼德逊法则彼德逊法则要要计计算算节节点点A的的电电流流电电压压，可可把把线线路路1等等值值成成一一个个电电压压源源，其其电电动动势势是是入入射射电电压压的的2倍倍2u
21、1q(t)，其其波波形形不不限限，电电源源内内阻抗是阻抗是Z1。A线路1等值电压源线路2等值阻抗2021/6/1634彼彼德德逊逊法法则则将将分分布布参参数数问问题题变变成成集集中中参参数数等等值值电电路，简化计算。路，简化计算。u1q(t)可可以以为为任任意意波波形形，Z2可可以以是是线线路路、电电阻阻、电电感、电容组成的任意网络感、电容组成的任意网络使用彼德逊法则求解节点电压时的先决条件使用彼德逊法则求解节点电压时的先决条件：(1)入射波必需是沿分布参数线路传来入射波必需是沿分布参数线路传来(2)线路线路Z2上没有反行波或上没有反行波或Z2中的反行波尚未到达节点中的反行波尚未到达节点A20
22、21/6/1635应用举例应用举例-线路末端接有电阻线路末端接有电阻R R时的波过程时的波过程v当当R=Z1时，时，2021/6/1636v 此此时时线线路路上上无无反反射射波波电电压压，反反射射系系数数0，入入射射波波能能量量到到达电阻时全部变成热能而无反射达电阻时全部变成热能而无反射v当当RZ1时时，仍仍然然可可用用彼彼德德逊逊法法则则计计算算线线路路的的反反射射波波电电压压电电流流，电电阻阻把把一一部部分分电电磁磁能能变变成成热热能能，另另一一部部分分折折射射回回去去成成为反射波为反射波v 反射系数为反射系数为2021/6/16374.3 4.3 行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电
23、感和并联电容2021/6/16384.3 4.3 行波通过串联电感和并联电容行波通过串联电感和并联电容实际应用中，我们常常会遇到波传播时经过与实际应用中，我们常常会遇到波传播时经过与导线串联的电感，或者经过联接在导线与地之导线串联的电感，或者经过联接在导线与地之间的电容，如电容式电压互感器等。本节将应间的电容，如电容式电压互感器等。本节将应用用彼德逊法则彼德逊法则分析串联电感和并联电容对波分析串联电感和并联电容对波过程的影响。过程的影响。问题的提问题的提出出2021/6/1639由彼德逊法则由彼德逊法则4.3.14.3.1、无穷长直角波通过串联电感、无穷长直角波通过串联电感2021/6/164
24、0解之得解之得 其中其中 折射波电压折射波电压反射波电压反射波电压折射波最大陡度折射波最大陡度2021/6/16414.3.24.3.2、无穷长直角波通过并联电容、无穷长直角波通过并联电容2021/6/1642线路线路2 2前行波电流、电压为前行波电流、电压为其中其中反射波电压反射波电压折射波最大陡度折射波最大陡度2021/6/1643电感使折射波波头陡度降低电感使折射波波头陡度降低由由于于电电感感电电流流不不能能突突变变，因因此此当当波波作作用用在在电电感感初初瞬瞬，电电感感相相当当于于开开路路，它它将将波波完完全全反反射射回回去去，此此时时折折射射波波为为0 0，此后折射波电压随折射波电流
25、增加而增加此后折射波电压随折射波电流增加而增加电容使折射波波头陡度降低电容使折射波波头陡度降低由由于于电电容容电电压压不不能能突突变变，波波旁旁过过电电容容初初始始瞬瞬间间，电电容容相相当于短路当于短路2021/6/1644电电压压波波穿穿过过电电感感和和旁旁过过电电容容时时折折射射波波波波头头陡陡度度都都降降低低，但由它们各自产生的，但由它们各自产生的电压反射波却完全电压反射波却完全相反。相反。波波通通过过电电感感初初瞬瞬，在在电电感感前前发发生生电电压压正正的的全全反反射射，使使电感前电压提高电感前电压提高1 1倍倍。波波旁旁过过电电容容初初瞬瞬，则则在在电电容容前前发发生生电电压压负负的
26、的全全反反射射，使使电容前的电压下降为电容前的电压下降为0 0。由由于于反反射射波波会会使使电电感感前前电电压压提提高高，可可能能危危及及绝绝缘缘，所以常用并联电容降低波陡度所以常用并联电容降低波陡度。2021/6/16454.4 4.4 行波的多次折反射行波的多次折反射2021/6/16464.4 4.4 行波的多次折反射行波的多次折反射在在电电网网中中，线线路路的的长长度度总总是是有有限限的的，常常常常会会遇遇到到行行波波在在线线路路两两个个结结点点间间来来回回多多次次反反射射的的情况。情况。如如直直配配线线发发电电机机往往往往通通过过电电缆缆然然后后接接到到架架空空线线上上，当当雷雷电电
27、波波侵侵入入时时，行行波波将将在在电电缆缆段段两两结点间发生多次折反射。结点间发生多次折反射。问题的提问题的提出出2021/6/16472021/6/1648以节点以节点B B上的电压为例，以入射波到达上的电压为例，以入射波到达A A点的瞬间作为点的瞬间作为时间的起始点，则节点时间的起始点，则节点B B在不同时刻的电压为：在不同时刻的电压为：2021/6/1649经过经过n次折反射后，次折反射后，B点电压为点电压为 在无限长直角波作用下，经多次折反射，最后达到在无限长直角波作用下，经多次折反射，最后达到稳态的值和中间线路的存在与否无关。稳态的值和中间线路的存在与否无关。2021/6/1650但
28、是，但是，到达稳态值以前的电压变化波形则与中间线段的存在到达稳态值以前的电压变化波形则与中间线段的存在以及与以及与Z1、Z2的相对大小有关。的相对大小有关。2021/6/1651小小 结结用网格法分析计算波的多次折反、射过程；用网格法分析计算波的多次折反、射过程；中中间间线线段段的的存存在在及及其其波波阻阻抗抗Z0的的大大小小决决定定着着折折射波射波uB的波形，特别是它的波前。的波形，特别是它的波前。2021/6/16524.5 无损耗平行多导线系统中的波过程无损耗平行多导线系统中的波过程2021/6/16534.5 无损耗平行多导线系统中的波过程无损耗平行多导线系统中的波过程实际的输电线路都
29、是多导线的。实际的输电线路都是多导线的。例如，交流高压线路可能是例如，交流高压线路可能是5根或根或8根平行导线；根平行导线；双极直流高压线路可能是双极直流高压线路可能是3根或根或4根平行导线。根平行导线。这这时时，波波在在平平行行多多导导线线系系统统中中传传播播，将将产产生生互互相相耦合耦合(感应感应)的作用。的作用。2021/6/1654 将静电场的麦克斯维方程应用于平行多导线系统分析波将静电场的麦克斯维方程应用于平行多导线系统分析波在多导线系统中的传播在多导线系统中的传播。根据静电场的概念，当单位长度导线上有电荷根据静电场的概念，当单位长度导线上有电荷q0时，其对时，其对地电压地电压 ，如
30、以波速，如以波速 沿导线运动，则在导线上沿导线运动，则在导线上有一个以速度有一个以速度 进行传播的电压波和电流波。进行传播的电压波和电流波。设设n根根平平行行多多导导线线系系统统，导导线线单单位位长长 度度 上上 的的 电电 荷荷 分分 别别 是是 q1、 q2、q3qn，对对地地电电压压分分别别为为u1、u2、u3un，可可用用静静电电场场的的麦麦克克斯斯韦韦方方程表示如下：程表示如下：2021/6/1655自电位系数自电位系数互电位系数互电位系数由由根据电流与电荷的关系得电压与电流的关系2021/6/1656无损耗平行多导线系统波过程麦克斯韦方程组无损耗平行多导线系统波过程麦克斯韦方程组自
31、波阻抗自波阻抗互波阻抗互波阻抗电压与电流的关系2021/6/1657若导线上同时存在前行波和反行波时，对若导线上同时存在前行波和反行波时，对n根导线中的每根导根导线中的每根导线都有线都有n个方程写成矩阵形式个方程写成矩阵形式根据边界条件可求解根据边界条件可求解2021/6/1658 波在一根导线上传播时，在其它平行导线上的耦波在一根导线上传播时，在其它平行导线上的耦合波合波-平行多导线的耦合系数平行多导线的耦合系数例一例一在在对对地地绝绝缘缘的的导导线线2上上虽虽然然没没有有电电流流i2=0，但但它它处处在在导导线线1电电磁磁波波的的电电磁磁场场中，也会感应产生电压波。中，也会感应产生电压波。
32、典型工程应用典型工程应用2021/6/1659k0称为导线称为导线1和和2之间的几何耦合系数，它代表导线之间的几何耦合系数，它代表导线2由于导线由于导线1的的电磁场的耦合作用而获得的同极性电位的相对值电磁场的耦合作用而获得的同极性电位的相对值由于由于Z21Z11，所以，所以k05时时，有有shlchl，因因此此中中性性点点接地方式对电压起始分布影响不大。接地方式对电压起始分布影响不大。2021/6/1672电压起始分布可统一写成：电压起始分布可统一写成：v绕组中的电压绕组中的电压起始分布很不均匀起始分布很不均匀，其不均匀程度与，其不均匀程度与l值有关值有关vl愈大分布愈不均匀，大部分电压降落在
33、首端，在愈大分布愈不均匀，大部分电压降落在首端，在x=0处有最处有最大电位梯度大电位梯度上式表明上式表明，在，在t=0+时，绕组首端的电位梯度是平均梯时，绕组首端的电位梯度是平均梯度的度的l倍，式中负号表示绕组各点电位随倍，式中负号表示绕组各点电位随x增大而减增大而减小。小。因此对绕组首端绝缘应采取保护措施。因此对绕组首端绝缘应采取保护措施。2021/6/1673v从从上上面面的的分分析析可可知知：t=0瞬瞬间间，绕绕组组相相当当于于一一电电容容链链，此此电容可等值为一集中电容电容可等值为一集中电容CT，称为，称为变压器的入口电容变压器的入口电容。v试试验验表表明明：当当很很陡陡的的冲冲击击波
34、波作作用用时时，在在过过电电压压波波刚刚刚刚到到达达的的5s内内，绕绕组组中中的的电电磁磁振振荡荡尚尚未未发发展展起起来来，电电感感电电流流很很小小，可可以以忽忽略略。则则变变压压器器在在这这段段时时间间内内可可用用入入口口电电容容来来等等值。值。v变变压压器器绕绕组组入入口口电电容容是是绕绕组组总总的的对对地地电电容容和和总总的的纵纵向向电电容容的几何平均值。的几何平均值。v变变压压器器绕绕组组入入口口电电容容与与其其结结构构有有关关，不不同同电电压压等等级级和和不不同同容量的变压器入口电容值不同。容量的变压器入口电容值不同。2021/6/1674v对对于于末末端端接接地地的的绕绕组组：各各
35、点点根根据据电电阻阻而而形形成成均均匀匀的的稳稳态态电电压分布压分布v对于末端不接地的绕组：各点的稳态电位均为对于末端不接地的绕组：各点的稳态电位均为稳稳态态时时：电电感感短短路路，电电容容开开路路。波波长长等等值值频频率率很很低，等值电路由低，等值电路由绕组电阻绕组电阻决定决定稳态电压分布稳态电压分布。稳态分布稳态分布2021/6/1675变压器绕组的起始电位分布变压器绕组的起始电位分布 稳态电位分布稳态电位分布起始电位分布起始电位分布稳态电位分布稳态电位分布过渡过程过渡过程由由于于绕绕组组电电感感和和电电容容之之间间能能量量的的转转换换，使使过过渡渡过过程程具具有有振振荡荡性性质质。振振荡
36、荡的的激激烈烈程程度度与与起起始始分分布布和和稳态分布的稳态分布的差值差值密切密切相关相关。2021/6/1676过渡过程中绕组各点的最大对地电压包络线过渡过程中绕组各点的最大对地电压包络线1-起始电位分布；起始电位分布；2-稳态电位分布；稳态电位分布；3-过渡过程；过渡过程；4-最最大大对对地地电电压压包包络线络线理论分析和实验结果表明：随着振荡过程的发展，最大电理论分析和实验结果表明：随着振荡过程的发展，最大电位梯度的出现点将向绕组深处传播，绕组各点将在不同时位梯度的出现点将向绕组深处传播，绕组各点将在不同时刻出现最大电位梯度，刻出现最大电位梯度，这对纵绝缘的保护和设计是个很重这对纵绝缘的
37、保护和设计是个很重要的问题。要的问题。在末端接地的绕组在末端接地的绕组中，最大电压将出中，最大电压将出现在绕组首端附近，现在绕组首端附近，其值可达其值可达1.4U0在在末末端端不不接接地地的的绕绕组组中中，最最大大电电压压将将出出现现在在绕绕组组末末端端，其其值值可可达达1.9U0实际的绕组因有损耗而使最大电位有所降低实际的绕组因有损耗而使最大电位有所降低不不论论绕绕组组末末端端是是开开路路还还是是接接地地，当当t=0时时，绕绕组组纵纵向向最最大大电位梯度将出现在绕组首端，其值为电位梯度将出现在绕组首端，其值为 。2021/6/1677 绕组中的振荡过程与作用在绕组上的冲击电压波形有关。绕组中
38、的振荡过程与作用在绕组上的冲击电压波形有关。冲击电压波头时间越长，上升速度越低，则绕组上的初冲击电压波头时间越长，上升速度越低，则绕组上的初始电压分布由于受电感电流的影响，就将与稳态电位分始电压分布由于受电感电流的影响，就将与稳态电位分布较接近，振荡过程的发展就比较缓和，绕组各点对地布较接近，振荡过程的发展就比较缓和，绕组各点对地的最大电位和纵向电位梯度也将较低；的最大电位和纵向电位梯度也将较低；反之，当波头很陡的冲击电压作用时，绕组内的振荡将反之，当波头很陡的冲击电压作用时，绕组内的振荡将很激烈。很激烈。因此，减小入侵冲击电压的因此，减小入侵冲击电压的陡度陡度对绕组的主绝缘对绕组的主绝缘和纵
39、绝缘的保护具有很重要的意义。和纵绝缘的保护具有很重要的意义。2021/6/1678 在在变变电电站站内内由由于于避避雷雷器器动动作作或或设设备备绝绝缘缘闪闪络络的的结结果果，使使入入侵侵的的冲冲击击电电压压波波发发生生截截断断，原原已已被被充充电电到到u的的变变压压器器的的入入口口电电容容将将经经线线段段L的的电电感感放放电电，形形成成振振荡荡，产产生生很很高高幅幅值值的的过过电电压压，且且陡陡度度很很大大，会会在在变变压压器器绕绕组组中中产产生生很很大大的的电电位位梯梯度度，危危及及变变压压器器绕绕组组纵纵绝绝缘缘。因因此此，必必须须对对电电力力变变压压器器进进行行截截波波冲击试验。冲击试验
40、。1、在绕组首端部位加一些电容环和电容匝补偿对地电容；、在绕组首端部位加一些电容环和电容匝补偿对地电容；2、增大纵向电容，减小对地电容的影响。、增大纵向电容，减小对地电容的影响。4.7.2 变压器绕组的截波作用变压器绕组的截波作用4.7.3 变压器的内部保护变压器的内部保护2021/6/16791. 中性点不接地的星形绕组中性点不接地的星形绕组单相进波，中性点最大电压为单相进波，中性点最大电压为2U0/3两相进波，中性点最大电压为两相进波，中性点最大电压为4U0/3三相进波，中性点最大电压为三相进波，中性点最大电压为2U0绕组对冲击波的阻抗绕组对冲击波的阻抗远大于线路波阻抗远大于线路波阻抗绕组
41、末端短路。绕组末端短路。4.7.4 三相变压器绕组中的波过程三相变压器绕组中的波过程2021/6/16802. 三角形绕组三角形绕组单相进波，和末端接地的单相绕组相同单相进波，和末端接地的单相绕组相同三相进波，绕组中部电压最高可达三相进波，绕组中部电压最高可达2U02021/6/1681当当过过电电压压侵侵入入变变压压器器某某一一绕绕组组时时，除除了了在在该该绕绕组组产产生生振振荡荡过过电电压压外外，由由于于绕绕组组之之间间的的静静电电感感应应(耦耦合合)、电电磁磁感感应应(耦耦合合)，在在变变压压器器其其它它绕绕组组上上也也会会出出现现感感应应(耦合耦合)过电压，这就是绕组之间波过程的传递过
42、电压，这就是绕组之间波过程的传递1. 静电感应电压分量静电感应电压分量式中：式中：C2包含绕组包含绕组连接电器、连接电器、 线路、电缆的对地电容，使线路、电缆的对地电容，使 C2C12 静电耦合分量对副边无危险静电耦合分量对副边无危险但副边开路，静电分量较高，应采用保护措施但副边开路，静电分量较高，应采用保护措施4.7.5 变压器绕组之间的波过程变压器绕组之间的波过程2021/6/16822. 电磁感应分量（磁传递）电磁感应分量（磁传递） 绕组绕组在过电压波作用下，随时间推移，绕组电感中会逐渐通过电在过电压波作用下，随时间推移，绕组电感中会逐渐通过电流产生磁通，使绕组流产生磁通，使绕组感应出电
43、压，这就是电磁感应分量。电磁感应分感应出电压，这就是电磁感应分量。电磁感应分量的幅值与一、二次绕组的变比成比例。量的幅值与一、二次绕组的变比成比例。I2021/6/16834.8 旋转电机绕组的波过程旋转电机绕组的波过程 1. 结构特点结构特点对对于于单单匝匝绕绕组组，不不存存在在匝匝间间电电容容，此此类类绕绕组组的的等等值值电电路路视视同同输输电电线路，具有一定的波阻抗。线路，具有一定的波阻抗。对对于于多多匝匝绕绕组组，其其绕绕组组的的波波过过程程原原则则上上与与变变压压器器绕绕组组的的波波过过程程一一样样。但但由由于于电电机机绕绕组组分分别别嵌嵌放放在在绝绝缘缘的的各各个个铁铁芯芯糟糟里里
44、，其其匝匝间间电电容容K0要要比比变变压压器器小小得得多多，可可以以忽忽略略匝匝间间电电容容的的影影响响，因因此此多多匝匝绕绕组的等值电路仍视同输电线路，具有一定的波阻抗。组的等值电路仍视同输电线路，具有一定的波阻抗。这这里里所所涉涉及及的的旋旋转转电电机机主主要要是是指指经经过过电电力力变变压压器器或或直直接接与与电电网网相相连连的的发发电电机机、同同期期调调相相机机和和大大型型的的电电动动机机。旋旋转转电电机机绕绕组组分分为为单单匝匝和和多多匝匝，大大功功率率高高速速电电机机往往往往是是单单匝匝，小小功功率率低低转转速速或或电压较高的电机往往是多匝。电压较高的电机往往是多匝。2021/6/
45、1684v槽内外波阻抗及波速不相同，通常所指的波阻抗是内外波阻抗槽内外波阻抗及波速不相同，通常所指的波阻抗是内外波阻抗的平均值，电机绕组的波阻抗与其匝数、电压等级及额定容量的平均值，电机绕组的波阻抗与其匝数、电压等级及额定容量有关，一般随容量的增加而减少。有关，一般随容量的增加而减少。v波在电机绕组中传播时，与在输电线路上的传播过程所不同的波在电机绕组中传播时，与在输电线路上的传播过程所不同的是，它存在着可观的铁损、铜损，因此随着波的传播，波将较是，它存在着可观的铁损、铜损，因此随着波的传播，波将较快地衰减和变形。快地衰减和变形。2021/6/16852. 电机绕组中的波过程电机绕组中的波过程作用在匝间绝缘上的电压作用在匝间绝缘上的电压匝间电压与进波陡度匝间电压与进波陡度 成正比，当匝间电压超过匝间绝缘的成正比，当匝间电压超过匝间绝缘的冲击耐压值时，就可能引起匝间绝缘击穿事故冲击耐压值时，就可能引起匝间绝缘击穿事故将进波陡度限制到将进波陡度限制到56kV/s以下，则可避免匝间绝缘故障以下，则可避免匝间绝缘故障2021/6/1686 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
