电力系统过电压介绍

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二、影响因素与限制措施
影响因素 （1）断路器性能 灭弧能力越强的断路器，其对应的切 空变过电压最大值也越大。 （2）变压器特性
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第六节 雷电放电和雷电过电压
一、雷云的形成
❖ 关于雷云的形成机理有很多的理论，它
们或从微观的物理过程出发、或从宏观
的大气现象出发，对雷云形成过程中的
❖ 按照安装方式的不同，可将避雷针分为
独立避雷针和装设在配电装置构架上的 避雷针两类。
❖ 变电所的直击雷防护设计内容主要是选 择避雷针的支数、高度、装设位置、验
算它们的保护范围、应有的接地电阻、 防雷接地装置设计等。
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五、 变电所的进线段保护
❖ 从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有效 地发挥保护作用，就必须采取措施：
• 在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲 击电气强度为最低。
• 电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保 护水平相差不多、裕度很小。
• 发电机绕组的匝间电容很小和不连续，迫使过电
压进入电机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它
的每匝绕组的长度又远较变压器绕组为大。
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❖ • • ❖
在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重，
其过电压理论值可达3Uφ
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影响因素和限制措施
影响因素
（1）合闸相位：是随机量，遵循 统计规律。
（2）线路损耗：主要来源：①线 路及电源的电阻；②当过电压超 过导线的电晕起始电压后，导线 上出现电晕损耗。
（3）线路残余电压的变化
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大影响。
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输电线路在长度不很大时的等值电路，由 于空载，就可简化如图所示。
.
IR
.
UR
～
.
E
L
.
UL
C
.
UC
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空载长线的简化等值电路
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一般R要比XL和XC小得多，而空载线路 的工频容抗XC又要大于工频感抗XL， 因此在工频电势 的作用下，线路上流 过的容性电流在感抗上造成的压降将 使容抗上的电压 高于电源电势。
• 限制进波陡度 • 限制流过避雷器的冲击电流幅值 ❖ 进线段能起两方面的作用： • 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以外的
线路，它们在流过进线段时将因冲击电晕而发 生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； • 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流幅值。
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六 旋转电机的防雷保护
❖ 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷 害事故也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、 运行条件等方面的特殊性造成的。
空载线的合闸可分为正常合闸和 自动重合闸。这时出现的操作 过电压称为合空线过电压或合 闸过电压，重合闸过电压是过 电压中最严重的一种。
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如果是自动重合闸，那么条件将不利，主要 原因在于这时线路上有一定残余电荷和初 始电压，重合闸时振荡将更加剧烈。
如果采用的是单相自动重合闸，只切除故障 相，而健全相不与电源电压相脱离，那么 当故障相重合闸时，因该相导线上不存在 残余电荷和初始电压，就不会出上述高幅 值重合闸过电压。
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合闸过电压的限制、降低措施主要有： （1）装设并联合闸电阻 （2）同电位合闸 （3）利用避雷器来保护
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第五节 切除空载变压器过电压
一、发展过程
电弧
u～
i=iL+iC ≈iL
பைடு நூலகம்iL
iC
LT
CT
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切除空载变压器等值电路
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产生原因：
流过电感的电流在到达自然零 值之前就被断路器强行切断，从而 迫使储存在电感中的磁场能量转为 电场能量而导致电压的升高。
操作过电压
切断空载线路过电压 空载线路合闸过电压 切断空载变压器过电压
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断续电弧接地过电压
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内部过电压
第一节 稳态过电压的电路基础 第二节 谐振过电压 第三节 切断空载线路过电压 第四节 空载线路合闸过电压 第五节 切除空载变压器过电压
第六节 雷电放电和雷电过电压
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第一节 稳态过电压的电路基础
电荷分离、电荷的积聚分布、雷云电场
的形成等进行分析、研究，其中比较有
代表性的有感应起电、对流起电、温差
起电、水滴分裂起电、融化起电、冻结
起电等，但至今尚无定论。
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二、 雷电放电过程
❖ 就其本质而言，雷电放电是一种超 长气隙的火花放电，与金属电极间 的长气隙放电是相似的。所不同的 是由于雷云的物理性质毕竟与金属 板不同，因而具有多次重复雷击等 现象和特点。
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❖当先导放电接近地面时，地面上一些 高耸的物体因周围电场强度达到了能 使空气电离程度，会发出向上的迎面 先导，当它与下行先导相遇时，就出 现了强烈的电荷中和过程，出现极大 的电流，这就是雷电的主放电阶段， 伴随着雷鸣和闪光。这段时间极短， 只有50~100 μs，它是沿着负的下行先 导通道，由下而上逆向发展的，亦称 “回击” 。
内部过电压
暂时过电压 操作过电压
工频电压升高 谐振过电压
雷电过电压
直接雷过电压 感应雷过电压
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内部过电压的根源在电力系统内部，通常都是因 系统内部电磁能量的积聚和转换而引起。
分类：
空载长线的电容效应
工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
暂时过电压
内部过电压
谐振过电压
甩负荷引起的工频电压升高 线性谐振过电压 铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
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❖雷云下部大部分带负电荷，所以 大多数的雷击是负极性的，雷云中 的负电荷会在地面感应出大量正电 荷。这样地面与大地之间或两块带 异号电荷的雷云之间，会形成强大 的电场，其电位差可达数兆伏甚至 数十兆伏。
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❖ 通常“云—地”之间的线状雷电 在开始时往往是一微弱发光的通 道从雷云向地面伸展，它以逐级 推进的方式向下发展，每级长度 约25~50m，每级的伸展速度约 104 km/s，平均发展速度只有 100~800km/s这种预放电称为先 导放电。
电力系统过电压
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电力系统中的各种绝缘在运行中 除了受长期工作电压的作用外， 还会受到各种比工作电压高得多 的过电压的作用。
所谓过电压就是指电系统中出现的 对绝缘有危险的电压升高和电位升 高。通常过电压可以作如下分类：
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电力系统过电压的种类和过电压水平
过电压的分类
电力系统过电压
直配电机的防雷保护是电力系统中的一大难 题，因为这时的过电压波直接从线路入侵， 幅值大、陡度也大。
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三 架空输电线路防雷保护
❖ 输电线路是电力系统的大动脉，一 条长100m的架空线路一年往往要遭 到数十次雷击，因而线路的雷击事 故在电力系统总的雷害事故中占有 很大的比重。输电线路防雷保护的 根本目的就是尽可能的减少线路雷 害事故的次数和损失。
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❖ 1. 2.
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四 变电所的防雷保护
❖ 变电所是多条输电线路的交汇 点和电力系统的枢纽。
❖ 变电所中出现的雷电过电压有 两个来源：
• 雷电直击变电所；
• 沿输电线路入侵的雷电过电压
波。
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❖ 雷电直接击中变电所设施的导电部分， 则出现的雷电过电压很高，一般都会引
起绝缘的闪络或击穿，所以必须装设避 雷针或避雷线对直击雷进行防护。
❖
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从防雷保护的观点来看，发电机可分为两大 类：
通过变压器再接到架空线路上去的电机，简 称非直配电机；
直接与架空线相连的电机，简称直配电机。
理论分析和运行经验均表明：非直配电机所 受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静 电和电磁传递。只要低压绕组不是空载，那 么传递过来的电压就不会太大。
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二、铁磁谐振过电压
E～
UL
L I
C UC
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特点： 产生串联铁磁谐振的必要条件是： 电感和电容的伏安特性必须相交， 铁磁元件的非线性是产生铁磁谐 振的根本原因。
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第三节 切断空载线路过电压
l
～ z
QF
-Uφ
(a)
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(b)
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影响因素
（1）中性点接地方式：中性点非有效 接地电网的中性点电位有可能发生位 移，所以某一相的过电压可能特别高 一些。
（2）断路器的性能：重燃次数对这种 过电压的最大值有决定性的影响；
（3）母线上的出线数：当母线上同时
接有几条出线，而只切除其中一条时，
这种过电压将较小；
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第四节 空载线路合闸过电压
.
.
.
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E ULUC j I(XL XC)
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❖ 由于电感与电容上的压降反相，且UC＞ UL，可见电容上的压降大于电源电势.为 了限制这种工频电压升高现象，大多采用 并联电抗器来补偿线路的电容电流以削弱 电容效应，效果十分显著。
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第二节 谐振过电压
一、谐振过电压的类型 ❖（1）线形谐振过电压 ❖（2）参数谐振过电压 ❖（3）铁磁谐振过电压
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为了表示一条线路的耐雷性能和所采 用防雷措施的效果，通常采用的指标 有:
耐雷水平:雷击线路时，其绝缘尚不至 于发生闪络的最大雷电流幅值或能引 起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位 为KA。
雷击跳闸率(n) :是指在雷暴日Td=40的 情况下、100km的线路每年因雷击而 引起的跳闸次数，其单位为“次 /(100km.40雷暴日)”。
工频电压升高的危害
（1）由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下 发生，所以它们有可能同时出现、相互叠加。
（2）工频电压升高是决定某些过电压保护装置工 作条件的重要依据，所以它直接影响到避雷器的 保护特性和电力设备的绝缘水平。
（3）由于工频电压升高是不衰减或弱衰减现象，
持续时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很