电力系统操作过电压共60页文档

详细描述
雷电天气引起的过电压主要是由于雷击产生的电流通过输电线路、变压器等设备 时，会在瞬间产生极高的电压，远超过设备的承受能力，导致设备损坏或引起系 统故障。
电力系统故障引起的过电压
总结词
电力系统故障如断路器误动、变压器短路等，会导致系统内 部电压异常升高，形成过电压。
详细描述
电力系统故障引起的过电压通常是由于设备故障或操作失误 等原因，使得系统中的电流突然增大，在系统中产生过电压 。这种过电压可能对电力设备和系统造成严重危害，甚至引 发火灾等安全事故。
绝缘击穿
过电压可能导致电力设备的绝缘 层被击穿，引发短路、电弧等问 题，严重时甚至可能引发火灾。
设备损坏
过电压可能对电力设备造成损坏， 如变压器、断路器、发电机等，导 致设备性能下降或完全失效。
保护装置误动作
过电压可能引发继电保护装置误动 作，导致非故障线路或设备停电， 影响正常供电。
过电压对电力系统稳定性的影响
停电事故
过电压可能导致电力系统 保护装置误动作，引发大 范围停电事故，影响社会 生产和居民生活。
连锁反应
过电压可能引发连锁反应， 导致整个电力系统的崩溃 和瘫痪。
PAR
由于雷电直接击中电力系统的某 一部分，如输电线路、变压器等 ，导致过电压的产生。
反击过电压
PART 04
电力工程中过电压的防范 措施
安装避雷装置
避雷针
避雷针是常见的避雷装置， 能够将雷电引入地下，保 护电力设施免受雷击。
避雷线
避雷线适用于架空线路的 防雷，通过与接地装置连 接，将雷电引入地下。
避雷器
避雷器能够限制过电压的 幅值，在雷击或操作过电 压下释放电流，保护设备 免受过电压的损害。

1)双重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系。
2)每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和电流互感器互相独立的绕组，其保护范围应交叉重迭，避免死区。
3)保护装置双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。
1.3《实施细则》强调了防止重大事故的重点要求，但并未涵盖全部继电保护反事故技术措施，也不是继电保护反事故技术措施应有的全部内容。有些措施在已颁发的规程、规定和技术标准中已有明确规定，但为了强调有关措施,本次重复列出。因此，在贯彻落实《实施细则》的过程中仍应严格执行相关规程、规定和标准。
1.4新建、扩建和技改等工程均应执行《实施细则》，现有发电厂、变电站已投入运行的继电保护装置，凡严重威胁安全运行的必须立即改进，其它可分轻重缓急有计划地予以更新或改造。不能满足要求的应结合设备大修加速更换，而对不满足上述要求又不能更改的，由设计、制造和运行等单位共同研究、解决。过去颁发的反措及相关标准、规定，凡与本《实施细则》有抵触的，应按《实施细则》执行。
2.3继电保护技术监督应贯穿电力工业的全过程。在发、输、配电工程初设审查、设备选型、设计、安装、调试、运行维护等阶段，都必须实施继电保护技术监督。贯彻"安全第一、预防为主"的方针，按照依法监督、分级管理、专业归口的原则实行技术监督应进一步加强技术监督工作，组织、指导发、供电企业和用户做好继电保护技术监督工作和运行管理工作。各发供电企业（特别是独立发电企业）、电力建设企业都必须接受调度部门的技术监督和专业管理，应将继电保护技术监督和专业管理以及相应的考核、奖惩条款列入并网调度协议中，确保电网的安全稳定运行。
2.9继电保护的配置与整定都应充分考虑系统可能出现的不利情况，尽量避免在复杂、多重故障的情况下继电保护不正确动作，同时还应考虑系统运行方式变化对继电保护带来的不利影响，当遇到电网结构变化复杂、整定计算不能满足系统要求而保护装置又不能充分发挥其效能的情况下，线路应遵循以下原则：

3、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压
在接有Y0接线的电磁式电压互感器的中性 点不接地系统中，当出现某些扰动，使电压 互感器各相电感的饱和程度不同时，有可能 出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过 电压。
常见的扰动有：电压互感器的突然合闸、 由于雷击或其他原因发生瞬间单相弧光接地、 传递过电压
一、一般特征
1、持续时间比较短
2、其幅值与系统相电压幅值有一定倍数关系 3、其幅值与系统的各种因素有关，有强烈的统 计性 4、依据系统的电压等级不同，显示重要性 也不同
5、在超高压系统中，它是决定系统绝缘水 平依据之一
常见类型：
❖ 中性点不接地系统弧光接地过电压 ❖ 空载线路合闸过电压 ❖ 切空载线路过电压 ❖ 切空载变压器过电压
2.按其性质可分为三类
(1).线性谐振 (2).铁磁谐振 (3).参数谐振
二、铁磁谐振的基本原理
1、铁磁谐振
产生谐振条件:
L 1 C
2、物理过程 (1)串联铁磁谐振回路的伏安特性
（2）分析时注意： 产生铁磁谐振的必要条件 正确分析平衡点的稳定性
3.主要特点：
L （1）对于一定的 L0 值当C
二、间隙电弧接地过电压
1、产生原因
在中心点不接地系统中，当一相发生 故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之 为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡 过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧 接地过电压）
2.单相接地电路图及相量图
3、分析
注意几点 （1）应假设某故障相达到最大值时电弧接地， 这是最严重情况 （2）掌握某一状态、某一时间下电压初始值、 稳态值 （3）过电压的最大幅值可用下面公式估算
2、线路较长时 （1）等值电路图
（2）线路距末端X处电压分布

Ls Ll
E
Cs
Cl
分闸时： 分闸后经过 1 8 0 ：

U l U S Em U S Em
此时断路器两端压差大，如发生重燃，会产生过电压：
U l 2U S U l 3 E m
假设在 3 E 处断路器重新开断，经过一段时间后：
m
U S Em
此时断路器两端压差大，如再次重燃，会产生过电压：
2、间歇电弧的特点：
当10kv系统中接地电流小于30A、或35kv系统中接 地电流小于10A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。
3、过电压的形成过程：
Ec Eb Ec Eb Ea Ic Ib Ea
O
N
I jd
Ib
Ic
2、特点：
高频振荡、幅值高、持续时间短。 3、研究意义： 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。
4、常见的操作过电压：
间歇电弧接地过电压； 空载变压器分闸过电压； 空载线路分闸过电压； 空载线路合闸过电压；
12.2 空载变压器分闸过电压
1、空载变压器分闸过电压： 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：
Ls I0
E
Cs Lk
C
L
U0
分闸前： 分闸后：
i0 I m sin t i0 I m sin
ES ER
A
U Sm Ls
A
U Am
LR

5.1 间歇性电弧的产生
I 2 I3 3CU ph I 3I 2 3CU ph
产生过电压的机理
Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高 频电流（自由）分量
通常认为，油中电弧可能在过渡过程中高频 过零熄弧，空气中的开放电弧大多在工频电 流过零时熄弧，前者称为高频熄弧理论，过 电压值较高，后者称为工频熄弧理论，过电 压值较低
与工频电压升高和谐振过电压相比：
过电压幅值高 强阻尼、高振荡性 持续时间短
由于操作过电压的能量来源于系统本身，故其 幅值与额定电压大致有一定倍数关系，通常以 系统最高运行相电压的幅值Uphm作为基值来计 算过电压倍数Kn
1.2 操作过电压的特点
操作过电压的幅值，持续时间与电网结构参 数，断路器性能，系统接线，操作类型等因 素有关，其中很多因素具有随机性，因此过 电压幅值持续时间也具有统计性
1.6 限制操作过电压措施
线路上装设并联电抗器，限制工频电压升高 改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器 采用氧化锌避雷器限制过电压
1.7 研究操作过电压方法
理论分析和数值计算 模拟试验、现场测试、运行纪录，暂态网络分析仪
（TNA）、数字模拟混合实时仿真系统以及先进的 仪器仪表 本课程主要介绍几种典型的操作过电压形成的原理 ，影响因素及主要防护措施
过电压倍数
4.0
3.5 3.0 2.75 2.0或2.2
1.5 规程规定选择绝缘时 计算用操作过电压倍数
相间绝缘
35~220kV 的 相 间 操作 过 电 压可 取 相 对地 的 1.3~1.4倍
330kV 的 相 间 操 作 过 电 压 可 取 相 对 地 的 1.4~1.45倍
500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍

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§2. 合闸空载线路引起的过电压

限制过电压的措施

③控制合闸相位

空载线路合闸过电压的大小与电源电压的合闸相位有关，因此可 以通过一些电子装置来控制断路器的动作时间，在各相合闸时， 将电源电压的相位角控制在一定范围内，以达到降低合闸过电压 的目的。
在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部残 余电荷通过互感器泄放掉。 在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，当出现 较高的过电压时，避雷器应能可靠动作，将过电压限制在允许的 范围内。
0 1/ 3LC
脱谐度γr
r 1 kr
IC IL 1 ( 0 )2 IC
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§1. 中性点不接地系统电弧接地引起的过电压

限制过电压的措施

②中性点经消弧线圈接地



当kr<1，γr>0时，表示消弧线圈的电感电流小于线路的电容电流 (IC>IL)，故障点有一容性残流，称此为欠补偿。 当kr>1，γr<0时，表示电感电流大于电容电流(IC<IL) ，故障点 流过感性残流，称此为过补偿。 当kr=1，γr=0时，电感电流与电容电流相互抵消(IC=IL) ，消弧 线圈与三相并联电容处于并联谐振状态，称此为全补偿。


§1. 中性点不接地系统电弧接地引起的过电压

限制过电压的措施

②中性点经消弧线圈接地
U C U C U C U 1 (C C C ) L
A A B B C C N A A A 2
过于接近全补偿，则中性点位 移电压过大危及系统绝缘。
采用过补偿时，通常γr =-0.05 ~-0.10，即过补偿5 ~ 10 %，但应使残流值不超 过 l0 A，否则还可能出现间隙性电弧。

限制措施：采用避雷器来抑制
切除电容性负载的过电压
产生原因：电容性负载系指流过电容器、电缆 或空载长线路等的电流。在断路器开断电容性 设备的过程中，若断口上的恢复电压上升速度 超过其介质强度的上升速度，即会造成断路器 开断时的电弧重燃。此时若断口两端电压极性 相反，加之电源继续供给能量，使振荡充分发 展，从而引发产生过电压
铁磁谐振过电压 ：一般只发生在空载或 轻载的条件下
参数谐振过电压：由电感参数作周期性 变化的电感元件和系统电容元件(如空载 线路)组成回路
铁磁谐振过电压
断路器的均口电容与母线PT形成的谐振 回路
母线空载时，母线对地电容与母线PT形 成的谐振回路
线路断线，线路末端接有空载或轻载的 中性点不接地变压器
投切合支路跌落式熔断器 产生的过电压
产生原因：电网运行人员在进行支路停 送电操作中，若带负荷切合跌落式熔断 器，由于负荷电流大容易产生电弧重燃， 并使线路对地电容发生变化，系统运行 的稳定性遭受破坏，从而激发起电磁振 荡而产生过电压。
限制措施：采用自动调谐原理的接地补 偿装置
负荷突变形成的过电压
3.2. 操作过电压
投切小电感性负载产生的过电压 开断电容性负载产生的过电压 合闸空载长线路产生的过电压 投切合支路跌落式熔断器产生的过电压 负荷突变形成的过电压
投切小电感性负载 产生的过电压
产生的原因：小电感性负载系指空载变压器、 电动机等。断路器灭弧能力一般按照切断大电 流设计的，其灭弧能力强。而在切断小电感性 负载时，可能在电流过零前强制熄弧而造成截 流。此时，设备的电感和电容中储存的能量相 互转换而形成振荡。由于对地杂散电容较小， 当全部能量转换为电场能时，就会产生幅值很 高的过电压。
影响过电压的因数：断路器的性能、中性点接 地方式

2、应用场合
（1）、对于35KV和66KV系统，如单相接地电容电流 不超过10KA时，中性点可采用不接地方式
（2）、对不直接与发电机连接的3~10KV系统，Ic需具 体分析
（3）、对与发电机直接相连的3~10KV系统， Ic超过 容许值，应采用消弧线圈接地方式
e(t) Em cost
线路切除前，电路呈容性，电流为
i(t) Em cos(t 90 )
Xc Xs
忽略回路损耗，线路上的最高电压为 过电压幅值=稳态值+（稳态值—初始值）
断路器触头的熄灭和重燃是一个复杂的过程，由很多随机 因素决定。使用同一台断路器切除同一条空载线路，发生 电弧重燃的条件均不相同，只有用数理统计的办法计算发 生重燃的概率。
二、自动重合闸引起的过电压
自动重合闸引起的合闸空线路过电压较高，其主要 原因在于自动重合闸时，线路上有一定残余电荷和初始电 压，将会加剧振荡。
三、限制合闸过电压的措施 1、使用带并联电阻的断路器 2、在线路侧安装电磁式电压互感器 3、采用单相重合闸，只切除故障相 4、采取同步合闸 5、利用避雷器
第八章 电力系统操作过电压
9.1切除空载线路过电压
产生的原因：断路器电弧重燃造成的，特别是油断路器在 切断空载小电流时，会发生电弧重燃现象。
一、物理过程 切除空载线路的等值电路
LT：线路电感，CT为线路对地电容， Le：发电机、变压器漏感之和
简化后的等值电路
在简化等值电路中，设电源电动势为
二、影响因素 1、灭弧性能，去游离作用 2、变压器的空载激磁电流及电感 3、变压器的容量、铁心的导磁材料 4、变压器绕组的绕法 5、静电屏蔽措施
三、限制措施 1、阀型避雷器 2、并联一线性或非线性电阻

• 消弧线圈及其对电弧接地过电压的限制作用（2）
.
I
jd
.
.
ICIL
( 1
L
.
3C)U xg
补偿度 脱谐度 欠补偿 全补偿 过补偿
k= IL / IC γ=1-k IL < IC IL = IC IL > IC
ωL > 1/3ωC K<1, γ>0
ωL = 1/3ωC K=1, γ=0
ωL < 1/3ωC K>1, γ<0
6.2 谐振过电压
• 因此，基波铁磁谐振过电压必要条件
•
L0
1
C
铁磁谐振过电压“稳定工作点”分析
铁磁谐振过电压特点及限制措施
❖改善电磁式电压互感器的激磁特性或改用电容式电 压互感器
❖ 采用阻尼电阻
❖ 增大对地电容，从参数配合上避开谐振
❖ 采用消弧线圈
小结
➢ 谐振过电压可分为如下三种形式：
线性谐振过电压、参数谐振过电压和铁磁谐振。
合闸过电压在超高压系统的绝缘配合中，上升为主 要矛盾，成为选择超高压系统绝缘水平的决定性因 素。
6.1 电力系统操作过电压 • 1、计划性合闸过电
压
Umax ＝ U稳态 ＋（U稳态－U起始）＝ 2 U稳态－U起始 空载线路 U起始＝0；
Umax ＝ 2 U稳态＝2Em
6.1 电力系统操作过电压
ω0振荡回路的自振角频率 A、B—积分常数 实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将是衰减的，通常以 衰减系数δ来表示。
元件。当系统操作或故障使其工作状态发生变
化时，将产生电磁能量振荡的过渡过程。在设
备上将会产生数倍于电源电压的过渡过程过电