《高電壓技術(shù)第七章》PPT課件

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1、 內(nèi) 部 過 電 壓 的 產(chǎn) 生 根 源 在 電 力 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 ， 通 常 都 是由 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 電 磁 能 量 的 積 聚 和 轉(zhuǎn) 換 而 引 起 。第 九 章 內(nèi) 部 過 電 壓分 類 圖 解 如 下 ： 工 頻 電 壓 升 高 ， 雖 然 其 幅 值 不 大 ， 本 身 不 會 對 絕 緣構(gòu) 成 威 脅 ， 但 其 他 內(nèi) 部 過 電 壓 是 在 它 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展的 ， 所 以 仍 需 加 以 限 制 和 降 低 。操 作 過 電 壓 所 指 的 操 作 應(yīng) 理 解 為 “ 電 網(wǎng) 參 數(shù) 的 突 變 ” ，這 一 類 過 電 壓 的 幅 值 較 大 ， 可 采 用

2、限 壓 保 護 裝 置 和 其他 技 術(shù) 措 施 來 加 以 限 制 。諧 振 過 電 壓 的 持 續(xù) 時 間 較 長 ， 而 現(xiàn) 有 的 限 壓 保 護 裝 置的 通 流 能 力 和 熱 容 量 都 很 有 限 ， 無 法 防 護 諧 振 過 電 壓 。一 般 在 選 擇 電 力 系 統(tǒng) 的 絕 緣 水 平 時 ， 要 求 各 種 絕 緣 均能 可 靠 地 耐 受 尚 有 可 能 出 現(xiàn) 的 諧 振 過 電 壓 的 作 用 ， 而不 再 專 門 設(shè) 置 限 壓 保 護 措 施 。 nUkU 32分 析 內(nèi) 部 的 過 電 壓 的 發(fā) 展 過 程 ， 可 以 采 用 分 布 參 數(shù)等 值 電

3、路 及 行 波 理 論 ， 也 可 采 用 集 中 參 數(shù) 等 值 電 路暫 態(tài) 計 算 的 方 法 。U內(nèi) 部 過 電 壓 的 能 量 來 自 電 網(wǎng) 本 身 ， 它 的 幅 值 大 小 與電 網(wǎng) 的 工 作 電 壓 有 一 定 的 比 例 關(guān) 系 ， 用 工 作 電 壓 的倍 數(shù) 來 表 示 。 其 基 準(zhǔn) 值 通 常 取 電 網(wǎng) 的 最 大 工 作 相 電壓 幅 值 Un 系 統(tǒng) 額 定 電 壓 有 效 值 ， kV k 容 許 電 壓 偏 移 系 數(shù) 第 一 節(jié) 切 斷 空 載 線 路 過 電 壓 發(fā) 展 過 程 影 響 因 素 和 降 壓 措 施 切 除 空 載 線 路 時 引 起

4、的 操 作 過 電 壓 幅 值 大 、 持 續(xù) 時 間長 ， 是 按 操 作 過 電 壓 選 擇 絕 緣 水 平 的 重 要 因 素 之 一 。一 、 發(fā) 展 過 程采 用 分 布 參 數(shù) 等 值 電 路 和 行 波 理 論 來 分 析設(shè) 被 切 除 的 空 載 線 路 的 長 度 為 ， 波 阻 抗 為 Z， 電源 容 量 足 夠 大 ， 工 作 相 電 壓 u的 幅 值 為 。l U 如 圖 9-1（ a） 所 示 ， 當(dāng) 斷 路器 QF閉 合 時 ， 流 過 的 電 流 將是 空 載 線 的 充 電 （ 電 容 ） 電流 ， 它 比 電 壓 u超 前 90 ，如 圖 9-1（ b） 所

5、示 。 當(dāng) 斷 路器 在 任 何 瞬 間 拉 閘 時 ， 其 觸頭 間 的 電 弧 總 是 要 到 電 流 過零 點 附 近 才 能 熄 滅 ， 這 時 電源 電 壓 正 好 處 于 幅 值 的 附近 ， 觸 頭 間 的 電 弧 熄 滅 后 ，線 路 對 地 電 容 上 將 保 留 一 定的 剩 余 電 荷 ， 如 忽 略 泄 漏 ，導(dǎo) 線 對 地 電 壓 將 保 持 等 于 電源 電 壓 的 幅 值 。ci U 切 空 線 時 電 壓 沿 線 分 布 如 圖 9-2所 示 。 二 、 影 響 因 素 和 降 壓 措 施影 響 過 電 壓 的 最 大 值 的 因 素 ： 1)中 性 點 接 地

6、 方 式 ； 2)斷 路 器 的 性 能 ； 3)母 線 上 的 出 線 數(shù) 4)在 斷 路 器 外 側(cè) 是 否 接 有 電磁 式 電 壓 互 感 器 切 空 線 過 電 壓 在 220kV及 以 下 高 電 壓 線 路 絕 緣 水平 的 選 擇 中 有 重 要 的 影 響 ， 消 除 或 降 低 這 種 操作 過 電 壓 采 取 的 措 施 如 下 ：(一 )采 用 不 重 燃 斷 路 器 (二 )加 裝 并 聯(lián) 分 匝 電 阻 降 低 觸 頭 間 的 恢 復(fù) 電 壓 、 避 免 重 燃 。 (三 )利 用 避 雷 器 來 保 護 ZnO或 磁 吹 避 雷 器 安 裝 在 線 路 首 端 和

7、 末 端 ， 能 有 效地 限 制 這 種 過 電 壓 的 幅 值 。 小 結(jié)采 用 分 布 參 數(shù) 等 值 電 路 和 行 波 理 論 來 分 析 切 斷 空 載 線路 過 電 壓 的 發(fā) 展 機 理 。 切 空 線 過 電 壓 在 220kV及 以 下 高 壓 線 路 絕 緣 水 平 的 選擇 中 有 重 要 的 影 響 ， 采 取 措 施 消 除 或 降 低 這 種 操 作 過 電壓 有 重 大 的 技 術(shù) 、 經(jīng) 濟 意 義 。 主 要 措 施 如 下 ： 1） 采 用不 重 燃 斷 路 器 2） 加 裝 并 聯(lián) 分 閘 電 阻 3） 利 用 避 雷 器 來保 護 。 第 二 節(jié) 空

8、載 線 路 合 閘 過 電 壓發(fā) 展 過 程 影 響 因 素 和 限 制 措 施 合 閘 過 電 壓 在 超 高 壓 系 統(tǒng) 的 絕 緣 配 合 中 ， 上 升 為 主要 矛 盾 ， 成 為 選 擇 超 高 壓 系 統(tǒng) 絕 緣 水 平 的 決 定 性 因素 ?？?載 線 的 合 閘 分 為 兩 種 情 況 ， 即 正 常 合 閘 和 自 動 重 合閘 。 這 時 出 現(xiàn) 的 操 作 過 電 壓 稱 為 合 空 線 過 電 壓 或 合 閘過 電 壓 ， 重 合 閘 過 電 壓 是 合 閘 過 電 壓 中 最 嚴 重 的 一 種 。 一 、 發(fā) 展 過 程用 集 中 參 數(shù) 等 值 電 路 暫 態(tài)

9、 計 算 的 方 法 來 分 析 。在 正 常 合 閘 時 ， 若 斷 路 器 的 三 相 完 全 同 步 動 作 ， 則 按單 相 電 路 進 行 分 相 研 究 ， 可 得 到 圖 9-6（ a） 所 示 的 等值 電 路 。 在 做 定 性 分 析 時 ， 還 可 忽 略 電 源 合 線 路 電 阻的 作 用 ， 這 樣 就 可 以 進 一 步 簡 化 成 圖 9-6（ b） 所 示 的簡 單 振 蕩 回 路 。 圖 9-6（ b） 的 回 路 方 程 為 )(tuuddL cti 考 慮 最 不 利 的 情 況 ， 即 在 電 源 電 壓 正 好 經(jīng) 過 幅 值 時 合閘 。 U可 得

10、 tBtAUu c 00 cossin 振 蕩 回 路 的 自 振 角 頻 率 A、 B積 分 常 數(shù)0當(dāng) 時 ， 達 到 最 大 值 ， 即 ：0t cu UUC 2 實 際 上 ， 回 路 存 在 電 阻 與 能 量 損 耗 ， 振 蕩 將 是 衰 減 的 ，通 常 以 衰 減 系 數(shù) 來 表 示 ?？?得 )cos1( 0teUu tc 其 波 形 見 下 圖 ， 最 大 值 將 略 小 于CU U2 電 源 電 壓 并 非 直 流 電 壓 ， 而 是 工 頻 交 流 電 壓 ， 這時 的 表 達 式 將 為 U )(tu)(tuc )cos(cos 0tetUu tc 其 波 形 如

11、下 圖 所 示 如 果 按 分 布 參 數(shù) 等 值 電 路 中 的 波 過 程 來 處 理 ， 設(shè) 合 閘 也發(fā) 生 在 電 源 電 壓 等 于 幅 值 的 瞬 間 ， 且 忽 略 電 阻 與 能量 損 耗 ， 則 沿 線 傳 播 到 末 端 的 電 壓 波 將 在 開 路 末 端發(fā) 生 全 反 射 ， 使 電 壓 增 大 為 ， 這 與 按 集 中 參 數(shù) 等 值電 路 計 算 的 結(jié) 果 是 一 致 的 。 U UU2以 上 是 正 常 合 閘 的 情 況 ， 空 載 線 路 上 沒 有 殘 余 電 荷 ，初 始 電 壓 。 如 果 是 自 動 重 合 閘 的 情 況 ， 那 么條 件 將

12、 更 為 不 利 ， 主 要 原 因 在 于 這 時 線 路 上 有 一 定 殘余 電 荷 和 初 始 電 壓 ， 重 合 閘 時 振 蕩 將 更 加 激 烈 。0)0( cu 如 果 采 用 的 是 單 相 自 動 重 合 閘 ， 只 切 除 故 障 相 ， 而 健 全相 不 與 電 源 電 壓 相 脫 離 ， 那 么 當(dāng) 故 障 相 重 合 閘 時 ， 因 該相 導(dǎo) 線 上 不 存 在 殘 余 電 荷 和 初 始 電 壓 ， 就 不 會 出 現(xiàn) 高 幅值 重 合 閘 過 電 壓 。在 合 閘 過 電 壓 中 ， 以 三 相 重 合 閘 的 情 況 最 為 嚴 重 ， 其過 電 壓 理 論

13、幅 值 可 達 。 U3 二 、 影 響 因 素 和 降 壓 措 施以 上 對 合 閘 過 電 壓 的 分 析 也 是 考 慮 最 嚴 重 的 條 件 、 最不 利 的 情 況 。 實 際 出 現(xiàn) 的 過 電 壓 幅 值 會 受 到 一 系 列 因素 的 影 響 ， 最 主 要 的 有 ： U1)合 閘 相 位 如 果 合 閘 不 是 在 電 源 電 壓 接 近 幅 值 時 發(fā) 生 ， 出 現(xiàn)的 合 閘 過 電 壓 自 然 就 較 低 了 。 2)線 路 損 耗 線 路 損 耗 能 減 弱 振 蕩 ， 從 而 降 低 過 電 壓 。 3)線 路 殘 余 電 壓 的 變 化 合 閘 過 電 壓

14、的 限 制 、 降 低 措 施 主 要 有(一 )裝 設(shè) 并 聯(lián) 合 閘 電 阻 (二 )同 電 位 合 閘 (三 )利 用 避 雷 器 來 保 護 小 結(jié)正 常 合 閘 時 ， 最 不 利 的 情 況 ， 電 源 電 壓 正 好 經(jīng) 過 幅值 時 合 閘 ， 沿 線 傳 播 到 末 端 的 電 壓 波 將 在 開 路末 端 發(fā) 生 全 反 射 ， 使 電 壓 增 大 為 。 如 果 是 自 動 重 合 閘 的 情 況 ， 由 于 線 路 上 有 一 定 殘 余電 荷 和 初 始 電 壓 ， 重 合 閘 時 振 蕩 將 更 加 激 烈 。 在 合 閘 過 電 壓 中 ， 以 三 相 重 合 閘

15、 的 情 況 最 為 嚴 重 ，其 過 電 壓 理 論 幅 值 可 達 。U UU2 U3 影 響 過 電 壓 幅 值 的 主 要 因 素 有 ： 合 閘 相 位 、 線 路 損耗 和 線 路 殘 余 電 壓 的 變 化 。 限 制 、 降 低 合 閘 過 電 壓 的 措 施 主 要 有 ： 裝 設(shè) 并 聯(lián) 合閘 電 阻 、 同 電 位 合 閘 和 利 用 避 雷 器 保 護 。 第 三 節(jié) 切 除 空 載 變 壓 器 過 電 壓發(fā) 展 過 程 影 響 因 素 與 限 制 措 施 產(chǎn) 生 這 種 過 電 壓 的 原 因 是 流 過 電 感 的 電 流 在 到 達 自然 零 值 之 前 就 被

16、斷 路 器 強 行 切 斷 ， 從 而 迫 使 儲 存 在電 感 中 的 磁 場 能 量 轉(zhuǎn) 化 為 電 場 能 量 而 導(dǎo) 致 電 壓 的 升高 ?？?載 變 壓 器 在 正 常 運 行 時 表 現(xiàn) 為 一 激 磁 電 感 。 切 除 空 載變 壓 器 就 是 開 斷 一 個 小 容 量 電 感 負 荷 ， 會 在 變 壓 器 和 斷路 器 上 出 現(xiàn) 很 高 的 過 電 壓 。 在 開 斷 并 聯(lián) 電 抗 器 、 消 弧 線圈 等 電 感 元 件 時 ， 也 會 引 起 類 似 的 過 電 壓 。一 、 發(fā) 展 過 程 實 驗 研 究 表 明 ： 在 切 斷 100A以 上 的 交 流 電

17、 流 時 ， 開 關(guān)觸 頭 間 的 電 弧 通 常 都 是 在 工 頻 電 流 自 然 過 零 時 熄 滅 的 ；但 當(dāng) 被 切 斷 的 電 流 較 小 時 （ 空 載 變 壓 器 的 激 磁 電 流 很 小 ，一 般 只 是 額 定 電 流 的 0.5 5 ， 約 數(shù) 安 到 數(shù) 十 安 ） ，電 弧 往 往 提 前 熄 滅 ， 亦 即 電 流 會 在 過 零 之 前 就 被 強 行 切斷 （ 截 流 現(xiàn) 象 ） 。實 驗 研 究 表 明 ： 在 切 斷 以 上 的 交 流 電 流 時 ， 開 關(guān)觸 頭 間 的 電 弧 通 常 都 是 在 工 頻 電 流 自 然 過 零 時 熄 滅 的 ；但

18、 當(dāng) 被 切 斷 的 電 流 較 小 時 （ 空 載 變 壓 器 的 激 磁 電 流 很 小 ，一 般 只 是 額 定 電 流 的 ， 約 數(shù) 安 到 數(shù) 十 安 ） ，電 弧 往 往 提 前 熄 滅 ， 亦 即 電 流 會 在 過 零 之 前 就 被 強 行 切斷 （ 截 流 現(xiàn) 象 ） 。 可 用 圖 9-10所 示 的 簡 化 等 值 電 路 來 說 明 這 種 過 電 壓 的 發(fā)展 過 程 。 圖 中 為 變 壓 器 的 激 磁 電 感 ， 為 變 壓 器 繞 組及 連 接 線 的 對 地 電 容 。TL TC 假 如 電 流 是 在 其 自 然 過 零 時 被 切 斷 的 ， 電 容

19、 和 電感 上 的 電 壓 正 好 等 于 電 源 電 壓 u的 幅 值 。 被 切 斷后 的 情 況 是 電 容 上 的 電 荷 通 過 電 感 作 振 蕩 性 放 電 ，并 逐 漸 衰 減 至 零 （ 因 為 存 在 鐵 心 損 耗 和 電 阻 損 耗 ） ，可 見 這 樣 的 拉 閘 不 會 引 起 大 于 的 過 電 壓 。Li TCTL UTC TLU如 果 電 流 在 自 然 過 零 之 前 就 被 提 前 切 斷 ， 設(shè) 此 時 的 瞬 時 值 為 ， 的 瞬 時 值 為 ， 則 切 斷 瞬 間 在 電 感和 電 容 中 所 儲 存 的 能 量 分 別 為 Li Li0I cu

20、0U2021 ILW TL 2021 UCW TC Li 此 后 即 在 、 構(gòu) 成 的 振 蕩 回 路 中 發(fā) 生 電 磁 振 蕩 ， 在某 一 瞬 間 ， 全 部 電 磁 能 量 均 變 為 電 場 能 量 ， 這 時 電 容 上 出 現(xiàn) 最 大 電 壓TL TC TCmaxU 2020max UICLU TT 若 略 去 截 流 瞬 間 電 容 上 所 儲 存 的 能 量 ， 則 2021 UC T020max IZICLU TTT 式 中 變 壓 器 的 特 性 阻 抗TTT CLZ 截 流 現(xiàn) 象 通 常 發(fā) 生 在 電 流 曲 線 的 下 降 部 分 ， 設(shè) 為 正 值 ，則 相

21、應(yīng) 的 必 為 負 值 。 當(dāng) 開 關(guān) 中 突 然 滅 弧 時 ， 中 的 電 流 不 能 突 變 ， 將 繼 續(xù) 向 充 電 ， 使 電 容 上 的 電 壓 從“ ” 向 更 大 的 負 值 方 向 增 大 ， 如 圖 9-11所 示 。0I0U TLLi TC0U 以 上 介 紹 的 是 理 想 化 了 的 切 除 空 載 變 壓 器 過 電 壓 的 發(fā)展 過 程 ， 實 際 過 程 往 往 要 復(fù) 雜 得 多 ， 斷 路 器 觸 頭 間 會發(fā) 生 多 次 電 弧 重 燃 ， 不 過 與 切 空 線 時 相 反 ， 這 時 電 弧重 燃 將 使 電 感 中 的 儲 能 越 來 越 小 ，

22、從 而 使 過 電 壓 幅 值變 小 。 二 、 影 響 因 素 和 限 制 措 施主 要 影 響 因 素 ： (一 )斷 路 器 性 能 滅 弧 能 力 越 強 的 斷 路 器 ， 其 對 應(yīng) 的 切 空 變 過 電 壓 最大 值 越 大 。 (二 )變 壓 器 特 性 優(yōu) 質(zhì) 導(dǎo) 磁 材 料 應(yīng) 用 日 益 廣 泛 ， 變 壓 器 的 激 磁 電 流減 小 很 多 變 壓 器 繞 組 改 用 糾 結(jié) 式 繞 法 以 及 增 加 靜 電 屏 蔽 等措 施 ， 使 過 電 壓 有 所 降 低 。 小 結(jié)在 切 斷 100A以 上 的 交 流 電 流 時 ， 開 關(guān) 觸 頭 間 的 電 弧通 常

23、 都 是 在 工 頻 電 流 自 然 過 零 時 熄 滅 的 ； 但 當(dāng) 被 切 斷的 電 流 較 小 時 ， 電 弧 往 往 提 前 熄 滅 ， 亦 即 電 流 會 在 過零 之 前 就 被 強 行 切 斷 （ 截 流 現(xiàn) 象 ） 。 電 容 上 出 現(xiàn) 的 最 大 電 壓 影 響 切 除 空 載 變 壓 器 過 電 壓 的 因 素 主 要 有 ： 斷 路 器性 能 和 變 壓 器 特 性 。 TC 2020max UICLU TT 第 四 節(jié) 斷 續(xù) 電 弧 接 地 過 電 壓發(fā) 展 過 程 防 護 措 施 中 性 點 不 接 地 電 網(wǎng) 中 的 單 相 接 地 電 流 (電 容 電 流

24、)較 大 ，接 地 點 電 弧 將 不 能 自 熄 ， 而 以 斷 續(xù) 電 弧 的 形 式 存 在 ， 就會 產(chǎn) 生 另 一 種 嚴 重 的 操 作 過 電 壓 斷 續(xù) 電 弧 接 地 過 電壓 一 、 發(fā) 展 過 程這 種 過 電 壓 的 發(fā) 展 過 程 和 幅 值 大 小 都 與 熄 弧 的 時 間 有關(guān) 。 存 在 兩 種 熄 弧 時 間 ： 電 弧 在 過 渡 過 程 中 的 高 頻 振 蕩 電 流 過 零 時 即 可 熄 滅 電 弧 要 等 到 工 頻 電 流 過 零 時 才 能 熄 滅 下 面 以 工 頻 電 流 過 零 時 熄 弧 的 情 況 來 說 明 這 種 過 電 壓的 發(fā)

25、 展 機 理 ：作 如 下 簡 化 ： 1） 略 去 線 間 電 容 的 影 響 ； 2） 設(shè) 各 相 導(dǎo)線 的 對 地 電 容 均 相 等 ， 即 C1=C2=C3=C。 就 可 得 如 圖9-12(a)所 示 的 等 值 電 路 。設(shè) 接 地 故 障 發(fā) 生 于 A相 ， 而 且 是 正 當(dāng) 經(jīng) 過 正 幅 值 時 發(fā) 生 ， 這 樣 A相 導(dǎo) 線 的 電 位 立 即 變 為 零 ， 中 性 點 電位 由 零 升 至 相 電 壓 ， 即 ， B、 C兩 相 的 對 地電 壓 都 升 高 到 線 電 壓 、 。 AUNU AN UUBAU CAU 流 過 C2和 C3的 電 流 和 分 別

26、較 和 超 前 90，其 幅 值 為 2I 3I BAU CAUCUII 332 因 為 與 在 相 位 上 相 差 60， 所 以 故 障 點 的 電 流 幅 值為 2I 3I lUCUII nC 33 2 電 網(wǎng) 的 額 定 電 壓 線 路 總 長 度 C 每 相 導(dǎo) 線 的 對 地 電 容 單 位 長 度 的 對 地 電 容nUl 0C由 此 可 知 :1)流 過 故 障 點 的 電 流 是 線 路 對 地 電 容 所 引 起的 電 容 電 流 2） 故 障 電 流 的 大 小 與 電 網(wǎng) 額 定 電 壓 和 線路 總 長 度 成 正 比 如 以 uA， uB， uC代 表 三 相 電

27、源 電 壓 ； 以 u1， u2， u3代 表三 相 導(dǎo) 線 的 對 地 電 壓 ， 即 C1、 C2、 C3上 的 電 壓 ， 則 通 過分 析 可 得 如 下 圖 所 示 的 過 電 壓 發(fā) 展 過 程 。 按 工 頻 電 流 過 零 時 熄 弧 的 理 論 所 作 的 分 析 結(jié) 論 是 ： 1）兩 健 全 相 的 最 大 過 電 壓 倍 數(shù) 為 3.5； 2） 故 障 相 上 不 存 在振 蕩 過 程 ， 最 大 過 電 壓 倍 數(shù) 等 于 2.0。長 期 以 來 大 量 試 驗 研 究 表 明 ： 故 障 點 電 弧 在 工 頻 電 流 過零 時 和 高 頻 電 流 過 零 時 熄

28、滅 都 是 可 能 的 。 一 般 來 說 ， 發(fā)生 在 大 氣 中 的 開 放 性 電 弧 往 往 要 到 工 頻 電 流 過 零 時 才 能熄 滅 ； 而 在 強 烈 去 電 離 的 條 件 下 ， 電 弧 往 往 在 高 頻 電 流過 零 時 就 能 熄 滅 。電 弧 的 燃 燒 和 熄 滅 會 受 到 發(fā) 弧 部 位 的 周 圍 媒 質(zhì) 和 大 氣 條件 等 的 影 響 ， 具 有 很 強 的 隨 機 性 質(zhì) ， 因 而 它 所 引 起 的 過電 壓 值 具 有 統(tǒng) 計 性 質(zhì) 。 二 、 防 護 措 施對 付 這 種 過 電 壓 ， 最 根 本 的 防 護 辦 法 就 是 不 讓 斷

29、 續(xù) 電弧 出 現(xiàn) ， 可 以 通 過 改 變 中 性 點 接 地 方 式 來 實 現(xiàn) 。 (一 )采 用 中 性 點 有 效 接 地 方 式這 時 單 相 接 地 將 造 成 很 大 的 單 相 短 路 電 流 ， 斷 路 器 將 立即 跳 閘 ， 切 斷 故 障 ， 經(jīng) 過 一 段 短 時 間 歇 讓 故 障 點 電 弧 熄滅 后 再 自 動 重 合 。 如 能 成 功 ， 可 立 即 恢 復(fù) 送 電 ； 如 不 能成 功 ， 斷 路 器 將 再 次 跳 閘 ， 不 會 出 現(xiàn) 斷 續(xù) 電 弧 現(xiàn) 象 。 (二 )采 用 中 性 點 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 方 式采 用 中 性 點 有

30、 效 接 地 方 式 雖 然 能 解 決 斷 續(xù) 電 弧 問 題 ，但 每 次 發(fā) 生 單 相 接 地 故 障 都 會 引 起 斷 路 器 跳 閘 ， 大 大降 低 了 供 電 可 靠 性 。 當(dāng) 單 相 接 地 流 過 故 障 點 的 電 容 電流 不 大 時 ， 不 能 維 持 斷 續(xù) 電 弧 長 期 存 在 ， 因 而 可 采 用中 性 點 不 接 地 的 方 式 ； 當(dāng) 電 網(wǎng) 的 電 容 電 流 達 到 一 定數(shù) 值 時 ， 單 相 接 地 點 的 電 弧 將 難 以 自 熄 ， 需 要 裝 設(shè) 消弧 線 圈 來 加 以 補 償 ， 方 能 避 免 斷 續(xù) 電 弧 的 出 現(xiàn) 。 C

31、I 關(guān) 于 消 弧 線 圈 的 應(yīng) 用 場 合 ， 我 國 標(biāo) 準(zhǔn) 有 如 下 規(guī) 定 ：（ 1） 對 于 35kV和 66kV系 統(tǒng) ， 如 單 相 接 地 電 容 電 流 不 超 過 10A時 ， 中 性 點 可 采 用 不 接 地 方 式 ； 如 超 過上 述 容 許 值 時 （ 10A） ， 應(yīng) 采 用 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 方 式 ； （ 2） 對 于 不 直 接 與 發(fā) 電 機 連 接 的 3 10kV系 統(tǒng) ， 的 容許 值 如 下 ： 1)由 鋼 筋 混 凝 土 或 金 屬 桿 塔 的 架 空 線 路 構(gòu) 成 者 ： 10A 2)由 非 鋼 筋 混 凝 土 或 非 金 屬

32、 桿 塔 的 架 空 線 路 構(gòu) 成 者 ：3kV、 6kV 30A； 10kV 20A 3)由 電 纜 線 路 構(gòu) 成 者 ： 30A CICI CI （ 3） 對 于 與 發(fā) 電 機 直 接 連 接 的 3 20kV系 統(tǒng) ， 如 不超 過 表 9-2所 示 容 許 值 ， 其 中 性 點 可 采 用 不 接 地 方 式 ；如 超 過 容 許 值 ， 應(yīng) 采 用 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 方 式 。 CI 消 弧 線 圈 是 一 只 具 有 分 段 鐵 心 、 電 感 可 調(diào) 的 電 抗 器 ， 接在 電 網(wǎng) 中 性 點 與 大 地 之 間 。全 補 償 時 的 電 感 值 為 CL 3

33、12 消 弧 線 圈 的 運 行 主 要 就 是 調(diào) 諧 值 的 整 定 。 在 選 擇 消 弧 線圈 的 調(diào) 諧 值 （ 即 L值 ） 時 ， 應(yīng) 滿 足 下 述 兩 方 面 的 基 本 要 求 ： （ 1） 單 相 接 地 時 流 過 故 障 點 的 殘 流 應(yīng) 符 合 能 可 靠 地 自 動消 弧 的 要 求 ； （ 2） 在 電 網(wǎng) 正 常 運 行 和 發(fā) 生 故 障 時 ， 中 性 點 位 移 電 壓 都 不 可 升 高 到 危 及 絕 緣 的 程 度 。 NU實 際 上 ， 這 兩 個 要 求 是 互 相 矛 盾 的 ， 因 而 我 們 只 能 采 取折 衷 的 方 案 來 同 時

34、 滿 足 兩 方 面 要 求 。 小 結(jié)一 般 來 說 ， 發(fā) 生 在 大 氣 中 的 開 放 性 電 弧 往 往 要 到 工 頻電 流 過 零 時 才 能 熄 滅 ； 而 在 強 烈 去 電 離 的 條 件 下 ， 電弧 往 往 在 高 頻 電 流 過 零 時 就 能 熄 滅 。 電 弧 的 燃 燒 和 熄 滅 會 受 到 發(fā) 弧 部 位 的 周 圍 媒 質(zhì) 和 大 氣條 件 等 的 影 響 ， 具 有 很 強 的 隨 機 性 質(zhì) ， 因 而 它 所 引 起的 過 電 壓 值 具 有 統(tǒng) 計 性 質(zhì) 。 對 付 斷 續(xù) 電 弧 接 地 過 電 壓 的 防 護 措 施 有 ： 采 用 中 性

35、點有 效 接 地 方 式 和 采 用 中 性 點 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 方 式 。 第 五 節(jié) 有 關(guān) 操 作 過 電 壓 若 干 總 的 概 念 與 結(jié) 論通 過 前 面 對 4種 常 見 的 典 型 操 作 過 電 壓 及 其 防 護 措 施的 分 析 與 介 紹 ， 我 們 可 得 到 下 面 一 些 有 關(guān) 操 作 過 電 壓的 總 的 概 念 與 結(jié) 論 。 1、 電 力 系 統(tǒng) 中 各 種 操 作 過 電 壓 的 產(chǎn) 生 原 因 和發(fā) 展 過 程 各 異 、 影 響 因 素 很 多 ， 但 其 根 源 均 為電 力 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 儲 存 的 電 磁 能 量 發(fā) 生 交 換

36、和 振 蕩 。其 幅 值 和 波 形 與 電 網(wǎng) 結(jié) 構(gòu) 及 參 數(shù) 、 中 性 點 接 地方 式 、 斷 路 器 性 能 、 運 行 接 線 及 操 作 方 式 、 限壓 保 護 裝 置 的 性 能 等 多 種 因 素 有 關(guān) 。 2、 操 作 過 電 壓 具 有 多 種 多 樣 的 波 形 和 持 續(xù) 時 間 ， 較長 的 持 續(xù) 時 間 對 應(yīng) 于 線 路 較 長 的 情 況 。 兩 種 典 型 的 波 形 ： 在 工 頻 電 壓 分 量 上 疊 加 一 高 頻 衰 減 性 振 蕩 波 。 在 工 頻 電 壓 分 量 上 疊 加 一 非 周 期 性 沖 擊 波 ， 后 者 的 波 前 時

37、 間 為 0.1 0.5ms ， 半 峰 值 時 間 約 3 4ms。 3、 在 斷 路 器 內(nèi) 安 裝 并 聯(lián) 電 阻 是 降 低 多 種 操 作 過 電壓 的 有 效 措 施 ， 但 不 同 操 作 過 電 壓 對 并 聯(lián) 電 阻 的 阻值 提 出 了 不 同 的 要 求 。 在 220kV及 以 下 電 網(wǎng) 中 ， 通 常 更 多 地 傾 向 于 采 用 以 限制 切 空 線 過 電 壓 為 主 的 中 值 電 阻 ； 而 在 500kV電 網(wǎng) 中 ，傾 向 于 以 限 制 合 空 線 過 電 壓 為 主 的 低 值 電 阻 。 采 用 現(xiàn) 代 ZnO避 雷 器 的 情 況 下 ， 是

38、否 尚 需 裝 用 并 聯(lián) 合閘 電 阻 ， 可 以 通 過 驗 算 決 定 。 4、 操 作 過 電 壓 的 幅 值 受 到 許 多 因 素 的 影 響 ，具 有 顯 著 的 統(tǒng) 計 性 質(zhì) 。 在 未 采 用 避 雷 器 對 操 作過 電 壓 幅 值 進 行 限 制 的 情 況 下 按 操 作 過 電 壓 作絕 緣 配 合 時 ， 可 采 用 表 9-3給 出 的 計 算 倍 數(shù) 。 5、 對 保 護 操 作 過 電 壓 用 的 避 雷 器 有 以 下 一 些 特殊 的 要 求 ： 1) 有 間 隙 避 雷 器 的 火 花 間 隙 在 操 作 過 電 壓 下 的 放 電電 壓 與 工 頻

39、放 電 電 壓 不 同 ， 而 且 分 散 性 較 大 ； 2) 操 作 過 電 壓 下 流 過 避 雷 器 的 電 流 雖 然 一 般 均 小 于雷 電 流 ， 但 持 續(xù) 時 間 長 ， 因 而 對 閥 片 通 流 容 量 的要 求 較 高 ； 3) 在 操 作 過 電 壓 的 作 用 下 ， 避 雷 器 可 能 多 次 動 作 ，因 而 對 閥 片 和 火 花 間 隙 的 要 求 都 比 較 苛 刻 。 磁 吹 避 雷 器 雖 可 用 來 限 制 操 作 過 電 壓 ， 但 由 于 所 采 用的 高 溫 閥 片 的 非 線 性 指 數(shù) 較 大 ， 當(dāng) 避 雷 器 在 雷 電 過 電壓 下

40、 動 作 時 ， 流 過 的 沖 擊 電 流 所 造 成 的 參 亞 可 能 偏 高 。為 了 協(xié) 調(diào) 限 制 雷 電 過 電 壓 和 操 作 過 電 壓 的 不 同 要 求 ，研 制 了 復(fù) 合 式 磁 吹 避 雷 器 。 現(xiàn) 代 氧 化 鋅 避 雷 器 具 有 無間 隙 、 動 作 電 壓 低 、 殘 壓 低 等 一 系 列 優(yōu) 點 ， 可 同 時 滿足 限 制 雷 電 過 電 壓 和 操 作 過 電 壓 的 要 求 ， 是 目 前 最 理想 的 保 護 裝 置 。 第 六 節(jié) 工 頻 電 壓 升 高空 載 長 線 電 容 效 應(yīng) 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高 不 對 稱 短 路 引

41、 起 的 工 頻 電 壓 升 高 甩 負 荷 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高 工 頻 電 壓 升 高 在 絕 緣 裕 度 較 小 的 超 高 壓 輸 電 系 統(tǒng) 中受 到 很 大 的 注 意 的 原 因 如 下 ： 1) 由 于 工 頻 電 壓 升 高 大 都 在 空 載 或 輕 載 條 件 下 發(fā) 生 ，與 多 種 操 作 過 電 壓 的 發(fā) 生 條 件 相 同 或 相 似 ， 所 以 它們 有 可 能 同 時 出 現(xiàn) 、 相 互 ， 疊 加 。 所 以 在 設(shè) 計 高 電壓 的 絕 緣 時 ， 應(yīng) 計 及 它 們 的 聯(lián) 合 作 用 ； 2) 工 頻 電 壓 升 高 是 決 定 某 些

42、 過 電 壓 保 護 袈 置 工 作 條件 的 重 要 依 據(jù) ， 所 以 它 直 接 影 響 避 雷 器 的 保 護 特 性和 電 力 設(shè) 備 的 絕 緣 水 平 ； 3) 由 于 工 頓 電 壓 升 高 是 不 衰 減 或 弱 衰 減 現(xiàn) 象 ， 持 續(xù)的 時 間 很 長 ， 對 設(shè) 備 絕 緣 及 其 運 行 條 件 也 有 很 大 的影 響 。 一 、 空 載 長 線 電 容 效 應(yīng) 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高輸 電 線 路 在 長 度 不 很 大 時 ， 可 用 集 中 參 數(shù) 的 電 阻 、 電 感和 電 容 來 代 替 ， 圖 9-15（ a） 給 出 了 它 的 T型

43、等 值 電 路 。由 于 線 路 空 載 ， 可 簡 化 成 一 R、 L、 C串 連 電 路 ， 如 圖 9-15（ b） 所 示 。 由 于 電 感 與 電 容 上 的 壓 降 反 相 ， 且 ， 可 見 電 容 上的 壓 降 大 于 電 源 電 勢 ， 如 圖 9-15（ c） 所 示 。LC UU 隨 著 輸 電 電 壓 的 提 高 、 輸 送 距 離 的 增 長 ， 在 分 析 空 載長 線 的 電 容 效 應(yīng) 時 ， 也 需 要 采 用 分 布 參 數(shù) 等 值 電 路 ，但 基 本 結(jié) 論 與 前 面 所 述 者 相 似 。 為 了 限 制 這 種 工 頻 電壓 升 高 現(xiàn) 象 ，

44、 大 多 采 用 并 聯(lián) 電 抗 器 來 補 償 線 路 的 電 容電 流 以 削 弱 電 容 效 應(yīng) ， 效 果 十 分 顯 著 。 二 、 不 對 稱 短 路 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高不 對 稱 短 路 是 電 力 系 統(tǒng) 中 最 常 見 的 故 障 形 式 ， 當(dāng) 發(fā) 生 單相 或 兩 相 對 地 短 路 時 ， 健 全 相 上 的 電 壓 都 會 升 高 ， 其 中單 相 接 地 引 起 的 電 壓 升 高 更 大 一 些 。 此 外 ， 閥 式 避 雷 器的 滅 弧 電 壓 通 常 也 就 是 根 據(jù) 單 相 接 地 時 的 工 頻 電 壓 升 高來 選 定 的 ， 所 以

45、 下 面 只 討 論 單 相 接 地 的 情 況 。單 相 接 地 時 ， 故 障 點 各 相 的 電 壓 、 電 流 是 不 對 稱 的 ，為 了 計 算 健 全 相 上 的 電 壓 升 高 ， 通 常 采 用 對 稱 分 量 法和 復(fù) 合 序 網(wǎng) 進 行 分 析 ， 不 僅 計 算 方 便 ， 且 可 計 及 長 線的 分 布 特 性 。 0ACB KUUU 2 1)()(3 10 10210 XX XXXXK當(dāng) A相 接 地 時 ， B、 C兩 健 全 相 上 電 壓 的 模 值 為 ：系 數(shù) K為 接 地 系 數(shù) 。 它 表 示 單 相 接 地 故 障 時 健 全 相 的 最 高 對

46、地 工 頻 電 壓 有 效 值 與 無 故 障 時 對 地 電 壓 有 效 值 之 比 。 按 電 網(wǎng) 中 性 點 接 地 方 式 分 析 健 全 相 電 壓 升 高 的 程 度 ： 對 中 性 點 不 接 地 的 電 網(wǎng) ， 采 用 “ 110 避 雷 器 ” 。 對 中 性 點 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 的 35 60kV電 網(wǎng) ， 采 用“ 100 避 雷 器 ” 。 對 中 性 點 有 效 接 地 的 110 220kV電 網(wǎng) ， 采 用 “ 80避 雷 器 ” 。 當(dāng) 輸 電 線 路 在 傳 輸 較 大 容 量 時 ， 斷 路 器 因 某 種 原 因而 突 然 跳 閘 甩 掉 負

47、荷 時 ， 會 在 原 動 機 與 發(fā) 電 機 內(nèi) 引起 一 系 列 機 電 暫 態(tài) 過 程 ， 它 是 造 成 工 頻 電 壓 升 高 的又 一 原 因 。三 、 甩 負 荷 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高 在 一 般 情 況 下 ， 220kV及 以 下 的 電 網(wǎng) 中 不 需 要 采取 特 殊 措 施 來 限 制 工 頻 電 壓 升 高 在 330 500kV超 高 壓 電 網(wǎng) 中 ， 應(yīng) 采 用 并 聯(lián) 電 抗器 或 靜 止 補 償 裝 置 等 措 施 ， 將 工 頻 電 壓 升 高 限 制到 1.3 1.4倍 相 電 壓 以 下在 考 慮 線 路 的 工 頻 電 壓 升 高 時

48、， 如 果 同 時 計 及 空 載 線路 的 電 容 效 應(yīng) 、 單 相 接 地 及 突 然 甩 負 荷 等 三 種 情 況 ，那 么 工 頻 電 壓 升 高 可 達 到 相 當(dāng) 大 的 數(shù) 值 。實 際 運 行 經(jīng) 驗 表 明 ： 小 結(jié)工 頻 電 壓 升 高 的 倍 數(shù) 雖 然 不 大 ， 一 般 不 會 對 電 力 系統(tǒng) 的 絕 緣 直 接 造 成 危 害 ， 但 是 它 在 絕 緣 裕 度 較 小 的超 高 壓 輸 電 系 統(tǒng) 中 仍 受 到 很 大 的 注 意 。 電 力 系 統(tǒng) 中 常 見 的 幾 種 工 頻 電 壓 升 高 為 ： 1） 空 載長 線 電 容 效 應(yīng) 引 起 的

49、工 頻 電 壓 升 高 2） 不 對 稱 短 路 引起 的 工 頻 電 壓 升 高 3） 甩 負 荷 引 起 的 工 頻 電 壓 升 高 。 第 七 節(jié) 諧 振 過 電 壓諧 振 過 電 壓 的 類 型 鐵 磁 諧 振 過 電 壓 電 力 系 統(tǒng) 中 存 在 著 大 量 儲 能 元 件 ， 即 儲 存 靜 電 能 量的 電 容 元 件 和 儲 存 磁 能 的 電 感 元 件 。 當(dāng) 系 統(tǒng) 中 出 現(xiàn)擾 動 時 ， 這 些 電 感 、 電 容 元 件 就 有 可 能 形 成 各 種 不同 的 振 蕩 回 路 ， 引 起 諧 振 過 電 壓 。一 、 諧 振 過 電 壓 的 類 型通 常 認 為

50、 ， 系 統(tǒng) 中 的 電 阻 元 件 和 電 容 元 件 均 為 線 性 元件 ， 而 電 感 元 件 則 可 分 為 三 類 ： 一 類 是 線 性 的 ， 第 二類 是 非 線 性 的 ， 還 有 一 類 是 電 感 值 呈 周 期 性 變 化 的 電感 元 件 。 與 之 相 對 應(yīng) ， 可 能 發(fā) 生 三 種 不 同 形 式 的 諧 振現(xiàn) 象 ： (一 )線 性 諧 振 過 電 壓 電 路 中 的 電 感 L與 電 容 C、 電 阻 R一 樣 ， 都 是 線 性 參 數(shù) 。限 制 這 種 過 電 流 和 過 電 壓 的 方 法 是 使 回 路 脫 離 諧 振 狀 態(tài)或 增 加 回 路

51、的 損 耗 。 在 電 力 系 統(tǒng) 設(shè) 計 和 運 行 時 ， 應(yīng) 設(shè) 法避 開 諧 振 條 什 以 消 除 這 種 線 性 諧 振 過 電 壓 。 (二 )參 數(shù) 諧 振 過 電 壓 系 統(tǒng) 中 某 些 元 件 的 電 感 會 發(fā) 生 周 期 性 變 化 。 進 行 自 激 的 校 核 ， 避 開 諧 振 點 。(三 )鐵 磁 諧 振 當(dāng) 電 感 元 件 帶 有 鐵 心 時 。 一 般 都 會 出 現(xiàn) 飽 和 現(xiàn) 象 ， 這時 電 感 不 再 是 常 數(shù) 而 是 隨 著 電 流 或 磁 通 的 變 化 而 改 變 ，在 滿 足 一 定 條 件 時 ， 就 會 產(chǎn) 生 鐵 磁 諧 振 現(xiàn) 象

52、， 它 具 有 系 列 不 同 于 其 他 諧 振 過 電 壓 特 點 。 二 、 鐵 磁 諧 振 過 電 壓為 了 探 討 這 種 過 電 壓 最 基 本 的 物 理 過 程 ， 可 利 用 圖 9-17中 最 簡 單 的 L C串 連 諧 振 電 路 。 不 過 這 時 的 L是 一只 帶 鐵 心 的 非 線 性 電 感 ， 電 感 值 是 一 個 變 數(shù) ， 因 而 回路 也 就 沒 有 固 定 的 自 振 頻 率 ， 同 一 回 路 中 ， 既 可 能 產(chǎn)生 振 蕩 頻 率 等 于 電 源 頻 率 的 基 頻 諧 振 ， 也 可 以 產(chǎn) 生 高次 諧 波 和 分 次 諧 波 諧 振 ，

53、 具 有 各 種 諧 波 諧 振 的 可 能 性是 鐵 磁 諧 振 的 一 個 重 要 特 點 。 在 圖 9-18中 分 別 畫 出 了 電 感 上 的 電 壓 UL及 電 容 上 的 電壓 UC與 電 流 的 關(guān) 系 。 由 于 電 容 是 線 性 的 ， 所 以 是 一 條 直 線 ； 隨 著 電 流 的 增 大 ， 鐵 心 出 現(xiàn) 飽 和現(xiàn) 象 ， 電 感 L不 斷 減 小 ， 設(shè) 兩 條 伏 安 特 性 相 交 于 P點 。I )(IUCICUC 1 基 波 的 鐵 磁 諧 振 的 特 點 ： 基 波 的 鐵 磁 諧 振 的 特 點 ： 1) 產(chǎn) 生 串 聯(lián) 鐵 磁 諧 振 的 必

54、要 條 件 是 ： 電 感 和 電 容 的伏 安 特 性 必 須 相 交 ， 鐵 磁 諧 振 可 在 較 大 范 圍 內(nèi) 產(chǎn)生 ；2) 對 鐵 磁 諧 振 電 路 ， 在 同 一 電 源 電 勢 作 用 下 ， 回 路可 能 有 不 只 一 種 穩(wěn) 定 工 作 狀 態(tài) ； 3) 鐵 磁 元 件 的 非 線 性 是 產(chǎn) 生 鐵 磁 諧 振 的 根 本 原 因 ，但 其 飽 和 特 性 本 身 又 限 制 了 過 電 壓 的 幅 值 。 此 外 ，回 路 中 的 損 耗 會 使 過 電 壓 降 低 ， 當(dāng) 回 路 電 阻 值 大到 一 定 數(shù) 值 時 ， 就 不 會 出 現(xiàn) 強 烈 的 的 諧 振

55、 現(xiàn) 象 。 限 制 和 消 除 鐵 磁 諧 振 過 電 壓 的 有 效 的 措 施 為 ： （ 1） 改 善 電 磁 式 電 壓 互 感 器 的 激 磁 特 性 ， 或 改 用 電 容式 電 壓 互 感 器 。 （ 2） 在 電 壓 互 感 器 開 口 三 角 繞 組 中 接 入 阻 尼 電 阻 ， 或在 電 壓 互 感 器 一 次 繞 組 的 中 性 點 對 地 接 入 電 阻 。 （ 3） 在 有 些 情 況 下 ， 可 在 10kV及 以 下 的 母 線 上 裝 設(shè) 一組 三 相 對 地 電 容 器 ， 或 用 電 纜 段 代 替 架 空 線 段 ， 以 增 大對 地 電 容 ， 從

56、參 數(shù) 搭 配 上 避 開 諧 振 。 （ 4） 在 特 殊 情 況 下 ， 可 將 系 統(tǒng) 中 性 點 臨 時 經(jīng) 電 阻 接 地或 直 接 接 地 ， 或 投 入 消 弧 線 圈 ， 也 可 以 按 事 先 規(guī) 定 投 入某 些 線 路 或 設(shè) 備 以 改 變 電 路 參 數(shù) ， 消 除 諧 振 過 電 壓 。 小 結(jié)諧 振 過 電 壓 可 分 為 如 下 三 種 形 式 ： 線 性 諧 振 過 電 壓 、參 數(shù) 諧 振 過 電 壓 和 鐵 磁 諧 振 。 具 有 各 種 諧 波 諧 振 的 可 能 性 是 鐵 磁 諧 振 的 一 個 重 要 特點 。 電 力 系 統(tǒng) 中 的 鐵 磁 諧 振 過 電 壓 常 發(fā) 生 在 非 全 相 運 行 狀態(tài) 中 。