11-12电力系统内部过电压.pptx

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电力系统内部过电压电力系统内部过电压u由于开关操作、故障或其他原因，使电力系统参数发生变化由于开关操作、故障或其他原因，使电力系统参数发生变化，引起内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，引起内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高电力系统的内部过电压。

电力系统的内部过电压。

u能量来自电网本身，大小与电网工作电压有一定关系。

能量来自电网本身，大小与电网工作电压有一定关系。

u用工作电压的倍数（过电压倍数用工作电压的倍数（过电压倍数p.u.p.u.）来表示。

）来表示。

1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压容许电压偏离系数容许电压偏离系数对对220kV及以下系统及以下系统：

对对330500kV系统：

系统：

32nUkUk15.1k1.1k内部过电压内部过电压暂态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切空线过电压切空线过电压合空线过电压合空线过电压切空变过电压切空变过电压间歇电弧接地间歇电弧接地过电压过电压线性谐振过电压线性谐振过电压铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压参数谐振过电压空载长线的空载长线的电容效应电容效应不对称短路引起的不对称短路引起的工频过电压工频过电压甩负荷引起的甩负荷引起的工频电压升高工频电压升高在一定位置上的相对地或相在一定位置上的相对地或相间的过电压，具有一定的振间的过电压，具有一定的振荡频率，由于无阻尼或弱阻荡频率，由于无阻尼或弱阻尼，因此持续时间较长。

尼，因此持续时间较长。

操作过电压是电磁过渡过程的过电压。

（0.1s以内）电力系统内部过电压类型电力系统内部过电压类型对正常绝缘一般没有威胁。

但常伴随操作过电压，其大小直接影响操作过电压的幅值。

系统中电感和电容可能形成不同的振荡回路，在一定条件下，产生振荡现象。

其持续时间较长。

411.1工频过电压（工频电压升高）11.2谐振过电压11.3间歇性电弧接地过电压11.4切除空载线路过电压11.5空载线路合闸过电压11.6切除空载变压器过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.1工频过电压（工频电压升高）工频过电压（工频电压升高）电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频过电压。

、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频过电压。

n直接影响操作过电压的幅值直接影响操作过电压的幅值n决定避雷器额定电压的重要依据决定避雷器额定电压的重要依据n持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响（绝缘持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响（绝缘内部游离、过热、电晕等）内部游离、过热、电晕等）6l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.1.1空载长线的电容效应l11.1.2不对称短路引起的工频电压升高l11.1.3甩负荷引起的工频电压升高1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.1.111.1.1空载长线的电容效应空载长线的电容效应若忽略R的作用：

输电线路不太长，集中参数电路进行分析：

一般一般R要比要比XL、XC小得多小得多，而工频下空载线路的，而工频下空载线路的XC比比XL大大）（te0R0LTRTL2TC）（aRLC）（bRLuCuERULUCU）（cIu2TC）（teijjRLCLCEUUURIXIXI=+=+-&j（）LCLCEUUIXX=+=-&11.1.111.1.1空载长线的电容效应空载长线的电容效应输电线路长度增加，分布参数电路进行分析。

（11）空载时线路上的各点电压按余弦分布）空载时线路上的各点电压按余弦分布dxL0SXxdxU1I1U2I2EUxdxC0xlEUxcos）cos（cosS00arctanXLZZCwqau=，2U1U02U1UlxU.）cos（coscos）cos（cos02lExlEUxxUUxcos211.1.111.1.1空载长线的电容效应空载长线的电容效应（22）线路末端电压升高程度与线路长度有）线路末端电压升高程度与线路长度有关关线路长度越长，末端工频电压越高。

对架空线路，约为0.06/kmU2，线路处于谐振状态。

lUllExlEUlxcoscos）cos（coscos）cos（cos21lUUcos112901500km0.06/kmool=90l（33）工频电压升高受电源容量的影响）工频电压升高受电源容量的影响11.1.111.1.1空载长线的电容效应空载长线的电容效应u电源容量越小（感抗XS越大），升高越严重。

n单电源供电，应取最小运行方式时的XS为依据。

n在双端电源供电，线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。

xllExlEUxcossinsincoscoscoscos）cos（cosScoscoscostansincossinEExxXllllZaaaqaaa=-&ERULUCUI例：

例：

某500kV线路，长250km，电源电抗XS=263.2，线路参数，若Xs=0求线路终端电压？

00.9H/mL=00.0127nF/mC=2.266100127.0109.09600CLZ00o69o32180500.9100.0127100.062501015lLCllaw-=创创创=创2S1.41263.2cos15sin15cossin266.2EEUEXllZaa=-&2S1.035cos15cossinEEUEXllZaa=-&11.1.111.1.1空载长线的电容效应空载长线的电容效应u措施：

补偿容性电流；措施：

补偿容性电流；u超高压系统中为限制电容效应引起的工频电压升高，广泛超高压系统中为限制电容效应引起的工频电压升高，广泛采用并联电抗补偿采用并联电抗补偿0.6LCQQ13l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.1.1空载长线的电容效应l11.1.2不对称短路引起的工频电压升高l11.1.3甩负荷引起的工频电压升高1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.1.211.1.2不对称短路引起的工频电压升高不对称短路引起的工频电压升高p系统中不对称短路故障，以单相接地故障最为常见，且引起的工频电压升高也最严重p短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，称为不对称效应。

p系统在发生不对称故障时，故障点各相电压和电流是不对称的，可以采用对称分量法利用复合序网进行分析。

工频电压升高工频电压升高-决定避雷器额定电压的依据决定避雷器额定电压的依据u3、6、l0kV中性点不接地系统，可达最高运行线电压的中性点不接地系统，可达最高运行线电压的1.1倍，取作避雷器的额定电压。

如倍，取作避雷器的额定电压。

如10kV系统最高电压按系统最高电压按1.15UN考虑，则避雷器额定电压为考虑，则避雷器额定电压为12.7kV。

u（35-60）kV系统，一般采用消弧线圈接地，线路末端工系统，一般采用消弧线圈接地，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的频电压升高可能超过系统最高电压的100，选用的避雷，选用的避雷器的灭弧电压规定为系统最高电压，称为器的灭弧电压规定为系统最高电压，称为100避雷器，避雷器，例如例如35kV避雷器的灭弧电压为避雷器的灭弧电压为41kV。

对对110、220kV系统，若中性点接地，则避雷器的系统，若中性点接地，则避雷器的灭弧电压则按系统最高电压的灭弧电压则按系统最高电压的80确定，称为确定，称为80避避雷器，例如雷器，例如FZ-110J的灭弧电压为的灭弧电压为100kV。

对对330kV及以上系统，输送距离较长，计及长线路的及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的电压的80，则根据安装位置的不同分为：

电站型避，则根据安装位置的不同分为：

电站型避雷器雷器（即即80避雷器避雷器）及线路型避雷器及线路型避雷器（即即90避雷避雷器器）两种两种17l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.1.1空载长线的电容效应l11.1.2不对称短路引起的工频电压升高l11.1.3甩负荷引起的工频电压升高1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压u引起工频电压升高的原因：

（11）发电机电势不能突变。

）发电机电势不能突变。

（22）空载长线的电容效应）空载长线的电容效应。

（33）调速器和制动设备的惰性。

）调速器和制动设备的惰性。

在短时间内（一般持续数秒钟）电压和频率均上升，在短时间内（一般持续数秒钟）电压和频率均上升，工频电压升高就更严重。

工频电压升高就更严重。

11.1.311.1.3甩负荷引起的工频电压升高甩负荷引起的工频电压升高u运行经验表明，若系统发生单相接地，使线路突然甩负荷，考虑到线路的容升效应，工频过电压可达2p.u.。

19l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.2谐振过电压l11.3间歇性电弧接地过电压l11.4切除空载线路过电压l11.5空载线路合闸过电压l11.6切除空载变压器过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.211.2谐振过电压谐振过电压p电感元件：

电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电感元件：

电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线电感等电抗器、线路导线电感等p电容元件：

线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和电容元件：

线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容串联电容器组、高压设备的杂散电容u当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形当系统进行操作或发生故障时，电感、电容元件可形成各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫成各种振荡回路，如某一自由振荡频率等于外加强迫频率，发生谐振。

谐振是一种周期性或准周期性的运频率，发生谐振。

谐振是一种周期性或准周期性的运行状态。

行状态。

发生谐振的那个谐波的振幅会急剧上升，且持续时间发生谐振的那个谐波的振幅会急剧上升，且持续时间长，甚至稳定存在，属于暂时过电压。

长，甚至稳定存在，属于暂时过电压。

有功负荷能阻尼振荡和限制谐振过电压。

但对于零序回有功负荷能阻尼振荡和限制谐振过电压。

但对于零序回路的谐振，正序的有功负荷不起作用。

路的谐振，正序的有功负荷不起作用。

谐振过电压可在各种电压等级的电力系统中产生，尤其谐振过电压可在各种电压等级的电力系统中产生，尤其是在是在35kV35kV及以下系统中，因谐振造成的事故较多。

及以下系统中，因谐振造成的事故较多。

11.211.2谐振过电压谐振过电压22l11.2谐振过电压l11.2.1谐振过电压的类型l11.2.2铁磁谐振过电压l11.2.3几种常见的谐振过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.2.111.2.1谐振过电压的类型谐振过电压的类型p线性谐振：

线性谐振：

谐振回路由不带铁芯的电感元件或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件,和系统中的电容元件所组成。

p参数谐振：

参数谐振：

电感发生周期性变化，如发电机电感的大小随转子位置而周期性地变化。

p铁磁谐振：

铁磁谐振：

当电感元件带有铁心（如变压器、电压互感器等）时，一般都会出现饱和现象。

这时电感不再是常数，而是随着电流或磁通的变化而变化。

电感值呈现非线性特性，所以铁磁谐振又称为非线性谐振。

24l11.2谐振过电压l11.2.1谐振过电压的类型l11.2.2铁磁谐振过电压l11.2.3几种常见的谐振过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压11.2.111.2.1铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压u必要条件：

必要条件：

UC和和UL两条曲线相交。

过交点后回路呈容性。

两条曲线相交。

过交点后回路呈容性。

L0为未饱和时的电感值为未饱和时的电感值三个平衡点三个平衡点ELCLUCURIUIPIP）（IUC）（IUL）（IUE031a2aamn感性电流容性电流CL10二、铁磁谐振产生的物理过程二、铁磁谐振产生的物理过程稳定点分析（小扰动法）稳定点分析（小扰动法）a1点：

无过电压，非谐振工作状态。

a3点【谐振点】【谐振点】为稳定点为稳定点LCEUU&CLUUUEUIPIP）（IUC）（IUL）（IUE031a2aamn感性电流容性电流1111aaIUEaaI1111aaIUEaaI1a跃变过程跃变过程电源电压逐渐升高，工作点由电源电压逐渐升高，工作点由0逐渐上升到逐渐上升到m，然后跃，然后跃变到变到n点，再继续上升，电流由感性变成容性，相位反倾点，再继续上升，电流由感性变成容性，相位反倾。

回路电流激增，电感和电容上的电压大幅度提高铁磁回路电流激增，电感和电容上的电压大幅度提高铁磁谐振的基本现象。

谐振的基本现象。

谐振一旦激发，可以自保持，维持很长时间而不衰减。

谐振一旦激发，可以自保持，维持很长时间而不衰减。

LCEUU&CLUUUEUIPIP）（IUC）（IUL）（IUE031a2aamn感性电流容性电流自激现象：

电源电压很高时，自激现象：

电源电压很高时，U与与E的交点只有的交点只有1个，只有一个稳个，只有一个稳定的谐振点，不需要激发，回路就定的谐振点，不需要激发，回路就处于谐振状态。

处于谐振状态。

回路电阻的影响回路电阻的影响u曲线曲线UU抬高，当抬高，当RR增加到一定数值时，回路上只能有一增加到一定数值时，回路上只能有一个稳定的非谐振工作点，从而消除谐振的可能性。

个稳定的非谐振工作点，从而消除谐振的可能性。

UIPIP）（IUC）（IUL）（IUE031a2aamn感性电流容性电流22（）EUUIR=D=D+

（1）必要条件：

n电感不是常数，存各种谐波谐振的可能性。

（2）回路可能有非谐振状态和谐振状态。

电路稳定状态取决于外界冲击引起的过渡过程。

（3）非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值。

回路损耗抑制了谐振过电压。

电力系统中的铁磁谐振过电压往往发生在变压器处在空载或轻载的时候。

三、铁磁谐振的基本特点三、铁磁谐振的基本特点CL10线性与非线性谐振比较：

线性与非线性谐振比较：

条件条件产生产生谐振谐振频率频率限制限制线线性性与电源大小与电源大小无关，由参无关，由参数配合产生数配合产生基波基波回路电回路电阻阻非非线线性性时时要有激发，要有激发，激发后能自激发后能自保持；保持；自激自激基波、高基波、高次、分次次、分次谐波谐波电感饱和可电感饱和可以限制过电以限制过电压幅值压幅值初态电感初态电感CL1CnLn10mUEmUE31l11.2谐振过电压l11.2.1谐振过电压的类型l11.2.2铁磁谐振过电压l11.2.3几种常见的谐振过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压uA相电源侧导线对地电容相电源侧导线对地电容及相间电容分别为：

及相间电容分别为：

A相负载侧相负载侧u线路长度为线路长度为l，导线折断，导线折断处至电源短距离为处至电源短距离为中性点绝缘系统，线路末端中性点绝缘系统，线路末端接有空载变压器，接有空载变压器，AA相导线折相导线折断断n忽略电源内阻抗、线路感抗忽略电源内阻抗、线路感抗u中性点不接地系统单相断线接地中性点不接地系统单相断线接地11.2.311.2.3几种常见的谐振过电压几种常见的谐振过电压00xCC1212xCC00）1（CxC1212）1（CxC）10（xxlabcLABC12C0C12C0C12C12CLL12C0C0ClxlAETTT.线路正序电容与零序电容的比值.0C122C1.5LabAETA.1.5122C02C01203CCC00122（12）

（1）3CCCCxd=+=+-0AA01231.51.5212CEEECCd=+&Cab1.5LTE.00）1（CxC1212）1（CxCabcLABC12C0C12C0C12C12CLL12C0C0ClxlAETTT.0C122C1.5LabAETA.1.5对策：

对策：

（11）保证断路器三相同时动作）保证断路器三相同时动作;不采用熔断器设备；不采用熔断器设备；（22）在中性点直接接地的电力系统中，操作中性点不接地）在中性点直接接地的电力系统中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器的中性点临时接地。

的负载变压器时，应将变压器的中性点临时接地。

Cab1.5LTE.0m14.5CXw36l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.2谐振过电压l11.3间歇性电弧接地过电压l11.4切除空载线路过电压l11.5空载线路合闸过电压l11.6切除空载变压器过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压产生于中性点不接地系统（产生于中性点不接地系统（66kV及以下）及以下）u单相接地，发生接地电弧，产生容性电流单相接地，发生接地电弧，产生容性电流在在1100km以内的以内的10kV线路中不超过线路中不超过30A、在、在110km以内以内35kV线路中不超过线路中不超过10A电弧不稳定，形成间歇性电弧（电弧不稳定，形成间歇性电弧（工频电流过零，高频振荡电流过零）电磁暂态振荡过程电磁暂态振荡过程11.311.3间歇性电弧接地过电压间歇性电弧接地过电压DACN2I3IE.E.E.BCACCBC.CI38l11.3间歇性电弧接地过电压l11.3.1过电压产生的物理过程l11.3.2影响过电压的因素l11.3.3消弧线圈的作用1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压中性点电位由零升至相电压中性点电位由零升至相电压DACN2I3IE.E.E.BCACCBC.（a）CIABCCAUBAUN2I3ICEBEAE（b）.CIABC0CCCC=NABBACCAUEUUUU=-=&=ut1时，时，A相接地产生电弧相接地产生电弧uA相电压变为相电压变为0，B、C电压变电压变为线电压为线电压-1.5Em，发生振荡。

，发生振荡。

A1B1C1（）（）0.5（）0.5mmmutEutEutE-=-=-BmCm2（1.5）（0.5）2.5mmmUUEEE=-=-在在t2时刻时刻：

熄弧前，熄弧前，B、C两相总储存电两相总储存电q=2C01.5Em=3C0Em，三相电压三相电压Em熄弧后瞬间，熄弧前后电压值相熄弧后瞬间，熄弧前后电压值相同，无过渡过程。

同，无过渡过程。

A2B2C2（）,（）0.5,（）0.5mmmetEetEetE-=-=A2B2C2（）0,（）1.5,（）1.5mmututEutE-=A2B2C2（）0（）（）0.51.5mmmmmutEEututEEE+=-+=+=，t3时，电弧重燃B、C相对地电压均从0.5Em变为-1.5Em，振荡过电压幅值均为-3.5Em。

u之后熄弧与重燃，过渡过程相同，之后熄弧与重燃，过渡过程相同，过电压幅值也相同。

过电压幅值也相同。

u健全相最大过电压为健全相最大过电压为3.5Em，故，故障相上的最大过电压为障相上的最大过电压为2.0Em。

/muE/muE/muEAuBuCu43l11.3间歇性电弧接地过电压l11.3.1过电压产生的物理过程l11.3.2影响过电压的因素l11.3.3消弧线圈的作用1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压电弧熄灭与重燃时的相位电弧熄灭与重燃时的相位。

直接影响过电压发展过程和大小。

系统的相关参数。

系统的相关参数。

考虑线间电容时，电荷存在重新分配的过程，健全相电压起始值增大，更接近稳态值，过电压将下降。

由于线路电阻和电弧损耗，过电压幅值也会降低。

u绝大部分过电压不高于3.1p.u.，一般电气设备和线路的绝缘应能耐受。

u这种过电压遍及全系统，且持续时间较长，对于绝缘较弱的设备如直配电机等威胁较大45l11.3间歇性电弧接地过电压l11.3.1过电压产生的物理过程l11.3.2影响过电压的因素l11.3.3消弧线圈的作用1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压u流过接地点的电流除电容性电流Ic，还有电感性电流IL。

uIc与IL与相位相反，选取合适的IL，可使I足够小，使接地电弧很快熄灭，且降低了弧隙的恢复电压上升速度，从而使电弧不易重燃，限制了间歇性电弧接地过电压。

DACN2I3IABCCAUBAUN2I3ICEBEAEE.E.E.BI.CACCBC.（a）（b）.LNAUE&LI&LI&CI&CI&补偿度补偿度k脱谐度脱谐度

（1）欠补偿，）欠补偿，ILIC。

残流为感性电流。

残流为感性电流。

等效电路等效电路表征偏离谐振状态的程度，可表征偏离谐振状态的程度，可以用来描述消弧线圈的补偿程以用来描述消弧线圈的补偿程度度AE03CLGCILI.A0A3LCEIIICELww=+=-&（）22002213LCLCIkIwww=0031LC20211kwnw=-=-可能导致中性点产生很高的位移电压。

可能导致中性点产生很高的位移电压。

全补偿全补偿0231CL1A2B3C（）（）（）0NNNLNYEUYEUYEUYU+=&1A2B1C1jjjjLYCYCYCYLwwww=，AABBCCAABBCCABC0j（）j（）11j（）jj3jNCECECECECECEUCCCCLLwwwwww-+-+=+-&ABCABC0EEECCC+=构&，AABBCCj（）0CECECEw-+&DACN2I3IE.E.E.BI.CACCBC.LLICIu工程实际：

脱谐度不大于11%的过补偿运行方式。

n随电网发展逐渐成欠补偿，不至于像欠补偿那样导致脱谐度过大，失去消弧作用。

n若采用欠补偿，在运行中部分线路可能退出运行时，可能形成全补偿，产生较高的中性点电压偏移，可能引起零序网络中的铁磁谐振过电压。

u我国的行业标准规定，在正常运行情况下，中性点的长时我国的行业标准规定，在正常运行情况下，中性点的长时间电压位移不应超过系统标称相电压的间电压位移不应超过系统标称相电压的1515。

优点：

迅速消弧，接地电弧一般不重燃，单相电弧接地过电压不超过2.5p.u.。

问题：

消弧线圈的阻抗较大，因而对其他形式的操作过电压不起作用。

在高压系统中，有功泄漏电流分量较大，补偿作用被削弱，限制了在较高电压等级的电力系统中使用。

运行关键：

调谐值的整定（自动跟踪补偿）中性点经消弧线圈接地的优缺点中性点经消弧线圈接地的优缺点51l11.1工频过电压（工频电压升高）l11.2谐振过电压l11.3间歇性电弧接地过电压l11.4切除空载线路过电压l11.5空载线路合闸过电压l11.6切除空载变压器过电压1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压u分闸过程中触头间电弧重燃现象引起。

u与断路器性能相关。

超高压系统中这类过电压已得到有效控制。

u220kV及以下系统仍有一些老的断路器在运行。

曾是220kV及以下电力系统操作冲击绝缘水平的主要依据。

11.411.4切除空载线路过电压切除空载线路过电压53l11.4切除空载线路过电压l11.4.1过电压产生的物理过程l11.4.2影响过电压的因素l11.4.3限制过电压的措施1111电力系统内部过电压电力系统内部过电压tt1时，电流过零，电弧熄灭=-EmCT上的电压保持-Em不变t2时重燃CT与CS并联，电压过渡为Em，产生振荡）（teSLABS2TL2TLSCTCumEmEmE5mE320T2T1t2t3t4t5tBuABu）（tit0）（te）（tiBuABmm（）（）（1cos）uetEEtw=-=+ABm2uE=（）012fLC=电源电压：

电源电压：

+11kV；电感：

；电感：

11uH电容：

电容：

1uF；电容器初始电压：

；电容器初始电压：

-11kV（fileNoname.pl4;x-v