电力系统过电压第5章暂时过电压PPT课件
《过电压保护》PPT课件
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3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
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第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
电力系统过电压第5章暂时过电压汇总
第四频级电压的升高直接影响操作过电压的幅值。
第五 工级频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。
例如，可导致油纸绝缘内部游离，污秽绝缘子的闪络、铁芯的过
热、电晕等。
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单§1击. 工此频处电编压辑升母高版标题样式
工频电压升高的原因
➢单①击空此载处长编线的辑电母容版效文应本样式 ➢➢第②③二不突级对然称甩短负路荷引引起起的的工工频频电电压压升升高高 ➢第①三空级载长线的电容效应 第四级
《单电击力系此统处过编电辑压母》版标题样式
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第二级 Chapter 5. 暂时过电压
第三级 第四级 第五级 西南交通大学高压教研室
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单C击h.此5 暂处时编过辑电母压版标题样式
§1. 工频电压升高 §2. 单谐击振此过处电编压辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
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单§1击. 工此频处电编压辑升母高版标题样式
超高压系统中工频电压升高的重要性
➢单超击高此压处系编统辑母版文本样式
第二 断级路器并联电阻：工频电压升高幅值越大，对断路器并联电阻热
第三容级量的要求也越高，从而给制造低值并联电阻带来困难。
操作过电压：操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此工
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单§1击. 工此频处电编压辑升母高版标题样式
内部过电压（能量来自系统内部）
➢单在数击电发此力生处系变编统化内，辑部引母，起版由电文于网本断电样路磁器能式操量作的或转发化生或故传障递，，使在系系统统参中 第出二现级的过电压。 ➢第操三作级过电压 第四 一级般持续时间在 0.l s（五个工频周波）以内的过电压 ➢第工五频持级过续时电间压长的过电压则称为暂时过电压。暂时过电压中，频率为
暂时过电压
1.内部过电压 1.内部过电压
在电力系统中，因为断路器的操作或系统故障， 是系统的参数发生变化，导致电力系统内部能量 的转化或传递的过渡过程中，在电力系统产生的 过电压 系统参数变化的原因是多种多样的，因此内部过 电压的幅值、振荡频率、持续时间不尽相同 内部过电压分为操作过电压和暂时过电压
4.均匀长线及其稳态解 4.均匀长线及其稳态解
无损长线首末端电压及电流关系
cos αl ɺ U 1 ɺ = 1 sin αl I1 Z C Z C sin αl ɺ U 2 cos αl I ɺ 2
一般
α = ω L0C0
α = 0.06o / km
操作过电压即电磁过渡过程中的过电压，一般持续 时间在0.1s以内 暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，持续 时间相对较长，暂时过电压产生的原因主要是空载 长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以 及系统中可能发生的线性或非线性谐振等
内部过电压
线性谐振 谐振过电压铁磁 参数 (resonance) 暂时过电压 空载长线路的电容效应 工频电压升高不对称的接地故障 甩负荷 ( Power FrequencyVoltageRise) (Temporary ) 合空线 切空线 操作过电压（ .1s以内） 切空变 0 解列 弧光接地 ( Switching )
外激发现象 当 E<U0 时，E逐渐上升，回路只能处在非谐振的 工作点a。只有当回路经过强烈的“冲击扰动”， 回路才能处在谐振的工作点c “冲击扰动”包括系统的突然合闸、发生故障以及 故障的消除等，这些可造成铁芯电感两端的短时电 压升高、大电流的振荡过程或电感中的涌流现象 需要经过过渡过程建立的谐振现象称之为铁磁谐振 的“外激发” 一旦“激发”起来以后，谐振状态可以“自保持”， 维持很长时间不会衰减
第5章--工频过电压计算
第5章--工频过电压计算————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第5章工频过电压计算目录5.1 空载长线路的电容效应 (6)5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 (6)5.1.2 并联电抗器的补偿作用 (8)5.2线路甩负荷引起的工频过电压 (11)5.3单相接地故障引起的工频过电压 (13)5.4自动电压调节器和调速器的影响 (16)5.5限制工频过电压的其他可能措施 (17)5.6工频过电压的EMTP仿真 (18)第5章工频过电压计算工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统内部过电压,是暂时过电压的一种。
电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。
内部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。
在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于0.1s(5个工频周波)至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。
由于现代超、特高压电力系统的保护日趋完善，在超、特高压电网出现的暂时过电压持续时间很少超过数秒以上。
暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。
电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压，频率为工频或者接近工频的电压升高,称为工频过电压。
工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，工频过电压的大小与系统结构、容量、参数及运行方式有关。
一般而言，工频过电压的幅值不高，但持续时间较长，对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。
但工频过电压在超（特）高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用，因为：①工频过电压的大小直接影响操作过电压的幅值；②工频过电压是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压保护水平；③工频过电压可能危及设备及系统的安全运行。
《电力系统过电压》课件
设备绝缘损坏
设备损坏
过电压可能导致设备绝缘层击穿，引 发短路或设备故障。
过高的过电压可能导致设备直接损坏 ，造成经济损失。
设备性能下降
过电压可能使设备性能参数发生变化 ，导致设备运行不稳定。
对系统的危害
系统稳定性受影响
过电压可能引起系统电压波动， 影响电力系统的稳定运行。
设备连锁跳闸
过电压可能导致连锁跳闸，影响整 个系统的供电可靠性。
案例二：某变电站操作过电压事故
总结词
操作过电压事故
案例分析
操作人员未按照规程进行操作 ，导致断路器断口电容放电， 产生过电压。
详细描述
某变电站在进行倒闸操作时， 因操作不当引发过电压事故。
解决方案
加强操作人员的培训和管理， 确保严格按照规程进行操作，
并定期检查和维护设备。
案例三：某输电线路内部过电压事故
调度管理
合理调度和管理电力系统的运行，避免因操作不当或调度失误引 起的过电压问题。
人员培训
培训计划
制定详细的培训计划，对电力系统的工作人员进行定期培训，提高 他们的技能和知识水平。
培训内容
培训内容应包括电力系统的基本知识、过电压的危害及预防措施、 应急处理等方面的知识和技能。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时发现并改进培训中的不足之处，确保工作 人员具备足够的技能和知识来应对过电压问题。
继电保护
02
继电保护是电力系统中的重要组成部分，当系统出现异常时，
继电保护能够迅速切断故障部分，防止过电压的扩大。
系统监控
03
通过实时监测系统的运行状态，可以及时发现和解决潜在的问
题，从而避免过电压的发生。
04
电力系统稳态分析第5章
K
max 2U 2 R minU 2 min U 2 R maxU 2 2 2 U2 R max 2U 2 R min
(3)
1）由（3）式求变比K、 Ut1=K Ut2 ，选择分接头 2）代入（1）式求调相机容量，并选择与计算所得容量相接近的标准调相 机容量。
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量
QC U 2 R max X max 2 U2 U 2 R max K K (1)
最小负荷下，调相机吸收额定容量一半的感性无功功率
U 1 QC 2 R min 2 X min 2 U2 U 2 R min K K (2)
联立求解，得变比：
UC
为满足U A 上限的U C
UC
为满足U A 上限的U C
中枢点
U CA
A
不可控
为满足U B下限的U C
C U CB B
0
为满足U B下限的U C
(时) (时)
8
16
24
0
8
16
24
5.2.2 中枢点电压管理（续1）
•
中枢点调压方式：
– 逆调压：高峰负荷时，将中枢点电压调高（限值 105%UN）；低谷负荷时，将中枢点电压调低（限值UN ）。 适合于大型网络、供电线路较长、负荷波动较大的情况。 – 顺调压：高峰负荷时，允许中枢点电压有所降低（限值 102.5%UN）；低谷负荷时，允许中枢点电压有所升高（限 值107.5%UN ）。适合于小型网络、供电线路不长、负荷 波动不大的情况。 – 常调压：在任何负荷下，保持中枢点电压为一基本不变 的值（102%~105% UN ）。适合于中型网络、负荷变动较 小、线路上的电压损耗也较小的情况。
《电力系统过电压》PPT课件
❖（1）线形谐振过电压 ❖（2）参数谐振过电压 ❖（3）铁磁谐振过电压
二、铁磁谐振过电压
E～
UL
L I
C UC
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。
第三节 切断空载 线路过电压
l
～
z
QF
-Uφ
(a)
❖ 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。
❖ 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” 。
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
iL
iC
LT
CT
切除空载变压器等值电路
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。
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
• 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
第5章--工频过电压计算
第5章--工频过电压计算第5章工频过电压计算目录5.1 空载长线路的电容效应 (5)5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 (5)5.1.2 并联电抗器的补偿作用 (7)5.2线路甩负荷引起的工频过电压 (10)5.3单相接地故障引起的工频过电压 12 5.4自动电压调节器和调速器的影响 16 5.5限制工频过电压的其他可能措施 16 5.6工频过电压的EMTP仿真 (17)第5章工频过电压计算工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统内部过电压,是暂时过电压的一种。
电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。
内部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。
在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于0.1s(5个工频周波)至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。
由于现代超、特高压电力系统的保护日趋完善，在超、特高压电网出现的暂时过电压持续时间很少超过数秒以上。
暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。
电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压，频率为工频或者接近工频的电压升高,称为工频过电压。
工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，工频过电压的大小与系统结构、容量、参数及运行方式有关。
一般而言，工频过电压的幅值不高，但持续时间较长，对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。
但工频过电压在超（特）高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用，因为：①工频过电压的大小直接影响操作过电压的幅值；②工频过电压是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压保护水平；③工频过电压可能危及设备及系统的安全运行。
我国超高压电力系统的工频过电压水平规定为：线路断路器的变电站侧不大于1.3.p.u（.p.u为电网最高运行相电压峰值）；线路断路器的线路侧不大于1.4.p.u以p.u。
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§1. 工频电压升高
超高压系统中工频电压升高的重要性
➢ 对过电压保护及绝缘配合影响较大的是暂态工频电压升高， 当然稳态工频电压升高对系统的电气设备也有一定的影响。
➢ 220kV 电压等级以下
一般而言，工频电压升高对 220kV 电压等级以下、线路不太长的 系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。
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§1. 工频电压升高
电压传递系数
➢ 考虑电压阻抗 ➢ 若线路末端开路，从首端往线路看去，可等值为一个阻抗
ZR
U 1jX S E Z RZ RX SZ E ctg 'l( Z ctg 'l)
ZR
U1 I1
jZctg'l
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§1. 工频电压升高
电压传递系数
➢ 考虑电压阻抗
线路首端对电源的电压传递系数
集中参数LC串联回路的电容效应
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1 L C
§1. 工频电压升高
工频电压升高的原因
➢ ①空载长线的电容效应
一条空载长线可以看作由无数个串联的L，C回路构成，在工频电
压作用下，线路的总容抗一般远大于导线的感抗，因此线路各点的 电压均高于线路首端电压，而且愈往线路末端电压愈高。
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§1. 工频电压升高
➢ 超高压系统
工频电压升高对超高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着 决定性的作用。
避雷器：最大允许工作电压就是按照电网中工频电压升高来确定 的。工频电压升高的幅度越大，要求避雷器的灭弧电压越高。
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§1. 工频电压升高
超高压系统中工频电压升高的重要性
➢ 超高压系统
断路器并联电阻：工频电压升高幅值越大，对断路器并联电阻热 容量的要求也越高，从而给制造低值并联电阻带来困难。
操作过电压：操作过电压与工频电压升高是同时发生的，因此工 频电压的升高直接影响操作过电压的幅值。
工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响。 例如，可导致油纸绝缘内部游离，污秽绝缘子的闪络、铁芯的过 热、电晕等。
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§1. 工频电压升高
工频电压升高的原因
➢ ①空载长线的电容效应 ➢ ②不对称短路引起的工频电压升高 ➢ ③突然甩负荷引起的工频电压升高 ➢ ①空载长线的电容效应
§1. 工频电压升高
工频电压升高的原因
➢ ①空载长线的电容效应
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★电源阻抗Xs越大，工频
电压升高越严重
★工频电压升高的情况可能 与线路长度，电源阻抗(电 源容量)等情况有关，因为 电源容量越小，其阻抗越大， 故计算工频电压升高时，必 须计及系统可能出现最小运 行方式。
§1. 工频电压升高
I1
jU2 Z
sin'l
I2
cos'l
l v 2 4
此时，线路电感与电容构成谐振 状态。称为1/4 波长谐振。
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§1. 工频电压升高
电压传递系数
➢ 考虑电压阻抗 I
E U1 I1X s I I1
E I 1 0X 1 s U I1 1 = 1 0X 1 s jc s o is n Z ''ll jZ co ss in 'l'l U I2 2
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§1. 工频电压升高
电压传递系数
➢ 不考虑电源阻抗
若线路末端开路，即：
I2 0
线路首、末端电压关系为：;l1 U2U 1
线路末端电压高于首端
❖当 'l 2 时，cos'l0
不论首端电压为多高，末端电压 将趋于无穷大。
U1 U2 cos'l jI2Zsin'l
K01U1/EZctZgctg' l'lXS
线路末端对电源电势的传递系数
K 0 2 U E 2 U E 1U U 1 2 Z c tZ g c tg 'l 'lX Sc o s 1'l c o s'l 1 X Ssin'l Z
令 arctg XS 则
Z
cos K02 cos('l )
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➢ 谐振过电压
因系统的电感，电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波 形周期性重复的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压
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§1. 工频电压升高
在500 kV 输变电系统中，实测得到的某 336 km 空载线路合闸过电 压随时间变化的曲线，图中K0为过电压倍数。该线路的断路器带 有 400 Ω 的合闸电阻，线路两端并联电抗器的补偿度为 71.5 % 。
《电力系统过电压》
Chapter 5. 暂时过电压
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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Ch.5 暂时过电压
§1. 工频电压升高 §2. 谐振过电压
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§1. 工频电压升高
电压传递系数
输电线路为无损长线
U1 U2 cos'l jI2Zsin'l
I1
jU2 Z
sin'l
I2
cos'l
UI11=jcsoisnZ''ll jZcossin'l'lUI22
式中 Z ：线路的波阻抗，Ω
α’ ：相位系数，
' L0C0
（ ω 为 电 源 角 频 率 ， L0 ， C0 分 别 为 导 线 单 位 长 度 的 电 感 与 电 容），对于输电线路，通常α’≈0.06°/km； l ：线路的长度，km。
内部过电压（能量来自系统内部）
➢ 在电力系统内部，由于断路器操作或发生故障，使系统参 数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中 出现的过电压。
➢ 操作过电压
一般持续时间在 0.l s（五个工频周波）以内的过电压
➢ 工频过电压
持续时间长的过电压则称为暂时过电压。暂时过电压中，频率为 工频或接近工频的过电压
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§1. 工频电压升高
★合闸后 0.ls 前 高幅值、强阻尼的高频振荡操作过电 压
★合闸后 0.1 ~ 1.0s 时间内：暂态工 频电压升高。由于发电机自动电压调 整器的惯性，发电机的暂态电势 E’d 保持不变，再加上空载线路的电容效 应，使电压升高， 1.0s 后，由于发 电机的自动电压调整器开始发生作用， 母线电压逐渐下降。
工频电压升高的原因
➢ ②不对称短路引起的工频电压升高
当线路上出现单相或两相接地 故障时，健全相上工频电压升 高不仅由长线的电容效应所致， 还有短路电流的零序分量，也 会使健全相电压升高。