内部过电压
合集下载
第11章电力系统内部过电压(11-1)
kV kV
对地操作过电压的1.4~1.45倍； 倍 对地操作过电压的 对地操作过电压的1.5倍 对地操作过电压的 倍。
三.空载长线操作过电压的限制措施
1.改善开关熄弧性能 1.改善开关熄弧性能 无重燃 无过电压
∵目前断路器己可基本消除重燃现象
∴线路设计中可不考虑切空线过电压 220kV及以下: 220kV及以下: 不需要采用限制重合空闸过电 及以下
11.2 操作过电压
一.空载变压器的分闸过电压
1.切空变的等值电路 1.切空变的等值电路
变压器励磁电感
绕组对地电容
几安到十几安) 励磁电流i0 (小电流 几安到十几安)
I 0 = I 0%⋅ Ie
额定电流 三相功率 额定线电压
3 xg U P Ie = Ie ⋅ = 3 xg U 3 e U
例: 35 kv变压器
以计划性合闸为例: A相先合
A
K
C12
B
K
C13
C
如果B C相的合闸相角与被感应电压极性相反 使过电压升高 10 ~30%
4.母线上有其他出线 4.母线上有其他出线
1 K1 K
l1
C11
C 22
l2
设: l1 = l2 c11 = c22 分析重合闸 -Em时，K1断开， l1上残余电荷 − Em ⋅ c11 断开， 时合闸， 在Em时合闸， C22上储存电荷 Em ⋅ c22
压的措施
330 kV
以上: 以上:
断路器断口加并联电阻
断路器断口并联电阻
合闸: 合闸:
接入 Rb 先合D2, 阻尼振荡,
主触头
15ms后 约7~15ms后,再合D1 15ms 短接 Rb
Rb=400 ~1200Ω 1200Ω
对地操作过电压的1.4~1.45倍； 倍 对地操作过电压的 对地操作过电压的1.5倍 对地操作过电压的 倍。
三.空载长线操作过电压的限制措施
1.改善开关熄弧性能 1.改善开关熄弧性能 无重燃 无过电压
∵目前断路器己可基本消除重燃现象
∴线路设计中可不考虑切空线过电压 220kV及以下: 220kV及以下: 不需要采用限制重合空闸过电 及以下
11.2 操作过电压
一.空载变压器的分闸过电压
1.切空变的等值电路 1.切空变的等值电路
变压器励磁电感
绕组对地电容
几安到十几安) 励磁电流i0 (小电流 几安到十几安)
I 0 = I 0%⋅ Ie
额定电流 三相功率 额定线电压
3 xg U P Ie = Ie ⋅ = 3 xg U 3 e U
例: 35 kv变压器
以计划性合闸为例: A相先合
A
K
C12
B
K
C13
C
如果B C相的合闸相角与被感应电压极性相反 使过电压升高 10 ~30%
4.母线上有其他出线 4.母线上有其他出线
1 K1 K
l1
C11
C 22
l2
设: l1 = l2 c11 = c22 分析重合闸 -Em时，K1断开， l1上残余电荷 − Em ⋅ c11 断开， 时合闸， 在Em时合闸， C22上储存电荷 Em ⋅ c22
压的措施
330 kV
以上: 以上:
断路器断口加并联电阻
断路器断口并联电阻
合闸: 合闸:
接入 Rb 先合D2, 阻尼振荡,
主触头
15ms后 约7~15ms后,再合D1 15ms 短接 Rb
Rb=400 ~1200Ω 1200Ω
过电压与防雷
雷电过电压的Biblioteka 种基本形式：(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通 过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲 和闪络放电。
(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或 其他物体的静电感应所产生的过电压。 雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引起 的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据 统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予以足 够的重视。 2、雷电的形成及概念 1）雷电的形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现 象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
第四节 过电压与防雷
一、过电压及雷电
1、过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求 的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压 内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的
工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会超
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感 应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电场强度达到 25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷 电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈 的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8—26所示。
过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不 是很大。
第5章 电力系统内部过电压及其限制措施
三、空载线路合闸过电压及其限制措施
1、计划合闸： 、计划合闸： （图6）及式（5-12）的解 ）及式（ ）
uc= E (1-cosω0t) ω
uc——线路绝缘上的电压， 是一个以电源电压 线路绝缘上的电压， 线路绝缘上的电压 E为轴线，以ω0为角频率的高频正弦等幅振荡 为轴线， 为轴线 的随机量。其最大值为2 的随机量。其最大值为 Em。
5.2
电力系统的操作过电压
一、操作过电压的产生及类型
产生: 产生 系统中因断路器的操作中各种故障产生的过度过程而 引起的过电压。 引起的过电压。 特点：时间短， 特点：时间短，过电压倍数高 其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构、 其过电压倍数 的大小和持续时间与电网的结构、断路器的 的大小和持续时间与电网的结构 性能、系统的接线方式及运行操作方式有关， 一般为 一般为3～ 。 性能、系统的接线方式及运行操作方式有关，K一般为 ～4。 类型: 类型 空载线路合闸过电压、切除空载线路过电压、 空载线路合闸过电压、切除空载线路过电压、 切除空载变压器过电压、 切除空载变压器过电压、 中性点不接地系统中弧光接地过电压。 中性点不接地系统中弧光接地过电压。
cosα f ↑ —ω ↑ —α=ω/v ↑ —αl ↑ —cosαl ↓ — α /cosα K21=1/cosαl↑ (5-3) 运行经验表明： 运行经验表明： 220KV及以下电网一般不需要采取特殊限制措 及以下电网一般不需要采取特殊限制措 施； 220KV及以上电网需要考虑，伴随着雷闪过电 及以上电网需要考虑， 及以上电网需要考虑 压和操作过电压采取限制措施。 压和操作过电压采取限制措施。
二、特点
1、 过电压倍数不大 ， 对正常绝缘的电气设备一般没有 、 过电压倍数不大， 威胁。 威胁。 2、 在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素 。 、 在超高压输电中成为确定系统绝缘水平的重要因素。 伴随着工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值。 伴随着工频电压的升高直接影响操作过电压的幅值 。 工频电压升高是决定保护电器工作条件的重要因素 （如单相接地非故障相电压升高使避雷器的灭弧电压 升高）。 升高） 工频电压升高持续时间长，将严峻考验设备的绝缘。 工频电压升高持续时间长，将严峻考验设备的绝缘。 如油纸绝缘内部游离、绝缘子闪络或沿面放电、 如油纸绝缘内部游离、绝缘子闪络或沿面放电、铁芯 过热、 过热、电晕等
《内部过电压概论》课件
探索过电压与电力系统参数之间的关 系，如电压等级、设备类型、电网结 构等，以更好地理解过电压的传播和 影响。
探索新型的过电压保护装置
针对现有过电压保护装置的不足 和局限，研究新型的过电压保护
装置，提高其性能和适应性。
结合新材料、新工艺、新技术等 手段，开发具有更高耐压、更快 速响应、更可靠稳定的过电压保
参数设置
根据系统运行参数和设备参数，设置仿真模型的 参数，如电压等级、线路阻抗、变压器参数等。
模型验证
通过对比实际数据和仿真结果，验证仿真模型的 准确性和可靠性。
仿真结果的分析
波形分析
对仿真得到的电压、电流波形进行分析，了解内部过电压的幅值、 持续时间等特性。
参数分析
分析仿真结果中各参数的变化情况，如线路长度、变压器容量等对 内部过电压的影响。
护装置。
探索过电压保护装置与电力系统 的集成和优化，以提高整个系统
的过电压防护能力和稳定性。
提高电力系统的稳定性和可靠性
通过研究和优化电力系统的设计 和运行方式，降低内部过电压的
发生概率和影响程度。
强化电力系统的监测和预警机制 ，及时发现和应对过电压事件， 保障电力系统的安全稳定运行。
结合大数据、人工智能等技术手 段，实现对电力系统的实时监测 和智能控制，提高电力系统的稳
安装过电压吸收装置
采用过电压吸收装置，如阻容吸收器、压敏电阻等，以吸收系统 中的过电压能量，降低其对设备的影响。
配置继电保护装置
通过配置继电保护装置，实现对过电压的有效监测和快速切除， 防止过电压对设备造成损害。
PART 05
内部过电压的仿真研究
REPORTING
仿真模型的建立
模型选择
根据实际电力系统特性，选择合适的仿真模型， 如电磁暂态仿真模型、元件模型等。
高电压技术讲义第八章内部过电压
随着输电系统额定电压的升高，操 作过电压对电力系统的影响随之加大。 220kV及以下系统的绝缘水平由雷电过电 压决定，可能出现（3～4）Umpm的操作 过电压对电力设备并不构成威胁，但在 超高压系统中，如果过电压倍数相同的 话，绝缘费用将迅速增加。
§8.1 空载长线的电容效应
与操作过电压相比，工频电压升高倍数K并不大，它本身对 系统中正常绝缘的电气设备一般没有危险的，但由于下列原 因，使它成为超高压输电中确定系统绝缘水平的重要因素。 1、工频过电压和操作过电压往往同时发生，后者的高频 部分常叠加在前者之上。所以工频过电压的升高直接影响 到操作过电压的数值。
运行经验表明：电力系统中故障至少有 65%是单相接地故障。在中性点不接地系统中 发生单相接地时，健全相电压升高为线电压， 由于电源线电压的对称关系不改变，所以不必 立即切除线路中断供电，允许运行一段时间， 以便查明原因。 接地故障分金属性接地和电弧接地（闪络） 两种。电弧接地时点燃的电弧可能在电流过零 时熄灭并且不再重燃而使接地故障消失、电弧 可能出现一会熄灭一会又重燃的间歇性电弧、 电弧也可能一直点燃。
随着电网的发展电压等级的提高单相接地的电容电流随之增加但这种电容电流又不会大到形成稳定电弧的程度又不会大到形成稳定电弧的程度因此在故障点可能出现电弧熄灭重燃的间歇性现象引起电力系统状态瞬息改变导致电网中电感电容回路的电磁振荡系统中性点发生偏移健全相和故障相都产生过电压这种过电压称为弧光接地过电压
第八章 内 部 过 电 压
• ②线路末端带有负载时（如空载变压器）， 当线路首端断路器熄弧后，三相导线上的 电荷将通过负载相互中和，导线上电位为 零。
• ③当线路侧装有电磁式电压互感器时，它的等 值电感、电阻与线路电容构成一个阻尼振荡电 路，并由于电压升高引起磁路饱和后阻抗降低， 将使线路上的残余电荷有了泄放的附加路径， 因而降低过电压。我国220kV线路侧加装电磁式 电压互感器时可使过电压降低30%。
内部过电压原因
内部过电压原因内部过电压是指电力系统中某一部分或某一设备内部电压超过了正常工作范围的现象。
内部过电压可能会对设备的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。
本文将从内部过电压的原因进行探讨，并提出相应的解决方法。
一、内部过电压的原因1. 突发事件：如雷击、电线短路等突发事件会引起系统内部电压的瞬时升高。
这种突发事件可能会导致电力系统设备的损坏，甚至引发火灾等严重事故。
2. 电力负载变化：当电力负载突然增加或减少时，电力系统内部的电压也会相应发生变化。
特别是在负载突然减少时，电压可能会出现瞬间升高的情况。
3. 电力系统故障：电力系统中的故障，如线路短路、设备故障等，可能会导致内部电压的异常升高。
这些故障可能会对电力系统的正常运行造成严重影响。
4. 功率因数失衡：功率因数失衡是指电力系统中正负序电流不平衡的现象。
当电力系统中存在功率因数失衡时，会引起电压的波动，从而导致内部电压的升高。
二、内部过电压的危害1. 设备损坏：内部过电压可能会造成电力系统中的设备损坏，如变压器烧毁、断路器跳闸等。
这不仅会给维修工作带来不便，还会增加设备更换的成本。
2. 运行不稳定：内部过电压会导致电力系统的运行不稳定，造成电压波动、电流不平衡等问题。
这可能会影响到用户的正常用电，给生产和生活带来困扰。
3. 安全隐患：内部过电压可能引发火灾等安全事故。
电力系统中设备的损坏和短路可能导致火花飞溅，引燃周围可燃物，给人员和财产带来威胁。
三、内部过电压的解决方法1. 安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置是防止内部过电压的有效措施。
过电压保护装置能够及时检测到电压异常，并采取相应的措施，保护设备的正常运行。
2. 增加电力系统的稳定性：提高电力系统的稳定性是减少内部过电压的关键。
可以通过增加电容器、稳压器等设备来提高系统的稳定性，减少电压波动的可能性。
3. 维护设备的正常运行：定期检查和维护电力系统中的设备，及时排除潜在故障，可以有效地减少内部过电压的发生。
第十二章电力系统内部过电压
第十二章电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
电力系统中常见的操作过电压有：中性点绝缘电网 中的电弧接地过电压；切除电感性负载过电压；切除 电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解 列过电压等。 ❖一、空载变压器的分闸过电压 ❖二、空载长线路的操作过电压 ❖三、电弧接地过电压
第十二章电力系统内部过电压
此在电路切除前，可认为
电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工
频电流iC超前电源电压90°。
图12-4 切除空载长线
(a)接线图； (b)单相等值电路图
第十二章电力系统内部过电压
伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高 频电流流过，它超前于高频电压90°。因此，当uC 达到(-3Em)时（图中t＝t3时刻），高频电流恰恰经 过零点，于是电弧可能再一次熄灭。又经过工频半 个周波后（图中t＝t4时刻），作用在断口上的电压 将达4Em。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电 容的起始电压为(-3Em)，电源电压为Em，振幅为4Em， 振荡后电容上的最大电压可达5Em。
图12-5第十切二除章空电载力长系线统时内部的过电电流压和电压波形
限制切空载线路过电压的措施有： （1）采用不重燃断路器
在现代断路器设计中通过提高触头之间的介 质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速 度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。 （2）并联分闸电阻R
在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低 触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。 （3）线路首末端装设避雷器
第十二章电力系统内部过电压
在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是 因为变压器绕组除励磁电感LT外，还有电容CT，如 图12-1所示。断路器截断电流后，电感中的电流可
第二节 操作过电压
电力系统中常见的操作过电压有：中性点绝缘电网 中的电弧接地过电压；切除电感性负载过电压；切除 电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解 列过电压等。 ❖一、空载变压器的分闸过电压 ❖二、空载长线路的操作过电压 ❖三、电弧接地过电压
第十二章电力系统内部过电压
此在电路切除前，可认为
电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工
频电流iC超前电源电压90°。
图12-4 切除空载长线
(a)接线图； (b)单相等值电路图
第十二章电力系统内部过电压
伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高 频电流流过，它超前于高频电压90°。因此，当uC 达到(-3Em)时（图中t＝t3时刻），高频电流恰恰经 过零点，于是电弧可能再一次熄灭。又经过工频半 个周波后（图中t＝t4时刻），作用在断口上的电压 将达4Em。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电 容的起始电压为(-3Em)，电源电压为Em，振幅为4Em， 振荡后电容上的最大电压可达5Em。
图12-5第十切二除章空电载力长系线统时内部的过电电流压和电压波形
限制切空载线路过电压的措施有： （1）采用不重燃断路器
在现代断路器设计中通过提高触头之间的介 质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速 度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。 （2）并联分闸电阻R
在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低 触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。 （3）线路首末端装设避雷器
第十二章电力系统内部过电压
在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是 因为变压器绕组除励磁电感LT外，还有电容CT，如 图12-1所示。断路器截断电流后，电感中的电流可
电力系统内部过电压
I0
影响因素：
断路器的性能(灭弧能力越强，切断电流能力越强， 过电压越高)；
变压器的参数(电感越大，电容越小，过电压越高)。
通常过电压倍数为2～3，有10%可超过3.5，极少数 可达4.5 ～5.
限制措施：
变压器侧加装阀式避雷器。
从变压器入手，减小变压器的特性阻抗。使CT 增大 或电感LT减小。
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 来表示。
可得 uc U (1 et cos0t)
其波形见下图，最大值UC 将略小于 2U
21
电源电压并非直流电压U ，而是工频交流电压 u(t)，这时 的 uc (t)表达式将为
uc U (cost et cos0t)
射，电压变2为
v
U 2U
电流
波发生负的全反射，反射波
所到之处，合成电流为0 （c）
切空线时电压沿线分布图
(5)反射波到达线路首端 时（t T 2），触头间的 电流反向2 ,因而必然有一 过零点，电弧再次熄灭。
13
（6）熄弧后，线路再次与电源 分离，其对地电压为 3U ，
电源电压按正弦规律变化，当 t=T时，电源电压 u又由 U 变 为 U ，作用在触头间的电位 差增大为 4U ，电弧再次重燃。
接地电流是线路对地电容所引起的电容电流 2）故障电流的大小与电 网额定电压和线路总长度成正比
若系统较小，线路不长，线路对地电容电流小， 流过故障点的电流也小，许多暂时性的单相电弧 接地故障(如雷击等)，故障过后电弧可以自动熄 灭。
随着系统的发展和电压等级的提高，单相接地故 障电流成比例地增加。
接地点产生接地电弧，并在其中流过非故障相的 电 流 ， 这 种 电 容 电 流 在 6 ～ 10kV 系 统 (>30A) 、 35～60kV系统(>10A)中难以自行熄灭。由于电弧 不稳定(间歇性电弧)，引起系统强烈的电磁振荡 过程，产生电弧接地过电压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
330kV系统
≯
≯
3.0
2.75
500kV系统
750kV及1000kV系统
≯
≯
2.0（或2.2）
1.6
限制操作过电压措施： 带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
12.2
合空载线路过电压
合空线及重合闸产生的过电压是系统中常见的操作过电压 由于断路器灭弧能力的提高，切空线时现基本上不发生重 燃，故切空线过电压最大过电压只测到1.19倍，而合空线 最大过电压达2.03倍，自动重合闸时更高 ∴超高压系统中合（包括重合）空线过电压是选择绝缘水 平的决定因素
（5－50个周波）
2－3s
稳态
稳态工频电压升高
空载长线容升效应 工频电压升高 甩负荷 不对称短路
暂时过电压
谐振过电压 内部过电压
线性谐振 非线性谐振
参数谐振
切、合空载长线过电压 操作过电压 切空载变压器过电压 弧光接地过电压
断路器
单相接地
12.1 空载长线的电容效应 工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危 险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的
统计和表明： 10kV线路长<1000km Ic ≯30A 单相接地电容 电流过零熄灭 不再重燃
35kV线路长<100km Ic ≯10A 若 单相接地电容电流过零熄灭但可 Ic >30A（10kV） 能重燃，不能形成稳定燃烧的电 Ic >10A（35kV） 弧，故时燃时灭犹如不断开合的 开关，会产生幅值很高的弧光接 地过电压 故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是 工频电流过零时也可能是高频电流过零时 工频熄弧理论 分析出的过电压水平较低
作用
1）工频电压升高再叠加操作过电压 过电压幅值高
2）影响避雷器的最大允许工作电压 频电压
灭弧电压>最高工
游离、
3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 老化、污闪、干扰等
我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频 电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空 载变压器允许1.3倍工频电压持续1min
U2 Ix j sin x zc
.
线路长为 l 时首末端电压关系
U1 U2 cos l
. .
沿线电压与首端电压关系 可见沿线电压分布呈余弦规律
越靠近线路末端电压越高 .
Ux
.
U1 Ux cos x cos l
.
传递系数
K1x
U1
cosx cosl
xs：电源感抗 xL：高压并联电抗器感抗
L R2 C
过渡过程是振荡的 阻尼作用使衰减很快，过电压
若 R大
断路器加并联电阻及一对辅助触头，使合闸、分闸过程
在两个阶段进行，并联电阻起到减小稳态和自由分量、
阻尼作用 过电压
R合闸电阻
我国：500kV
330kV
R＝400Ω
R＝800Ω
国外：500kV
R＝400－1200Ω
12.3 切除空载线路过电压 切空线操作是常见的一种操作，如检修线路 断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速 度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在 线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率 越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长 （0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑 过电压时，主要以切空线过电压为依据。
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15)
2 3
Ue
我国第一条500kV线路合 空载线路试验电压波形 线路长336km，断路器合 闸电阻400Ω，首末端接 高压并联电抗器 0－0.1s （五个周波） 0.1－1s 幅值高、强阻尼、高频振荡、时间短 操作过电压 幅值低、弱阻尼、无高频振荡、时间长 暂态工频电压升高
一般 工频试验电压
（一分钟）
最严重情况考虑（作用时间长） 方便
架空线路的绝缘水平：
绝缘子片数的确定、空气间隙的确定
第12章 内部过电压
电力系统中，因为断路器的操作、事故或其它原因，系统 参数发生变化，引起电磁能量振荡转换或传递所出现的超 过正常运行电压的电压升高称为内部过电压 由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅
值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过
电压倍数kn表示
过电压幅值 kn 最高运行相电压幅值
空载长线电容效应引起的工频电压升高
一、电容效应
1 如果回路固有振荡频率 0 LC , C L . . 回路电流 I 呈容性 UC UL , U E U C L 1
二、空载均匀无损输电线的容升效应及限制
. cos x Ux sin x . j Ix z c
. cosl E 1 jx s sin l . 0 1 j z I c
jz c sin l 1 1 cosl jx L
' 电流 I2 0 .
0 . ' U2 1 . ' I2
操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压
由于操作过电压幅值与系统额定电压有关，因此电压等级 越高的系统操作过电压值越高 雷电过电压 220kV及以下 系统的绝缘水平 主要 操作过电压 330kV及以上 我国规程规定： 操作过电压倍数 35－60kV及以下（非直接接地）系统 ≯ 4.0
110－220kV（直接接地）系统
正常运行时：UN 0 A相对地短路后：
.
UA 0, UN UA U3 UCA , U2 UBA I2 I3 3c Uxg I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos300
. . . .
.
.
.
Uxg为最高运行相电压
流过故障点的电流为单相接地电容电流
合闸
计划性合闸
重合闸
线上无残余电压
线上有残余电压 存在起始值
过电压更高
三相重合闸过电压理论上可达 3 倍，但实际中过电压受很
多因素影响： 合闸相位、回路损耗、残压电压的变化、并联电抗器、 断路器的不同期性 限制措施： （一）带并联电阻的断路器（二）MOA 利用带并联电阻的断路器限制操作过电压 操作过电压出现在操作或故障引起的电磁暂态过渡过程中
线路上过电压＋3、－5、＋7、－9…
重燃次数越多，过电压越高。实际中过电压一般在2.5倍 以下，但测量到过4.8倍
切空线过电压产生的根本原因是断路器重燃 影响因素： 断路器的灭弧性能 线路泄漏损耗 中性点运行方式
系统参数
限制措施：
改善断路器灭弧性能
采用带并联电阻的断路器
采用MOA
12.4 切除空载变压器过电压 是一种常规操作，如果DL和T配合不当，可能产生很高的 过电压 断路器通常是按能开断强大（几－几十 kA）的短路电流 设计的，灭弧能力很强 外能式断路器 灭弧能力与开断的电流大小有关
jz c sin x . U2 cos x . I2
相位系数 特性阻抗
L 0C0 0.060 / km Zc L0 C0
空载线路末端边界条件
电流 I2. 0 .
.
.
U x U 2 cos x
.
沿线电压、电流与末端电压的关系
220kV及以下 系统的绝缘水平
雷电过电压
具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内部过电压的作用
330kV及以上 额定电压高，内部过电压可能比现有防雷
措施下的雷电过电压高 系统的绝缘水平
主要
内部过电压
电气设备的绝缘水平就是指该电气设备可能承受的（不 发生闪络、击穿或其它损坏）的试验电压值 试验电压包括：工频试验电压（外绝缘还规定了干、湿 状态的工频放电电压）、雷电冲击试验电压，对超高压系 统还规定了操作冲击试验电压 产品型式试验
.
Ux与U1关系
沿线最高电压
zc sin x . . z cos(x ) . xL Ux U1 U1, tg c z cos(l ) xL cos l c sin l xL U1 Um x cos x
cos(l ) 出现在距末端
处
可见：电源感抗会升高线路首端电压故升高整条线路电压 可用高压并联电抗器降低沿线电压
变压器特性阻抗
如果激磁电流最大值（电容电压为零）时截断 过电压最高 影响因素： Ucm=ILmZT 预期过电压
断路器性能
变压器参数
过电压幅值较高但持续时间短，能量低（比雷电过电压作 用下的能量小一个数量级） 两侧中性点接地方式相同低压侧装 限制措施：阀型避雷器 两侧中性点接地方式不同两侧装
12.5 间歇电弧接地过电压 实际工程中，单相接地是系统主要故障形式（60％） 中性点不接地系统中，单相接地时，非故障相（健全相） 电压升高为线电压，中性点升为相电压，由于电源仍然对 称，不必立即跳闸，允许带故障运行0.5－2小时 （1）可大大提高供电可靠性 （2）故障时电压的升高对电压等级较低的系统投资影响 不大 一般我国60kV及以下都采用中性点不接地的运行方式 但如果接地故障不能自动消失，存在 （1）相间短路立即跳闸 （2）时燃时灭电弧可能产生幅值很高、持续时间较长的 弧光接地过电压
自能式断路器
灭弧能力与开断的电流大小关系不大
如压缩空气断路器、有压油活塞的少油断路器
用灭弧能力很强的断路器开断空载变压器的激磁电流（一 般为额定电流的0.5－4％，即几－几十A）时，电流就可 能在过零前被强迫切断（截流） 产生切空变过电压的根本原因是断路器的截流现象
1 2 1 1 2 2 LiL0 Cu C0 Cu m 初始能量： 2 2 2 L 2 2 2 ucm uC0 iL0 ZT , Z C
≯
≯
3.0
2.75
500kV系统
750kV及1000kV系统
≯
≯
2.0（或2.2）
1.6
限制操作过电压措施： 带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
12.2
合空载线路过电压
合空线及重合闸产生的过电压是系统中常见的操作过电压 由于断路器灭弧能力的提高，切空线时现基本上不发生重 燃，故切空线过电压最大过电压只测到1.19倍，而合空线 最大过电压达2.03倍，自动重合闸时更高 ∴超高压系统中合（包括重合）空线过电压是选择绝缘水 平的决定因素
（5－50个周波）
2－3s
稳态
稳态工频电压升高
空载长线容升效应 工频电压升高 甩负荷 不对称短路
暂时过电压
谐振过电压 内部过电压
线性谐振 非线性谐振
参数谐振
切、合空载长线过电压 操作过电压 切空载变压器过电压 弧光接地过电压
断路器
单相接地
12.1 空载长线的电容效应 工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危 险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的
统计和表明： 10kV线路长<1000km Ic ≯30A 单相接地电容 电流过零熄灭 不再重燃
35kV线路长<100km Ic ≯10A 若 单相接地电容电流过零熄灭但可 Ic >30A（10kV） 能重燃，不能形成稳定燃烧的电 Ic >10A（35kV） 弧，故时燃时灭犹如不断开合的 开关，会产生幅值很高的弧光接 地过电压 故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是 工频电流过零时也可能是高频电流过零时 工频熄弧理论 分析出的过电压水平较低
作用
1）工频电压升高再叠加操作过电压 过电压幅值高
2）影响避雷器的最大允许工作电压 频电压
灭弧电压>最高工
游离、
3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 老化、污闪、干扰等
我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频 电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空 载变压器允许1.3倍工频电压持续1min
U2 Ix j sin x zc
.
线路长为 l 时首末端电压关系
U1 U2 cos l
. .
沿线电压与首端电压关系 可见沿线电压分布呈余弦规律
越靠近线路末端电压越高 .
Ux
.
U1 Ux cos x cos l
.
传递系数
K1x
U1
cosx cosl
xs：电源感抗 xL：高压并联电抗器感抗
L R2 C
过渡过程是振荡的 阻尼作用使衰减很快，过电压
若 R大
断路器加并联电阻及一对辅助触头，使合闸、分闸过程
在两个阶段进行，并联电阻起到减小稳态和自由分量、
阻尼作用 过电压
R合闸电阻
我国：500kV
330kV
R＝400Ω
R＝800Ω
国外：500kV
R＝400－1200Ω
12.3 切除空载线路过电压 切空线操作是常见的一种操作，如检修线路 断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速 度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在 线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率 越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长 （0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑 过电压时，主要以切空线过电压为依据。
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15)
2 3
Ue
我国第一条500kV线路合 空载线路试验电压波形 线路长336km，断路器合 闸电阻400Ω，首末端接 高压并联电抗器 0－0.1s （五个周波） 0.1－1s 幅值高、强阻尼、高频振荡、时间短 操作过电压 幅值低、弱阻尼、无高频振荡、时间长 暂态工频电压升高
一般 工频试验电压
（一分钟）
最严重情况考虑（作用时间长） 方便
架空线路的绝缘水平：
绝缘子片数的确定、空气间隙的确定
第12章 内部过电压
电力系统中，因为断路器的操作、事故或其它原因，系统 参数发生变化，引起电磁能量振荡转换或传递所出现的超 过正常运行电压的电压升高称为内部过电压 由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅
值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过
电压倍数kn表示
过电压幅值 kn 最高运行相电压幅值
空载长线电容效应引起的工频电压升高
一、电容效应
1 如果回路固有振荡频率 0 LC , C L . . 回路电流 I 呈容性 UC UL , U E U C L 1
二、空载均匀无损输电线的容升效应及限制
. cos x Ux sin x . j Ix z c
. cosl E 1 jx s sin l . 0 1 j z I c
jz c sin l 1 1 cosl jx L
' 电流 I2 0 .
0 . ' U2 1 . ' I2
操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压
由于操作过电压幅值与系统额定电压有关，因此电压等级 越高的系统操作过电压值越高 雷电过电压 220kV及以下 系统的绝缘水平 主要 操作过电压 330kV及以上 我国规程规定： 操作过电压倍数 35－60kV及以下（非直接接地）系统 ≯ 4.0
110－220kV（直接接地）系统
正常运行时：UN 0 A相对地短路后：
.
UA 0, UN UA U3 UCA , U2 UBA I2 I3 3c Uxg I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos300
. . . .
.
.
.
Uxg为最高运行相电压
流过故障点的电流为单相接地电容电流
合闸
计划性合闸
重合闸
线上无残余电压
线上有残余电压 存在起始值
过电压更高
三相重合闸过电压理论上可达 3 倍，但实际中过电压受很
多因素影响： 合闸相位、回路损耗、残压电压的变化、并联电抗器、 断路器的不同期性 限制措施： （一）带并联电阻的断路器（二）MOA 利用带并联电阻的断路器限制操作过电压 操作过电压出现在操作或故障引起的电磁暂态过渡过程中
线路上过电压＋3、－5、＋7、－9…
重燃次数越多，过电压越高。实际中过电压一般在2.5倍 以下，但测量到过4.8倍
切空线过电压产生的根本原因是断路器重燃 影响因素： 断路器的灭弧性能 线路泄漏损耗 中性点运行方式
系统参数
限制措施：
改善断路器灭弧性能
采用带并联电阻的断路器
采用MOA
12.4 切除空载变压器过电压 是一种常规操作，如果DL和T配合不当，可能产生很高的 过电压 断路器通常是按能开断强大（几－几十 kA）的短路电流 设计的，灭弧能力很强 外能式断路器 灭弧能力与开断的电流大小有关
jz c sin x . U2 cos x . I2
相位系数 特性阻抗
L 0C0 0.060 / km Zc L0 C0
空载线路末端边界条件
电流 I2. 0 .
.
.
U x U 2 cos x
.
沿线电压、电流与末端电压的关系
220kV及以下 系统的绝缘水平
雷电过电压
具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内部过电压的作用
330kV及以上 额定电压高，内部过电压可能比现有防雷
措施下的雷电过电压高 系统的绝缘水平
主要
内部过电压
电气设备的绝缘水平就是指该电气设备可能承受的（不 发生闪络、击穿或其它损坏）的试验电压值 试验电压包括：工频试验电压（外绝缘还规定了干、湿 状态的工频放电电压）、雷电冲击试验电压，对超高压系 统还规定了操作冲击试验电压 产品型式试验
.
Ux与U1关系
沿线最高电压
zc sin x . . z cos(x ) . xL Ux U1 U1, tg c z cos(l ) xL cos l c sin l xL U1 Um x cos x
cos(l ) 出现在距末端
处
可见：电源感抗会升高线路首端电压故升高整条线路电压 可用高压并联电抗器降低沿线电压
变压器特性阻抗
如果激磁电流最大值（电容电压为零）时截断 过电压最高 影响因素： Ucm=ILmZT 预期过电压
断路器性能
变压器参数
过电压幅值较高但持续时间短，能量低（比雷电过电压作 用下的能量小一个数量级） 两侧中性点接地方式相同低压侧装 限制措施：阀型避雷器 两侧中性点接地方式不同两侧装
12.5 间歇电弧接地过电压 实际工程中，单相接地是系统主要故障形式（60％） 中性点不接地系统中，单相接地时，非故障相（健全相） 电压升高为线电压，中性点升为相电压，由于电源仍然对 称，不必立即跳闸，允许带故障运行0.5－2小时 （1）可大大提高供电可靠性 （2）故障时电压的升高对电压等级较低的系统投资影响 不大 一般我国60kV及以下都采用中性点不接地的运行方式 但如果接地故障不能自动消失，存在 （1）相间短路立即跳闸 （2）时燃时灭电弧可能产生幅值很高、持续时间较长的 弧光接地过电压
自能式断路器
灭弧能力与开断的电流大小关系不大
如压缩空气断路器、有压油活塞的少油断路器
用灭弧能力很强的断路器开断空载变压器的激磁电流（一 般为额定电流的0.5－4％，即几－几十A）时，电流就可 能在过零前被强迫切断（截流） 产生切空变过电压的根本原因是断路器的截流现象
1 2 1 1 2 2 LiL0 Cu C0 Cu m 初始能量： 2 2 2 L 2 2 2 ucm uC0 iL0 ZT , Z C