第11章 电力系统暂时过电压
电力工程电力系统过电压
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。
电力系统过电压及其防护
电力系统过电压及其防护摘要：在电力系统运行中，由于种种原因，系统中某部分的电压可能升高，其数值大大超过设备的正常运行电压，这种现象称为过电压。
其后果是设备绝缘损坏，造成长时间的停电，危及人身及财物安全。
所以要加以对电力系统过电压及防护。
关键词：电力系统；内部过压；雷电过压一.电力系统过电压的概念通常情况下，电力系统处于正常的工作状态，系统的运行也正常，此时电气设备在额定的电压之下处于绝缘的状态，而一旦遭遇雷击或者由于操作不当、仪器发生故障或者参数配置不合理等原因，造成系统中的某区域的的局部电压升高而超出设备正常的运行范围称之为过电压。
这种过电压一般可以分为内部和大气这两种过电压，前者发生的原因主要是拉闸、合闸的操作，接地或者断线的事故以及其他的一些不可预料的细节问题，这些小问题可能引起电力系统的状态突然发生变化从而产生局部过高电压，造成整体系统的危害，内部过电压发生的跟本原因还是由于系统内的电磁能集聚和振荡所引的。
通常将系统内部的过电压划分为：暂态的过电压和操作过电压。
顾名思义发，操作过电压就是由于系统的操作故障或者失误时所引发的，主要的特点就是随机性较大。
后者的大气过电压通常被划分为感应雷击、直接雷以及侵入雷电波这三种过电压，这种过电压的特点就是持续的时间非常短，但是其冲击的能力非常强，对系统的伤害也比较大，破坏程度的强弱跟雷电活动的强度有非常紧密的关系，而与设备的电压等级关系不大，在220KV之下电气系统的整体绝缘水平主要是由防止大气的过电压所决定的。
二、内部电力系统过电压1.操作过电压内部过电压中操作过电压具有很大的随机性，这种情况的过电压在最糟糕的情况下其倍数相对较高，330Kv以及这之上的超高压的系统绝缘水平是由操作过电压决定的，其除了具有随机性的特点之外，还具有较高的幅值和高频的振荡，另外就是衰减较为迅速。
这种操作过电压产生的原因有很多，其中主要的包括了：第一，在将空载电路切除的过程中容易产生过电压，此时产生的原因主要是由于电弧的重燃和在线路上的残留的电压；第二，发生在空载电路合闸上的过电压主要是由于在合闸的过程中，由于瞬间的暂态中发生了回路上的高频振荡；第三，如果电网中的中性点没有接地，而恰巧单相金属接地的情况发生了，那么将会使得正常相的电压达到线电压。
电力系统过电压的产生及限制措施
电力系统过电压的产生及限制措施电力系统正常运行时,电气设备的绝缘处于电源额定电压下,当雷击、操作、故障、或参数配置等原因使系统中某部分电压升高大大超过正常运行的数值此称过电压。
过电压分为大气过电压和内部过电压,其中大气过电压又分直击雷过电压、感应雷击过电压和侵入雷电波过电压,特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷电活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。
220KV以下系统的绝缘水平由防止大气过电压决定。
内部过电压是由于拉、合闸操作、接地或断线事故及其他原因引起电力系统状态发生突然变化产生对系统有威胁的过电压。
究其原因是系统内部电磁能的振荡和集聚引起的故称内部过电压。
内部过电压可分为操作过电压和暂态过电压(含谐振过电压、工频过电压)。
操作过电压是系统操作和故障时出现,特点是具有随机性,在最不利的情况下过电压倍数较高,330KV及以上超高压系统的绝缘水平取决于操作过电压。
操作过电压具有幅值高、高频振荡、衰减快的特点。
其产生原因:1.切除空载线路时过电压的根源是电弧重燃及线路上的残余电压。
2.空载线路的合闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程中,回路发生高频振荡造成的。
3.在中性点不接地的电网中发生单相金属接地将引起正常相的电压升高到线电压。
如果单相通过间歇燃烧的电弧接地,在系统正常相合故障相都会产生过电压(称电弧接地过电压),其实质是高频振荡的过程。
4.切除空载变压器引起的过电压。
原因是当变压器空载电流突变时变压器绕组的磁场能量全转化为电场能量对变压器等值电容充电,导致过电压。
同样,在切除感性负载可能在电容器和断路器上出现过电压。
限制操作过电压的措施有:1.选用灭弧能力强的高压断路器。
2.提高断路器动作的同期性。
3.断路器断口加装并联电阻。
4.采用性能较好的避雷器。
5.电网中性点接地运行。
谐振过电压是电力网中的电容元件和电感元件参数的不利组合,由谐振产生,特点是过电压倍数高、持续时间长。
其产生原因是:1.线性谐振过电压。
电力系统过电压定义与分类
电力系统过电压定义与分类
电力系统过电压的定义：电气设备的绝缘结构在电网工频最高运行相电压的作用下，
但由于各种原因电网中一部分地方可能会产生高于最高运行相电压的电压，并且该电压对设
备的绝缘结构有危害，称这种电压为过电压。
U而言的；
电力系统中的过电压是相对于系统最高运行电压
m
或最高相间电压峰值
m
的任何波形电压为相对地或相间过电压。
m
运行经验与研究表明，电力系统过电压是造成电网绝缘损坏事故的主要原因，也是选择
电气设备绝缘的决定因素。
电力系统过电压分类：
过电压分为两大类：外部过电压与内部过电压。
雷电是电网外部发生的一种大气现象，由雷电引起的电力系统过电压称为大气过电压，
又称为雷电过电压和外部过电压。
雷电过电压：雷电直接击于导线或设备上引起的过电压称为直击雷过电压；雷电击于导线或设备
旁边，由于电磁感应产生的过电压称为感应雷过电压。
就幅值而言感应雷过电压比直击雷过电压小，
通常对35kV以下线路有危险。
内部过电压：由于电网内部故障或开关操作时发生振荡引起的过电压，分为稳态性质的暂时过电
压与暂态性质的操作过电压。
操作过电压幅值通常比较高，可达最高运行相电压的三倍以上，持
续时间比雷电过电压长得多，约几毫秒到几十毫秒。
开始
完成于成都2015-10-27
Email:sgang.w@。
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
电力系统内部过电压
二.过电压的分类
能量来源
1.雷电过电压：雷云中大量雷电荷倾注 于电力系统而形成 2.内部过电压: 由于电力系统内部能量的 转化或传递引起的
能量转化是指磁能转化为电能 能量传递则主要是通过各部分相互之间的电磁耦合。电 网内的操作（拉闸或合闸）和故障（断线或接地等）都 是激发能量转化的原因，按不同原因，将内过电压分为 操作过电压和暂时过电压，暂时过电压包括工频电压升 高及谐振过电压。
有并联电阻时切空线的电流和电压波形
合闸电阻同时还可以起到限制切空线过电压的作用。参看图12－10 因为开断时主断口S1先分开（t=t1），此时，由于Rb的存在，电容 C上的电荷可以通过Rb流向电源，使电压uC不再保持不变，因此主 断口S1上的恢复电压要比没有并联电阻时小。显然Rb愈小恢复电 压就愈小，重燃的概率也就愈低。主断口S1分开后，经过1.5个工 频周期后（t=t2），辅助断口S2打开。此时由于Rb的存在减小了电 容电流和电压间的相位差，从而降低了作用在断口S2上的恢复电压， 所以辅助断口S2重燃的概率也就相应降低。而且即使重燃，Rb将 起阻尼作用，过电压也不会大。
kV kV
对地操作过电压的1.4~1.45倍； 对地操作过电压的1.5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 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: 不需要采用限制重合空闸过电
压的措施
330 kV
以上:
断路器断口加并联电阻
合闸后： C11与C22并联 合闸瞬间：C11，C22上电荷重新分配
u E m c11 E m c 22 c11 c 22 0
• l1 上起始电压为 0，而不是 - Em ∴ 过电压为 2Em，而不是 3Em
《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
电力系统过电压及其保护
操作过电压
在电力系统中进行操作（如开关操作 ）时产生的过电压。
操作过电压通常发生在电力系统的开 关操作过程中，如开关的开合、变压 器分接头的调整等。这些操作可能会 在系统中产生瞬态的电压波动。
工频过电压
由于电力系统的故障或其他原因导致的工频电压异常升高。
工频过电压通常是由于电力系统的故障，如线路短路、变压 器故障等，导致系统的工频电压异常升高。这种过电压可能 对电力设备和系统造成严重损坏。
限制过电压的措施需要根据具体情况进行选择和实施，以达到最佳的保 护效果。
05
案例分析
某地区电力系统过电压案例
案例背景
过电压类型
某地区电力系统在运行过程中多次发生过 电压现象，给电网安全带来严重威胁。
该案例涉及雷电过电压、操作过电压和暂 时过电压等多种类型。
案例经过
案例分析
在一次雷雨天气中，该地区电力系统受到 雷电过电压冲击，导致部分设备损坏，电 网运行受到影响。
03
过电压的危害
对设备的危害
设备损坏
过电压可能导致电气设备绝缘层 击穿，造成设备损坏或永久性故 障。
降低设备寿命
频繁的过电压冲击会加速设备老 化，缩短设备使用寿命。
对运行的影响
电力中断
过电压可能引起保护装置动作，导致 大面积停电或电力供应中断。
稳定性问题
过电压可能影响电力系统的稳定性， 增加系统振荡和崩溃的风险。
绝缘配合的目的是提高设备的绝缘水平，降低设备损坏的风险，同时减少维修和更 换设备的成本。
限制过电压的其他措施
除了避雷器和绝缘配合外，还可以采取其他措施来限制过电压，如改善 接地系统、加强设备维护和检修等。
改善接地系统可以降低雷电和操作过电压对设备的影响，提高设备的耐 压能力。加强设备维护和检修可以及时发现和处理设备存在的隐患和缺 陷，避免设备在运行过程中发生故障。
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第11章电力系统暂时过电压
1、内部过电压：
在电力系统中，由于断路器操作、故障或者其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传送所造
瞬时过程完毕后出现的稳态工频电压升高（工频
11.1工频过电压
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它对系统电气设备的正常绝缘一般没有危险，但对超高压远
工频过电压不大于最高运行
工频过电压不大于最高运行相电压的1.3倍。
3、工频过电压的形成：
均匀无损空载线路沿线电压逐步升高，线路末端电压最高。
为限制长线路的工频电压升高，通常采用并联电抗器补偿线路电容电流，削弱线路电容效应。
②不对称接地引起的工频过电压（以单相接地为例）：
可见不对称接地会引起线路的过电压，因此线路的避雷器设计要考虑到此类问题。
③甩负荷引起的工频过电压：
S
可见，甩负荷前传输的功率愈大，甩负荷后的工频电压也愈高。
11.2线性谐振过电压
振荡回路中某一自由振荡频率等于外加强迫频率的一种稳态
¾通常认为的不同特性（线、非线性、周期性，对应三种谐振方式。
4、线性谐振：
谐振条件
R
E1
=
LC
4、线性谐振：
图11-2-2不同参数条件下的线性谐振曲线
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
开断相电压为
A U i
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
图11-2-3两相合闸单相开断的等值电路
(a)系统接线;(b)三相电路;(c)等值计算电路;(d)单相等值电路
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
图11-2-3两相合闸单相开断的等值电路
(a)系统接线;(b)三相电路;(c)等值计算电路;(d)单相等值电路
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振两相开断时产生谐振的条件
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
图11-2-4小电抗的接入
小电抗是二次补偿。
在两相开断时，小电抗仍然起到相间隔离的作用。
11-2-1 并联补偿线路不对称切合引起的工频谐振
11-2-2 消弧线圈补偿网络的工频谐振
图11-2-6单相接地及相量图
11-2-2 消弧线圈补偿网络的工频谐振
<
w
11-2-2 消弧线圈补偿网络的工频谐振
=
w
11-2-2 消弧线圈补偿网络的工频谐振
11-3 非线性谐振
非线性谐振也称铁磁谐振，指发生在含有非线性电感（如铁芯电感元件）的串联振荡回路中的谐振现象。
根据的交点，可知非线性电路有多个解。
=Δ
E U
上为小电压、小电流，为非谐振点。
¾点b：按照小干扰分析，为非稳定工作点。
¾点c：既是稳定点，且大电压、大电流，为谐振点。
11-3 非线性谐振
图11-3-3K次谐波
电动势平衡图
11-3 非线性谐振
次谐波谐振
L0，谐需要有一定的激发因素，即回路应经历足够强烈的过
11-3-1 断线引起的谐振过电压图11-3-4中性点不接地系统单相断线电源侧接地
11-3-1 断线引起的谐振过电压
最简化的断线
谐振等值单相电路
11-3-1 断线引起的谐振过电压
加强线路巡视，及早发现导线的机械损伤。
11-3-1 断线引起的谐振过电压
图11-3-6环网单相断线
11-3-2 电磁式电压互感器铁芯饱和引起的过电压图11-3-7电磁式电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振的系统接线
1. 中性点工频位移电压
、负载变压器绕组电,可得图11-3-8(a)所示的三相电路。
由电路定律知,电源中性点位移电压
图11-3-8电压互感器铁芯饱和引起的中性点工频位移
图11-3-9电压相量图
A N A B
N B C N C
U U E U
U E U U E ⎧=+⎪=+⎨⎪=+⎩
2. 谐波谐振
维持回路谐波谐振的电源是非线性电感元件的非线性效应将工频电源能量转化
图11-3-10谐波谐振回路
图11-3-11电压互感器铁芯饱和引起过电压的波形
(a)二次谐波;(b)三次谐波;(c)基波;(d)次谐波
11-3-3 传递过电压
图11-3-12平行线路间的传递回路(a)静电、电磁传递;(b)静电传递;(c)传递谐振
00
U U
C
′
限制传递过电压的根本措施是避免产生零序电压。
为此，应当不采用高压熔断器，尽量减小断路器的非全相动作，
11-4 参数谐振过电压
参数谐振也称周期性谐振，指串联回路中含有周期性变化的电感（如同步电抗），其变化频率为电源频率的偶数倍，并有相应的电容配合，回路电阻也不大时，有可能出现的谐振现象。
谐振所需的能量由改变电感参数的原动机提供；
谐振后，电压、电流值理论上可以达到无穷大；
¾当参数变化频率与振荡频率之比等于时，谐振最易发生。
其变化频率为电源
有可。
图11-4-1参数谐振发展过程
(a)简单回路;(b)电感及电流变化过程
图11-4-2自励磁参数边界曲线
在操作方式上尽可能使回路参数处于自励范围之外。
，补偿线路设法临时增大自励磁回路的阻尼电阻，使之大于图11-4-。