操作过电压
操作过电压
规避措施
空载线路合闸和重合闸操作过电压
空载线路合闸时，由于线路电感-容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残 余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。因此断路器应安装合闸电阻，以有效地降低合 闸及重合闸过电压。
应按电网预测条件，求出空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸（如运行中使用时）的过 电压分布，求出包括线路受端的相对地及相间统计操作过电压。
操作过电压
是内部过电压中的一类
01பைடு நூலகம்基本信息
03 常见电压 05 规避措施
目录
02 产生原因 04 特点
操作过电压是在电力系统中由于操作所引起的一类过电压。产生操作过电压的原因是在电力系统中存在储能 元件的电感与电容，当正常操作或故障时，电路状态发生了改变，由此引起了振荡的过渡过程，这样就有可能在 系统中出现超过正常工作电压的过电压。
基本信息
操作过电压是在电力系统中由于操作所引起的一类过电压。这里所称的操作，包括正常的操作如空载线路的 合闸与分闸等，还包括非正常的故障，如线路通过间歇性电弧接地。操作过电压是内部过电压中的一类。
产生原因
产生操作过电压的原因是：在电力系统中存在储能元件的电感与电容，当正常操作或故障时，电路状态发生 了改变，由此引起了振荡的过渡过程，这样就有可能在系统中出现超过正常工作电压的过电压，这就是操作过电 压。在振荡的过渡过程中，电感的磁场能量与电容的电场能量互相转换。在某一瞬间储存于电感中的磁场能量会 转变为电容中的电场能量，由此在系统中就出现数倍于系统电压的操作过电压。
(2)由于电感中磁场能量与电容中电场能量都来源于系统本身，所以操作过电压幅值与系统相电压幅值有一定 倍数关系。我国有关规程中规定选择绝缘时的计算用操作过电压大小如表所示。
操作过电压
3、消弧线圈的基本作用：
① 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢 复到正常工作状态。
② 降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。
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高电压工程基础
9.3 空载变压器分闸过电压
受多种因素影响的缘故。
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2、影响过电压的因素
（1）断路器的性能 随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到基本上不重燃，使
得这类过电压降到了次要的位置。
（2）中性点接地方式 中性点非直接接地电网中，三相断路器分闸不同期会构成瞬间的
不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合，使过电压增高。
（3）损耗 电晕要消耗能量，电源及线路损耗使过电压降低。
空载压器过电压产生影响。
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3、限制过电压的措施
切断空载变压器过电压的特点是：幅值高、频率高，但持续时间 短、能量小。
只要在变压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过 电压。计算表明：普通阀型避雷在雷电过电压下动作后所吸收的能量， 要比变压器线圈中贮藏的能量大一个数量级。实际运行中也未发现因 切空载变压器而引起避雷器损坏的情况。由于这种避雷器安装的目的 是用来限制切除空载变压器过电压的，所以在非雷雨季节也不应退出 运行。
（4）其它 若母线上有很多出线时，过电压降低。此外，当线路装有电磁式
电压互感器时，将泄放线路上的残余电荷，降低了过电压。
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3、 限制过电压的措施
（1）采用不重燃断路器
（2）在断路器装设分闸电阻 切除线路时，先打开主触头，R 上的压降就是主触头两端的恢复
电压。经过一段时间后，辅助触头才打开，此时它的恢复电压也较低， 不会发生电弧的重燃，即使发生重燃，R 的阻尼使过电压降低。
操作过电压限制措施
操作过电压限制措施
1.利用断路器并联电阻限制分合闸过电压
（1）利用并联电阻限制合空线过电压
合闸过程：S2合闸-R串入LC回路—1.5-2个工频周期后S1合闸- R短接；
两个阶段—过渡过程振荡重量幅值减小，电阻阻尼-振荡过程衰减加快。
电阻因素：
①并联电阻接入时间：10-15ms
②阻值的影响
分合闸造成过电压
限制措施：断路器主触头并联大容量电阻，主触头外串联帮助触头
①分合闸过程分成两个阶段---缩小每个阶段过渡过程的起始值与稳态值的差值—减小每一阶段过电压；
②大电阻阻尼加速振荡过程衰减—抑制分合闸过电压。
1阶段过电压幅值随R增大减小
2阶段过电压幅值随R增大增大
交点R≈0.5-2.0Z 最佳Z=400Ω 线路波阻抗，R取200-800Ω
（2）利用并联电阻限制切空线过电压
分闸过程：S1先断开—R接
入—1.5-2周期后S2开。
电阻限制过电压的作用：
①降低触头间恢复电压，减小重燃机会
②本身降低重燃后过电压。
切空线、合空线电阻不同
2. 利用避雷器限制操作过电压
传统：避雷器限制雷电过电压
性能改进，进展---限制操作过电压成为可能。
操作过电压
5.1 间歇性电弧的产生
I 2 I3 3CU ph I 3I 2 3CU ph
产生过电压的机理
Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高 频电流（自由）分量
通常认为，油中电弧可能在过渡过程中高频 过零熄弧，空气中的开放电弧大多在工频电 流过零时熄弧，前者称为高频熄弧理论，过 电压值较高，后者称为工频熄弧理论，过电 压值较低
与工频电压升高和谐振过电压相比：
过电压幅值高 强阻尼、高振荡性 持续时间短
由于操作过电压的能量来源于系统本身，故其 幅值与额定电压大致有一定倍数关系，通常以 系统最高运行相电压的幅值Uphm作为基值来计 算过电压倍数Kn
1.2 操作过电压的特点
操作过电压的幅值，持续时间与电网结构参 数，断路器性能，系统接线，操作类型等因 素有关，其中很多因素具有随机性，因此过 电压幅值持续时间也具有统计性
1.6 限制操作过电压措施
线路上装设并联电抗器，限制工频电压升高 改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器 采用氧化锌避雷器限制过电压
1.7 研究操作过电压方法
理论分析和数值计算 模拟试验、现场测试、运行纪录，暂态网络分析仪
（TNA）、数字模拟混合实时仿真系统以及先进的 仪器仪表 本课程主要介绍几种典型的操作过电压形成的原理 ，影响因素及主要防护措施
过电压倍数
4.0
3.5 3.0 2.75 2.0或2.2
1.5 规程规定选择绝缘时 计算用操作过电压倍数
相间绝缘
35~220kV 的 相 间 操作 过 电 压可 取 相 对地 的 1.3~1.4倍
330kV 的 相 间 操 作 过 电 压 可 取 相 对 地 的 1.4~1.45倍
500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍
第6讲 操作过电压-电弧
IL IC
C11
1/ L
C22
C33
1/ L 3C
02 2
回路自振角频率
脱谐度
1 k IC IL
IC
C11
C22
C33
1
L
C11 C22 C33
1
02 2
用补偿度 k 和脱谐度 来描述消弧线圈的补偿程
度
补偿度 k
脱谐度
1 k IC IL
IC
k 1、 0
IL IC时，过补偿
3、限制措施 — 消弧线圈的应用
中 性 点 不 接 地 的 360kV 电 网 ， 在 单 相 接 地 电 流 超 过 30A（310kV电网）或者10A （35kV及以上电网），在电 网中性点和地之间接入消弧线圈。
消弧线圈作用有两个，一是减小单相接地电流，二是缓 减接地故障点恢复电压的上升速度，从而增大接地故障点自 熄的概率，以防止发展成相间短路或烧伤导线
2 相间电容的影响 假设线路完全对称：
CA CB CC C0
CAB CBC CCA Cm
➢ 燃弧前（t2） Cm上电压为： 1.5U xg
C0上电压为： 0.5U xg
➢ 发弧后 Cm与C0并联，在振荡过程之前，存在电荷重新分配过 程
相间电容 电荷重新分配，健全相电压起始值
0.5C0 1.5Cm 0.5 2Cm
相对地绝缘
系统
过电压倍数
35~60kV 及以下系统（非直接接地） 110~154kV 系统（非直接接地） 110~220kV 系统（直接接地） 330kV 系统（直接接地） 500kV 系统（直接接地）
4.0 3.5 3.0 2.75 2.0 或 2.2
相间绝缘
35~220kV的相间操作过电压可取相对地的1.3~1.4倍 330kV的相间操作过电压可取相对地的1.4~1.45倍 500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍
操作过电压名词解释
操作过电压名词解释
操作过电压是一种特定的电压状况，在电力系统中经常发生。
它是指在正常运行情况下，电力设备所经历的电压超出其额定电
压范围的过程。
操作过电压可以是短暂的，也可以是持续一段时
间的。
操作过电压可以由各种因素引起，包括设备故障、地震、雷击、闪电等。
这些因素导致电压突然升高，超过设备的额定电压，可
能对设备造成损害。
操作过电压可分为几种类型，包括过电压、欠电压和振荡电压。
过电压是指电压超过设备的额定值，可能导致设备过热、击穿或
损坏。
欠电压则是电压低于设备的额定值，可能导致设备无法正
常工作或运行不稳定。
振荡电压是指电压在很短时间内频繁的从
一个数值变为另一个数值，可能对设备产生冲击或损坏。
为了保护电力设备免受操作过电压的影响，通常会采取一些防
护措施。
例如，安装过电压保护装置，如避雷器和过电压限制器，以便在操作过电压出现时能吸收、限制或分散过电压的能量。
此外，还可以通过合理设计输电线路和设备，以及定期检测和维护
来减少操作过电压对电力系统的影响。
总结来说，操作过电压是电力系统中常见的一种状况，指的是
电力设备所经历的电压超出其额定电压范围的过程。
了解并采取
适当的防护措施，可有效避免操作过电压对设备造成的损害。
国家电网 第八章 操作过电压解读
2、产生原因
空载变压器切除前流过空载变压器的电流很
小，当断路器在切除相对很小的空载励磁电流
时，使空载电流未到零之前就发生熄弧（称此 空载电流为“截流”），由于这一“截断”， 使截断前的磁场能量全部转变为电场能量，从 而产生空载变压器过电压。
3、物理过程
可用能量守恒原理分析
4、影响因素
①与断路器灭弧性能有关（空载电流截断值) ②变压器的参数 ③与变压器引线电容大小有关
（4）中性点接地方式
5、限制措施 （1）提高断路器灭弧性能 （2）采用带并联电阻的断路器 （3）利用避雷器来保护
（2）采用带并联电阻的断路器
第二节 空载线路合闸过电压
1、产生原因
在计划性合闸或自动重合闸时，由于系统中储 能元件存在，状态的改变将引起振荡型的过渡
过程。
2、产生的物理过程 （1）计划性合闸
笫八章
操作过电压
一、过电压的分类
外部过电压
直击雷过电压
感应雷过电压
空载线路分闸过电压 空载线路合闸过电压 切除空载变压器过电压 电弧接地过电压
空载长线路的电容效应
过 电
(雷电过电压)
压
内部过电压
*操作过电压
工频电压升高
不对称短路 发电机突然甩负荷
暂时过电压
*谐振过电压
线性谐振 铁磁谐振 参数谐振
• 一般将内部过电压的幅值Um，表示成 系统的最高运行相电压幅值的倍数(标么 值p.u．)，即Um=Kp.u．。 • 习惯上就用此过电压倍数来表示内过电 压的大小。例如：某空载线路合闸过电 压为1.9倍。这就表明合闸过电压的幅值 为Um=1.9p.u．。
二、操作过电压的一般特征 1、持续时间比较短;（一般在0.1s之内 ） 2、其幅值与系统相电压幅值有一定倍数关系; 3、其幅值与系统的各种因素有关，有强烈 的统计性; 4、依据系统的电压等级不同，显示重要性 也不同; 5、在超高压系统中，它是决定系统绝缘水 平依据之一.
操作过电压
操作过电压简介真空断路器是利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。
在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，其真空度应不低于10-4托时，在较小的真空间隙距离（2—3 毫米）情况下，有很高的绝缘特性，真空断路器的触头开距一般不大。
特点，燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，动作速度极快。
真空断路器会引起操作过电压，特别在开断感性负截如电动机时，一般情况下，为限制过电压而需给真空断路器配过电压吸收装置。
2：操作过电压分析真空断路器开断高压电动机时主要产生三种过电压, 即截流过电压、高频重击穿过电压和三相同时截流过电压。
运行统计表明, 高压感应电动机的绝缘事故约占电厂电气设备事故的20%。
从实际运行状况分析, 真空断路器开断主要有电动机启动状态下开断、空载电动机开断和电动机负载状态下开断三种。
2. 1截流过电压真空断路器很好的灭弧性能使其开断小电流时,未等电流过零,电弧被强行熄灭。
电流波形好象被突然截断一般,这就是截流的现象。
图1 断路器开断感性负载若图 1 中的VCB 在t=0时刻断开，电流瞬时被突然截断，此时的电源电压为一u 。
，L 中的电流为I ，此时在电动机漏抗L 中将有储能212LI ，由于电感上的电流不能突变，将继续向电容C 充电，电容上的电压将继续升高。
在电流被突然截断后，电动机的对地电容、等效电感回路发生高频振荡，产生截流过电压。
如图2所示。
图2 截流示意图的电动机时，由于断开电流小，截断电流小，产生的过电压也较小；断开大功率的电动机，由于导线截面大，绕组匝数少，其等效电感L小，电容C (高达20～30A)，其产生的过电压仍然较小，不会对电动机线圈绝缘造成很大的危害；但是断开中等功率的电动机(几百千瓦)时，截断电流较大，特性阻抗也较大，所以产生的过电压较高。
特点:1.电压的大小与断路器的截流值成正比;2.磁能与电能相互转换的振荡频率很高,高频率必然伴随着高的电压陡度。
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辅助触头
主触头
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高电压工程基础
（3）控制合闸相位 空载线路合闸过电压的大小与电源电压的合闸相位有
关，可以通过电子装置来控制断路器的动作时间，以达到 降低合闸过电压的目的。
（4）消除线路上的残余电荷 在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，
高电压工程基础
13.1 中性点不接地系统电弧接地过电压
➢ 过电压发展的物理过程
当中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点将 流过数值不大的接地电容电流。
随着电网的发展和电压等级的提高，单相接地电容电流 随之增加，一般 6 ~ l0kV 电网的接地电流超过30A，35 ~ 60kV 电网的接地电流超过10A 时电弧便难以熄灭。
将全部残余电荷通过互感器泄放掉。
（5）装设避雷器 在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷
器，当出现较高的过电压时，避雷器应能可靠动作，将过 电压限制在允许的范围内。
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高电压工程基础
13.3 切除空载线路引起的过电压
➢ 产生过电压的物理过程
我国在 35 ~220 kV 电网中，都曾因切除空载线路时 过电压引起过多次故障。多年的运行经验证明：若使用 的断路器的灭弧能力不够强，以致电弧在触头间重燃时， 切除空载线路的过电压事故就比较多，因此，电弧重燃 是产生这种过电压的根本原因。
（4）其它 若母线上有很多出线时，过电压降低。此外，当线路
装有电磁式电压互感器时，将泄放线路上的残余电荷，降 低了过电压。
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高电压工程基础
➢ 限制过电压的措施
（1）采用不重燃断路器
（2）在断路器装设分闸电阻 切除线路时，先打开主触头，R 上的压降就是主触头
两端的恢复电压。经过一段时间后，辅助触头才打开，此 时它的恢复电压也较低，不会发生电弧的重燃，即使发生 重燃，R 的阻尼使过电压降低。
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高电压工程基础
第一次重燃
UCmax1 Em (Em Em ) 3Em
第二次重燃
UCmax2 Em [Em (3Em )] 5Em
若电弧继续重燃下去，则可能出现 -7Em ，+ 9Em ，… 的过电压，可见电弧的多次重燃是切除空载线路时产生危险 的过电压的根本原因。系统实测结果表明，超过 3Em 的过电 压概率是很小的，这是因为过电压受多种因素影响的缘故。
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高电压工程基础
➢ 限制过电压的措施
（1）降低工频电压升高 目前超高压电网中采取的有效措施是装设并联电抗器和
静止补偿装置（SVC），其主要作用是削弱电容效应。
（2）断路器装设并联电阻
第一阶段：带电阻 R 合闸，将 R 与辅助触头串联。由 于 R 对振荡回路起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低。
② 降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重 燃的可能性。
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高电压工程基础
13.2 合闸空载线路引起的过电压
➢ 产生过电压的物理过程
输电线T电路
U Cm
Em
/[1
(
0
)2 ]
电源 频率
自振荡频率
0 1/ LCT
UC (t) UCm (cost cos0t)计划合闸
1 UC0 U Cm
过电压的大小与线路上残余电荷数值和极性有关。 （3）断路器合闸的不同期
由于三相线路之间有耦合，先合相相当于在另外两相 上产生残余电荷。 （4）回路损耗
实际输电线路中，能量损耗（电阻、电晕）会引起振 荡分量的衰减。 （5）电容效应
合闸空载长线时，由于电容效应使线路稳态电压增高， 导致了合闸过电压增高。
高电压工程基础
➢ 限制过电压的措施
途径： 消除间歇性电弧
110kV 及以上电网大都采用中性 点直接接地的运行方式（单相短 路电流，断路器跳闸切除故障）
我国 35kV 及以下电压等级的配电 网采用中性点经消弧线圈接地的 运行方式（补偿电容电流）
消弧线圈的基本作用：
① 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭， 系统自行恢复到正常工作状态。
严重！
UC (t) UCm (cost A0 cos0t)重合闸
空载线路合闸时，产生过电压的根本 原因：电容、电感的振荡，其振荡电 压叠加在稳态电压上所致。
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高电压工程基础
➢ 影响过电压的因素
（1）合闸相位 合闸相位是随机的，有一定的概率分布，与断路器合
闸过程中的预击穿特性及断路器合闸速度有关。 （2）残余电荷
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高电压工程基础
A相单相短路接地
电弧熄灭
电弧重燃
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过电压产生原因：
当发生间歇性电弧 接地时，健全相对地电 压的起始值与稳态值不 同，电容与电源电感产 生振荡引起过电压。
Umax US (US U0 )
每隔半个工频周期 依次发生熄弧和重燃， 健全相的最大过电压为 3.5p.u.，故障相的最大 过电压为 2.0 p.u.。
（3）线路上装设泄流设备 在线路侧若接有并联电抗器或电磁式电压互感器，都
能使线路上的残余电荷得以泄放或产生衰减振荡，达到降 低过电压的目的。
（4）装设避雷器
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高电压工程基础
13.4 切除空载变压器引起的Leabharlann 电压➢ 产生过电压的物理过程
I& I&L I&C I&L
WL
1 2
LI02
但这个电流还不至于大到形成稳定燃烧电弧，因此可能 出现电弧时燃时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时 变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产 生过电压，这就是间歇性电弧接地过电压。
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高电压工程基础
健全相升高至 线电压
中性点不接地系统A相接地时的等值电路及相量图 UA ，UB ，UC：三相电源电压 C1，C2 ，C3：A，B，C三相导线的对地电容（三相对称C1 = C2 = C3 = C）
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高电压工程基础
➢ 影响过电压的因素
（1）断路器的性能 随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到基本上
不重燃，使得这类过电压降到了次要的位置。
（2）中性点接地方式 中性点非直接接地电网中，三相断路器分闸不同期会
构成瞬间的不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合， 使过电压增高。
（3）损耗 电晕要消耗能量，电源及线路损耗使过电压降低。