电力系统过电压定义与分类
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
过电压 欠电压 低电压
过电压欠电压低电压过电压、欠电压和低电压是电力系统中常见的故障现象，它们对电力设备和用户带来了很大的危害。
本文将分别对过电压、欠电压和低电压进行详细介绍，并分析其产生原因和对电力系统的影响。
一、过电压过电压是指电力系统中电压超过额定值的现象。
过电压分为暂态过电压和持续过电压两种类型。
暂态过电压是一种短暂的电压波动，通常由突发故障、雷击、开关操作等原因引起。
暂态过电压的持续时间很短，一般不超过数毫秒，但其峰值电压可能达到几倍甚至几十倍于额定电压，对电力设备的绝缘和绝缘材料会产生巨大的冲击。
持续过电压是指电力系统中电压超过额定值并持续较长时间的现象。
持续过电压通常是由于系统负荷不平衡、电源故障、线路短路等原因引起的。
持续过电压对电力设备的绝缘和绝缘材料也会造成损坏，同时还会导致设备过热、电能质量下降等问题。
过电压对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：1. 对设备绝缘的破坏。
过电压会使设备绝缘性能下降，甚至破坏绝缘，导致设备损坏或发生故障。
2. 对设备的热损耗。
过电压会增加设备的功率损耗，使设备过热，降低设备的使用寿命。
3. 对电能质量的影响。
过电压会导致电能质量下降，造成电压波动、闪烁、谐波等问题，影响电力设备的正常运行。
4. 对用户的影响。
过电压可能导致用户设备损坏、停机甚至火灾等事故，给用户带来经济损失。
二、欠电压欠电压是指电力系统中电压低于额定值的现象。
欠电压通常由于电源故障、线路阻抗不足、电网负荷过重等原因引起。
欠电压对电力系统的影响主要体现在以下几个方面：1. 电力设备运行不正常。
欠电压会导致设备功率不足，使设备无法正常运行，影响生产和供电质量。
2. 电力设备寿命缩短。
欠电压会增加设备的负荷，使设备过载工作，降低设备的使用寿命。
3. 用户电器损坏。
欠电压会导致用户电器无法正常工作，甚至引起电器损坏。
4. 经济损失。
欠电压会导致生产中断、设备损坏等问题，给用户和企业带来经济损失。
三、低电压低电压是指电力系统中电压低于额定值但没有达到欠电压的现象。
电力系统操作过电压
3、电磁式电压互感器饱和引起的谐振过电压
在接有Y0接线的电磁式电压互感器的中性 点不接地系统中，当出现某些扰动，使电压 互感器各相电感的饱和程度不同时，有可能 出现较高的中性点位移电压而激发起谐振过 电压。
常见的扰动有：电压互感器的突然合闸、 由于雷击或其他原因发生瞬间单相弧光接地、 传递过电压
一、一般特征
1、持续时间比较短
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
常见类型：
❖ 中性点不接地系统弧光接地过电压 ❖ 空载线路合闸过电压 ❖ 切空载线路过电压 ❖ 切空载变压器过电压
2.按其性质可分为三类
(1).线性谐振 (2).铁磁谐振 (3).参数谐振
二、铁磁谐振的基本原理
1、铁磁谐振
产生谐振条件:
L 1 C
2、物理过程 (1)串联铁磁谐振回路的伏安特性
（2）分析时注意： 产生铁磁谐振的必要条件 正确分析平衡点的稳定性
3.主要特点：
L （1）对于一定的 L0 值当C
二、间隙电弧接地过电压
1、产生原因
在中心点不接地系统中，当一相发生 故障时，故障点的电弧熄灭和重燃（称之 为间隙性电弧）引起电磁暂态的振荡过渡 过程而引起的过电压。（称之为间隙电弧 接地过电压）
2.单相接地电路图及相量图
3、分析
注意几点 （1）应假设某故障相达到最大值时电弧接地， 这是最严重情况 （2）掌握某一状态、某一时间下电压初始值、 稳态值 （3）过电压的最大幅值可用下面公式估算
2、线路较长时 （1）等值电路图
（2）线路距末端X处电压分布
电力系统过电压分析
电力系统过电压分析过电压是指电力系统中出现的电压超过额定值或设定范围的瞬时现象。
过电压可能由于线路故障、雷击、开关操作和电气设备故障等原因引起。
过电压对电力系统的安全稳定运行产生重要影响，因此，对电力系统的过电压进行准确的分析和评估是必要的。
一、过电压的分类1. 外部过电压：外部过电压是指来自电力系统外部的电压幅度超过了正常运行时的额定值。
外部过电压的主要原因是雷击，雷击可以通过设备接闪装置和接地装置来减轻其影响。
2. 内部过电压：内部过电压是指电力系统内部某个节点的电压幅值超过了正常运行时的额定值，可能导致电力设备的损坏。
内部过电压包括故障过电压和运行过电压。
二、过电压的影响1. 设备损坏：过电压可能导致设备的击穿，损坏电气设备，特别是对绝缘性能较差的设备，如变压器、继电器和电能表等。
2. 系统不稳定：当过电压较大或持续时间较长时，电力系统可能变得不稳定，导致设备间的电能传递受到影响。
三、过电压分析的方法过电压分析是通过数学模型和计算方法对电力系统的过电压进行仿真和计算，以评估过电压对电力系统的影响，并确定相应的防护措施。
1. 瞬态稳定分析：通过瞬态稳定分析可以确定电力系统在过电压冲击下的稳定性。
该分析主要考虑电力系统的动态过程，包括电压暂降、电流冲击和设备响应等。
2. 静态稳定分析：静态稳定分析主要评估电力系统在过电压下的静态稳定性。
静态稳定分析可以评估过电压对电力系统中各个节点电压和功率的影响。
3. 电磁暂态分析：电磁暂态分析是通过计算每个节点的电压和电流的瞬时变化来评估过电压对电力系统的影响。
该分析主要关注电力系统的电磁暂态响应。
四、过电压防护措施为了减轻过电压的影响并保护电力系统的安全稳定运行，需要采取一定的过电压防护措施。
1. 接闪装置：接闪装置可接地试验系统，通过将过电压引到接闪装置上，从而保护电力设备免受雷击等外部过电压的影响。
2. 绝缘配合：合理选择和配合电力系统的绝缘设备和绝缘材料，提高系统的绝缘能力，防止内部过电压的产生和传播。
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
系统规划
• 合理设计电力系统结 构和拓扑，减少电力 系统的脆弱性。
• 良好的接地系统可以 减缓过电压对系统的 影响。
实时监测
• 使用过电压监测技术 和设备，实时监测电 力系统的电压波动。
• 快速响应过电压事件， 采取相应的措施避免 损失。
过电压监测技术
电压测量
通过电压测量装置实时监测电 力系统的电压波动和过电压情 况。
由闪电、雷电或线路故障等外部因素引起的过电 压。
内部过电压
由电力设备故障或操作失误等内部因素引起的过 电压。
过电压的原因
1 自然灾害
闪电、雷击和地震等自然灾害是造成过电压的常见原因。
2 设备故障
电力设备故障或过载可能导致电力系统出现过电压情况。
3 操作失误
不正确的操作或维护程序可能导致电力系统受到过电压的影响。
过电压的危害
1
设备损坏
过电压可能导致设备烧毁、损坏或失效，给企业和个人带来巨大损失。
2
停电
过电压可能导致电力系统中断，造成停电和生产中断。
3
电击危险
过电压可能对人员安全构成威胁，导致电击事故发生。
过电压的防护
设备保护
• 安装保护装置，如避 雷器和过压保护器， 以降低过电压对设备
• 的定期影维响护。和检查设备， 确保其正常运行。
《电力系统过电压》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将深入探讨电力系统过电压的不同方面，包括定义、 类型、原因、危害、防护以及监测技术。让我们一起了解这个重要而有趣的 主题。
电力系统过电压的定义
什么是过电压？
过电压是指电力系统中超过额定电压的瞬时电压波动或持续时间较长的电压峰值。
电力系统过电压及其防护
暂时 过电压
操作 过电压
工频电压升高
空载长线的电容效应 不对称短路 突然甩负荷
谐振过电压
线性谐振 铁磁谐振 参数谐振
切断空载线路
切断空载变压器
空载线路合闸
间歇电弧接地
一. 概述
在电力系统中，除了雷电过电压外，还经常出现另一 类过电压：内部过电压。顾名思义，它的产生根源 在电力系统内部，通常都是因为系统内部电磁能量 的积累和转换而引起。按照产生的原因，内部过电 压可以分为操作过电压和暂时过电压。一般操作过 电压持续时间在0.1s以内，而暂时过电压持续时间 要长得多。
A = 1 − uC (0) Uϕ
当 uC (0) = −U ϕ
U C = 3U ϕ
uC
≈ 3U ϕ
0
t
二. 影响过电压的因素
1. 合闸相角
2. 残余电压
3. 回路损耗
三. 限制过电压的措施
1. 控制合闸相角 2. 加装并联合闸电阻 3. 线路首末端装设避雷器
同步开关（Synchronous Switching）
3.3 空载线路合闸过电压
一. 产生过电压的基本过程
1. 正常合闸
L s QF
1 2
LT
1 2
LT
L QF
~u
CT
⇒~ u
CT uC
L
=
Ls
+
1 2
LT
u = U ϕ cos ω t
由等值电路：
L
di dt
+ uC
=u
i = CT
du C dt
初始条件：
uC (0) = 0
t = 0 :i = CT
第七讲：电力系统内部过电压及其防护
电力系统过电压
三、防雷设备的安装要求
防雷设备安装如下
1、避雷针
1）阀型避雷器的安装要求 2）管型避雷器的安装要求
5、装设自动重合闸装置
线路遭受雷击时，会发生相间短路，装设自动重合闸后， 只要调整好，有60%~70%的雷击跳闸能自动重合成功，提高 供电的可靠性。
二、变、配电所防雷措施
1、10kV变、配电所应在每组母线和每回架空线路上装设阀 型避雷器。 装设规定（227-228页）
2、低压线路终端的保护
措施（228页） 3、架空管道上高压雷电波侵入的防护（228页）
雷击过雷电感应：很高的雷电过电压使外部间隙被击穿， 接着内部间隙被击穿，雷电流通过接地装置泄入大地。
3、选择: 选择管型避雷器时
开断续流的上限不应小于安装处短路电流最大有效值。 开断续流的下限不大于安装处短路电流的可能最小值。 外部间隙S2的最小值：3kV为8mm，6kV为10mm，10kV为15mm
三、保护间隙 1、缺点
保护性能差，灭弧能力小，容易造成接地短路故障 为提高供电可靠性：装保护间隙的线路上有自动重合 闸装置
2、结构（图示羊角型间隙结构） 一个电极接线路，另一个电极接地。接地引下线还串 联一个辅助间隙。 电力变压器的保护间隙装在高压熔断器的内侧，靠近 变压器的一侧，因为间隙放电后，熔断器能迅速熔断 以减少变电所、线路断路器的跳闸次数，缩小停电范 围。
（三）氧化锌避雷器
结构：由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时就 有它的一定开关电压（叫压敏电阻） 工作原理： 正常的工作电压下：（即小于压敏电压）压敏电阻值很 大，相当于绝缘状态。 冲击电压作用下：（大于压敏电压） ，压敏电阻呈低值 被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以 恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状 态。 雷击时：雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过 压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内， 从而保护了电器设备的安全。
电力系统过电压
切除电容性负载的过电压
产生原因：电容性负载系指流过电容器、电缆 或空载长线路等的电流。在断路器开断电容性 设备的过程中，若断口上的恢复电压上升速度 超过其介质强度的上升速度，即会造成断路器 开断时的电弧重燃。此时若断口两端电压极性 相反，加之电源继续供给能量，使振荡充分发 展，从而引发产生过电压
铁磁谐振过电压 ：一般只发生在空载或 轻载的条件下
参数谐振过电压：由电感参数作周期性 变化的电感元件和系统电容元件(如空载 线路)组成回路
铁磁谐振过电压
断路器的均口电容与母线PT形成的谐振 回路
母线空载时，母线对地电容与母线PT形 成的谐振回路
线路断线，线路末端接有空载或轻载的 中性点不接地变压器
投切合支路跌落式熔断器 产生的过电压
产生原因：电网运行人员在进行支路停 送电操作中，若带负荷切合跌落式熔断 器，由于负荷电流大容易产生电弧重燃， 并使线路对地电容发生变化，系统运行 的稳定性遭受破坏，从而激发起电磁振 荡而产生过电压。
限制措施：采用自动调谐原理的接地补 偿装置
负荷突变形成的过电压
3.2. 操作过电压
投切小电感性负载产生的过电压 开断电容性负载产生的过电压 合闸空载长线路产生的过电压 投切合支路跌落式熔断器产生的过电压 负荷突变形成的过电压
投切小电感性负载 产生的过电压
产生的原因：小电感性负载系指空载变压器、 电动机等。断路器灭弧能力一般按照切断大电 流设计的，其灭弧能力强。而在切断小电感性 负载时，可能在电流过零前强制熄弧而造成截 流。此时，设备的电感和电容中储存的能量相 互转换而形成振荡。由于对地杂散电容较小， 当全部能量转换为电场能时，就会产生幅值很 高的过电压。
影响过电压的因数：断路器的性能、中性点接 地方式
电力系统过电压
电力系统过电压一、电力系统过电压过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压、可能危害绝缘的异常电压，属于电力系统中的一种电磁扰动现象，是电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化所致。
两种类型过电压：1、雷电过电压：直击雷过电压、感应雷过电压2、内部过电压：操作过电压、暂时过电压内部过电压能量来源于系统本身，幅值以系统最大工作相电压幅值Uph.m 的倍数k来表示。
k0值约为1.3-4.0，其大小与系统参数、断路器性能、中性点接地方式等一系列因素有关。
1、操作过电压操作过电压：电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压称为操作过电压。
操作过电压产生的原因：电力系统状态发生突变，使系统从一种电磁状态过渡到另一种电磁状态，在这种过渡中会出现电磁振荡，电磁能与静电能在电感性与电容性元件中以电路固有频率交替转换，以致在电气设备上出现过电压。
常见操作过电压的种类：（1）空载线路合闸与重合闸过电压（2）切除空载线路过电压（3）切断空载变压器过电压（4）弧光接地过电压（1）空载线路合闸与重合闸过电压当断路器突然合上时，在回路中会发生角频率的高频振荡过渡过程，电容C（即线路）上的电压可能达到最大值：1）空载线路合闸过电压如果合闸前电容C 上还有初始电压，合闸后振荡过程中的过电压有可能达到3E m（如采用线路自动重合闸时就可能有这种情况）。
2）重合闸过电压2、切除空载线路过电压空载线路属于电容性负载，由于切断过程中断路器触头间交流电弧的重燃而引起的电磁振荡，使线路出现过电压。
考虑最严重的情况下：（1）工频电流在t1时刻熄灭，此时线路仍保持残余电压Uc=+Em；（2）在t2-t3时间段，高频电弧第一次重燃后熄灭，此时，线路电压经过振荡后达到-3Em；（3）在t4-t5时间段，高频电弧第二次重燃并熄灭，此时，线路电压经过振荡后达到了5Em；（4）如此推演，直至电弧不再重燃、电流最终切断为止。
高压断路器加装并联电阻的作用空载线路合闸时，辅助断口D2先接通，长线经合闸电阻Rb接入电源，振荡得到阻尼。
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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@。