暂时过电压
DL_T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
DL_T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 6201997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》是中国电力行业的一项重要技术标准，旨在规范交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计，确保电力系统的安全、稳定运行。
一、过电压的类型及危害1.1 过电压的定义过电压是指在电力系统中，电压瞬间升高超过正常运行电压的现象。
根据其产生的原因和特性，过电压可分为内部过电压和外部过电压两大类。
1.2 内部过电压内部过电压是由系统内部操作或故障引起的，主要包括操作过电压和暂时过电压。
1.2.1 操作过电压操作过电压是由于开关操作、故障切除等引起的电压瞬变。
常见的操作过电压有：开断空载线路过电压合闸空载线路过电压切除空载变压器过电压1.2.2 暂时过电压暂时过电压是由于系统不对称故障或谐振引起的持续时间较长的过电压。
常见的暂时过电压有：单相接地故障引起的过电压谐振过电压1.3 外部过电压外部过电压主要由雷电引起，包括直击雷过电压和感应雷过电压。
1.3.1 直击雷过电压直击雷过电压是雷电直接击中电力设备或线路时产生的过电压。
1.3.2 感应雷过电压感应雷过电压是雷电放电时在附近线路或设备上感应产生的过电压。
1.4 过电压的危害过电压会对电力系统的设备和绝缘造成严重危害，主要包括：绝缘击穿设备损坏系统停电人身安全威胁二、过电压保护措施为了防止过电压对电力系统造成危害，DL/T 6201997标准提出了多种过电压保护措施。
2.1 防雷保护2.1.1 避雷针和避雷线避雷针和避雷线是防止直击雷过电压的主要措施。
避雷针通过引雷作用，将雷电引导至地面，保护设备和线路免受直击雷的侵害。
避雷线则广泛应用于输电线路，形成屏蔽效应，减少雷电直接击中线路的概率。
2.1.2 避雷器避雷器是限制过电压幅值的重要设备，通过非线性电阻特性，将过电压泄放到大地，保护系统绝缘。
常见的避雷器有：氧化锌避雷器碳化硅避雷器2.2 操作过电压保护2.2.1 合闸电阻在高压开关设备中加装合闸电阻，可以有效降低合闸空载线路时的过电压幅值。
ch5.暂时过电压
'l 2
时，cos ' l
0
不论首端电压为多高，末端电压 将趋于无穷大。
v l 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。 实线为不考虑电源阻抗Xs的情况 -8-
工频电压升高
若考虑电源阻抗Xs
I
E U1 I1 X s II
工频电压升高
R 0 X
1 1
R 0, 0.5,1.0 X
0 1
(a) B相；(b) C相
中性点接地3-10 kV系统：
X0主要由线路容抗决定，故应为负值(X0/X1=(-20)-(-))。
K (1) 3
(20)2 (20) 1 1.08 3 1.1 3 (20) 2
工频电压升高
突然甩负荷引起的工频电压升高： 输电线路传送重负荷时，由于某种原因，断路器跳闸，电源突然甩负荷后，将 在原动机与发电机内引起一系列机电暂态过程，它是造成线路工频电压升高的 又一原因。
当线路输送大功率（有功和感性无功）时，发电机的电势高于母线电压， 甩负荷后，发电机激磁绕组中的磁通来不及变化，与其相应，电源电势E‘ d 维持原来的数值。 线路末端断路器跳闸之后，空线仍由电源充电，电容效应造成工频电压 升高。 从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器 有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率， 这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转 速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。
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
国标过电压
1kV U m 252kV
工 频 过 电 压
U m 252kV
线路断路器的变电所侧不超过
110 kV
、 220 kV
1.3pu
1.3pu
3kV - 10kV 35kV - 66kV
线路合闸和重合闸
1.1 3pu 3pu
110 kV 220 kV 66kV
不接地 消弧线圈接地 电阻接地。
3.0pu
4.0pu
3.5pu 3.2pu 2.5pu
高压感应电动机合闸过电压一般不超过 2.0 pu ，空载分闸过电压不超过 2.5 pu 。
1kV U 66kV
单相间隙性电弧接地过 电压 雷 电 过 电 压 距架空线路 S
4.0pu
3.2pu
低电阻接地 用断路 电容器高压端 对地 电容器极间
3kV - 66kV
置
器开断并联电容补偿装
4.0pu
2.15 2U C
用断路器开断具有冷轧硅钢片的变压器时，过电压不超过 2.0 pu ； 空载变压器和并联电抗器补偿装置合闸产生的操作过电压不超过 2.0 pu 。 开断具有热轧硅钢片铁 心变压器的过电压
线路断路器的线路侧不超过 1.4 pu
3.0pu
、 220 kV 非低电阻接地
线路合闸和重 合闸
330 kV 500 kV
2.2pu 2.0 pu
空载 线路 操 作 过 电 压 分闸
110 kV
66kV
3.0pu
空载线路分闸过电压线路断路器在电源对 地电压为 1.3 pu 条件下开断空载线路不 应产生过电压
各种过电压的特点
各种过电压的特点1. 操作过电压呀，那可真是像个调皮的孩子！比如说在开关操作的时候，突然“啪”的一下就出现了。
就像是你正安静地走着，冷不丁有人从旁边跳出来吓你一跳！这操作过电压就是这样让人又爱又恨。
2. 直击雷过电压，哇哦，它就像一个凶猛的怪兽！想想看，那闪电直接劈下来，“轰”的一声，多吓人啊！就好比突然遇上了一只凶猛的老虎向你扑来。
在雷雨天可一定要小心它呀！3. 感应雷过电压呢，就有点像个捉迷藏的高手！当雷电在附近活动时，它悄悄地就出现了。
好比你在找一个特别会藏的小伙伴，总是突然出现在你想不到的地方。
比如在架空线路上，说不定啥时候它就冒出来了。
4. 谐振过电压啊，像是一个顽固的家伙！一旦形成了，还真不太好摆脱呢。
就像你被一个粘人的朋友缠着，怎么甩都甩不掉。
例如在电感和电容的作用下，它就出现了，还很难弄走。
5. 工频过电压，这可是个慢性子呢！它不紧不慢地存在着。
就像温水煮青蛙一样，慢慢影响着。
好比家里的水龙头一直滴着水，你不注意，时间长了也会造成麻烦呀。
像长距离输电线路上就可能出现这种情况。
6. 暂时过电压，它呀，像是个过客，但也能带来一些小麻烦呢！就如同偶尔来你家借宿的客人。
比如说系统发生故障时，它就可能现身一下，然后又走了。
7. 雷电波侵入过电压，这可是个厉害的角色！像一阵风似的就冲进了设备里。
好比盗贼突然闯进了你家，破坏东西。
在架空线路上，它可容易进来了呢。
8. 内部过电压，哎呀呀，这可是自家内部的小捣乱呀！它可能在系统内部悄悄地产生。
就像是家里的东西不知不觉就坏了，你还找不到原因。
比如在开关操作等情况下就会有它。
9。
暂时过电压和瞬态过电压详解
暂时过电压和瞬态过电压详解暂时过电压和瞬态过电压详解
动态电能质量包含暂态过电压、瞬态过电压、电压骤降以及电压短时中止疑问。
1、暂时过电压是指在给定设备点上持续时刻较长的不衰减或弱衰减的（以工频或其必定的倍数、分数）振动的过电压。
GB/T18481-2001暂时过电压和瞬态过电压5.3规矩暂时过电压限值如下：
a、关于Um＞252KV的高压体系，线路断路器的变电所侧不宜逾越1.3p.u，线路短路器的线路侧不宜逾越1.4p.u；
b、关于1KV＜Umle;252KV中的110KV及220KV体系，工频过电压不逾越1.3p.u；
c、3KV~10KV和35KV~66KV体系别离不逾越1.1radic;3p.u 和radic;3p.u。
2、瞬态过电压是指持续时刻数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振动或非振动的一种过电压。
它能够叠加于暂时过电压上。
GB/T18481-2001暂时过电压和瞬态过电压5.4对瞬态过电压及其恳求进行了具体的介绍。
1。
第12章暂时过电压
高电压技术
➢ 突然甩负荷引起的工频电压升高
当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化， 与其相应的电源电势E‘d 不变。原来负荷的电感电流对主磁 通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起 助磁作用，使E’d上升。因此加剧了工频电压的升高。
其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负 荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动 机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转 速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随 转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。
ZR
U1 I1
jZctg
'l
U1
E jXS ZR
ZR
XS
E
Zctg
'l
(Zctg 'l)
K02
U2 E
U1 E
U2 U1
K01K12
1 cos 'l XS
sin 'l
Z
Zctg 'l K01 U1 / E Zctg 'l XS
arctg XS Z
cos K02 cos( 'l )
电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安 装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出 现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。
➢ 利用静止补偿器补偿限制工频过电压
高电压技术
可控硅开关投 切电容器组
可控硅相角控 制的电抗器组
SVC具有时间响应快、维护简单、可靠性高等优点。当 系统由于某种原因发生工频电压升高时，TSC断开，TCR导 通，吸收无功功率，从而降低工频过电压。根据需要，可改 变TCR，TSC的导通相角，达到调节系统无功功率，控制系 统电压，提高系统稳定性的目的。
高电压技术
高电压技术1、高电压技术研究的核心内容，包括过电压和绝缘两个方面。
2、过电压：雷电过电压（大气过电压）、内部过电压。
内部过电压：操作过电压、暂时过电压。
操作过电压：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、电弧接地电压。
暂时过电压：工频过电压、谐振过电压工频过电压：空载长线路的电效应、不对称短路、发电机突然甩负荷谐振过电压：线性过电压、非线性过电压（铁芯饱和）、参数过电压。
3、过电压：由于雷击或电力系统中操作事故等原因，使某些电气设备和线路上承受的电压大大超过正常运行电压危及设备和线路的绝缘.电力系统中这种危及绝缘的电压升高，称为过电压。
4、国际交流高压：35—220KV 超高压：330KV—1000KV特高压：1000KV及以上直流高压：+/-600KV及以下特高压：+/-600KV以下我国：高压电网：110及220KV、10、35、（66）KV超高压电网：300、500、750KV +/-500KV特高压电网：1000KV交流及+/-800KV直流5、电介质极化：电子式极化（时间短，无能量损耗，弹性极化）离子式极化（时间短，无能量损耗，弹性极化）偶极式极化(时间较长，有能量损耗，非弹性极化）空间电荷极化（夹层极化)时间很长，可以达到数小时，有能量损耗，非弹性极化）6、如果左电容器的绝缘介质，希望介电常数εr大些，用作其他电气设备的绝缘介质，则希望εr小些。
7、电介质的电导是离子电导，金属的电导是电子性电导。
8、容易吸收水分的电介质称为亲水性介质，如：玻璃、陶瓷。
不容易吸收水分的介质成为憎水性介质，如：石蜡、硅有机物。
9、原子从外界获得的能量足够大，以致使原子的一个或几个电子摆脱原子核的束缚而形成自由电子和正离子，这一过程称为原子的游离。
游离过程所需的能量称为游离能。
原子游离时通常只失去一个电子。
10、汤逊理论。
条件：均匀电场、低气压、短间隙。
相对密度δ与极间距离d比较小适合汤逊理论。
第6讲 暂时过电压和瞬态过电压标准
电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
第 6 讲 暂时过电压和瞬态过电压标准
林海雪 （中国电力科学研究院， 北京市 100192） Lecture Six Standard of Temporary and Transient Overvoltage Lin Haixue （China Electric Power Research Institute， Beijing 100192， China）
Abstract This paper presents not only the basic provisions， preparation bases and considerations of the national standard GB / T 18481 - 2001 Power Quality — Temporary and Transient Overvoltages， but also the basic concepts of overvoltage and the selection of standards' contents， including the instruction of main standard provisions and proper application of the standard.
能质量指标之一， 予以标准化 （GB / T 18481 - 2001 《电能质量 暂时过电压和瞬态过电压》）， 在国内还 是首次尝试。 一方面这客观地反映了供电的特性， 另 一方面， 在市场经济条件下， 电能作为商品， 其质量 问题引起的纠纷不可避免， 而由于过电压造成的问题 涉及面广， 发生频繁， 关系到供、 用电和制造部门的 权益， 所以作为纠纷仲裁的主 要技术依据 — —— 标 准 的制定是必不可少的。
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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
线性谐振过电压
在操作或故障引起的过渡过程出现 谐振条件 或
1 ωL = ωC
′ ω 0 = ω 02 − (R / 2 L )2
2 = ω0 − µ 2
稳态电压UC 串联线性谐振电路
UC = E
[1 − (ω / ω ) ] + (2µω /ω )
2 2 0 0
1
2 2
不同µ /ω0下 UC与ω /ω0的关系曲线
谐振分类
谐振过电压比操作过电压的持续时间长，性质上属于暂时过电 压。谐振过电压的严重性既取决于它的幅值，也取决于它的持 续时间 在不同电压等级、不同结构的系统中可以产生不同类型的谐振 过电压。对应三种电感参数，在一定的电容参数和其他条件的 配合下，可能产生三种不同性质的谐振现象
线性谐振 铁磁谐振 参数谐振
当 ∆ω / ω 0 = 10% 时 电容和电感上的电压可达 电源电压的5倍 当 ∆ω / ω 0 = 20 ~ 25%时 有2倍左右的过电压 离开以上范围电压很快下 降 谐振趋势 危险并非仅仅在谐振点， 在接近谐振的参数范围内， 都会引起严重的稳态过电 压
参数谐振
当同步发电机接有容性负载时（如空载线路），即使激磁电流很小， 也会使发电机的端电压和电流急剧上升，最终产生很高的过电压， 这种现象称为发电机的自励磁，过电压为自励磁过电压，其本质是 由于电机旋转时的电感参数周期变化引起的，所以称参数谐振
5.空载长线路的电容效应 5.空载长线路的电容效应
空载时线路末端电压升高与线路长度的关系
电源阻抗对空载长线路电容效应的影响
电源阻抗对空载长线路电容效应的影响
末端电压与源端电压的关系
K 02 cos ϕ = cos(αl + ϕ )
θ = tg
−1
XS ZC
电源电抗相当于增加了线路 长度 电源容量越小，即内电抗 Xs越大，末端电压升高越 严重。所以在估计最严重的 工频电压升高时，应以可能 出现的电源容量最小的运行 方式为依据
2.工频过电压 2.工频过电压
电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过 最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电 压升高，统称工频电压升高，或称工频过电压
它的大小直接影响操作过电压的幅值 它的数值是决定避雷器额定电压的重要依据 持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全 运行 在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不但 要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时间也 给予规定
系统在发生不对称故障时，故障点各相电压和电流是不对称的，可以 采用对称分量法利路引起的工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
6.不对称短路引起的工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
6.不对称短路引起的工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
系统工频电压升高是决定阀型避雷器灭弧电压的依据 3、6、10kV系统工频电压升高可达系统最高电压的1.1倍，避 雷器的灭弧电压即规定为系统最高电压的1.1倍，称为110％ 避雷器，例如10kV系统的最高电压按1.15Un考虑，避雷器的 灭弧电压为12.7kV (35-60)kV系统的工频电压升高可达系统高电压，避雷器的灭 弧电压规定为系统最高电压的100％，称为100％避雷器，例 如35kV避雷器的灭弧电压为41kV 对110、220kV系统中的避雷器，其灭弧电压则按系统最高电 压的80％确定，称为80％避雷器，例如FZ-110J的灭弧电压为 100kV 对330kV及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应 时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80％， 则根据安装位置的不同分为：电站型避雷器(即80％避雷器)及 线路型避雷器(即90％避雷器)两种
铁磁元件的非线性特性
随着电流的逐渐增加，铁心 开始饱和，磁链与电流的关 系呈现非线性，电感值随电 流(磁链)逐渐减小
交流电源作用于电感 ，若磁 链 ψ 保持正弦波形，则电流i 的波形发生畸变，波形中有3 、5、……奇次谐波
铁磁谐振
在交流电源作用下铁心元件的电感值作周期性变化，这是产 生铁磁谐振的基本原因 在铁芯电感的振荡回路中，如果满足一定条件，可能出现工 频谐振 谐振频率可能等于工频的整数倍（2、3、5倍等），称为高 次谐波谐振 谐振频率可能等于工频的分数倍（1/2、1/3、1/5、2/3、3/5 倍等），称为分次谐波谐振
3.空载长线路的电容效应 3.空载长线路的电容效应
对于一给定的R、L、C串联电路，若其参数R<<1/(ωC)、 ωL，且有1/ωC>ωL，当有正弦交流电流流过时，由于 电感与电容上的压降UL、UC反相，且其有效值UC>UL， 于是电容上的压降大于电源的电动势。这就是集中参数 电路中的“电感—电容”效应，简称“电容效应” 对于分布参数电路，当末端空载时，一定条件下，首端 的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响(感性)时， 由于电容效应不仅使线路末端电压高于首端，而且使线 路首、末端电压高于电源电动势。这就是系统中的空载 长线路的工频电压升高，尤其在超高压系统中是一个重 要的课题
串联铁磁谐振回路
基波铁磁谐振
1 ωC 在 I=Ij 处，曲线UL(I)与UC(I)有交 点K，UL＝UC
满足条件 ωL0 ≻
电压平衡关系
E = ∆U
基波铁磁谐振图解法
∆U = U L (I ) − U C (I )
回路可能有3个平衡状态，如图中a、b、c三点 判断 a、c 两点是稳定工作点，而b点是不稳定的 a点为电路的非谐振工作点，c点是谐振工作点 铁磁元件的饱和效应是产生铁磁谐振的根本原因，但其又 限制了过电压的幅值
7.甩负荷引起的工频电压升高 甩负荷引起的工频电压升高
当输电线路重负荷运行时，由于某种原因(例如发生短路 故障)线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成电源电动 势高于母线电压，也是造成工频电压升高的另一重要原 因，通常称作甩负荷效应
8.工频电压升高的限制措施 工频电压升高的限制措施
在220kV及以下电网中不需采取特殊措施限制工频电 压升高 330、500kV电网中要采取措施将工频电压升高限制 在1.3pu（变电所）及1.4pu（线路侧）以下，措施有：
5.空载长线路的电容效应 5.空载长线路的电容效应
线路首端或末端对线路任一点x的传递函数
ɺ ɺ K 1x = U ( x) / U 1
ɺ ɺ K 2 x = U ( x) / U 2
空载时线路首端对末端的电压传递函数
K12 = U 2 / U 1 = 1 / cos αl
线路上的各点电压的模按余弦分布。 超高压系统中为限制电容效应引起的 工频电压升高，广泛采用并联电抗补偿
谢谢！
ϕ = 21o
6.不对称短路引起的工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高， 常称为不对称效应，以不对称效应系数或接地系数表 示由此而产生的工频电压升高的程度 系统中不对称短路故障，以单相接地故障最为常见， 且引起的工频电压升高也最严重
6.不对称短路引起的工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高
8.工频电压升高的限制措施 工频电压升高的限制措施
并连电抗器是补偿空载线路电容效应的措施
cos ϕ cos θ K 02 = cos(αl + ϕ − θ ) Xs ϕ = arctan Zc Zc θ = arctan XR
8.工频电压升高的限制措施 工频电压升高的限制措施
线路末端接入并联电抗器，由于电抗器的感性无功功 率部分地补偿了线路的容性无功功率，相当于减小了 线路长度，降低了末端电压升高 并联电抗器的接入可同时降低线路首端及末端的工频 电压升高
电力系统谐振过电压
谐振现象
在系统进行操作或发生故障时，电感和电容性元件可能形成 各种不同的振荡回路，在一定的能源作用下，产生谐振现象， 引起谐振过电压 电感元件：电力变压器、互感器、发电机、消 弧线圈以及线路导线等的电感 电容元件：线路导线的对地电容和相间电容、 补偿用的串联和并联电容器组以及 各种高压设备的寄生电容