电力系统中的工频过电压资料
一条输电线路的电气长度，常用它的实际几何长度同 波长之比来衡量。线路的长度为，则它对于波长的相 对长度为 l l l* 2
长线路的入口阻抗
输电线路的参数
当线路末端短路时，即XL=0 当线路末端开路时，即XL→∞
Z jZC ctg Zk
空载长线路的沿线电压分布
ZC R0 jL0 G0 jC0
γ输电线路的传播系数， α为相位移系数， β为衰减系 数，Zc为线路特性阻抗（波阻抗）；
忽略线路损耗
ZC
L0 C0
j L0C0 j j
chx cosx
shx j sin x
在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的 相位相差为2π的两点间的距离称为波长。 2 2 1 L0 C0 f L0 C0
7 电力系统中的工频过电压
内部过电压
外部过电压
电力系统过电压
内部过电压
暂时过电压
操作过电压
在电力系统内部，由于 断路器的操作或发生故 障，使系统参数发生变 化，引起电网电磁能量 的转化或传递，在系统 中出现过电压，这种过 电压称为内部过电压。
暂时过电压包 括工频电压升 高及谐振过电 压；持续时间 比操作过电压 长。
X0 X1 3 U B [ j ]E A X0 2 2 X1 X0 1.5 X1 3 U C [ j ]E A X 2 2 0 X1 1.5
X X ( 0 )2 ( 0 ) 1 X1 X1 U B UC 3 E E X0 ( )2 X1
7.1 空载长线路的电容效应
忽略r的作用
U U jI (X X ) U 1 2 L C2 L C
在数值上 U2 U1 U L
由于电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗， 使U2＞U1，而造成线路末端的电压高于首端的电压。
j ( R0 jL0 )(G0 jC0 )
并联电抗器的均压作用
E jX S I1 U1
线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电 抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电 抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的 电容电流，削弱了电容效应。 空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布
E cos 沿线电压最大值应出现在 x =β 处，线路最高电压为 U cos( )
α：接地系数，说明 单相接地故障时，健 全相的对地最高工频 电压有效值与故障前 故障相对地电压有效 值之比。
中性点绝缘的系统：X0 主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时， 健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍（K= -20）。选择避雷器灭弧电压时， 取 110% 的线电压（110% 避雷器）。 中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0 为很大的正 值；欠补偿运行时， X0 为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电 压。选择避雷器灭弧电压时，取 100% 的线电压（100% 避雷器）。
空载长线容升效应
工频电压升高
暂时过电压 谐振过电压 内部过电压
不对称短路
甩负荷 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
断路器
切空载变压器过电压
弧光接地过电压
单相接地
电力系统中的工频过电压
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 灭弧电压>最高 工频电压 3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 游离、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
操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电 压称为操作过电压。
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
2 3 Ue
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15 )
在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗 器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路 上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。 并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功 平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。
7.2 不对称接地引起的工频过电压
当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路 引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其 中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同 时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高 的工频电压作用下熄灭工频续流。 单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的 依据。 在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法， 利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。
l
பைடு நூலகம்
空载线路，
l=1500km时， U2→∞， 1/4波长谐振
考虑电源漏抗 Xs
E jX S I1 U1
电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路 末端的电压升高。 在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估 算最严重的工频电压升高。 对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循 一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧， 后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的 一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引 起的工频电压升高。
A相发生接地，故障点的边界条件为
E A I I I 1 2 0 Z1 Z 2 Z 0
E Z I U 1 A 1 1
Z I U 2 2 2
Z I U 0 0 0
忽略序阻抗中的电阻分量
ae
j
2 3
(a 2 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UB EA Z 0 Z1 Z 2 (a 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UC EA Z 0 Z1 Z 2
长线路的入口阻抗
输电线路的参数
当线路末端短路时，即XL=0 当线路末端开路时，即XL→∞
Z jZC ctg Zk
空载长线路的沿线电压分布
ZC R0 jL0 G0 jC0
γ输电线路的传播系数， α为相位移系数， β为衰减系 数，Zc为线路特性阻抗（波阻抗）；
忽略线路损耗
ZC
L0 C0
j L0C0 j j
chx cosx
shx j sin x
在输电线路上，电压与电流以波的形式传播，行波的 相位相差为2π的两点间的距离称为波长。 2 2 1 L0 C0 f L0 C0
7 电力系统中的工频过电压
内部过电压
外部过电压
电力系统过电压
内部过电压
暂时过电压
操作过电压
在电力系统内部，由于 断路器的操作或发生故 障，使系统参数发生变 化，引起电网电磁能量 的转化或传递，在系统 中出现过电压，这种过 电压称为内部过电压。
暂时过电压包 括工频电压升 高及谐振过电 压；持续时间 比操作过电压 长。
X0 X1 3 U B [ j ]E A X0 2 2 X1 X0 1.5 X1 3 U C [ j ]E A X 2 2 0 X1 1.5
X X ( 0 )2 ( 0 ) 1 X1 X1 U B UC 3 E E X0 ( )2 X1
7.1 空载长线路的电容效应
忽略r的作用
U U jI (X X ) U 1 2 L C2 L C
在数值上 U2 U1 U L
由于电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗， 使U2＞U1，而造成线路末端的电压高于首端的电压。
j ( R0 jL0 )(G0 jC0 )
并联电抗器的均压作用
E jX S I1 U1
线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电 抗器的容量增大（XL减小）而下降。这是因为并联电 抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的 电容电流，削弱了电容效应。 空载线路末端接并联电抗器后，沿线电压分布
E cos 沿线电压最大值应出现在 x =β 处，线路最高电压为 U cos( )
α：接地系数，说明 单相接地故障时，健 全相的对地最高工频 电压有效值与故障前 故障相对地电压有效 值之比。
中性点绝缘的系统：X0 主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时， 健全相电压升高约为线电压的 1.1 倍（K= -20）。选择避雷器灭弧电压时， 取 110% 的线电压（110% 避雷器）。 中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0 为很大的正 值；欠补偿运行时， X0 为很大的负值。单相接地时健全相电压接近线电 压。选择避雷器灭弧电压时，取 100% 的线电压（100% 避雷器）。
空载长线容升效应
工频电压升高
暂时过电压 谐振过电压 内部过电压
不对称短路
甩负荷 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
断路器
切空载变压器过电压
弧光接地过电压
单相接地
电力系统中的工频过电压
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 灭弧电压>最高 工频电压 3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 游离、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
操作过电压即电磁 暂态过程中的过电 压；一般持续时间 在 0.ls（五个工频 周波）以内的过电 压称为操作过电压。
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
2 3 Ue
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15 )
在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗 器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路 上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。 并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功 平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。
7.2 不对称接地引起的工频过电压
当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路 引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其 中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同 时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高 的工频电压作用下熄灭工频续流。 单相接地时工频电压升高值是确定避雷器灭弧电压的 依据。 在系统发生单相接地故障时，可以采用对称分量法， 利用复合序网进行分析计算非故障相的电压升高。
l
பைடு நூலகம்
空载线路，
l=1500km时， U2→∞， 1/4波长谐振
考虑电源漏抗 Xs
E jX S I1 U1
电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路 末端的电压升高。 在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估 算最严重的工频电压升高。 对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循 一定的操作程序：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧， 后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的 一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引 起的工频电压升高。
A相发生接地，故障点的边界条件为
E A I I I 1 2 0 Z1 Z 2 Z 0
E Z I U 1 A 1 1
Z I U 2 2 2
Z I U 0 0 0
忽略序阻抗中的电阻分量
ae
j
2 3
(a 2 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UB EA Z 0 Z1 Z 2 (a 1) Z 0 (a 2 a ) Z 2 UC EA Z 0 Z1 Z 2
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电力系统过电压防护及绝缘配合之工频过电压
压接近等于额定电压。采用100％避雷器；
对中性点有效接地的110～220kV系统，X0为不大的 正值，其X0/X1≤3。单相接地故障时，健全相的工频 电压升高为0.8倍额定电压U。采用80％避雷器；
对
，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％。
。
当输电线路重负荷运行时，线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成工频电压 升高。影响工频电压升高的因素主要有：
过电压防护及绝缘配合 ——工频过电压
➢ 工频电压升高本身对正常绝缘的电气设备一般是没有危险的，但是在超高 压系统的绝缘配合中具有重要作用： ①其大小将直接影响操作过电压的幅值； ②其数值是决定避雷器额定电压的重要依据； ③持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行。 通常：
➢ 合闸后0.1s时间内出现的电压升高叫操作过电压； ➢ 0.1s~1s时间内，由于发电机自动电压调整器的惰性，发电机电势E′尚保持
抗X0则因不接地系统，X0取决于线路容抗，X0/X1∈(-
∞～-20)，为负值。单相接地时健全相的工频电压升高
可达1.1倍额定电压。采用110％避雷器；
对中性点经消弧线圈接地35～66kV系统，按补偿度可
以分为两种情况。欠补偿方式时，|X0/X1|→-∞；过补 偿方式时，|X0/X1|→+∞。单相接地故障时，健全相电
-6-
①断路器跳闸前输送负荷的大小；
②空载长线路的电容效应；
③发电机励磁系统及电压调节器的特性，原动机调速器及制动设备的惰性等。
发电机突然失去部分或全部负荷时，通过励磁绕组的磁通因磁链守恒原则而 不会突变，电源电势E' 维持原来的数值。原先负荷的电感电流对发电机主磁通的 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'增大，要 等到自动电压调节器开始发挥作用时，才逐步下降。
对中性点有效接地的110～220kV系统，X0为不大的 正值，其X0/X1≤3。单相接地故障时，健全相的工频 电压升高为0.8倍额定电压U。采用80％避雷器；
对
，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％。
。
当输电线路重负荷运行时，线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成工频电压 升高。影响工频电压升高的因素主要有：
过电压防护及绝缘配合 ——工频过电压
➢ 工频电压升高本身对正常绝缘的电气设备一般是没有危险的，但是在超高 压系统的绝缘配合中具有重要作用： ①其大小将直接影响操作过电压的幅值； ②其数值是决定避雷器额定电压的重要依据； ③持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行。 通常：
➢ 合闸后0.1s时间内出现的电压升高叫操作过电压； ➢ 0.1s~1s时间内，由于发电机自动电压调整器的惰性，发电机电势E′尚保持
抗X0则因不接地系统，X0取决于线路容抗，X0/X1∈(-
∞～-20)，为负值。单相接地时健全相的工频电压升高
可达1.1倍额定电压。采用110％避雷器；
对中性点经消弧线圈接地35～66kV系统，按补偿度可
以分为两种情况。欠补偿方式时，|X0/X1|→-∞；过补 偿方式时，|X0/X1|→+∞。单相接地故障时，健全相电
-6-
①断路器跳闸前输送负荷的大小；
②空载长线路的电容效应；
③发电机励磁系统及电压调节器的特性，原动机调速器及制动设备的惰性等。
发电机突然失去部分或全部负荷时，通过励磁绕组的磁通因磁链守恒原则而 不会突变，电源电势E' 维持原来的数值。原先负荷的电感电流对发电机主磁通的 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'增大，要 等到自动电压调节器开始发挥作用时，才逐步下降。
工频过电压
引起单相接地甩负荷过电压的因素包括： 空载长线电容效应； 不对称接地故障； 三相甩负荷。
2.2特高压工频过电压的分类
• 1）特高压系统中主要工频过电压种类如图
特高压线路重要的工频过电压种类
单回线路
同塔双回线路
按工况分类 单运行工况 两回同时运行工况 按甩负荷回数分类 一回甩负荷 两回甩负荷
无故障 甩负荷
2
K (1)
这类工频过电压与单相接地点向电源侧的 X0/X1有很大关系，若X0/X1增加将使不对称短 路故障时健全相的电压有增大的趋势
。
对于特高压输电线路，一般X0/X1≈2.6，由图 1-5可 见不对称故障引起的工频电压升高系数是大于l的， 即产生了不对称故障引起的工频过电压。
二、特高压线路工频过电压
2.3特高压工频过电压限制措施
• 1）固定高抗
a.补偿位置
单端补偿
两端补偿
分段多点补偿
a.补偿度
补偿度即高抗容量与全线电容无功容量之 比。 非全相运行谐振过电压，高抗补偿度不宜 过高。在特高压电网建设初期，一般考虑 将高抗的补偿度控制在80%~90%，在电 网比较强的地区或者比较短的特高压线路， 补偿度可以适当降低。
一、输电线路工频过电压概述
1.1引起工频过电压的因素
• 1）.空载长线电容效应； • 2）.三相甩负荷； • 3）.不对称接地效应；
1.2空载长线电容效应
• 1ห้องสมุดไป่ตู้原理图
简化原理图如下，容性电流流过电感，电压升高。
2）沿线电压表达式：
Ux
cos x cos l U1
沿线电压分布图：
2.1特高压工频过电压特点
• 1）特高压线路输电距离长，电容效应更明显。
2.2特高压工频过电压的分类
• 1）特高压系统中主要工频过电压种类如图
特高压线路重要的工频过电压种类
单回线路
同塔双回线路
按工况分类 单运行工况 两回同时运行工况 按甩负荷回数分类 一回甩负荷 两回甩负荷
无故障 甩负荷
2
K (1)
这类工频过电压与单相接地点向电源侧的 X0/X1有很大关系，若X0/X1增加将使不对称短 路故障时健全相的电压有增大的趋势
。
对于特高压输电线路，一般X0/X1≈2.6，由图 1-5可 见不对称故障引起的工频电压升高系数是大于l的， 即产生了不对称故障引起的工频过电压。
二、特高压线路工频过电压
2.3特高压工频过电压限制措施
• 1）固定高抗
a.补偿位置
单端补偿
两端补偿
分段多点补偿
a.补偿度
补偿度即高抗容量与全线电容无功容量之 比。 非全相运行谐振过电压，高抗补偿度不宜 过高。在特高压电网建设初期，一般考虑 将高抗的补偿度控制在80%~90%，在电 网比较强的地区或者比较短的特高压线路， 补偿度可以适当降低。
一、输电线路工频过电压概述
1.1引起工频过电压的因素
• 1）.空载长线电容效应； • 2）.三相甩负荷； • 3）.不对称接地效应；
1.2空载长线电容效应
• 1ห้องสมุดไป่ตู้原理图
简化原理图如下，容性电流流过电感，电压升高。
2）沿线电压表达式：
Ux
cos x cos l U1
沿线电压分布图：
2.1特高压工频过电压特点
• 1）特高压线路输电距离长，电容效应更明显。
工频过电压
不对称短路引起的工频电压升高
甩负荷引起的工频电压升高
9
2.1 空载长线路的电容效应
集中参数电路中的“电感—
电容”效应
单相输电线路的 集中参数等值电路
在 R-L-C串 联 回 路 中 电 路，若R<<1/(C)、 L， 且1/C>L 正弦交流电源作用下， 由 于 UL 、 UC 反 相 ， 且 UC>UL ，则电容上的压 降大于电源的电动势
7
1. 研究工频过电压的重要性
研究的重要性
直接影响操作过电压的幅值
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
8
2. 工频过电压产生的主要原因
空载长线路的电容效应
短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高， 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 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用复合序网方便地 进行分析
Z1为从故障点向外看出去的正 序人口阻抗
27
A相接地故障时的复合序网图
同理可画出负序和零序短路电流的计算电路
图，其中电源电动势和相应的故障前的电压 为零
负序、零序电压方程分别为
U 2 I 2 Z 2
U 0 I 0 Z 0
Z2、Z0 分别为负序、零序人口阻抗
28
A相接地故障时的复合序网图
电力系统过电压分类和特点
电力系统过电压分类和特点电力系统过电压主要分以下几种类型：大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。
产生的原因及特点是：大气过电压:由直击雷引起,特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。
因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。
工频过电压:由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长,过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。
操作过电压:由电网内开关操作引起，特点是具有随机性,但最不利情况下过电压倍数较高。
因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。
谐振过电压:由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起,特点是过电压倍数高、持续时间长。
变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑?变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑?答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。
遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理.（1）变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。
当变压器检修时，可作特殊运行方式处理,例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。
（2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。
如果由于某些原因,变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。
否则,按特殊运行方式处理。
（3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。
电力系统过电压-第五章
& cos α ' l U1 & = sin α ' l I1 j Z
jZ sin α ' l & U 2 I2 cos α ' l &
α ' = ω L0C0
（ω为电源角频率，L0 ，C0 分别为导线单位长度的电感与电 容），对于输电线路，通常α’≈0.06°/km； l ：线路的长度，km。
U B = UC X0 2 X0 ( ) + ( ) +1 X1 X1 = 3 E X ( 0)+2 X1 = K (1) E
-1818-
X 2 2+ 0 X1 X0 1.5 & X1 3 & + j ]E A U C = [− X0 2 2+ X1
§1. 工频电压升高
-4-
§1. 工频电压升高
★合闸后 0.ls 前 高幅值、 高幅值、强阻尼的高频振荡操作过 电压 时间内： ★合闸后 0.1 ~ 1.0s 时间内：暂态工 频电压升高。 频电压升高。由于发电机自动电压 调整器的惯性， 调整器的惯性，发电机的暂态电势 E’d 保持不变，再加上空载线路的电 保持不变， 容效应，使电压升高， 容效应，使电压升高， 1.0s 后，由 于发电机的自动电压调整器开始发 生作用，母线电压逐渐下降。 生作用，母线电压逐渐下降。 以后： ★在 2 ~ 3s 以后： 稳态工频电压升高， 稳态工频电压升高，系统进入稳定 状态。 状态。
& E 1 & = I 0
& X s U1 1 & = 0 1 I1
cos α ' l Xs sin α ' l 1 j Z
第八讲、电力系统的工频过电压
（2）它的大小会影响保护电器的工作条件和保护效果 （3）持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大影响
3、分析结论 （1）工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统
中正常绝缘的电气设备一般不够成危险
（2）对于超高压系统，决定电气设备的绝缘水平将起
愈来愈大的作用
三、空载线路电容效应引起的工频过电压
1、线路较短时 （1）等值电路图和相量图
从相量图看出：由于空载线路的电容效应，空载线路末端 电压较线路首端电压有较大的升高
2、线路较长时 （1）等值电路图
. （2）线路距末端X处电压分布 . . E cos U x cos(l ) cosx (3)线路末端电压最高 .
E cos U2 cos( l )
.
.
线路长度L越长，末端电压升得越高。但由于受线路电 阻和电晕损耗的限制，一般不会超过2.9倍
（4）沿线电压分布
U x cosl cosx
1
.
U
（5）工频电压及其影响因素 a.与电源容量有关，电源容量越小工频电压升高越严重 b.通过补偿电容电流，可削弱电容效应以降低工频过电 压
笫八章
电力系统的工频过电压
一.过电压的分类
过 电 压
大气过电压
内部过电压
操作过电压 暂时过电压
暂时过电压包括谐振过电压及工频过电压
二、工频过电压
1、定义
在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相
电压、频率为工频（50Hz）的过电压称为工频过电压. 2、特点
（1)它的大小会直接影响操作ห้องสมุดไป่ตู้电压的实际幅值
3、分析结论 （1）工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统
中正常绝缘的电气设备一般不够成危险
（2）对于超高压系统，决定电气设备的绝缘水平将起
愈来愈大的作用
三、空载线路电容效应引起的工频过电压
1、线路较短时 （1）等值电路图和相量图
从相量图看出：由于空载线路的电容效应，空载线路末端 电压较线路首端电压有较大的升高
2、线路较长时 （1）等值电路图
. （2）线路距末端X处电压分布 . . E cos U x cos(l ) cosx (3)线路末端电压最高 .
E cos U2 cos( l )
.
.
线路长度L越长，末端电压升得越高。但由于受线路电 阻和电晕损耗的限制，一般不会超过2.9倍
（4）沿线电压分布
U x cosl cosx
1
.
U
（5）工频电压及其影响因素 a.与电源容量有关，电源容量越小工频电压升高越严重 b.通过补偿电容电流，可削弱电容效应以降低工频过电 压
笫八章
电力系统的工频过电压
一.过电压的分类
过 电 压
大气过电压
内部过电压
操作过电压 暂时过电压
暂时过电压包括谐振过电压及工频过电压
二、工频过电压
1、定义
在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相
电压、频率为工频（50Hz）的过电压称为工频过电压. 2、特点
（1)它的大小会直接影响操作ห้องสมุดไป่ตู้电压的实际幅值
过电压及绝缘
9.1.1 工频过电压
Xd ~ Xq
发电机的自励磁
X ~ X ' d 电力系q 统中，水轮发电机正常运行时，其电抗在
之间呈周期变化；在异步
运行时，无论水轮发电机或汽轮机发电机，它们的电抗在
之间周期变化，变化频率均为工频的二倍，如发电机带有空载线路，其容抗参 数与发电机感抗配合得当就可能引起参数共振，此时发电机励磁电流很小，甚 至为零，发电机端电压和电流幅值也会急剧上升。这种现象称为发电机自励磁。 在各种电压等级的电网中，都可能产生自励磁过电压。
雷电日与雷电小时
二．地面落雷密度
雷云对地放电的频繁程度，
用地面落雷密度表示，其
9.2.2 雷电N参g数0.02T4d1定 公 式.3里义 中上是的每—年个—平雷年均电平落日均雷每密次平度数方，。
次/km2 a；
Ng
——年平均雷暴日，d/a。
Td
9.2.3 雷电 流与雷电过 电压的近似 表示
对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉 冲波形，通常采用幅值、波头时间和波长 时间等三个参数加以描述.
3．弧光接地过电压
在中性点不接地系统中发生单相接地故障时， 各相的相电压升高，则流过故障点的接地电流 也随着增加，许多暂时性的单相弧光接地故障 往往能自行熄灭，在接地电流不大的系统中， 不会产生稳定的电弧，这种间歇性的电弧引起 系统运行方式瞬息变化，导致多次重复性电磁 振荡，在无故障相和故障相上产生严重的弧光 过电压。
的标么转速，则线路工频电压的升高为：
n 对汽轮机， 值平均为1.1～1.15，对水轮机， 为1.2～
n
1.3，相应的工频电压升高约为10％～15％及20％～30％。
9.1.1 工频 过电压
母线及输电线上的电压，由于突然甩负荷， 可达额定值的1.2～1.3倍。当线路电容较大 时，此值还可能更高。这种电压上升时间约 为几分之一秒，但实际上受机组调压器、调 速器以及变压器、发电机磁饱和的限制，实 际电压上升视具体情况而定。
电力系统中的工频过电压
E
XS
1 I 1 U
ZC , l
2 I 2 U
物理概念
所以应以系统最小运行方式(即Xs最大时)为依据考虑工 频电压升高
7.1.3 并联电抗器的均压作用
E
1 I 1 U
2 I 2 U
ZC , l
XS
XL
并联电抗器的作用不 仅是限制工频电压升 高，还涉及系统稳定、 无功平衡、潜供电流、 调相调压、自励磁及 非全相状态下的谐振 等方面。
电源暂态电势 将维持原来数值，再加上甩负荷后形成的空
载线路电容效应以及发电机超速造成电势和频率上升，将产
生较高的工频过电压。
甩负荷前瞬间的线路首端稳态电压、电流为:
7 电力系统中的工频过电压
目
录
空载长线的电容效应
不对称接地引起的工频过电压 甩负荷引起的工频过电压
工频电压升高持续的时间长，对电气设备绝缘及其运行 性能有重大影响。
工频过电压的主要原因： 1. 空载长线路引起的电容效应 2. 系统发生不对称接地故障 3. 发电机突然甩负荷
7.1 空载长线路引起的电容效应
单相接地系统接线 计算用复合序网
系统发生单相接地故障时，健全相的电压升高与故障点看 进去的正序、负序、零序入口阻抗有关。
B相工频电压升高
C相工频电压升高
一、中性点不接地系统 中性点绝缘和中性点经消弧线圈接地的系统
7.3 甩负荷引起的工频过电压
原因：当线路重负荷运行时，由于某种原因（例如系统 发生接地短路故障）断路器将跳闸甩掉负荷。甩负荷前，由 于线路上输送着相当大的有功及感性无功功率，因此系统电 源电势必然高于母线电压。甩负荷后，根据磁链不变原理，
I 1
U 1
电力系统工频过电压的计算与仿真
电力系统工频过电压的计算与仿真摘要：日常的绝大多数的负载为感性负载，增加电抗器，可以使线路更加稳定的运行。
该文在没有电抗器和有电抗器的情况下，对空载线路分别求解首末端电压关系，发现在有电抗器的情况下，末端电压波动要小，首末端电压比较小。
最后使用EMTP进行仿真，搭建了没有电抗器和有电抗器的空载线路，采集了输入输出点电压的波形，然后画出首末端电压图，发现首末端电压波形都是标准的正弦，而且是同相位，只有幅值大小不等，仿真结果和理论相一致。
关键词：容性功率输电线路工频过电压电磁暂态分析电抗器1电力系统工频过电压1.1电力系统工频过电压的产生的基本机理电力系统的内部过电压是指系统中的电磁能由于系统故障或开关操作而发生较大的变化，发生电力系统内部过电压时会发生电压从额定允许值瞬间或长期上升。
这种不正常的电压增长会对电气设备构成威胁，因此尽量减小电力系统发生内部过电压的次数。
电力系统内部过电压可以分为操作过电压和暂时过电压这两类，操作过电压是指在电力系统运行过程中不正确的操作导致电压异常增长超过了允许值，而暂时过电压是由于环境等原因发生了电压的振荡，一般而言，顺态过电压可以在比较短的时间内经过电力系统自身内部的调节而消除，从而达到一种电力系统稳定运行的状态[1-3]。
在瞬态转换完成后持续数秒或数小时（持续 0.1 s（5 个工频周期）或更长时间）的持续过电压称为暂时过电压。
由于现代超高压电力系统的保护日益完善，超高压电网中的暂时过电压很少持续超过几秒钟，因此这种过电压称为顺态过电压，由于瞬时过电压的存在的时间不是很长，因此更容易进行调节，尽量减小顺时过电压发生的次数，可以保障电力系统稳态的运行。
该文设计内容有：（1）掌握电力系统工频过电压的产生的基本机理、计算方法和抑制措施。
（2）掌握电力系统电磁暂态仿真软件ATP-EMTP的基本使用方法和分析方法。
（3）设计一个500 kV输电系统的仿真模型，分析不同工况条件产生工频过电压的情况，对理论分析和抑制方法进行验证。
第八章 电力系统工频过电压
式（8-5）
由式（8-5）可以看出，正是因为 X S 的存在，使线路的首端电 压就已经升高，从而加剧了线路末端工频电压的升高。电源容 量越小（XS），工频电压升高就越严重。 因此，为了估计最严重的工频电压升高，应以系统最小电 源容量为依据，且在双端或多端网络中，电源侧的断路器必须 遵循一定的操作程序。 三、空载线路工频电压升高的抑制 由图8-1明显可以看出，空载线路工频电压升高的根本原因 在于线路中电容性电流在感抗上的压降使得电容上的电压高于
式（8-5）
2014-5-23
甘肃农业大学工学院
15
U1
jX L I
U2
IL
rI
U2
图8-4 采用并联电抗器降低空载线路容性工频电压升高原理图
2014-5-23 甘肃农业大学工学院 14
通常在超高压输电线路的末端接上并联电抗器 X L来抑制末端工 频电压的升高。末端线路的电压可如下计算：
U2
E XS XS Z (1 ) cos l ( ) sin l XL XL Z
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甘肃农业大学工学院
5
4、内过电压的国家标准 系统电 压等级(KV) 内过电 压倍数
500 24
二、电力系统的工频过电压的危害及特点 工频过电压就其过电压倍数的大小来讲，对系统中正常绝缘 的电气设备一般不够成危险，但工频过电压与其他因素协同作 用时，可能会对电力系统产生较大的影响。而且，就电力系统 的实际运行经验来看，相比于谐振过电压和操作过电压，工频 过电压较为常见，危害最大。所以，对工频过电压要引起足够 的重视。
③空载线路上的电压分布 根据①②两个结论，可以推得下面的 公式，并绘制出空载线路电压分布图8-3。
Ux