第十二章电力系统内部过电压

第十二章电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
电力系统中常见的操作过电压有：中性点绝缘电网 中的电弧接地过电压；切除电感性负载过电压；切除 电容性负载过电压；空载线路合闸过电压以及系统解 列过电压等。 ❖一、空载变压器的分闸过电压 ❖二、空载长线路的操作过电压 ❖三、电弧接地过电压
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此在电路切除前，可认为
电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工
频电流iC超前电源电压90°。
图12-4 切除空载长线
(a)接线图； (b)单相等值电路图
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伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间将有高 频电流流过，它超前于高频电压90°。因此，当uC 达到(-3Em)时（图中t＝t3时刻），高频电流恰恰经 过零点，于是电弧可能再一次熄灭。又经过工频半 个周波后（图中t＝t4时刻），作用在断口上的电压 将达4Em。假如断口又恰好在此时击穿，则由于电 容的起始电压为(-3Em)，电源电压为Em，振幅为4Em， 振荡后电容上的最大电压可达5Em。
图12-5第十切二除章空电载力长系线统时内部的过电电流压和电压波形
限制切空载线路过电压的措施有： （1）采用不重燃断路器
在现代断路器设计中通过提高触头之间的介 质绝缘强度使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速 度大于恢复电压的上升速度，使电弧不再重燃。 （2）并联分闸电阻R
在断路器主触头上并联分闸电阻R，也是降低 触头间的恢复电压、避免重燃的有效措施。 （3）线路首末端装设避雷器
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在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是 因为变压器绕组除励磁电感LT外，还有电容CT，如 图12-1所示。断路器截断电流后，电感中的电流可
以以电容为回路继续流通，对电容进行充电，将电
感中的磁能转化为电容中的电能。
图12-1 切除空载变压器的原理图
图12-2 截流时刻
变压器的LT愈大，CT愈小，过电压愈高。
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二、空载长线路的操作过电压
1．切除空载长线路过电压的产生过程及限制措施
切除空载线路是电力系统中常见的操作之一。其
产生过电图12-4是断路器切除空载长
线时的接线图和等值线路
图。通常ωL<<1/(ωC)，因
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如图12-2所示，如果截流发生在某一瞬时值I0时， 电容上的电压为U0，此时变压器的总储能W为：
W＝WL＋WC＝(LTI02＋CTU02)/2 按能量不灭定律，当磁能全部转化为静电电能 时，电容上的电压将达其最大值UBm ，由截流而 引起的变压器上的过电压可达 ：
UTm U02I02LT CT
内部过电压（简称内过电压）是由于电力系统内部 能量的转化或传递引起的。内部过电压可按其产生原 因分为操作过电压和暂时过电压，而后者又包括谐振 过电压和工频电压升高。
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因操作引起的暂态电压升高，称为操作过电压。 因系统中电感、电容参数配合不当，在系统进 行操作或发生故障时出现的各种持续时间很长的 谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。 电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超 过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电 压升高。这种电压升高统称为工频电压升高，或 称为工频过电压。
图12-7 关合空载长线 (a)接线图；(b)单相等值电路图
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在一般情况下ω0要比工频高得多。假设：在求过渡 过程中电容C上的电压时，电源电压近似地保持不变。
图12-3 截流后的电流和电压波形
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2．影响切空载变压器过电压的因素及限制切空 载变压器过电压的措施 （1）断路器性能
切空载变压器引起的过电压幅值近似地与截流 值I0成正比。降低断路器的截流能力能够限制过 电压UTm的大小。通过在断路器的主触头上并联 高值电阻，能有效地降低这种过电压。 （2）变压器参数和结构
第十二章 电力系统内部过电压
❖第一节 概述 ❖第二节 操作过电压 ❖第三节 谐振过电压 ❖第四节 工频电压升高
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第一节 概述
过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝 缘或保护设备损坏的电压升高。据统计，在电力系统 各种事故中，由于过电压引起的绝缘事故占主导地位。
过电压可以分为内部过电压和雷电(外部)过电压 两大类。
一、空载变压器的分闸过电压
1．切空载变压器过电压产生的机理 在切空载变压器时，断路器常常会在工频电流自然
过零之前强行切断电弧，称这种现象为“截流”。在 切除空载变压器励磁电流的截流瞬间，电弧电流被迫 很快下降到零，造成：
diL/dt → (-∞) 于是在变压器励磁电感L上将感应出过电压
u＝LdiL/dt →(-∞) 即过电压有可能达到很高的数值。
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内部过电压的幅值与电网该处最高运行相电压 的幅值之比，叫内部过电压倍数，并用字母K来表示。
K值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地 方式、断路器性能、母线上的出线数目、电网的运 行接线和操作方式等因素有关，它具有统计性质。
通常在中性点直接接地的电网中，如果不采取 限压措施，操作过电压的最大幅值可达最高运行相 电压幅值的3倍以上；在中性点非直接接地的电网中， 最大操作过电压可达最高运行相电压的4倍以上；谐 振过电压的幅值则在2倍以上。
截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁 电流的幅值Im（即I0＝Im，U0＝0）时，有：
UTmIm LT CT
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图12-3给出了电流在幅值截断后,电感中的电流iL和 电容上的电压（也即电感上的电压）uC的波形。如不计 衰减，iL和uC可写成：
iL＝Imcosω0t
uCUmsin0tIm C LT T sin0t
装设金属氧化物避雷器（MOA）或磁吹阀式 避雷器能有效地限制这种过电压的幅值。
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2．合闸空载线路过电压的产生过程及限制措施 （1）正常合闸
由于正常的运行需要而进行的合闸操作称为正常 合闸。如图12-7(a)所示，电源E1和E2经输电线连通， 线路两侧均装有断路器。在线路一侧断路器断开的 情况下，关合另一侧断路器就会遇到关合空载线路 的操作。