電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合.ppt

第三篇電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合 概念 過電壓 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的可能危及絕緣的各種高電壓 絕緣配合 確定各種設(shè)備應(yīng)有的絕緣水平及相互之間的配合關(guān)系 研究各種過電壓的產(chǎn)生機(jī)理 發(fā)展過程 影響因素 防護(hù)措施等 第7章輸電線路和繞組中的波過程 波的傳播過程 圖7 1波顏均勻無損導(dǎo)線傳播示意圖 必須用分布參數(shù)電路分析 線路上電壓 電流是距離和時(shí)間的函數(shù) 圖7 2電壓波沿線路的分布 即 7 1波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播 一 波動(dòng)方程及其解 圖7 3均勻有損單導(dǎo)線分布參數(shù)等值電路 圖7 4均勻無損單導(dǎo)線分布參數(shù)單元等值電路 均勻有損單導(dǎo)線分布參數(shù)等值電路 忽略對(duì)地電導(dǎo) 導(dǎo)線電阻 均勻無損單導(dǎo)線分布參數(shù)等值電路 由圖可得 推導(dǎo)可得 波動(dòng)方程 解得通解 注 前行波 沿x軸正向傳播 反行波 沿x軸反向傳播 簡(jiǎn)記為 二 波速波阻抗 波速 電纜 其值決定于導(dǎo)線周圍的介質(zhì) 特點(diǎn) 其值決定于導(dǎo)線周圍介質(zhì)和幾何尺寸 與線路長(zhǎng)度無關(guān) 電壓波與電流波之間的一個(gè)比例常數(shù) 不產(chǎn)生能量損耗 電纜 L0小 C0大Z 10 50 7 2行波的折射和反射 不同波阻抗的線路連接點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)行波的折射和反射 行波投射到節(jié)點(diǎn)時(shí) 電磁能量重新分配 節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)電壓 電流 折 反射 一 折射系數(shù)和反射系數(shù) 無窮長(zhǎng)直角波u1f沿線路Z1傳向線路Z2 電壓反射系數(shù) 電壓折射系數(shù) 二 幾種特殊端接情況下的波過程 一 線路末端開路 三 Z2 Z1 四 Z2 Z1 三 集中參數(shù)等值電路 彼得遜法則 已知波通過節(jié)點(diǎn)后各線路上Z2的折射電壓 求Z2的折射電壓時(shí) 可將其轉(zhuǎn)化為集中參數(shù)的等值電路來分析 彼德遜等值電路 等效電源電源電壓2u1f電源內(nèi)阻為Z1 圖7 11線路接有集中參數(shù)的彼德遜等值電路 適用范圍 節(jié)點(diǎn)后各線路無反射波 或反射波未到考查點(diǎn) 線路中接有集中參數(shù)的元件 四 波通過串聯(lián)電感或并聯(lián)電容 一 波通過串聯(lián)電感 據(jù)彼德遜等值電路有 圖7 5波通過串聯(lián)電感 解得 線路1中的反射電壓波 t 0 二 波通過并聯(lián)電容 據(jù)彼德遜等值電路有 解得 圖7 6波通過并聯(lián)電容 線路時(shí)間常數(shù) t 0 線路1中的反射電壓波 7 3行波的多次折 反射 多種不同波阻抗線路連接 在連接點(diǎn) 節(jié)點(diǎn) 之間出現(xiàn)波的多次折 反射 分析方法 網(wǎng)格圖法 圖7 14計(jì)算波的多次折 反射的網(wǎng)格圖法 結(jié)點(diǎn)A B折 反射系數(shù) 經(jīng)過n次折反射 線路2上電壓 可見入侵波為無窮長(zhǎng)直角波時(shí) 線路 上電壓最終值與中間線段無關(guān)由初值向最終變化過程中 線路 上電壓波形與z0有關(guān) 將各參數(shù)表達(dá)式代入 得 7 4波在多導(dǎo)線系統(tǒng)中的傳播 n導(dǎo)線系統(tǒng) 每根導(dǎo)線對(duì)地電位決定于系統(tǒng)中所有導(dǎo)線上的電荷 圖7 17n根平行導(dǎo)線及其鏡像 電位方程等式右側(cè)各項(xiàng)同乘以 k導(dǎo)線電流 若線路中同時(shí)存在前行波和反行波時(shí) 則有 多導(dǎo)線系統(tǒng)波過程分析 列出電位方程 加入邊界條件求解 例1如圖示雷擊桿塔頂 求線路絕緣所受的過電壓 解 兩導(dǎo)線系統(tǒng) 電位方程 邊界條件 i2 0 導(dǎo)線2對(duì)地絕緣 圖7 18避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù) 線路絕緣承受的過電壓 例2平行多導(dǎo)線系統(tǒng)的等值波阻抗 因三相線路對(duì)稱 即有 波同時(shí)作用于三相電路時(shí) 三相等值波阻抗 引起能量損耗的因素有 1 電阻 包括 導(dǎo)線電阻和大地電阻 2 電導(dǎo) 包括 線路絕緣泄漏電導(dǎo)與介質(zhì)損耗 3 沖擊電暈 7 5波在有損線路上的傳播 一 線路電阻和電導(dǎo)的影響 引起波的衰減和變形 圖7 20有損導(dǎo)線分布參數(shù)等值電路 影響3 使行波波速減小 0 75C 影響4 使行波波阻抗減小20 30 7 5變壓器繞組中的波過程 變壓器繞組遭受線路傳入的過電壓作用 使繞組中產(chǎn)生電磁振蕩過程 繞組中的波過程 導(dǎo)致 主絕緣過電壓縱絕緣過電壓 變壓器繞組中的波過程與下述因素有關(guān) 1 繞組的接法 星形 Y 或三角形 2 中性點(diǎn)接地方式 接地或不接地 3 進(jìn)波情況 一相 兩相或三相進(jìn)波 一 單相繞組中的波過程 簡(jiǎn)化等效電路 假定電氣參數(shù)在繞組各處均相同 即繞組均勻 2 忽略電阻和電導(dǎo) 3 不單獨(dú)計(jì)各種互感 而把它們的作用歸并到自感中 圖7 22單相繞組的等效電路 圖7 23t 0瞬間繞組等效電路 a 繞組的初始電位分布 圖7 24不同下繞組電位起始分布 a 繞組末端接地 b 繞組末端開路 可見時(shí) 一般變壓器 中性點(diǎn)接地與否 對(duì)初始電位影響不大 初始電位最大梯度出現(xiàn)在繞組首端 平均電位梯度 下降 最大電位梯度下降 起始電位分布的均勻性改善 從降低陡度要求 越小越好 波到達(dá)繞組首端瞬間 其對(duì)來波的影響 可用一等值電容來表示CT 變壓器的入口電容 C 繞組總的對(duì)地電容FK 繞組總的縱向電容F 變壓器入口電容值 t b 繞組的穩(wěn)態(tài) t 電位分布 t 繞組末端接地 最大電位出現(xiàn)在距首端l 3處 其值可達(dá)1 4U0繞組末端開路 最大電位出現(xiàn)在末端 其值可達(dá)1 9U0 結(jié)論 1 振蕩過程中最大電位 末端開路時(shí)出現(xiàn)在繞組末端 其值可達(dá)1 9U0繞組末端接地 出現(xiàn)在距首端l 3處 其值可達(dá)1 4U0 2 振蕩過程中最大電位 末端接地 或開路 均出現(xiàn)在繞組首端 其值為 3 振蕩過程與入侵波的幅值 波形有關(guān) 波頭越陡 振蕩過程越激烈 繞組各點(diǎn)的最大電位及電位梯度越高 二 變壓器對(duì)過電壓的內(nèi)部防護(hù)措施 思路 改善變壓器繞組電容參數(shù) 使起始電位分布和穩(wěn)態(tài)電位分布接近 減弱振蕩過程 一 補(bǔ)償對(duì)地電容電流 橫向補(bǔ)償 采用靜電屏 靜電環(huán) 靜電匝措施 以補(bǔ)償對(duì)地電容 C 以使縱向電容 K上電壓降均勻 從而使起始電位分布均勻化 圖7 電容補(bǔ)償原理圖 a 全補(bǔ)償 b 部分補(bǔ)償 二 增大縱向電容 縱向補(bǔ)償 原理 加大縱向電容K0值 使對(duì)地電容C0的影響相對(duì)減小 使繞組起始電位分布均勻化 沿繞組壓降線性化 方法 采用糾結(jié)式繞線 糾結(jié)式繞組 三 三相繞組中的波過程 一 星形接法中性點(diǎn)接地 Y0 可視為三個(gè)獨(dú)立的末端接地的繞組 按單相繞組波過程處理 二 星形接法中性點(diǎn)不接地 Y 如果三相同時(shí)進(jìn)波 與末端絕緣的單相繞組的分析方法相同 中性點(diǎn)處的最大電壓可達(dá)首端電壓的兩倍左右僅有一相進(jìn)波 因繞組對(duì)沖擊電壓的阻抗遠(yuǎn)大于線路波阻抗 可視線路波阻抗為0 未進(jìn)波相繞組首端可視為接地 據(jù)此分析可知 中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓為U0 3 最大電壓2 3U0 三 三角形接法 單相進(jìn)波 導(dǎo)線1進(jìn)波時(shí) 導(dǎo)線2 3可視為接地 振蕩中最大電壓在繞組中部 數(shù)值接近2U0 四 波在變壓器繞組間的傳遞 一 靜電感應(yīng) 電容傳遞 通過繞組之間的電容耦合而傳遞過來 只要用一只閥式避雷器FV接在任一相出線端上 就能為整個(gè)三相繞組提供保護(hù) 二 電磁感應(yīng) 磁傳遞 因磁耦合產(chǎn)生 只是在低壓繞組進(jìn)波時(shí) 才有可能在高壓繞組中引起危險(xiǎn) 依靠緊貼每相高壓繞組出線端安裝的三相避雷器對(duì)過電壓進(jìn)行保護(hù) 四 波在變壓器繞組間的傳遞 一 靜電感應(yīng) 電容傳遞 通過繞組之間的電容耦合而傳遞過來 只要用一只閥式避雷器FV接在任一相出線端上 就能為整個(gè)三相繞組提供保護(hù) 保護(hù) 二 電磁感應(yīng) 磁傳遞 因磁耦合產(chǎn)生 只是在低壓繞組進(jìn)波時(shí) 才有可能在高壓繞組中引起危險(xiǎn) 依靠緊貼每相高