線路與繞組中的波過程PPT課件

1、1工作電壓：工作電壓：具有工頻頻率，持續(xù)地作用在絕緣上。其最大值，具有工頻頻率，持續(xù)地作用在絕緣上。其最大值，相間為系統(tǒng)最高電壓，對地為系統(tǒng)最高相電壓。相間為系統(tǒng)最高電壓，對地為系統(tǒng)最高相電壓。暫時過電壓：暫時過電壓：因電網(wǎng)操作或故障引起的，較長持續(xù)時間的因電網(wǎng)操作或故障引起的，較長持續(xù)時間的工工頻過電壓和諧振過電壓頻過電壓和諧振過電壓。后者包括持續(xù)時間較長的工頻、含。后者包括持續(xù)時間較長的工頻、含有高次或低次諧波的諧振過電壓。有高次或低次諧波的諧振過電壓。操作過電壓：操作過電壓：因電網(wǎng)操作或故障引起的持續(xù)時間數(shù)毫秒、高因電網(wǎng)操作或故障引起的持續(xù)時間數(shù)毫秒、高阻尼振蕩或非振蕩過電壓。阻尼振蕩或

2、非振蕩過電壓。 雷電過電壓：雷電過電壓：來自電網(wǎng)外部、大自然的雷電放電引起的過電來自電網(wǎng)外部、大自然的雷電放電引起的過電壓。壓。 第三篇 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合第1頁/共55頁2v 絕緣上作用的電壓和過電壓絕緣上作用的電壓和過電壓 第2頁/共55頁3 所謂所謂絕緣配合絕緣配合，就是綜合考慮電氣設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的，就是綜合考慮電氣設(shè)備在系統(tǒng)中可能承受的各種作用電壓各種作用電壓（工作電壓和過電壓）、（工作電壓和過電壓）、保護(hù)裝置的特性保護(hù)裝置的特性和和設(shè)備絕緣對各種工作電壓的耐設(shè)備絕緣對各種工作電壓的耐受特性受特性，合理，合理選擇設(shè)備的絕緣水平選擇設(shè)備的絕緣水平，以使設(shè)備的造價、維護(hù)費用和設(shè)

3、備絕，以使設(shè)備的造價、維護(hù)費用和設(shè)備絕緣故障所引起的事故損失，達(dá)到在緣故障所引起的事故損失，達(dá)到在經(jīng)濟(jì)上和安全運(yùn)行上總體效益最高的目經(jīng)濟(jì)上和安全運(yùn)行上總體效益最高的目的的。 由于各個國家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的過電壓不同，事故后果也不相同。在由于各個國家電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的過電壓不同，事故后果也不相同。在電網(wǎng)發(fā)展初期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，一旦發(fā)生事故，造成損失較大；電網(wǎng)發(fā)展電網(wǎng)發(fā)展初期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，一旦發(fā)生事故，造成損失較大；電網(wǎng)發(fā)展的中后期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，因個別設(shè)備故障造成的損失較小。同時，設(shè)備的中后期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，因個別設(shè)備故障造成的損失較小。同時，設(shè)備制造水平和過電壓保護(hù)裝置隨著電網(wǎng)規(guī)模發(fā)展而

4、日漸成熟，因此，國外電制造水平和過電壓保護(hù)裝置隨著電網(wǎng)規(guī)模發(fā)展而日漸成熟，因此，國外電網(wǎng)絕緣水平初期選擇較高，中后期選擇隨之降低。網(wǎng)絕緣水平初期選擇較高，中后期選擇隨之降低。 絕緣配合必須考慮到電網(wǎng)和國家設(shè)備制造的實際情況，是個復(fù)雜的系統(tǒng)工絕緣配合必須考慮到電網(wǎng)和國家設(shè)備制造的實際情況，是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。程。 絕緣配合分為絕緣配合分為范圍范圍I：3.5kVUmax 252kV和范圍和范圍II： Umax 252kV。第三篇 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合v 絕緣配合的基本概念絕緣配合的基本概念 第3頁/共55頁4系統(tǒng)過電壓研究，包括研究限制過電壓措施、確定過電壓水平，同桿雙回線路諧振和感應(yīng)電壓。限

5、制潛供電流和恢復(fù)電壓措施，高壓并聯(lián)電抗器的配置、參數(shù)和接入方式或類型。MOA布置方式和參數(shù)選擇系統(tǒng)絕緣配合的基本原則；確定特高壓線路和變電所的絕緣水平及最小空氣間隙。交流特高交流特高壓輸變系壓輸變系統(tǒng)過電壓統(tǒng)過電壓與絕緣配與絕緣配合研究合研究第4頁/共55頁51000kV級級交流輸變電交流輸變電工程設(shè)備外工程設(shè)備外絕緣特性絕緣特性研究研究典型分裂耐熱擴(kuò)徑軟導(dǎo)（母）線及分裂導(dǎo)線、管型母線在不同空氣間隙下的工頻、操作和雷電特性試驗 絕緣子串污耐壓特性試驗 放電特性的海拔校正和高海拔地區(qū)交流污穢校正系數(shù) 空氣間隙絕緣子選型第5頁/共55頁61000kV級級輸電系統(tǒng)輸電系統(tǒng)防雷防護(hù)防雷防護(hù)技術(shù)研究技術(shù)

6、研究變電所雷電侵入波過電壓變電所直擊雷保護(hù)的研究線路直擊雷防護(hù)的研究確定雷電過電壓水平絕緣水平地線保護(hù)角第6頁/共55頁7第7頁/共55頁87.1 波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播實際的輸電線路均屬于多導(dǎo)線系統(tǒng)，導(dǎo)線和絕緣中分別存在電阻和電導(dǎo)，實際的輸電線路均屬于多導(dǎo)線系統(tǒng)，導(dǎo)線和絕緣中分別存在電阻和電導(dǎo)，因而產(chǎn)生能量損耗；同時，線路各點的電氣參數(shù)也不可能完全一樣。因此，因而產(chǎn)生能量損耗；同時，線路各點的電氣參數(shù)也不可能完全一樣。因此，所謂的均勻無損單導(dǎo)線線路實際上是不存在的。所謂的均勻無損單導(dǎo)線線路實際上是不存在的。構(gòu)成傳輸線的導(dǎo)體是理想導(dǎo)體構(gòu)成傳輸線的導(dǎo)體是理想導(dǎo)體R0=0，線間的介質(zhì)是理想介質(zhì)，

7、線間的介質(zhì)是理想介質(zhì)G0=0 ，這種，這種傳輸線稱為無損耗傳輸線。低損耗線可以近似看作無損耗線。傳輸線稱為無損耗傳輸線。低損耗線可以近似看作無損耗線。0dxR0dxL0dxC0dxGdx第8頁/共55頁9第9頁/共55頁107.1 波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播vati vtx ABD.7.1.1 7.1.1 波傳播的物理概念波傳播的物理概念vtaLdtdivtLdtdiLuA0000CqdxCqdxCQuA電感引起電位電感引起電位電容引起電位電容引起電位qvdtdxqdtqdxi電荷流動電流電荷流動電流00vCatvtaL(3)代入代入(2), 由由i=at00vCatvCiuA將將(4)(4)代

8、入代入(1)(1)(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)第10頁/共55頁11由此可知，電磁波的傳播速度的表達(dá)式：由此可知，電磁波的傳播速度的表達(dá)式：對于架空線路對于架空線路rhL2ln200rhC2ln200001vL C因此因此smCLv/1031180000光速光速(5)電磁波是以光速沿架空線傳播的電磁波是以光速沿架空線傳播的7.1.1 7.1.1 波傳播的物理概念波傳播的物理概念第11頁/共55頁12將將i=ati=at和和(5)(5)代入代入(1)(1)，得到，得到00000012ln2AL vtauzL viatLhCr波阻抗波阻抗對于一般的架空線路，對于一般的架空線路，

9、Z Z 500500 ， 分裂導(dǎo)線：分裂導(dǎo)線：Z Z 300300 ， 對于電纜，對于電纜， Z Z 100100 同樣可證，在電纜中同樣可證，在電纜中1100CLv7.1.1 7.1.1 波傳播的物理概念波傳播的物理概念vtaLdtdivtLdtdiLuA00001vL C00LzC001vL C第12頁/共55頁13電磁場角度分析：電磁場角度分析：1.1. 電壓波對電容充電，電流波對電感充電，因此電壓電壓波對電容充電，電流波對電感充電，因此電壓波和電流波沿導(dǎo)線傳播的過程就是波和電流波沿導(dǎo)線傳播的過程就是電磁能量傳播電磁能量傳播的的過程。電磁場的向量過程。電磁場的向量E E和和H H相互垂直

10、，且垂直于導(dǎo)線，相互垂直，且垂直于導(dǎo)線，為平面電磁波為平面電磁波。架空線的介質(zhì)是空氣，因此電磁場。架空線的介質(zhì)是空氣，因此電磁場的傳播速度必然等于光速。的傳播速度必然等于光速。2.2. 單位時間內(nèi)導(dǎo)線獲得的能量：單位時間內(nèi)導(dǎo)線獲得的能量： 從功率角度看，波阻抗與一集中參數(shù)的電阻相當(dāng)，從功率角度看，波阻抗與一集中參數(shù)的電阻相當(dāng)，但物理含義不同。電阻要消耗能量，而波阻抗不消但物理含義不同。電阻要消耗能量，而波阻抗不消耗能量耗能量，反映單位時間內(nèi)導(dǎo)線獲得電磁能量的大小。反映單位時間內(nèi)導(dǎo)線獲得電磁能量的大小。ZiZuivLuvCAA222020第13頁/共55頁80000113 10/vm sL C

11、00LZC rhL2ln200rhC2ln200 xR 0 xL 0 xC 0 xG 0 x1電纜波速2電容、電感求取方法eg. 500kV架空線路導(dǎo)線高度h=22m，分裂導(dǎo)線平均半徑r=0.4m，波阻抗300，求單位電感和電容？第14頁/共55頁15第15頁/共55頁16iidxxuudxxu0dxL0dxCdx1. 1. 無損耗傳輸線的方程及其解無損耗傳輸線的方程及其解ix7.1. 2 7.1. 2 波動方程的解波動方程的解00tiLxu00tuCxi220022tuCLxu220022tiCLxi第16頁/共55頁17( , )()()qfqfxxu x tu tutuuvvqfqf(

12、, )()()xxi x ti ti tiivv001CLv xi(x,t)u(x,t)0第17頁/共55頁18ttt有有()qxu tv的物理意義當(dāng)當(dāng)tvxx 在在t時刻，時刻，x位置的電壓位置的電壓uq在在t+t時刻和時刻和x+vt位置重復(fù)出現(xiàn)，且延遲的時間與離開前一位位置重復(fù)出現(xiàn)，且延遲的時間與離開前一位置的距離成比例：置的距離成比例：vt tv表明表明即即 uq 以有限速度以有限速度v 向向x方向傳播，稱之為方向傳播，稱之為前行波前行波。2 2. . 解的物理意義解的物理意義()()qqxv txuttutvv 第18頁/共55頁19ttt 前行波前行波()fuxvt的物理意義當(dāng)當(dāng)tv

13、xx uf在在t時間內(nèi)時間內(nèi), ,以速度以速度v 向向(-x)方向前進(jìn)方向前進(jìn)了了vt 距離，稱之為距離，稱之為反行波反行波。表明表明()()ffxv txuttutvv 第19頁/共55頁20uu u3 3 基本方程基本方程qfqfuuuiiiuxvqqffuZiuZi )(1fqfquuZiiixvuiiuiuxviuvx初始條件初始條件邊界條件邊界條件任意點的任意點的電壓與電電壓與電流波形流波形注意注意：ZuuuuZiiuuiufqfqfqfq取正電荷沿著x正方向運(yùn)動所形成的波為正電流波第20頁/共55頁21第21頁/共55頁22第22頁/共55頁237.2 波的折射和反射發(fā)生折反射的條

14、件：發(fā)生折反射的條件：波阻抗不同波阻抗不同發(fā)生折反射的原因：發(fā)生折反射的原因：當(dāng)波的傳播過程中遇到波阻抗不同處時，為保證電壓當(dāng)波的傳播過程中遇到波阻抗不同處時，為保證電壓與電流的比值仍等于波阻抗，則電壓和電流波必然要發(fā)生折反射。與電流的比值仍等于波阻抗，則電壓和電流波必然要發(fā)生折反射。7 7. .2.1 2.1 折射波和反射波的計算折射波和反射波的計算U1qU2qU1f.AZ1Z2fqquuu112fqqiii112111222111ZuiZuiZuiffqqqq、qqquuZZZu1121222qqfuuZZZZu1121121第23頁/共55頁24第24頁/共55頁257.2.1 7.2.

15、1 折射波和反射波的計算折射波和反射波的計算21221122ZZZZZZZ 10211 折反射系數(shù)雖然是根據(jù)兩段不同波阻抗的線路推導(dǎo)出來的，但也適用于線路末端折反射系數(shù)雖然是根據(jù)兩段不同波阻抗的線路推導(dǎo)出來的，但也適用于線路末端接有不同負(fù)載電阻的情況，即接有不同負(fù)載電阻的情況，即只要有一端為波阻抗，另一端不論是波阻抗還是集中只要有一端為波阻抗，另一端不論是波阻抗還是集中參數(shù)，參數(shù)，都存在都存在波的折反射波的折反射問題。問題。U1qU2qU1f.AZ1Z2第25頁/共55頁267.2.2 7.2.2 幾種特殊條件下的折反射幾種特殊條件下的折反射1. 1. 線路末端開路線路末端開路 (Z2= )A

16、011fUiZ01UZAu1f=U0u1q=U0i1qZ1Z122122ZZZ11212ZZZZ全部全部能量均反射回去，能量均反射回去，反射波到達(dá)后線路反射波到達(dá)后線路電流為零，故磁場能量為零，全部電流為零，故磁場能量為零，全部磁場能磁場能量轉(zhuǎn)化為電場能量量轉(zhuǎn)化為電場能量，因此電場能量增加到，因此電場能量增加到原來的原來的4倍，即電壓增大到原來的倍，即電壓增大到原來的2倍。倍。 第26頁/共55頁277.2.2 7.2.2 幾種特殊條件下的折反射幾種特殊條件下的折反射2. 2. 線路末端短路線路末端短路 (Z2=0 )反射波到達(dá)后線路電壓為零，故電場能量反射波到達(dá)后線路電壓為零，故電場能量為零

17、，全部為零，全部電場能量轉(zhuǎn)化為磁場能量電場能量轉(zhuǎn)化為磁場能量，因，因此磁場能量增加到原來的此磁場能量增加到原來的4倍，即電流增倍，即電流增大到原來的大到原來的2倍倍 22120ZZZ21211ZZZZ A1ZA011qUiZ011fUiZ1Zu1q=U0u1f=U0第27頁/共55頁287.2.2 7.2.2 幾種特殊條件下的折反射幾種特殊條件下的折反射3. 3. 末端接有電阻末端接有電阻(R=Z1 )在高壓試驗中，常常在電纜末端接上與在高壓試驗中，常常在電纜末端接上與電纜波阻抗相等的電阻，以消除在電纜末電纜波阻抗相等的電阻，以消除在電纜末端折、反射所引起的測量誤差端折、反射所引起的測量誤差

18、。但從能量的角度看，接波阻抗與接電阻但從能量的角度看，接波阻抗與接電阻是不同的是不同的 。實際應(yīng)用：阻抗匹配22121ZZZ21210ZZZZA1ZR 1ZA1ZR 1Z01Uuq101ZUiq第28頁/共55頁29例題1：空載線路合閘的空載線路合閘的波波過程過程vl第29頁/共55頁30例題2：方波的產(chǎn)生0 t ，電阻上的壓降由u1q導(dǎo)致，其值為 20U t 2 ，電阻上的壓降由u2 f 決定，仍為 20U第30頁/共55頁31第31頁/共55頁3212212Ziuuqqqfqquuu1121121111qfqqfuuiiiZZ 7.2.3 7.2.3 等值集中參數(shù)定理（彼得遜法則）等值集中

19、參數(shù)定理（彼得遜法則）第32頁/共55頁331Z2Zqi1qi2qu2 )(aAqu2 qi121Z2ZAqi2)(b. . .112112qfqqfqiiiuuu(1)(2)qqqiZui21212 (2)/Z1+(1)7.2.3 7.2.3 等值集中參數(shù)定理（彼得遜法則）等值集中參數(shù)定理（彼得遜法則）第33頁/共55頁34將分布參數(shù)線路在計算節(jié)點電壓或者電流的電路化為將分布參數(shù)線路在計算節(jié)點電壓或者電流的電路化為集集中參數(shù)電路的法則中參數(shù)電路的法則彼得遜法則彼得遜法則。使用條件：使用條件：1 1）波）波沿分布參數(shù)沿分布參數(shù)的線路入射；的線路入射；2 2）和節(jié)點相連的線路必須是）和節(jié)點相連的

20、線路必須是無窮長無窮長的。如果節(jié)點的。如果節(jié)點A A兩兩端的線路為有限長的話，則以上等值電路只端的線路為有限長的話，則以上等值電路只適用于適用于線路端部的反射波尚未到達(dá)節(jié)點線路端部的反射波尚未到達(dá)節(jié)點A 的時間內(nèi)的時間內(nèi)。7.2.3 7.2.3 等值集中參數(shù)定理（彼得遜法則）等值集中參數(shù)定理（彼得遜法則）第34頁/共55頁35例題3 變電所母線上接有n條線路。當(dāng)一條線路上落雷，電壓u入侵變電所，求母線上的電壓。 ntunZZnZtutu)(211)(2)(2 連接在母線上的線路越多，母線上的過電壓越低，對變電所降低雷電過電壓有利。 第35頁/共55頁36例題3 變電所母線上接有n條線路，每條線

21、路的波阻抗均為Z。當(dāng)一條線路上落雷，電壓u（ t ）入侵變電所，求母線上的電壓 ntunZZnZtutu)(211)(2)(2可見，連接在母線上的線路越多，母線上的過電壓越低，對變電所降低雷電過電壓有利。 第36頁/共55頁37第37頁/共55頁387.3 波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容 無窮長直角波入射到接有串聯(lián)電感的線路無窮長直角波入射到接有串聯(lián)電感的線路 dtdiLZZiU22120)(2回路方程)1 (22102LTteZZUi解得)1 ()1 (202120222LLTtTteUeZZZUZiu21ZZLTL2122ZZZ第38頁/共55頁39221102ZiZiUdtdiCZidtduC

22、ii222221dtdiZCZZZiU2212120)(2)1 ()1 (202120222CCTtTteUeZZZUZiu)1 (22102CTteZZUi解得2121ZZZCZTC222Ui Z第39頁/共55頁40波通過電感和電容的規(guī)律波通過電感和電容的規(guī)律20(1)LtTLuUe 20(1)CtTCuUe 0222max02LLtU ZdududtdtL 220max012CCtduduUdtdtZ C 21ZZLTL2121ZZZCZTC2122ZZZ0(1)tUe 0U t第40頁/共55頁41電感使波頭陡度降低的物理解釋第41頁/共55頁42電容使波頭陡度降低的物理解釋第42頁/

23、共55頁43 Question：采用串聯(lián)電容和并聯(lián)電感是否可以降低來波陡度?第43頁/共55頁44換流站耦合設(shè)備 耦合電容器和噪音濾波器位置及參數(shù)（SR平波電抗器，TD調(diào)諧裝置，CF耦合濾波器）第44頁/共55頁45500500kV kV 平波電抗器平波電抗器( (龍泉龍泉) )第45頁/共55頁46例題 )/(1012106360097max2max2sVdtdldldudtdu)(3 .131012800102295max220mHdtduZUL)(33. 0101250102295max210FdtduZUC解：第46頁/共55頁47第47頁/共55頁487.4 波的多次 折反射、網(wǎng)格法

24、20022100112022100122ZZZZZZZZZZZZZZ，0246357U01U012U012U0121U01 21 2 U01221U012212U012212 2 U012312U012313U0123132 U0ttt00Bu3 t021UuB53 t02121)1 (UuB75 t02212121)1 (UuB211212121201201212111nBnuUU 第48頁/共55頁49211212121201201212111nBnuUU 當(dāng)t 時，120n 012021221021211UUZZZUuB中間線路的存在而不會影響到它的最中間線路的存在而不會影響到它的最終值

25、。終值。中間線段的存在及其波阻抗的大小決中間線段的存在及其波阻抗的大小決定了定了折射波折射波的波形，特別是它的波頭的波形，特別是它的波頭 （1） Z1Z0、Z2Z0（2） Z1Z0、Z2Z0（3） Z1Z0Z0Z2第49頁/共55頁50 例題：長例題：長200m的電纜的電纜(如圖如圖AB段段)兩端串聯(lián)波阻抗為兩端串聯(lián)波阻抗為400的架空線，一無窮長直角波入侵于架空線的架空線，一無窮長直角波入侵于架空線Z1上，上，已知已知Z1=Z2=400，Z0100，U0500kV，波，波在電纜中的傳播速度在電纜中的傳播速度v200m/s，若以波到達(dá)，若以波到達(dá)A點為點為t0，求，求AB中點中點C處在處在t2s時的電壓與電流。時的電壓與電流。0101101012020222 1000.4100400400 1000.6100400400 1000.6100400ZZZZZZZZZZZt=2s時101201012000.4 5000.4 0.6