電力系統(tǒng)過電壓及絕緣配合

1、第三篇第三篇 電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合概念：概念：過電壓過電壓電力系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的可能危及絕緣的各種高電壓電力系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的可能危及絕緣的各種高電壓絕緣配合絕緣配合-確定各種設備應有的絕緣水平 及相互之間的配 合關系第第7章章 輸電線路和繞組中的波過程輸電線路和繞組中的波過程波的傳播過程波的傳播過程圖 7-1 波顏均勻無損導線傳播示意圖必須用分布參數(shù)電路分析必須用分布參數(shù)電路分析) t , x( ii) t , x(uu線路上電壓、電流是距離和時間的函數(shù)線路上電壓、電流是距離和時間的函數(shù)圖7-2 電壓波沿線路的分布即：即：圖7-3 均勻有損單導線分布參數(shù)等值電路圖

2、7-4 均勻無損單導線分布參數(shù)單元等值電路u 均勻有損單導線分布 參數(shù)等值電路u 忽略對地電導、導線電阻均勻無損單導線分布 參數(shù)等值電路0000tiLxutuCxi由圖可得：220022220022tiCLxituCLxu)()(),()()(),(vtxuvtxutxuvtxivtxitxibfbf反行電流波前行電流波；反行電壓波前行電壓波；)()()()(vtxiivtxiivtxuuvtxuubbffbbff注：前行波沿x軸正向傳播；反行波沿x軸反向傳播bfbfuuuiiizuiffzuibb001CLc3221rhLr2ln200rhCr2ln200csm)/(103180000CLZ

3、 rhrhCLZ2ln602ln2100001f21f1buuuu2112ZZZZ-電壓反射系數(shù)212ZZ2Z-電壓折射系數(shù)u1f圖7-5 波從線路1傳向線路2二、幾種特殊端接情況下的波過程二、幾種特殊端接情況下的波過程 ( (一一) )線路末端開路線路末端開路 圖7-6 線路末端開路時波的折、反射v1u1fu1bAi1fi1bv1A(a) 電壓波形圖(b) 電流波形圖( (二二) )線路末端短路線路末端短路 圖7-7 線路末端短路時波的折、反射v1i1fi1bAu1fu1bv1A(a) 電壓波形圖(b) 電流波形圖( (三三) Z) Z2 2ZZ1 1圖7-8 z2ZZ1 1圖7-9 z2z

4、1時電壓和電流折、反射波形圖AU1fv1Z1Z2Ai1fv1Z1Z2i1fv1v2i2i1bAU1fv1v2u2u1b(a) 電壓波形圖(b) 電流波形圖三、集中參數(shù)等值電路（彼得遜法則）三、集中參數(shù)等值電路（彼得遜法則）u1f圖9-10 波從線路1傳向線路2已知波通過節(jié)點后各線路上已知波通過節(jié)點后各線路上Z2的折射電壓：的折射電壓：2121f2zzz2uu2u1fZ1Z2等效電源u2圖9-11 彼德遜等值電路彼德遜等值電路：n 等效電源l 電源電壓2u1fl 電源內阻為Z1 圖7-11 線路接有集中參數(shù)的彼德遜等值電路n 適用范圍：適用范圍：l 節(jié)點后各線路無反射波（或反 射波未到考查點）l

5、 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)電容四、波通過串聯(lián)電感或并聯(lián)電容（一）波通過串聯(lián)電感（一）波通過串聯(lián)電感據(jù)彼德遜等值電路有：dtdiLzziuf22121)(2圖7-5 波通過串聯(lián)電感解得：)1 (22112tfezzuiZ2上的折射電壓)1 (212122tfeuzzzu21zzL-線路時間常數(shù)21ii 221111)(zuzuzubftffbeuzzzuzzzzu12111211212線路1中的反射電壓波：t=0,fbuu11fbfuuuu11112LzueLzudtdudtdufttft2102102max2max22線路2上折射電壓上升速率（陡度）最大值：可見，最大陡

6、度與Z2和L有關，L越大，陡度降低越多（二）波通過并聯(lián)電容（二）波通過并聯(lián)電容據(jù)彼德遜等值電路有：22121)(2ziziiucf解得：)1 (22112tfezzui圖7-6 波通過并聯(lián)電容dtducic2因：222ziu dtdizzizzuf2212211)(2有：-線路時間常數(shù))1()1(2112122tftfeueuzzzuczzzz2121-線路時間常數(shù)u Z2上的折射電壓：czueuczdtdudtdufttft1101102max2max22線路2上折射電壓上升速率（陡度）最大值：可見，最大陡度與Z1和c有關，c越大，陡度降低越多21uu 211uuubftfffbeuzzzu

7、zzzzuuu1212121121212t=0,fbuu110111bfuuuu 線路線路1中的反射電壓波中的反射電壓波：7.3 7.3 行波的多次折、反射行波的多次折、反射 多種不同波阻抗線路連接，在連接點（節(jié)點）之間出現(xiàn)波的多多種不同波阻抗線路連接，在連接點（節(jié)點）之間出現(xiàn)波的多 次折、反射次折、反射分析方法：網(wǎng)格圖法分析方法：網(wǎng)格圖法u0Z0AZ1Z2BL圖7-14 計算波的多次折、反射的網(wǎng)格圖法01012zzz20222zzz01011zzzz20022zzzz結點A、B折、反射系數(shù)：21212101212103212102212102121021021)(1)()()()(nnUUU

8、UUUtu經(jīng)過n次折反射，線路2上電壓n （t ）21210211)(Utut可見入侵波為無窮長直角波時：l線路上電壓最終值與中間線段無關l由初值向最終變化過程中，線路上電壓波形與z0有關212022)(zzzUtut將各參數(shù)表達式代入，得：圖7-15 1 20時u2波形圖 l 若1 20,各次折射電壓均為正值，u2逐次疊加增大， 但增幅越來越小，最終趨于穩(wěn)定值。圖7-16 1 20時u2波形圖 l 若1 20,各次折射電壓值正、負交替出現(xiàn)，u2波形振蕩變化，但振幅越來越小，最終趨于穩(wěn)定值。7.4 7.4 波在多導線系統(tǒng)中的傳播波在多導線系統(tǒng)中的傳播n導線系統(tǒng)，每根導線對地電位決 定于系統(tǒng)中所

9、有導線上的電荷靜電場的麥克斯韋爾方程靜電場的麥克斯韋爾方程nnnknk2n21n1nn2nk2k2221212n1nk1k2121111qqqquqqqquqqqquqk -k導線單位長度所帶電荷nknk0knkk0kkddln21r2hln21-k導線自電位系數(shù)-k、n導線間互電位系數(shù)圖7-17 n根平行導線及其鏡像 nnnknk2n21n1nn2nk2k2221212n1nk1k2121111izizizizuizizizizuizizizizunknkknknkkkkkkdd60lnzr2h60lnz（） -k導線自波阻抗 （）-k、n導線間互波阻抗電位方程等式右側各項同乘以電位方程等式

10、右側各項同乘以-k導線電流dtdxdxdQqikkk若線路中同時存在前行波和反行波時，則有：若線路中同時存在前行波和反行波時，則有：bnknbkkkb2k2b1k1kbfnknfkkkf2k2f1k1kfkbkfkkbkfkizizizizuizizizizuiiiuuu 多導線系統(tǒng)波過程分析：多導線系統(tǒng)波過程分析： 列出電位方程，列出電位方程， 加入邊界條件求解加入邊界條件求解例例1 1 如圖示雷擊桿塔頂，求線路絕緣所受的過電壓如圖示雷擊桿塔頂，求線路絕緣所受的過電壓解：解：兩導線系統(tǒng)，電位方程：22212122121111izizuizizu邊界條件：i2=0 (導線2對地絕緣）可得： 1

11、112010111122zzkukuzzu-耦合系數(shù)圖7-18 避雷線與導線間的耦合系數(shù)線路絕緣承受的過電壓：102112uk1uuu)( 例例2 平行多導線系統(tǒng)的等值波阻抗333223113332322211223132121111izizizuizizizuizizizuU0Z13Z11Z33Z22Z12Z23U3U2U1圖7-19 波沿三相導線同時傳播ii3i2i1因三相線路對稱，即有：132312332211321321,3zzzzzzuuuuiiii3)2(1211izzu波同時作用于三相電路時3)2(31111211zzziuzeq三相等值波阻抗引起能量損耗的因素有：1)電阻（包括

12、：導線電阻和大地電阻）；2)電導（包括：線路絕緣泄漏電導與介質損耗）3)沖擊電暈。7.5 7.5 波在有損線路上的傳播波在有損線路上的傳播一、線路電阻和電導的影響一、線路電阻和電導的影響引起波的衰減和變形線路參數(shù)滿足：僅有衰減，不會變形（幅值變，形狀不變）0000CLGR-無畸變條件圖7-20 有損導線分布參數(shù)等值電路二、沖擊電暈對導線波過程的影響二、沖擊電暈對導線波過程的影響 沖擊電暈沖擊電暈-雷電壓在導線上產(chǎn)生的電暈 影響影響3-使行波波速減?。?.75C)影響影響4-使行波波阻抗減小2030% K0-無電暈時導線耦合系數(shù)，決定于導線和避雷線的幾何尺寸，相對位置影響影響1-使導線等值半徑增

13、大，導線和避雷線的耦合系數(shù)增大 10kkk K1-電暈校正系數(shù)影響影響2-使行波衰減和畸變)h008u.05 .0(l圖7-21 沖擊電暈引起波的衰減與變形7.5 變壓器繞組中的波過程 距首端x處,電容k0/dx上電荷：dudxkQ0dxducdQ0 電容c0dx上電荷：00kc0222uduud由上二式可得：-繞組特征系數(shù)其通解為：xxBeAeuA、B常數(shù)，由邊界條件決定lshxlshuux)(0)(邊界條件： 得：0,0ulxUuox；（1）lchxlchuux)(0)(邊界條件： 得：0,0ilxUuox；（2）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

14、開路l可見 時， (一般變壓器 )中性點接地與否，對初始電位影響不大中性點接地與否，對初始電位影響不大 5llchlsh155l初始電位最大梯度最大梯度出現(xiàn)在繞組首端ll000 xuudxdul0u-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。 波到達繞組首端瞬間，其對來波的影響，可用一等值電容來表示CT。 變壓器的入口電容CKKCKC000TC-繞組總的對地電容 FK-繞組總的縱向電容 F額定電壓額定電壓（kV）35110220330500入口電容入口電容（pF）500 100010002000150030002000500040006000變壓

15、器入口電容值變壓器入口電容值t)1(0)(lxuux電位分布，決定于繞組單位長度電阻電位分布，決定于繞組單位長度電阻0)(uux繞組各點電位相等繞組各點電位相等lx0.20.60.400.8 1.00uU0.20.40.60.81.0lx0.20.60.400.8 1.00uU0.20.40.60.81.0t結論：結論：llUdxdudxdux00max二、變壓器對過電壓的內部防護措施二、變壓器對過電壓的內部防護措施思路：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。分布接近，減弱振蕩過程。(一)補償對地電容電流（

16、橫向補償）采用靜電屏、靜電環(huán)、靜電匝措施，以補償對地電容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- 電容補償原理圖 （a）全補償 （b） 部分補償(二)增大縱向電容（縱向補償）原理：原理：加大縱向電容K0值，使對地電容C0的影響相對減小，使繞組起始電位分布均勻化（沿繞組壓降線性化）。方法： 采用糾結式繞線（糾結式繞組）三、三相繞組中的波過程(一)星形接法中性點接地 (Y0) 可視為三個獨立的末端接地的繞組，按單相繞組波過程處理(二)星形接法中性點不接地(Y)l 如果三相同時進波，與末端絕緣的單相繞組的分析方法相同，中性點處的最大電壓可達首端電壓的兩倍左右l 僅有一相進波，

17、因繞組對沖擊電壓的阻抗遠大于線路波阻抗，可視線路波阻抗為0，未進波相繞組首端可視為接地，據(jù)此分析可知：中性點穩(wěn)態(tài)電壓為U0/3, 最大電壓2/3 U0(三)三角形接法（） 單相進波：導線1進波時，導線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（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 三相繞組提供保護。 (二)電磁感應（磁傳遞） 因磁耦合產(chǎn)生。 只是在低壓繞組進波時，才有可能在高壓繞組中引起危險。 依靠緊貼每相高壓繞組出線端安裝的三相避雷器對過電壓進行 保護。 四、波在變壓器繞組間的傳遞 (一)靜電感應（電容傳遞） 通過繞組之間