電力系統(tǒng)過電壓-第5章-暫時過電壓

1、4/25/2022114/25/20222- -2 2- -4/25/20223- -3 3- -4/25/20224- -4 4- -在在500 kV 輸變電系統(tǒng)中，實(shí)測得到的某輸變電系統(tǒng)中，實(shí)測得到的某 336 km 空載線路合閘過空載線路合閘過電壓隨時間變化的曲線，圖中電壓隨時間變化的曲線，圖中K0為過電壓倍數(shù)為過電壓倍數(shù)。該線路的斷路器。該線路的斷路器帶有帶有 400 的合閘電阻，線路兩端并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度為的合閘電阻，線路兩端并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度為 71.5 % 。4/25/20225- -5 5- -合閘后合閘后 0.ls 前前高幅值、強(qiáng)阻尼的高頻振蕩操作過高幅值、強(qiáng)阻尼的高頻振蕩操

2、作過電壓電壓合閘后合閘后 0.1 1.0s 時間內(nèi)時間內(nèi)：暫態(tài)工：暫態(tài)工頻電壓升高。由于發(fā)電機(jī)自動電壓頻電壓升高。由于發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)整器的慣性，發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢調(diào)整器的慣性，發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢 Ed 保持不變，再加上空載線路的電保持不變，再加上空載線路的電容效應(yīng)，使電壓升高，容效應(yīng)，使電壓升高， 1.0s 后，由后，由于發(fā)電機(jī)的自動電壓調(diào)整器開始發(fā)于發(fā)電機(jī)的自動電壓調(diào)整器開始發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降。生作用，母線電壓逐漸下降。在在 2 3s 以后：以后：穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。4/25/20226- -6 6- -4/25/20227- -7

3、7- -4/25/20228- -8 8- -集中參數(shù)LC串聯(lián)回路的電容效應(yīng)1LC4/25/20229- -9 9- -一條空載長線可以看作由無數(shù)個串聯(lián)的一條空載長線可以看作由無數(shù)個串聯(lián)的L L，C C回路構(gòu)成，在工頻電回路構(gòu)成，在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h(yuǎn)大于導(dǎo)線的感抗，因此線路各點(diǎn)的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。的電壓均高于線路首端電壓，而且愈往線路末端電壓愈高。 4/25/202210- -1010- -輸電線路為無損長線輸電線路為無損長線122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ

4、1212cosj sin=sinjcoslZlUUllIIZ式中 Z ：線路的波阻抗， ：相位系數(shù)，（為電源角頻率，L0，C0分別為導(dǎo)線單位長度的電感與電容），對于輸電線路，通常0.06/km；l ：線路的長度，km。 00L C4/25/202211- -1111- -若線路末端開路，即：20I 線路首、末端電壓關(guān)系為：21/cosUUl122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ21cos1lUU線路末端電壓高于首端當(dāng)2l時，cos0l不論首端電壓為多高，末端電壓將趨于無窮大。24vl此時，線路電感與電容構(gòu)成諧振狀態(tài)。稱為1/4 波長諧振。 4/25/202212-

5、-1212- -I1212cosj sin11=sin0101jcossslZlXXUUEllIIIZ 111sEUI XII4/25/202213- -1313- -1R1j ctgUZZlI 1RSRS(ctg )jctgEEUZZlXZXZl4/25/202214- -1414- -線路首端對電源的電壓傳遞系數(shù)線路首端對電源的電壓傳遞系數(shù) 011Sctg/ctgZlKUEZlX線路末端對電源電勢的傳遞系數(shù)線路末端對電源電勢的傳遞系數(shù) 21202S1Sctg11ctgcoscossinUU UZlKXEE UZlXlllZSarctgXZ令則02coscos()Kl4/25/202215-

6、 -1515- -工頻電壓升高的情況可能工頻電壓升高的情況可能與線路長度，電源阻抗與線路長度，電源阻抗( (電電源容量源容量) )等情況有關(guān)，因為等情況有關(guān)，因為電源容量越小，其阻抗越大，電源容量越小，其阻抗越大，故計算工頻電壓升高時，必故計算工頻電壓升高時，必須計及系統(tǒng)可能出現(xiàn)最小運(yùn)須計及系統(tǒng)可能出現(xiàn)最小運(yùn)行方式。行方式。電源阻抗電源阻抗X Xs s越大，工頻越大，工頻電壓升高越嚴(yán)重電壓升高越嚴(yán)重4/25/202216- -1616- -當(dāng)線路上出現(xiàn)單相或兩相接地故障時，健全相上工頻電壓升高不僅由長線的電容效應(yīng)所致，還有短路電流的零序分量，也會使健全相電壓升高。 單相接地故障模型220201

7、2202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZAE式中 ：正常運(yùn)行時故障點(diǎn)處A相電壓；Z1，Z2，Z0：從故障點(diǎn)看進(jìn)去的電網(wǎng)正序、負(fù)序、零序阻抗；4/25/202217- -1717- -4/25/202218- -1818- -010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 對于較大電源容量的系統(tǒng)，Z1Z2，若再忽略各序阻抗中的電阻分量R0，R1，R2 則上式可改寫成： 健全相工頻電壓升高的模：20101(1)01()() 13()2BCUUXXEXXKXEX4/25/202219- -1919- -(a) B相；(b)

8、C相4/25/202220- -2020- -中性點(diǎn)接地3-10 kV系統(tǒng)：X0主要由線路容抗決定，故應(yīng)為負(fù)值(X0/X1=(-20)-(-)。 2(1)( 20)( 20) 131.08 31.1 3( 20)2K 在選擇避雷器滅弧電壓時，取在選擇避雷器滅弧電壓時，取 110% 110% 的線電壓，這時避雷器稱為的線電壓，這時避雷器稱為110% 110% 避雷器。避雷器。 4/25/202221- -2121- -中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的35-60 kV系統(tǒng)：在過補(bǔ)償狀態(tài)運(yùn)行時，X0為很大的正值，如取X0/X1=。 采用采用100% 100% 避雷器。避雷器。 0120011(1)01()()

9、 1lim 33()2XXXXXXKXX4/25/202222- -2222- -中性點(diǎn)直接接地的110-220 kV系統(tǒng)：X0為不大的正值。一般X0/X13，因此，健全相上電壓升高不大于80%的線電壓，故采用 80% 的避雷器。采用采用80% 80% 避雷器，如考慮到長避雷器，如考慮到長線效應(yīng)，可采用線效應(yīng)，可采用90%90%避雷器。避雷器。 2(1)33 130.72 30.8 332K 同一系統(tǒng)，運(yùn)行方式不同時，若某一點(diǎn)發(fā)生單相接地時，從故障點(diǎn)看進(jìn)去的零序阻抗與正序阻抗比值將不同，故單相接地系數(shù)K(1) 也不是定值。一般情況下，“大方式”運(yùn)行時單相接地系數(shù)大。4/25/202223- -

10、2323- -4/25/202224- -2424- -4/25/202225- -2525- -無損線路末端接有并聯(lián)電抗器 1212cosj sin=sinjcoslZlUUllIIZ無損長線的方程 2p2jUX IparctgZX令 21211coscos()cossinUKZUlllL（由零增加，K12減?。﹦t線路首末端電壓的傳遞系數(shù)為： 4/25/202226- -2626- -21211coscos()cossinUKZUlllL末端開路首端看進(jìn)去的阻抗： 1R1j ctgUZZlI 末端接電抗器首端看進(jìn)去的阻抗： 1R1j ctg()UZZlI 電源對線路首端的傳遞系數(shù)為： 1R0

11、1RSSctg()jctg()UZZlKEZXXZl4/25/202227- -2727- -電源對線路末端的傳遞系數(shù)為： 其中：020112Scosctg( )coscoscos( )ctg( )cos( )ZlKK KlXZllarctgSXZ線路末端電抗器可以降低電壓傳遞系數(shù)線路末端電抗器可以降低電壓傳遞系數(shù)K02 ，從而降低了線路的末端電壓。，從而降低了線路的末端電壓。4/25/202228- -2828- -4/25/202229- -2929- -4/25/202230- -3030- -它包含三個部分：可控硅開關(guān)投切電容器組（TSC）；可控硅相角控制的電抗器組（TCR）；調(diào)節(jié)系統(tǒng)

12、。4/25/202231- -3131- -4/25/202232- -3232- -4/25/202233- -3333- -4/25/202234- -3434- -01LC2222222000( )cos()(1)4CEutt 22022arctgRL4/25/202235- -3535- -4/25/202236- -3636- -4/25/202237- -3737- -000=04/25/202238- -3838- -參數(shù)諧振所需能量來源于改變參數(shù)的原動機(jī)。當(dāng)電感參數(shù)變化時所引入的能量足以補(bǔ)償回路中的損耗，諧振不斷發(fā)展。對應(yīng)于一定的回路電阻，有一定的自激范圍。諧振發(fā)生后，理論上振

13、幅趨向無窮大，而不像線性諧振那樣受到回路電阻的限制。但實(shí)際上電感的飽和會使回路自動偏離諧振條件，使過電壓得以限制。電感變化(-)磁鏈不能突變電流變化(+)能量突增(+)能量轉(zhuǎn)移給電容電感變化(+)4/25/202239- -3939- -4/25/202240- -4040- -c)s(oLCLCdudtduiCdtuEf iut 4/25/202241- -4141- -4/25/202242- -4242- -4/25/202243- -4343- -只考慮基頻分量時：1LcLEUUUIj C 電感電容串聯(lián)回路伏安特性曲線可分為兩部分：LcUU電流小時感性電路LcUU電流大時，鐵芯開始飽和

14、容性電路回路的三個回路的三個平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)：a1, a2, a3a1, a3是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，是穩(wěn)定平衡點(diǎn)， a2是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，它經(jīng)不起任何的擾動，在擾動下是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，它經(jīng)不起任何的擾動，在擾動下會趨向于會趨向于a1或或 a3 。4/25/202244- -4444- -鐵磁諧振的發(fā)生：a1, a3是電路的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，當(dāng)外加電勢E從小增加時，系統(tǒng)首先穩(wěn)定在a1點(diǎn)。若此時繼續(xù)增大E，則a1點(diǎn)上移，以致于和a2點(diǎn)重合，系統(tǒng)從點(diǎn)跳躍至a3點(diǎn)。在躍變的過程中，電路發(fā)生如下現(xiàn)象：電感鐵芯飽和，回路電流急劇增大。電容電壓急劇增大系統(tǒng)由感性變?yōu)槿菪澡F磁諧振的“激發(fā)”條件：為了建立起穩(wěn)定的諧振點(diǎn)a3，回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的擾動過程，例如發(fā)生故障，斷路器跳閘，切除故障等。鐵磁諧振的“保持”：在鐵磁諧振的條件下，即使降低電壓，鐵磁諧振也不會馬上消失。4/25/202245- -4545- -4/25/202246- -4646- -4/25/202247- -4747- -4/25/202248- -4848- -4/25/202249- -4949- -4/25/202250- -5050- -4/25/202251- -5151- -4/25/202252- -525