電力系統(tǒng)暫時過電壓

1、- -2 2- - -3 3- - -4 4- -在在500 kV 輸變電系統(tǒng)中，實測得到的某輸變電系統(tǒng)中，實測得到的某 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)電抗器的補償度為的合閘電阻，線路兩端并聯(lián)電抗器的補償度為 71.5 % 。- -5 5- -合閘后合閘后 0.ls 前前高幅值、強阻尼的高頻振蕩操作過高幅值、強阻尼的高頻振蕩操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)電機自動電壓頻電

2、壓升高。由于發(fā)電機自動電壓調(diào)整器的慣性，發(fā)電機的暫態(tài)電勢調(diào)整器的慣性，發(fā)電機的暫態(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，使電壓升高，容效應，使電壓升高， 1.0s 后，由后，由于發(fā)電機的自動電壓調(diào)整器開始發(fā)于發(fā)電機的自動電壓調(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)進入穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高，系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。- -6 6- - -7 7- - -8 8- -集中參數(shù)LC串聯(lián)回路的電容效應1LC- -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

3、 L，C C回路構成，在工頻電回路構成，在工頻電壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h大于導線的感抗，因此線路各點壓作用下，線路的總?cè)菘挂话氵h大于導線的感抗，因此線路各點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。 - -1010- -輸電線路為無損長線輸電線路為無損長線122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ1212cosj 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，

4、km。 00L C- -1111- -若線路末端開路，即：20I 線路首、末端電壓關系為：21/cosUUl122212cosjsinjsincosUUlI ZlUIlIlZ21cos1lUU線路末端電壓高于首端當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，線路電感與電容構成諧振狀態(tài)。稱為1/4 波長諧振。 - -1212- -I1212cosj sin11=sin0101jcossslZlXXUUEllIIIZ 111sEUI XII- -1313- -1R1j ctgUZZlI 1RSRS(ctg )jctgEEUZZlXZXZl- -1414- -線路首端對

5、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()Kl- -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，因為等情況有關，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)最小運須計及系統(tǒng)可能出現(xiàn)最小運行方式。行方

6、式。電源阻抗電源阻抗X Xs s越大，工頻越大，工頻電壓升高越嚴重電壓升高越嚴重- -1616- -當線路上出現(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2202012202012(1)()(1)()BACAaZaa ZUEZZZaZaa ZUEZZZAE式中 ：正常運行時故障點處A相電壓；Z1，Z2，Z0：從故障點看進去的電網(wǎng)正序、負序、零序阻抗；- -1717- - -1818- -010101011.53j221.53j22BACAXXUEXXXXUEXX 對于較大電源容量的系統(tǒng)，Z1Z2，若再忽略

7、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()2BCUUXXEXXKXEX- -1919- -(a) B相；(b) C相- -2020- -中性點接地3-10 kV系統(tǒng)：X0主要由線路容抗決定，故應為負值(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。 - -2121- -中性點經(jīng)消弧線圈接地的35-60 k

8、V系統(tǒng)：在過補償狀態(tài)運行時，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()() 1lim 33()2XXXXXXKXX- -2222- -中性點直接接地的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，可采用線效應，可采用90%90%避雷器。避雷器。 2(1)33 130.72 30.8 332K 同一系統(tǒng)，運行方式不同時，若某一點發(fā)生單相接地時，從故障點看進去的零序阻抗與正序阻

9、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”運行時單相接地系數(shù)大。- -2323- - -2424- - -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： - -2626- -21211coscos()cossinUKZUlllL末端開路首端看進去的阻抗： 1R1j ctgUZZlI 末端接電抗器首端看進去的阻抗： 1R1j ctg()UZZlI 電源對

10、線路首端的傳遞系數(shù)為： 1R01RSSctg()jctg()UZZlKEZXXZl- -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。- -2828- - -2929- - -3030- -它包含三個部分：可控硅開關投切電容器組（TSC）；可控硅相角控制的電抗器組（TCR）；調(diào)節(jié)系統(tǒng)。- -3131- - -3232- - -3333- - -3434

11、- -01LC2222222000( )cos()(1)4CEutt 22022arctgRL- -3535- - -3636- - -3737- -000=0- -3838- -參數(shù)諧振所需能量來源于改變參數(shù)的原動機。當電感參數(shù)變化時所引入的能量足以補償回路中的損耗，諧振不斷發(fā)展。對應于一定的回路電阻，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(+)- -3939- - -4040- -c)s(oLCLCdu

12、dtduiCdtuEf iut - -4141- - -4242- - -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，鐵芯開始飽和容性電路回路的三個回路的三個平衡點平衡點：a1, a2, a3a1, a3是穩(wěn)定平衡點，是穩(wěn)定平衡點， a2是不穩(wěn)定平衡點，它經(jīng)不起任何的擾動，在擾動下是不穩(wěn)定平衡點，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 。- -4444- -鐵磁諧振的發(fā)生：a1, a3是電路的穩(wěn)定平衡點，當外加電勢E從小增加時，系統(tǒng)首先穩(wěn)定在a1點。若此時繼續(xù)增大E，則a1點上移，以致于和a2點重合，系統(tǒng)從點跳躍至a3點。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a3，回路必須經(jīng)過強烈的擾動過程，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。- -4545- - -4646- - -4747- - -4