過(guò)電壓及其防護(hù)教學(xué)課件

第八章過(guò)電壓及其防護(hù)1第八章過(guò)電壓及其防護(hù)1-2-Ch.8過(guò)電壓及其防護(hù)8.1概述8.2內(nèi)部過(guò)電壓及其防護(hù)8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.4電力系統(tǒng)絕緣配合-2-Ch.8過(guò)電壓及其防護(hù)8.1概述-3-8.1概述過(guò)電壓(over-voltage)的概念電力系統(tǒng)中，各種絕緣除了受長(zhǎng)期工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高得多的過(guò)電壓的作用。所謂的過(guò)電壓就是指超過(guò)最高運(yùn)行電壓并可使電力系統(tǒng)絕緣或電氣設(shè)備損壞的電壓升高。過(guò)電壓的分類過(guò)電壓工頻電壓升高諧振過(guò)電壓直擊雷過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓外部過(guò)電壓操作過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓雷電過(guò)電壓大氣過(guò)電壓雷電侵入波-3-8.1概述過(guò)電壓(over-voltage)的概念-4-概述過(guò)電壓對(duì)絕緣的威脅過(guò)電壓幅值過(guò)電壓上升陡度、波形過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間過(guò)電壓的特點(diǎn)雷電過(guò)電壓能量來(lái)自系統(tǒng)外部，注入的能量不受系統(tǒng)的影響，過(guò)電壓幅值高，波頭短（1-2s），波的持續(xù)時(shí)間約100s，電壓上升陡度大感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值不超過(guò)300kV-400kV，落到地面的雷電流幅值通常<100kA，過(guò)電壓波頭上升緩慢直擊雷過(guò)電壓幅值高，注入的能量大，雷電流幅值通常達(dá)150kA-230kA，波頭短-4-概述過(guò)電壓對(duì)絕緣的威脅-5-概述過(guò)電壓的特點(diǎn)操作過(guò)電壓能量來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部，幅值與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、設(shè)備性能，尤其是斷路器性能有關(guān)，波的持續(xù)時(shí)間<0.1s，含有較強(qiáng)的高頻分量，阻尼強(qiáng)工頻過(guò)電壓幅值不高，通常<2p.u.，持續(xù)時(shí)間>0.1s，甚至幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)，高頻分量少，弱阻尼，頻率接近工頻諧振過(guò)電壓根據(jù)電感、電容元件的特性不同而不同，與系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能有關(guān)，一旦出現(xiàn)，幅值較高，須破壞諧振條件才能消失，通常從設(shè)計(jì)和運(yùn)行上避開VFTO(VeryFastTransientOver-voltage)幅值較高，通常<2.5p.u.，波頭幾個(gè)ns-幾十個(gè)ns，等值頻率達(dá)幾個(gè)MHz-幾百M(fèi)Hz（為什么？）？-5-概述過(guò)電壓的特點(diǎn)（為什么？）？-6-概述過(guò)電壓的防護(hù)防護(hù)的目的：防止電氣設(shè)備的絕緣遭受過(guò)電壓的破壞防護(hù)方法：大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓發(fā)生的原因不同，防護(hù)方法亦不同內(nèi)部過(guò)電壓：了解其產(chǎn)生的原因及特性，針對(duì)性的采取措施，避免其危害大氣過(guò)電壓：設(shè)法防止其侵入電氣設(shè)備，并采取相應(yīng)的措施將其盡可能的降低到對(duì)電氣設(shè)備的絕緣不造成損壞的程度-6-概述過(guò)電壓的防護(hù)內(nèi)部過(guò)電壓：了解其產(chǎn)生的原因及特性，針-7-8.2

內(nèi)部過(guò)電壓及其防護(hù)§8.2.1.操作過(guò)電壓§8.2.2.諧振過(guò)電壓§8.2.3.工頻電壓升高-7-8.2內(nèi)部過(guò)電壓及其防護(hù)§8.2.1.操作過(guò)電壓-8-8.2.1、操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓：因操作引起的暫態(tài)電壓升高“操作”：斷路器的正常操作，如分、合閘空載線路或空載變壓器、電抗器等；也包括各類故障，如接地、斷線故障等電力系統(tǒng)中存在著很多電感（變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消弧線圈、電抗器及輸電線路的電感等),電容(線路對(duì)地電容和相間電容、補(bǔ)償用的并聯(lián)或串聯(lián)電容器組、高壓設(shè)備的雜散電容等）元件。電感和電容均為儲(chǔ)能元件，可在電力系統(tǒng)中組成各種振蕩回路。原因：在電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于“操作”將使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的電感和電容元件之間電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，回路將會(huì)發(fā)生從一種工作狀態(tài)通過(guò)振蕩轉(zhuǎn)變到另一種工作狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程，并出現(xiàn)操作過(guò)電壓-8-8.2.1、操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓：因操作引起的暫態(tài)電壓-9-常見的操作過(guò)電壓有：切除空載變壓器過(guò)電壓切除空載線路過(guò)電壓空載線路合閘過(guò)電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電弧接地過(guò)電壓8.2.1、操作過(guò)電壓特點(diǎn)：幅值高、存在高頻振蕩、強(qiáng)阻尼、持續(xù)時(shí)間短空載長(zhǎng)線路操作過(guò)電壓-9-常見的操作過(guò)電壓有：8.2.1、操作過(guò)電壓特點(diǎn)：幅值高-10-限制措施在低壓系統(tǒng)中安裝消弧線圈在高壓線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器采用避雷器技術(shù)水平近年來(lái)，由于高壓斷路器滅弧性能的改善，變壓器鐵芯材料的改進(jìn)、避雷器制造水平的提高，限制了切除空載線路和空載變壓器的過(guò)電壓，但空載線路合閘過(guò)電壓仍未得到有效的限制，尤其在超高壓及特高壓系統(tǒng)中，這種過(guò)電壓已成為決定電網(wǎng)絕緣水平的主要依據(jù)。8.2.1、操作過(guò)電壓-10-限制措施8.2.1、操作過(guò)電壓-11-8.2.1、操作過(guò)電壓§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-11-8.2.1、操作過(guò)電壓§1.合閘空載線路引起的過(guò)電-12-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓合閘空載線路過(guò)電壓形成的原因合閘空載線路產(chǎn)生過(guò)電壓的根本原因是電容、電感的振蕩，其振蕩電壓疊加在穩(wěn)態(tài)電壓上所致。合閘空載線路正常合閘：由于正常運(yùn)行需要而進(jìn)行的合閘操作自動(dòng)重合閘：為了減少鳥害和雷害等暫時(shí)性故障引起的線路跳閘損失，由繼保裝置控制QF跳閘后，經(jīng)過(guò)一短暫時(shí)間后再合閘。（一般情況下引起的過(guò)電壓較為嚴(yán)重）對(duì)于超高壓輸電系統(tǒng)，合閘和重合閘過(guò)電壓最為重要，因?yàn)樗鼘?duì)決定系統(tǒng)設(shè)備的絕緣水平起著決定性的作用。影響因素：電源容量、系統(tǒng)接線方式、線路長(zhǎng)度、合閘相位、開關(guān)性能、故障類別、限壓措施-12-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓合閘空載線路過(guò)電壓形-13-設(shè)電源電勢(shì)為Emcosωt。單相線路采用集中參數(shù)T型電路來(lái)等值；LT，CT分別為線路總的電感、電容；電源電感為L(zhǎng)S；忽略線路及電源的電阻。L=LS+LT/2。

§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理L與C構(gòu)成振蕩電路一般情況下ω0比工頻高得多，因此可假設(shè)過(guò)渡過(guò)程初期電源電壓近似不變，為直流電源直流電動(dòng)勢(shì)等于工頻相電壓的幅值，相當(dāng)于最嚴(yán)重情況假設(shè)電容初始電壓為零，二階電路零狀態(tài)響應(yīng)-13-設(shè)電源電勢(shì)為Emcosωt。單相線路采用集中參數(shù)T型-14-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理不計(jì)電路電阻，關(guān)合空載線路時(shí)，線路電容上出現(xiàn)的過(guò)電壓可達(dá)電源電壓E的2倍實(shí)際線路中存在電阻R，若R<2√L/C，則經(jīng)過(guò)若干振蕩周期后，uC(t)將衰減到穩(wěn)態(tài)值—電源電壓E假設(shè)電容初始電壓為零，二階電路零狀態(tài)響應(yīng)-14-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理不計(jì)-15-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理不計(jì)電路電阻，關(guān)合空載線路時(shí)，線路電容上出現(xiàn)的過(guò)電壓可達(dá)電源電壓E的2倍實(shí)際線路中存在電阻R，若R<2√L/C，則經(jīng)過(guò)若干振蕩周期后，uC(t)將衰減到穩(wěn)態(tài)值—電源電壓E-15-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理不計(jì)-16-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理uC(t)可以看做由兩部分疊加而成

第一部分為穩(wěn)態(tài)值E第二部分是振蕩部分，是由起始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的差異引起的—振蕩部分的振幅為穩(wěn)態(tài)值與起始值之差過(guò)電壓=穩(wěn)態(tài)值+振蕩幅值

=穩(wěn)態(tài)值+（穩(wěn)態(tài)值-起始值）

=2倍穩(wěn)態(tài)值-起始值-16-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理uC-17-產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理重合閘的情況下，線路上有殘余電荷，相當(dāng)于電容上有初始電壓UC0設(shè)斷路器開斷時(shí)電容的殘余電壓為電源幅值，即：UC0=Em重合閘時(shí)，如果電源電壓恰好達(dá)到極性相反的幅值-Em，則重合閘過(guò)電壓將達(dá)2(-Em)-Em=-3Em§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓-17-產(chǎn)生過(guò)電壓的機(jī)理§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓-18-影響過(guò)電壓的因素合閘空載線路過(guò)電壓以重合閘最為嚴(yán)重。理論上重合閘過(guò)電壓可達(dá)3Em。但實(shí)際中過(guò)電壓的幅值受到很多因素的影響。合閘相位：e(t)＝Emsin(ωt＋0)；正常合閘時(shí)，若0＝±90°，即e(0)＝±Em是其中最嚴(yán)重的情況；線路殘壓：在自動(dòng)重合閘的過(guò)程中，由于線路殘余電荷的泄放，實(shí)際上線路殘壓是下降的。線路損耗：實(shí)際輸電線路的能量損耗會(huì)引起自由分量的衰減，使過(guò)電壓幅值降低。三相斷路器不同期合閘：會(huì)使過(guò)電壓幅值增高10％～30％。單相自動(dòng)重合閘：?jiǎn)蜗嘀睾祥l過(guò)電壓低于正常重合閘過(guò)電壓。母線上接有其他出線時(shí)：過(guò)電壓將越小?！?.合閘空載線路引起的過(guò)電壓-18-影響過(guò)電壓的因素§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓-19-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施限制空載線路合閘過(guò)電壓的措施可以從兩方面入手：一是降低線路的穩(wěn)態(tài)電壓分量；二是限制其自由電壓分量。①降低工頻電壓升高空載線路上的操作過(guò)電壓是在工頻穩(wěn)態(tài)電壓的基礎(chǔ)上由振蕩產(chǎn)生的。顯然，降低工頻電壓升高會(huì)使操作過(guò)電壓下降。目前超高壓電網(wǎng)中采取的有效措施是裝設(shè)并聯(lián)電抗器和靜止補(bǔ)償裝置（SVC），其主要作用是削弱電容效應(yīng)。②斷路器裝設(shè)并聯(lián)電阻將線路合閘分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段帶電阻R合閘，即將R與輔助觸頭串聯(lián)。由于R對(duì)振蕩回路起阻尼作用，使過(guò)渡過(guò)程中的過(guò)電壓降低。大約經(jīng)過(guò)8~15ms，主觸頭閉合，將R短接，電源直接與線路相連，完成合閘操作，這是合閘的第二個(gè)階段。-19-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-20-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-20-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-21-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施②斷路器裝設(shè)并聯(lián)電阻R的最佳值：合閘的第一階段，要求R值較大，使阻尼效果較好。而在第二階段則要求R值小，使短接時(shí)，回路振蕩程度較弱。因此，空載線路合閘過(guò)電壓的大小與合閘電阻值的關(guān)系呈一條V形曲線。對(duì)500kV線路的斷路器，國(guó)外大多采用400Ω，國(guó)內(nèi)由于電阻的熱容量的原因，大多取1000Ω左右。-21-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施對(duì)-22-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施③控制合閘相位空載線路合閘過(guò)電壓的大小與電源電壓的合閘相位有關(guān)，因此可以通過(guò)一些電子裝置來(lái)控制斷路器的動(dòng)作時(shí)間，在各相合閘時(shí)，將電源電壓的相位角控制在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到降低合閘過(guò)電壓的目的。④消除線路上的殘余電荷在線路側(cè)接電磁式電壓互感器，可在幾個(gè)工頻周波內(nèi)，將全部殘余電荷通過(guò)互感器泄放掉。⑤裝設(shè)避雷器在線路首端和末端裝設(shè)磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器，當(dāng)出現(xiàn)較高的過(guò)電壓時(shí)，避雷器應(yīng)能可靠動(dòng)作，將過(guò)電壓限制在允許的范圍內(nèi)。-22-§1.合閘空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-23-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓切除空載線路引起過(guò)電壓的原因：電弧重燃過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程穩(wěn)定時(shí)，若假定e(t)=Emcosωt，則i=-ωCTEmsinωt（忽略電感）線路容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感抗回路的自振角頻率單相空載線路采用T型電路來(lái)等值；LT，CT分別為線路總的電感、電容；電源電感為L(zhǎng)S；忽略線路及電源的電阻。L=LS+LT/2。

-23-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓切除空載線路引起過(guò)電-24-斷路器開斷前：§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程此后電源與線路斷開，線路保持一個(gè)直流電壓（±Em

）,電源電壓繼續(xù)變化。t1時(shí)刻，斷路器開斷容性電流并在電流過(guò)零時(shí)熄弧（電源電壓達(dá)到最大值±Em）：回路流過(guò)容性電流，線路電壓約等于電源電壓；電流超前電壓90°-24-斷路器開斷前：§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓-25-第一次重燃，t2時(shí)刻半個(gè)工頻周期之后電源電壓反向，斷路器觸頭之間電壓為2Em，如果此時(shí)斷路器觸頭之間介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度沒有恢復(fù)到一定的值，就可能發(fā)生電弧重燃。初始值穩(wěn)態(tài)值+Em-Em過(guò)電壓值：

-3Emt3時(shí)刻，高頻電流過(guò)零熄弧線路電壓保持為-3Em§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程高頻振蕩電壓幅值2Em頻率ω0=1/√LC-25-第一次重燃，t2時(shí)刻半個(gè)工頻周期之后電源電壓反向-26-過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程重復(fù)步驟：反向燃弧熄弧線路電壓發(fā)展：-3Em→5Em→-7Em→9Em§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓-26-過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程重復(fù)步驟：反向燃弧熄弧線路電壓發(fā)-27-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓影響過(guò)電壓的因素?cái)嗦菲鞯男阅苋缜八?，斷路器中電弧的重燃是產(chǎn)生過(guò)電壓的根本原因。如果斷路器觸頭分得很快，觸頭間絕緣恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度大于觸頭間恢復(fù)電壓上升速度，則電弧就不會(huì)發(fā)生重燃，當(dāng)然也就不會(huì)出現(xiàn)高的過(guò)電壓。中性點(diǎn)接地方式在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，雖然存在線路間的耦合，但各相可自成獨(dú)立回路，切除空載線路的過(guò)程基本上和以上討論的單相線路情況一樣。但在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，三相斷路器分閘不同期會(huì)構(gòu)成瞬間的不對(duì)稱電路，使中性點(diǎn)產(chǎn)生位移，相間的耦合，使分閘過(guò)程變得復(fù)雜，過(guò)電壓增高（一般會(huì)比中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)高出20%左右）。-27-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓影響過(guò)電壓的因素-28-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓影響過(guò)電壓的因素?fù)p耗切除空載線路出現(xiàn)過(guò)電壓后，線路上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈，電暈要消耗能量，相應(yīng)地降低了過(guò)電壓。此外計(jì)及電源及線路損耗也會(huì)使過(guò)電壓降低。其它若母線上有很多出線時(shí)，相當(dāng)于加大了母線的電容，電弧重燃后，線路上的殘余電荷重新分配，改變了起始值，因而降低了過(guò)電壓。此外，當(dāng)線路裝有電磁式電壓互感器時(shí)，將泄放線路上的殘余電荷，從而降低了過(guò)電壓。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)3.5~4；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一般不超過(guò)3。這是因?yàn)檫^(guò)電壓受多種因素影響的緣故。-28-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓影響過(guò)電壓的因素國(guó)內(nèi)-29-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施采用不重燃斷路器國(guó)內(nèi)外制造實(shí)踐已證明，制造不重燃斷路器是完全可能的。我國(guó)的220kV斷路器在限制切除空載線路過(guò)電壓方面的性能已大有改善，330kV，500kV斷路器基本做到了電弧不重燃。在斷路器裝設(shè)分閘電阻（在QF主觸頭上并聯(lián)電阻）在切除線路時(shí)，先打開主觸頭，此時(shí)電源通過(guò)分閘電阻R仍和線路相連，線路上的殘余電荷通過(guò)分閘電阻向電源釋放，R上的壓降就是主觸頭兩端的恢復(fù)電壓。R越小，主觸頭恢復(fù)電壓就越小，即不會(huì)產(chǎn)生重燃。當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，輔助觸頭才打開，此時(shí)它的恢復(fù)電壓也較低，不會(huì)發(fā)生電弧的重燃，即使發(fā)生重燃，R將對(duì)其振蕩過(guò)程產(chǎn)生阻尼，使過(guò)電壓降低。-29-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-30-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施線路上裝設(shè)泄流設(shè)備由前述分析可知，在線路側(cè)若接有并聯(lián)電抗器或電磁式電壓互感器，都能使線路上的殘余電荷得以泄放或產(chǎn)生衰減振蕩，改變幅值與極性，最終降低斷路器間的恢復(fù)電壓，減少重燃的可能性，達(dá)到降低過(guò)電壓的目的。裝設(shè)避雷器在線路首末端裝設(shè)可以限制操作過(guò)電壓的磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器-30-§2.切除空載線路引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施-31-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓切除空載變壓器引起過(guò)電壓的原因在正常運(yùn)行時(shí)，空載變壓器可等值為一激磁電感，因此切除空載變壓器相當(dāng)于切除一個(gè)小容量的電感負(fù)荷。變壓器空載電流（勵(lì)磁電流）I0有效值約幾安至幾十安之間，僅為短路電流的幾百分之一到幾萬(wàn)分之一在開斷100A以上的交流電流時(shí)，QF通常是在工頻電流過(guò)零時(shí)實(shí)現(xiàn)斷弧的；在切斷小電感電流時(shí)，由于能量小，通?；〉乐械碾婋x并不強(qiáng)烈，電弧很不穩(wěn)定，加之?dāng)嗦菲魅ル婋x作用很強(qiáng)，可能在工頻電流過(guò)零前使電弧電流截?cái)喽鴱?qiáng)制熄弧，這種現(xiàn)象稱為“截流”。由于截流留在電感中的磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場(chǎng)能量，從而產(chǎn)生了過(guò)電壓。強(qiáng)制熄弧，電感能量轉(zhuǎn)化為電容能量-31-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓切除空載變壓器引起-32-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程切斷空載變壓器的等效電路L為變壓器的激磁電抗；

C為變壓器本身及連接母線等的對(duì)地電容，其數(shù)值視具體情況而定，約為幾百至幾千皮法，很??；

e(t)為電源電勢(shì)開斷前：C很小，XC很大，iC可忽略熄弧時(shí)，若電流為I0，電容電壓為U0，則：電感儲(chǔ)存能量：電容儲(chǔ)存能量：-32-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)-33-變壓器特征阻抗§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程熄弧后，兩者能量在L-C回路中產(chǎn)生振蕩，電感能量全部轉(zhuǎn)化為電容能量時(shí)，電容電壓將達(dá)最大值UCmax：一般情況下，I0并不大，極限值為激磁電流的最大值Im，只有幾安到幾十安;可是變壓器的特征阻抗Zm

很大，可達(dá)上萬(wàn)歐，故能產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。截流值I0愈大，則過(guò)電壓UCmax愈高，當(dāng)截流發(fā)生在勵(lì)磁電流的幅值Im時(shí)，有I0=Im，U0=0-33-變壓器特征阻抗§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電-34-§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)程電流在幅值截?cái)嗪?，電感中的電流iL(t)和電容上的電壓uC(t)可由L-C振蕩回路的微分方程求解，若不計(jì)衰減：—自振蕩角頻率-34-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓過(guò)電壓產(chǎn)生的物理過(guò)-35-影響過(guò)電壓的因素及其限制措施斷路器的性能切除空載變壓器引起的過(guò)電壓與截流數(shù)值成正比，斷路器截?cái)嚯娏鞯哪芰τ?，過(guò)電壓UCmax

就越高。因此，降低斷路器的截流能力能夠限制過(guò)電壓的大小。變壓器的參數(shù)變壓器L愈大，C愈小，則過(guò)電壓愈高。現(xiàn)代變壓器采用糾結(jié)式繞組，大大增加繞組的電容；鐵心采用冷軋硅鋼片，減小勵(lì)磁電感L，其勵(lì)磁電流I0僅為額定電流的0.5%左右切除這種變壓器時(shí)，過(guò)電壓倍數(shù)一般不會(huì)大于2其他變壓器的相數(shù)、線組接線方式、鐵芯結(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器的斷口電容，以及與變壓器相連的電纜線段、架空線段等，都會(huì)對(duì)切除空載壓器過(guò)電壓產(chǎn)生影響?！?.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓-35-影響過(guò)電壓的因素及其限制措施§3.切除空載變壓器產(chǎn)-36-影響過(guò)電壓的因素及其限制措施避雷器限制過(guò)電壓金屬氧化物避雷器MOA(MetalOxideArrester)接在斷路器的變壓器側(cè)，以保證QF斷開后避雷器仍能留在變壓器的連線上非雷雨季節(jié)也不能退出運(yùn)行§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過(guò)電壓-36-影響過(guò)電壓的因素及其限制措施§3.切除空載變壓器產(chǎn)-37-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地過(guò)電壓出現(xiàn)的條件中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)，若電弧不能熄滅，也不能穩(wěn)定燃燒，則由于電弧的重燃，可能引起過(guò)電壓。我國(guó)35kV電壓等級(jí)以下的電網(wǎng)中，經(jīng)常采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(提高供電可靠性)，當(dāng)單相接地電流大于一定值(3-6kV電網(wǎng)，30A；10kV電網(wǎng)，20A；35kV電網(wǎng)，10A)時(shí)，電弧便難以熄滅，然而這種電流還不至于形成穩(wěn)定的電弧，因此形成電弧時(shí)而熄滅時(shí)而燃燒的情況，在電網(wǎng)中引起電磁能量的振蕩，形成間歇性電弧接地過(guò)電壓。電弧的熄滅與重燃時(shí)間是決定最大過(guò)電壓的重要因素。-37-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓中性點(diǎn)不-38-單相電弧接地時(shí)流過(guò)弧道的電流有兩個(gè)分量：工頻電流（強(qiáng)制）分量和高頻電流（自由）分量分析電弧接地過(guò)電壓時(shí)的兩種假設(shè)：以高頻電流第一次過(guò)零時(shí)熄弧為前提進(jìn)行分析，稱高頻電流熄弧理論。因高頻電流過(guò)零時(shí)，高頻振蕩電壓恰為最大值，熄弧后殘留在非故障相上的電荷量較大，故按此分析，過(guò)電壓值較高；以工頻電流過(guò)零時(shí)熄弧為條件進(jìn)行分析，稱為工頻電流熄弧理論。按此分析，熄弧時(shí)殘留在非故障相上的電荷量較少，過(guò)電壓值較低，但接近于電網(wǎng)中的實(shí)際測(cè)量值。§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓過(guò)電壓發(fā)展的物理過(guò)程-38-單相電弧接地時(shí)流過(guò)弧道的電流有兩個(gè)分量：§4.中性-39-設(shè)電源相電壓為eA、eB、eC，各相對(duì)地電壓為uA、uB、uC。假設(shè)A相電壓在幅值（-Um）時(shí)對(duì)地閃絡(luò)（t＝0），令Um＝1。則有：uA(0－)＝-1，uB(0－)＝uC(0－)＝0.5

工頻熄弧時(shí)電弧接地過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程

發(fā)弧后瞬間（t＝0+時(shí)刻），A相對(duì)地電容C0上電荷通過(guò)電弧泄入地下，其相電壓降為零，即

uA(0+)＝0，uB(0+)＝uBA(0+)＝1.5uC(0+)＝uCA(0+)＝1.5在(0－，0+)期間，電源經(jīng)線路電感給B、C相對(duì)地電容C0充電，形成一個(gè)高頻振蕩過(guò)程?！?.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的最高振蕩電壓幅值為UBm＝UCm＝2×1.5－0.5＝2.5

若A相發(fā)生金屬性接地，或電弧熄滅后不再重燃，則在健全相的過(guò)電壓倍數(shù)≤2.5-39-設(shè)電源相電壓為eA、eB、eC，各相對(duì)地電壓為uA、-40-其后，過(guò)渡過(guò)程很快衰減，B、C相對(duì)地電容上的電壓穩(wěn)定到線電壓eBA和eCA

經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期，在t＝t1時(shí)刻，B、C相對(duì)地電容上的電壓將等于-1.5，此時(shí)接地點(diǎn)的工頻接地電流if通過(guò)零點(diǎn)，電弧自動(dòng)熄滅，即發(fā)生第一次工頻熄弧§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓-40-其后，過(guò)渡過(guò)程很快衰減，B、C相對(duì)地電容上的電壓穩(wěn)定-41-其后，每隔半個(gè)工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，其過(guò)渡過(guò)程與上述過(guò)程完全相同。據(jù)此可得非故障相：UBm＝UCm＝3.5

故障相：UAm＝2

§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓熄弧后，相對(duì)地電壓逐漸恢復(fù)，再經(jīng)半個(gè)工頻周期，在t＝t2時(shí)刻，B、C相對(duì)地電容上的電壓變?yōu)?0.5，A相對(duì)地電容上的電壓則高達(dá)-2，這時(shí)可能引起故障點(diǎn)接地電弧重燃，B、C相對(duì)地電容C0電壓將從起始值（-0.5）被充電至線電壓的瞬時(shí)值1.5，過(guò)渡過(guò)程的最高電壓為UBm＝UCm＝2×1.5－(-0.5)＝3.5。過(guò)渡過(guò)程衰減后，B、C相將穩(wěn)定在線電壓運(yùn)行。-41-其后，每隔半個(gè)工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，其過(guò)渡過(guò)程-42-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓限制過(guò)電壓的措施 消除電弧接地過(guò)電壓最根本的途徑是消除間歇性電弧。①中性點(diǎn)直接接地。使發(fā)生單相接地故障時(shí)形成很大的單相短路電流，將線路斷開，待故障消除后恢復(fù)供電。目前110kV及以上電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。②中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地在電壓等級(jí)較低的配電網(wǎng)中，單相接地事故率相對(duì)較大，如采用中性點(diǎn)直接接地方式，勢(shì)必引起斷路器頻繁跳閘，這不僅要增設(shè)大量的重合閘裝置，還會(huì)增加斷路器的維修工作量，故宜采用中性點(diǎn)絕緣的運(yùn)行方式。為減小電容電流，使電弧易于熄滅，我國(guó)35kV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)系采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。-42-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過(guò)電壓限制過(guò)電-43-§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)快速暫態(tài)過(guò)電壓隔離開關(guān)操作時(shí)電弧重燃隔離開關(guān)分合空母線操作屬于常規(guī)操作，在分合空母線時(shí)，由于觸頭運(yùn)動(dòng)速度慢(1cm/s數(shù)量級(jí))，開關(guān)本身的滅弧能力差，觸頭間會(huì)發(fā)生多次擊穿或燃弧，引起的階躍波(3-20ns)在GIS中傳播并折反射造成快速暫態(tài)過(guò)電壓（VeryFastTransientOvervoltage)。幅值<2p.u.，也可超過(guò)2.5p.u.陡度電壓上升時(shí)間3-20ns頻率數(shù)十至數(shù)百赫茲基本振蕩數(shù)十兆赫茲的高頻振蕩數(shù)百兆赫茲的特高頻振蕩-43-§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)快速暫態(tài)過(guò)-44-§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)快速暫態(tài)過(guò)電壓-44-§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)快速暫態(tài)過(guò)-45-影響因素①殘余電荷當(dāng)DS開斷帶電的GIS母線時(shí)，母線上可能存在的殘余電荷會(huì)影響到VFTO的幅值。電源側(cè)、母線側(cè)以及支撐絕緣子上的過(guò)電壓幅值與殘余電荷近似呈線性關(guān)系。一般地，不同殘余電荷(x1，x2)與所對(duì)應(yīng)的電壓幅值(V1，V2)之間具有下列關(guān)系(均以標(biāo)么值表示):在不同殘余電荷下，同一節(jié)點(diǎn)的過(guò)電壓波形相同，但幅值不同；VFTO幅值較大的節(jié)點(diǎn)和操作支路上受殘余電荷的影響大于GIS內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)。殘余電荷電壓與負(fù)載側(cè)電容電流大小、開關(guān)速度、重燃時(shí)刻及母線上的泄漏有關(guān)。其中，電容電流影響最大。開斷前電容電流越大，母線上儲(chǔ)存的電荷越多，殘余電荷電壓就越高?！?.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-45-影響因素§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-46-影響因素②變壓器入口電容CT在分析變電所的防雷保護(hù)時(shí)，因雷電波作用時(shí)間很短，可以忽略變壓器繞組中的電感電流，將變壓器用歸算至首端的對(duì)地電容來(lái)代替，通常稱為入口電容。GIS中的VFTO頻率很高，用CT等效變壓器并不失去準(zhǔn)確性。變壓器的入口電容和它的結(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)、容量有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，電壓等級(jí)越高、變壓器額定功率越大，CT也相對(duì)越大。VFTO的幅值隨入口電容的增加而增加，有計(jì)算表明:CT每增加1000pF,VFTO幅值約增加0.2(p.u.)。主要原因是在斷口電弧重燃前，變壓器的等值電容儲(chǔ)存了一定的能量，觸頭擊穿后的放電所致。CT越大儲(chǔ)存的能量越多，VFTO的幅值自然越大，但進(jìn)一步研究表明：隨著CT的增加，VF'TO的幅值不一定始終增加，這決定于GIS的結(jié)構(gòu)，特別是所操作母線的尺寸，以及操作的方式?！?.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-46-影響因素§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-47-§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)影響因素③電壓的上升時(shí)間Tr

GIS中沖擊電壓的上升時(shí)間Tr在3-20ns之間，Tr增加使VFTO幅值下降，因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)表現(xiàn)出一種阻尼作用，使那些Tr

較小時(shí)出現(xiàn)的暫態(tài)電壓的極高頻分量消失。④GIS的支路長(zhǎng)度GIS支路的長(zhǎng)度對(duì)VFTO幅值的影響沒有明顯的規(guī)律。⑤開關(guān)弧道電阻Rarc的影響開關(guān)弧道電阻Rarc對(duì)過(guò)電壓有阻尼作用，其值越大，過(guò)電壓幅值越小。因此，可以考慮在隔離開關(guān)上串聯(lián)一電阻降低過(guò)電壓幅值。⑥其他因素GIS的布置，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接線方式及外部設(shè)備等。-47-§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)影響因素-48-當(dāng)母線上流過(guò)頻率很高的VFTO波時(shí)，由于集膚效應(yīng)，VFTO波僅沿母線的外表層及外殼的內(nèi)表層流動(dòng)，外殼電位為0。當(dāng)VFTO波到達(dá)套管處時(shí)會(huì)發(fā)生折反射，如圖（b）所示，便是VFTO到達(dá)A點(diǎn)后電流的流通路徑示意圖，其等值電路圖如圖（c）所示。根據(jù)該等值電路可計(jì)算出外殼上A點(diǎn)處的電壓U3為：§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)VFTO的危害暫態(tài)地電位升高-48-當(dāng)母線上流過(guò)頻率很高的VFTO波時(shí)，由于集膚效應(yīng)，V-49-VFTO的危害對(duì)二次設(shè)備的影響VFTO可以通過(guò)電壓互感器、電流互感器內(nèi)部的雜散電容傳入與其相連的二次電纜，也可通過(guò)接地網(wǎng)和電纜的屏蔽層耦合到二次設(shè)備，從而影響到二次設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)變壓器的影響VFTO可能危及到與GIS相連的變壓器的安全，事實(shí)上，我國(guó)已經(jīng)發(fā)生過(guò)由于VFTO導(dǎo)致變壓器損壞的事例(大亞灣，1992年)。VFTO在變壓器處可達(dá)0.49MV/μs,其危害比截波更嚴(yán)重；VFTO所含有的諧波分量會(huì)在變壓器繞組的局部引起共振?！?.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-49-VFTO的危害§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFT-50-§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)VFTO的防護(hù)快速動(dòng)作隔離開關(guān)合閘電阻鐵氧體磁環(huán)改變操作程序和簡(jiǎn)化接線其他措施-50-§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)VFTO的-51-建立元件模型，對(duì)各種運(yùn)行方式分別進(jìn)行計(jì)算?！?.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-51-建立元件模型，對(duì)各種運(yùn)行方式分別進(jìn)行計(jì)算?！?.G-52-幅值：2.189p.u.頻譜：50kHz左右，基頻分量0.1-1.5MHz，特快瞬變過(guò)程頻率2MHz,特高頻分量§5.

GIS中快速暫態(tài)過(guò)電壓(VFTO)-52-幅值：2.189p.u.§5.GIS中快速暫態(tài)過(guò)-53-8.2.2.諧振過(guò)電壓原因電力系統(tǒng)中存在著大量的“儲(chǔ)能元件”，包括儲(chǔ)靜電能量的電容和儲(chǔ)磁能的電感。這些元件組成了各種不同的振蕩回路，在正常運(yùn)行時(shí)，這些振蕩回路被負(fù)載所阻尼，一般不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩。但在發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)接線方式和參數(shù)發(fā)生改變，就有可能發(fā)生諧振。危害常常引起嚴(yán)重的、持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的過(guò)電壓；有時(shí)即使過(guò)電壓不太高，也會(huì)出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。類型：線性諧振參數(shù)諧振鐵磁諧振（非線性諧振）-53-8.2.2.諧振過(guò)電壓原因-54-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振諧振回路由不帶鐵心的電感元件（輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵(lì)磁特性接近線性的帶鐵心的電感元件（消弧線圈，其鐵心中含有空氣隙）和系統(tǒng)中的電容元件所組成。電感和電容參數(shù)均為常數(shù)，在交流電源的作用下，等效回路的自振頻率等于或接近電源頻率時(shí)形成的諧振現(xiàn)象。-54-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振-55-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振實(shí)際電力系統(tǒng)中，往往可以在設(shè)計(jì)或運(yùn)行時(shí)避開這種諧振，因此完全滿足線性諧振的機(jī)會(huì)是極少的。但是，即使在接近諧振條件下，往往也會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。線性諧振過(guò)電壓幅值受到回路中損耗（電阻）的限制；同時(shí)，在有些情況下，由于諧振時(shí)電流的急劇增加，回路中的鐵磁元件趨向飽和，使系統(tǒng)自動(dòng)偏離諧振狀態(tài)而限制其過(guò)電壓幅值。-55-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振-56-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振不同參數(shù)條件下的諧振

-56-8.2.2.諧振過(guò)電壓1、線性諧振不同參數(shù)條件下的-57-8.2.2.諧振過(guò)電壓2、參數(shù)諧振系統(tǒng)中某些電感元件的電感參數(shù)在某種情況下會(huì)發(fā)生周期性的變化。電感元件的電感參數(shù)周期性變化的典型：發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有電容性負(fù)載，如一段空載線路，在某種參數(shù)搭配下，就有可能產(chǎn)生參數(shù)諧振現(xiàn)象。有時(shí)將這種現(xiàn)象稱作發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁或自激。發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行前，設(shè)計(jì)部門要進(jìn)行自激的校核，一般正常情況下，參數(shù)諧振是不會(huì)發(fā)生的。-57-8.2.2.諧振過(guò)電壓2、參數(shù)諧振電感元件的電感參-58-8.2.2.諧振過(guò)電壓3、鐵磁諧振電力系統(tǒng)中發(fā)生鐵磁諧振的機(jī)會(huì)是相當(dāng)多的。國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，它是電力系統(tǒng)某些嚴(yán)重事故的直接原因。電路中帶有鐵芯的電感元件（空載變壓器、電壓互感器），會(huì)產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，其電感不再是常數(shù)，而是隨著電流或磁通的變化而變化。這種含有非線性電感元件的電路，在滿足一定條件時(shí)，會(huì)發(fā)生鐵磁諧振。鐵心元件的非線性特性-58-8.2.2.諧振過(guò)電壓3、鐵磁諧振鐵心元件的非線性-59-8.2.2.諧振過(guò)電壓3、鐵磁諧振電感L為非線性電感，要精確求解該電路，必須解非線性微分方程-59-8.2.2.諧振過(guò)電壓3、鐵磁諧振電感L為非線性電-60-8.2.2.諧振過(guò)電壓

由線性電容和鐵芯電感組成的串聯(lián)鐵磁諧振回路，其電感和電容上的電壓隨電流變化的曲線如圖。由于電容C為常數(shù)，UC(I)＝I/ωC是一條直線。由于鐵芯的飽和程度會(huì)隨著電流的增大而增大，電感L會(huì)隨著電流的增大而逐漸減小，因此回路中電感的伏安特性，即UL(I)＝ωLI是非線性的。

在兩者的交點(diǎn)b處，UC=UL，即滿足諧振條件ωL=1/（ωC）

-60-8.2.2.諧振過(guò)電壓由線性電容和鐵芯電感組成的-61-8.2.2.諧振過(guò)電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：由于電感的伏安特性是逐漸趨于飽和的，所以只要在電壓不高、電流不大時(shí)，回路呈現(xiàn)感性，也就是說(shuō)鐵芯尚未飽和時(shí)的電感值L0滿足：UL＞UC，即：

ωL0>1/（ωC）或C＞1/（ω2L0）在此條件下，兩條曲線必有交點(diǎn)b

即電容C值在滿足上式條件的很大范圍內(nèi)都有可能發(fā)生鐵磁諧振不論什么原因使鐵芯達(dá)到飽和，都可能引起過(guò)電壓。但是需要激發(fā)才會(huì)出現(xiàn)諧振。如變壓器（具有鐵心的電感線圈）突然合閘時(shí)出現(xiàn)的勵(lì)磁涌流就會(huì)使鐵心強(qiáng)烈飽和而激發(fā)鐵磁諧振過(guò)電壓。C值太大時(shí)，出現(xiàn)鐵磁諧振的可能性將減小。C值越大，1/（ωC）就越小，曲線1的α角變小-61-8.2.2.諧振過(guò)電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：不論什-62-8.2.2.諧振過(guò)電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：在鐵磁諧振時(shí)，L和C上的電壓都不會(huì)象線性諧振時(shí)那樣趨于無(wú)限大，而是有一定的數(shù)值。UL由鐵心的飽和程度決定。鐵磁諧振的產(chǎn)生雖需由電源電壓來(lái)激發(fā)，但當(dāng)激發(fā)過(guò)去后，鐵磁諧振過(guò)電壓仍可能繼續(xù)存在，即諧振狀態(tài)可能自保持。產(chǎn)生鐵磁諧振時(shí)，電流相角將有180o轉(zhuǎn)變，這叫作電流的“翻相”。在交流電路中即使只有一個(gè)非線性電感L單獨(dú)存在，電流波形也會(huì)發(fā)生畸變。現(xiàn)有L與C串聯(lián)，問(wèn)題就更加復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，非線性振蕩電路中的電流波形除了工頻分量（基波）外，還有高次諧波，甚至可能有分次諧波（例如1/2次，1/3次等）。-62-8.2.2.諧振過(guò)電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：鐵磁諧-63-8.2.2.諧振過(guò)電壓限制和消除鐵磁諧振過(guò)電壓的主要措施：（1）改善電磁式電壓互感器的勵(lì)磁特性，或改用電容式電壓互感器；（2）在電壓互感器開口三角形繞組中接入阻尼電阻，或在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)對(duì)地接入電阻；人為地增大電阻R。（3）在有些情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對(duì)地電容器，或用電纜段代替架空載線路段，以增大對(duì)地電容，從參數(shù)搭配上避開諧振；（4）在特殊情況下，可將系統(tǒng)中性點(diǎn)臨時(shí)經(jīng)電阻接地或直接接地，或投入消弧線圈，也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù)，消除諧振過(guò)電壓。-63-8.2.2.諧振過(guò)電壓限制和消除鐵磁諧振過(guò)電壓的主-64-4、電力系統(tǒng)中常見諧振過(guò)電壓及其防治1．?dāng)嗑€諧振過(guò)電壓

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線斷落、斷路器非全相動(dòng)作或嚴(yán)重的不同期操作、熔斷器的一相或兩相熔斷等故障，造成系統(tǒng)的非全相運(yùn)行。非全相運(yùn)行時(shí)，可能組成多種多樣的串聯(lián)諧振回路（空載或輕載運(yùn)行的變壓器的勵(lì)磁電感，導(dǎo)線對(duì)地和相間部分電容、電感線圈對(duì)地雜散電容）。在一定的參數(shù)配合和激發(fā)條件下，可能出現(xiàn)鐵磁諧振過(guò)電壓。這類鐵磁諧振過(guò)電壓統(tǒng)稱斷線諧振過(guò)電壓。限制斷線過(guò)電壓的措施有：(1)不采用熔斷器，減少三相斷路器的不同期操作，盡量使三相同期；(2)在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，操作中性點(diǎn)不接地的變壓器時(shí)，將變壓器的中性點(diǎn)臨時(shí)接地。8.2.2.諧振過(guò)電壓-64-4、電力系統(tǒng)中常見諧振過(guò)電壓及其防治8.2.2.諧-65-2．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過(guò)電壓

正常工作時(shí)電壓互感器接近于空載狀態(tài)，呈現(xiàn)為一個(gè)很大的勵(lì)磁電感，當(dāng)回路受到激發(fā)（電壓和電流的突然增大）后，勵(lì)磁電感會(huì)因飽和而突然減小，從而引起過(guò)電壓。

在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，當(dāng)電源對(duì)只帶電壓互感器的空母線突然合閘或一相導(dǎo)線突然對(duì)地發(fā)弧時(shí)，電壓互感器都會(huì)出現(xiàn)涌流。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：由于此時(shí)電壓互感器上的交流電壓突變引起的涌流都會(huì)使電壓互感器的勵(lì)磁電感大為減小，引起電壓互感器飽和過(guò)電壓。當(dāng)電源向只帶有電壓互感器的空母線合閘時(shí)，容易產(chǎn)生基波（工頻）過(guò)電壓；當(dāng)電網(wǎng)帶有線路運(yùn)行時(shí)，如果電壓互感器的勵(lì)磁特性不好，在線路一相接地又自動(dòng)熄弧時(shí)，容易產(chǎn)生1/2次諧波過(guò)電壓。

將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為經(jīng)消弧線圈（電抗器）接地或直接接地，就破壞了諧振回路的形成，并且相對(duì)地穩(wěn)定了中性點(diǎn)的電位，因此就不太可能出現(xiàn)電壓互感器飽和過(guò)電壓。8.2.2.諧振過(guò)電壓-65-2．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過(guò)電壓8.2.2-66-選用以下措施消除電壓互感器飽和過(guò)電壓：選用勵(lì)磁特性較好的電磁式電壓互感器或只使用電容式電壓互感器；在零序回路中接入阻尼電阻；在個(gè)別情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對(duì)地電容器，或利用電纜段代替架空載線路段，減小對(duì)地容抗，有利于避免諧振；特殊情況下，可將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為暫時(shí)經(jīng)電阻接地或直接接地，也可以采用臨時(shí)的倒閘措施來(lái)改變電路參數(shù)，以消除諧振過(guò)電壓；禁止只使用一相或兩相電壓互感器接在相線與地線間，以保證三相對(duì)地阻抗的對(duì)稱性，避免中性點(diǎn)位移或產(chǎn)生諧振。8.2.2.諧振過(guò)電壓-66-選用以下措施消除電壓互感器飽和過(guò)電壓：8.2.2.-67-3．中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過(guò)電壓

在110kV、220kV中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，電壓互感器飽和過(guò)電壓出現(xiàn)在用斷口間具有并聯(lián)電容的斷路器切空載線路時(shí)。當(dāng)C值小時(shí)，諧振往往屬于基波性質(zhì)，測(cè)量到的過(guò)電壓為額定相電壓的1.65～3倍；當(dāng)C值大時(shí)，諧振具有分頻性質(zhì)（主要是1/3次），過(guò)電壓幅值不高，但因頻率和相應(yīng)的勵(lì)磁感抗均下降到工頻時(shí)的1/3，勵(lì)磁電流往往很大，測(cè)到的最大勵(lì)磁電流可達(dá)額定勵(lì)磁電流的80倍，這會(huì)使電壓互感器過(guò)熱燒毀，甚至噴油爆炸。4．傳遞過(guò)電壓

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱接地故障或斷路器不同期操作時(shí)，可能出現(xiàn)明顯的零序工頻電壓分量，通過(guò)靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會(huì)產(chǎn)生工頻電壓傳遞現(xiàn)象，從而危及低壓側(cè)電氣設(shè)備絕緣的安全；

若與接在電源中性點(diǎn)的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，還可能產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過(guò)電壓。8.2.2.諧振過(guò)電壓-67-3．中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過(guò)電壓8.2.2.-68-（1）工頻諧振過(guò)電壓（2）高頻諧振過(guò)電壓（3）分頻諧振過(guò)電壓5．超高壓系統(tǒng)中的諧振過(guò)電壓

超高壓系統(tǒng)電壓高、傳輸距離長(zhǎng)，往往裝有串聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償裝置，這些集中的電容、電感元件使網(wǎng)絡(luò)增加了諧振的可能性。主要有非全相切合并聯(lián)電抗器時(shí)的工頻傳遞諧振，串、并聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分頻諧振以及空載線路合閘于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線時(shí)引起的高頻諧振等。8.2.2.諧振過(guò)電壓-68-（1）工頻諧振過(guò)電壓5．超高壓系統(tǒng)中的諧振過(guò)電壓8-69-8.2.3工頻電壓升高電力系統(tǒng)中在正?；蚬收蠒r(shí)可能出現(xiàn)幅值超過(guò)最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，統(tǒng)稱工頻電壓升高，或稱為工頻過(guò)電壓。工頻電壓升高本身對(duì)系統(tǒng)中正常絕緣的電器設(shè)備一般是沒有危險(xiǎn)的，但是在超高壓系統(tǒng)的絕緣配合中具有重要作用，因?yàn)椋?/p>

①其大小將直接影響操作過(guò)電壓的幅值； ②其數(shù)值是決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)； ③持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工頻電壓升高仍可能危及設(shè)備的安全運(yùn)行。通常，合閘后0.1s時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓升高叫作操作過(guò)電壓；0.1s至1s時(shí)間內(nèi)，由于發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器的惰性，發(fā)電機(jī)電勢(shì)E′尚保持不變，在E′的基礎(chǔ)上再加上空載線路的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高，總稱暫態(tài)工頻電壓升高；時(shí)間再長(zhǎng)，發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降，在2～3s以后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)的工頻電壓升高為穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高。-69-8.2.3工頻電壓升高電力系統(tǒng)中在正常或故障時(shí)可能-70-一、空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高

對(duì)于一般電壓等級(jí)的輸電線路，傳輸距離不太長(zhǎng)時(shí)，可以用集中參數(shù)T型或Π型等值電路表示。當(dāng)線路空載時(shí)，該等值電路就構(gòu)成了一個(gè)R、L、C回路。若其參數(shù)R<<1/(ωC)、ωL，且有1/(ωC)>ωL，當(dāng)有正弦交流電流流過(guò)時(shí)，由于電感與電容上的壓降UL、UC反相，且其有效值UC>UL，于是電容上的壓降大于電源的電勢(shì)。這就是集中參數(shù)電路中的電感－電容效應(yīng)，簡(jiǎn)稱電容效應(yīng)。

對(duì)于超高壓空載長(zhǎng)線路。研究這種空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高時(shí)，就需要采用分布參數(shù)模型。對(duì)于分布參數(shù)電路，當(dāng)末端空載時(shí)，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計(jì)及電源內(nèi)阻抗的影響（感性）時(shí)，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，而且使線路首、末端電壓高于電源電勢(shì)。這就是系統(tǒng)中的空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高。

為了限制空載長(zhǎng)線路的工頻電壓升高，通常采用并聯(lián)電抗器來(lái)補(bǔ)償線路電容電流以削弱電容效應(yīng)，其效果十分顯著。8.2.3工頻電壓升高-70-一、空載長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高-71-不對(duì)稱短路是輸電線路最常見的故障形式，當(dāng)發(fā)生單相或兩相接地短路時(shí)，短路電流的零序分量會(huì)使健全相出現(xiàn)工頻電壓升高，常稱為不對(duì)稱效應(yīng)，以不對(duì)稱效應(yīng)系數(shù)或接地系數(shù)表示由此而產(chǎn)生的工頻電壓升高的程度。二、不對(duì)稱短路引起的工頻電壓升高8.2.3工頻電壓升高接地系數(shù)的大小與零序阻抗關(guān)系極大。右圖給出了單相接地短路時(shí)健全相的工頻電壓升高與X0/X1的關(guān)系曲線。

單相接地時(shí)健全相的電壓升高

-71-不對(duì)稱短路是輸電線路最常見的故障形式，當(dāng)發(fā)生單相或兩系統(tǒng)的正序電抗X1包括發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步電抗、變壓器漏抗及線路感抗等，一般是感性的，而系統(tǒng)的零序電抗X0則因系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的不同而有較大的差別：?jiǎn)蜗嘟拥貢r(shí)健全相的電壓升高

對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，X0取決于線路容抗，X0/X1∈(-∞～-20)，為負(fù)值。單相接地時(shí)健全相的工頻電壓升高可達(dá)1.1倍額定電壓。采用110％避雷器；對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地35～60kV系統(tǒng)，按補(bǔ)償度可以分為兩種情況。欠補(bǔ)償方式時(shí)，|X0/X1|→-∞；過(guò)補(bǔ)償方式時(shí)，|X0/X1|→+∞。單相接地故障時(shí)，健全相電壓接近等于額定電壓。采用100％避雷器；對(duì)中性點(diǎn)有效接地的110～220kV系統(tǒng)，X0為不大的正值，其X0/X1≤3。單相接地故障時(shí)，健全相的工頻電壓升高為0.8倍額定電壓U。采用80％避雷器；對(duì)330kV及以上系統(tǒng)，輸送距離較長(zhǎng)，計(jì)及長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)時(shí)，線路末端工頻電壓升高可能超過(guò)系統(tǒng)最高電壓的80％。分別采用80％避雷器(電站型)和90％避雷器(線路型)。8.2.3工頻電壓升高-72-系統(tǒng)的正序電抗X1包括發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步電抗、變壓器漏抗及線-73-三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高

當(dāng)輸電線路重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于某種原因（例如發(fā)生短路故障）線路末端斷路器突然跳閘甩掉負(fù)荷，是造成工頻電壓升高的另一重要原因，通常稱作甩負(fù)荷效應(yīng)。

這種情況下，影響工頻電壓升高的因素主要有：①斷路器跳閘前輸送負(fù)荷的大??；②空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)；③發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及電壓調(diào)節(jié)器的特性，原動(dòng)機(jī)調(diào)速器及制動(dòng)設(shè)備的惰性，等等。

在發(fā)電機(jī)突然失去部分或全部負(fù)荷時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁繞組的磁通因須遵循磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t而不會(huì)突變，與其對(duì)應(yīng)的電源電勢(shì)E'

維持原來(lái)的數(shù)值。原先負(fù)荷的電感電流對(duì)發(fā)電機(jī)主磁通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線路的電容電流對(duì)主磁通起助磁作用，使E'反而增大，要等到自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器開始發(fā)揮作用時(shí)，才逐步下降。另一方面，發(fā)電機(jī)突然甩掉一部分有功負(fù)荷后，由于調(diào)速器和制動(dòng)設(shè)備的惰性，不能立即起到應(yīng)有的調(diào)速效果，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)（飛逸現(xiàn)象）、頻率上升，不但發(fā)電機(jī)的電勢(shì)隨轉(zhuǎn)速的增大而升高，而且還會(huì)加劇線路的電容效應(yīng)，從而使空載線路中的工頻電壓升高更為嚴(yán)重。待自動(dòng)電壓調(diào)整器起作用后E'

將降低，一般這個(gè)過(guò)程可持續(xù)幾秒鐘之久。

措施：并聯(lián)電抗器或靜止補(bǔ)償裝置。8.2.3工頻電壓升高-73-三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高8.2.3工頻電壓升高-74-8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.3.1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程8.3.2.雷電參數(shù)8.3.3.避雷針和避雷線8.3.4.避雷器8.3.5.防雷接地-74-8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.3.1.雷電放電的發(fā)展-75-§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程雷電過(guò)電壓通常將雷電引起的電力系統(tǒng)過(guò)電壓，稱為大氣過(guò)電壓或者雷電過(guò)電壓。分類感應(yīng)雷過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓是由于電磁場(chǎng)的劇烈變化，電磁耦合而產(chǎn)生的直擊雷過(guò)電壓（電力系統(tǒng)防雷重點(diǎn)）直擊雷過(guò)電壓則是由于流經(jīng)被擊物的很大的雷電流所造成的危害輸電線路在我國(guó)高壓輸電線路運(yùn)行的總跳閘事故中，由雷擊引起的跳閘事故占40％～70％。發(fā)電廠和變電站直擊雷或侵入波可能造成發(fā)電廠或變電所內(nèi)重要設(shè)備損壞感應(yīng)雷過(guò)電壓一般不會(huì)超過(guò)500kV，故對(duì)35kV及以下電壓等級(jí)的絕緣是有危險(xiǎn)的，而對(duì)110kV以上的設(shè)備，絕緣最小沖擊耐壓水平通常已高于此值，一般不會(huì)產(chǎn)生危害。-75-§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程雷電過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓一般-76-云的形成雷云帶電強(qiáng)氣流使云中水滴吹裂時(shí)，較大的水滴帶正電，而較小的水滴帶負(fù)電，小水滴同時(shí)被氣流攜走，于是云的各個(gè)部分有不同的電荷。水災(zāi)結(jié)冰時(shí)，冰粒上會(huì)帶正電，被風(fēng)吹走的剩余的水將帶負(fù)電。帶電過(guò)程也可能和他們吸收離子、相互撞擊或融合的過(guò)程有關(guān)?！?.雷電放電的發(fā)展過(guò)程水蒸汽水太陽(yáng)水滴或冰晶（熱雷云）上升冷卻-76-云的形成§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程水蒸汽水太陽(yáng)水滴或-77-雷云帶電在5～12km高度的雷云主要是帶正電荷，在1～5km高度的雷云主要是負(fù)電荷。當(dāng)云中電荷密集中心的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到25～30kV/cm時(shí)，就可能引發(fā)雷電放電。雷云放電主要是在云間或云內(nèi)進(jìn)行，只有小部分是對(duì)地發(fā)生的，而且往往對(duì)地放電危害最大。75～90％左右的雷電流是負(fù)極性的?！?.雷電放電的發(fā)展過(guò)程

根據(jù)云－地之間線狀雷電的光學(xué)照片，一般一次雷擊包括先導(dǎo)、主放電和余輝三個(gè)階段。

-77-雷云帶電§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程根據(jù)云－地之-78-1．先導(dǎo)階段雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的發(fā)展是分級(jí)推進(jìn)的，每一級(jí)的長(zhǎng)度為25-50m，停歇時(shí)間為30-90s，下行的平均速度約為0.1-0.8m/s，此過(guò)程稱為先導(dǎo)放電過(guò)程。2．主放電和迎面流注階段當(dāng)雷電先導(dǎo)接近地面時(shí)，會(huì)從地面較突起的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)（也稱迎面流注），當(dāng)不同極性的下行先導(dǎo)和迎面先導(dǎo)相遇時(shí)，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的電荷中和過(guò)程，伴隨雷鳴和閃電，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十至數(shù)百kA），這就是主放電階段。3．余輝階段在主放電過(guò)程結(jié)束后，云中殘余電荷經(jīng)過(guò)主放電通道流向大地，這一階段稱為余輝（余光）階段?！?.雷電放電的發(fā)展過(guò)程-78-1．先導(dǎo)階段3．余輝階段§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程-79-雷電的能量和功率雷電放電的瞬間功率極大，給人類造成了較大的損害，但能量卻很小，無(wú)利用價(jià)值。以中等雷電為例，雷云電位為50MV計(jì)，電荷Q為8C，其能量為：假定放電電流為50kA，弧道壓降為6kV/m，雷云以1000m高度計(jì)，則主放電功率P可達(dá)：§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程-79-雷電的能量和功率§1.雷電放電的發(fā)展過(guò)程-80-§2.雷電參數(shù)雷電活動(dòng)強(qiáng)度雷暴日：是每年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷暴日。雷暴小時(shí)：是每年中有雷電的小時(shí)數(shù)，即在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽到雷聲就算作一個(gè)雷暴小時(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大部分地區(qū)一個(gè)雷暴日可折合為3個(gè)雷暴小時(shí)。少雷區(qū)15日40日90日多雷區(qū)雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)中雷區(qū)-80-§2.雷電參數(shù)雷電活動(dòng)強(qiáng)度少雷區(qū)15日40日90日-81-全國(guó)53年（1954-2006）平均雷暴日數(shù)分布圖§2.雷電參數(shù)-81-全國(guó)53年（1954-2006）平均雷暴日數(shù)分布圖§-82-§2.雷電參數(shù)落雷密度每一個(gè)雷暴日、每平方公里對(duì)地面落雷次數(shù)γ稱為地面落雷密度。我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議取γ=0.015。但在土壤電阻率突變地帶的低電阻率地區(qū)，易形成雷云的向陽(yáng)或迎風(fēng)的山坡，雷云經(jīng)常經(jīng)過(guò)的峽谷，這些地區(qū)γ

值比一般地區(qū)大得多，在選擇發(fā)、變電站位置時(shí)應(yīng)盡量避開這些地區(qū)。雷電流的極性負(fù)極性雷占絕大多數(shù)，約占75~90%。防雷計(jì)算一般按負(fù)極性考慮。-82-§2.雷電參數(shù)落雷密度雷電流的極性-83-雷電流幅值雷擊具有一定參數(shù)的物體（如后面將介紹的避雷針、線路桿塔、地線或?qū)Ь€）時(shí)，流過(guò)被擊物的電流與被擊物之波阻抗（Zj）有關(guān)，Zj

愈小，流過(guò)被擊物電流愈大。當(dāng)Zj

為零時(shí)，流經(jīng)被擊物的電流定義為“雷電流”。實(shí)際上被擊物阻抗不可能為零。規(guī)程規(guī)定，雷電流是指雷擊于Rj≤30

的低接地電阻物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流?！?.雷電參數(shù)雷電流的波頭和波長(zhǎng)波頭：1~5s

，多為2.5~2.6s波長(zhǎng)：在20~100s范圍，多數(shù)為50s左右-83-雷電流幅值§2.雷電參數(shù)雷電流的波頭和波長(zhǎng)-84-雷電流的陡度雷電流的幅值與波頭，決定了雷電流的上升陡度，也就是雷電流隨時(shí)間的變化率?？烧J(rèn)為雷電流的陡度與幅值I

有線性的關(guān)系。一般認(rèn)為陡度超過(guò)50kA/s

的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很小。陡度=幅值波頭時(shí)間§2.雷電參數(shù)-84-雷電流的陡度陡度=幅值波頭時(shí)間§2.雷電參數(shù)-85-防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。最基本的有：

一、避雷針二、避雷線三、避雷器四、防雷接地避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，稱作直擊雷保護(hù)；避雷器可以防止沿輸電線侵入變電站的雷電過(guò)電壓波，稱作侵入波保護(hù)；接地裝置的作用是減少避雷針(線)或避雷器與大地(零電位)之間的電阻值，以達(dá)到降低雷電過(guò)電壓幅值的目的。§3.避雷針和避雷線-85-防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身-86-

避雷針包括三部分：接閃器(避雷針的針頭)、引下線和接地體。避雷針的保護(hù)原理是：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避雷針的頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針?lè)烹?，再?jīng)過(guò)接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，才會(huì)在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對(duì)避雷針?lè)烹?。H稱為定向高度，與避雷針的高度h有關(guān)。根據(jù)模擬試驗(yàn)：當(dāng)h≤30m時(shí)，H=20h

當(dāng)h>30m時(shí)，H≈600m

避雷針的保護(hù)范圍是由模擬試驗(yàn)確定的，只具有相對(duì)的意義。我國(guó)有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍是對(duì)應(yīng)0.1％的繞擊率而言的。所謂繞擊系指雷電繞過(guò)避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象?！?.避雷針和避雷線-86-避雷針包括三部分：接閃器(避雷針的針頭)、引下線和-87-

單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個(gè)圓錐體空間。它的側(cè)面邊界線實(shí)際上是曲線，工程上以折線代替曲線。式中，h為避雷針的高度；p為高度修正系數(shù)，當(dāng)h≤30m，p＝1；當(dāng)30＜h≤120m時(shí)，

在被保護(hù)物高度hx水平面上，其保護(hù)半徑rx為§3.避雷針和避雷線單根避雷針的保護(hù)范圍-87-單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個(gè)圓錐體空間。它的側(cè)

兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計(jì)算方法確定。擊于兩針之間單針保護(hù)范圍邊緣外側(cè)的雷，可能被相鄰避雷針吸引而擊于其上，從而使兩針間保護(hù)范圍加大。兩避雷針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過(guò)兩避雷針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定，圓弧的半徑為R0，O點(diǎn)高度h0按下式計(jì)算：

h0＝h－D/7p兩支等高避雷針的保護(hù)范圍

§3.避雷針和避雷線兩根等高避雷針的保護(hù)范圍-88-兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計(jì)算方法確定。兩支等高-89-兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍首先按單個(gè)避雷針?lè)謩e作出其保護(hù)范圍，然后由低針2的頂點(diǎn)作水平線，與高針1的保護(hù)范圍邊界交于點(diǎn)3，點(diǎn)3即為一假想等高針的頂點(diǎn)，再求出等高避雷針2和3的保護(hù)范圍?！?.避雷針和避雷線-89-兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線-90-單根避雷線的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線

避雷線比同高的避雷針引雷空間要小，又考慮到避雷線受風(fēng)吹而擺動(dòng)，因此保護(hù)寬度也要取得小些，但其保護(hù)范圍的長(zhǎng)度與線路等長(zhǎng)，兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓錐體空間-90-單根避雷線的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線避雷線比-91-0點(diǎn)的高度h0： 0點(diǎn)高度；h： 避雷線的高度；D： 兩根避雷線間的水平距離；Ph： 高度修正系數(shù)，含義同前?！?.避雷針和避雷線兩條等高避雷線的保護(hù)范圍兩線外側(cè)的保護(hù)范圍與單線時(shí)相同；兩線內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍的橫截面，由通過(guò)兩線及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)0的圓弧確定。-91-0點(diǎn)的高度h0： 0點(diǎn)高度；§3.避雷針和避雷-92-§3.避雷針和避雷線保護(hù)角用避雷線保護(hù)輸電線路時(shí)，其保護(hù)范圍用保護(hù)角表示更為實(shí)用。所謂保護(hù)角是指避雷線的鉛錘線和避雷線與邊導(dǎo)線連線之夾角。保護(hù)角越小，對(duì)導(dǎo)線直擊雷保護(hù)越可靠，即雷擊導(dǎo)線的概率越小。單根避雷線的保護(hù)角一般在20～30o。220～330kV雙避雷線線路，一般采用20o左右，500kV一般不大于15o；山區(qū)宜采用較小的保護(hù)角。-92-§3.避雷針和避雷線保護(hù)角單根避雷線的保護(hù)角一般在-93-§4.避雷器概念避雷器是防止(雷電和操作)過(guò)電壓損壞電力設(shè)備的保護(hù)裝置。實(shí)質(zhì)是一個(gè)放電器，當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過(guò)電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。避雷器放電后，工頻電流將沿原沖擊電流的通道繼續(xù)流過(guò)，此電流稱為工頻續(xù)流。避雷器應(yīng)能迅速切斷續(xù)流，才能保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。-93-§4.避雷器概念-94-§4.避雷器對(duì)避雷器的基本要求過(guò)電壓作用時(shí)，能先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，限制過(guò)電壓的幅值；當(dāng)雷電波或操作波過(guò)后，能迅速、可靠地切斷工頻續(xù)流。避雷器的類型保護(hù)間隙管式避雷器閥式避雷器-94-§4.避雷器對(duì)避雷器的基本要求-95-保護(hù)間隙優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)缺點(diǎn)保護(hù)效果差，伏秒特性與被保護(hù)設(shè)備很難配合；動(dòng)作后產(chǎn)生的截波對(duì)變壓器的匝間絕緣有很大的威脅；熄弧效果差，需配以自動(dòng)重合閘裝置才能保證安全供電。1—主間隙；2—輔助間隙§4.避雷器-95-保護(hù)間隙1—主間隙；2—輔助間隙§4.避雷器-96-管式避雷器管式避雷器實(shí)質(zhì)是一個(gè)熄弧能力較高的保護(hù)間隙當(dāng)雷電波使其內(nèi)外間隙擊穿后，沖擊電流即被導(dǎo)入大地。然后，在系統(tǒng)工頻電壓作用下，流過(guò)短路電流。此時(shí)，在電弧的高溫作用下，產(chǎn)氣材料產(chǎn)生大量氣體，壓弧腔內(nèi)壓力急速升高，高壓氣體從噴口猛烈噴出，使電弧在經(jīng)過(guò)1-3個(gè)周波后，工頻電流過(guò)零時(shí)滅弧，從而解決了保護(hù)間隙不能可靠地自動(dòng)熄弧、使供電中斷的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)比保護(hù)間隙滅弧能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：伏秒特性太陡；放電分散性大且間隙動(dòng)作受大氣條件的影響。§4.避雷器-96-管式避雷器§4.避雷器-97-§4.避雷器閥式避雷器針對(duì)管式避雷器的弱點(diǎn)，在放電間隙上串聯(lián)(非線性)電阻得到閥式避雷器，從而避免截波的產(chǎn)生，限制工頻續(xù)流的值-97-§4.避雷器閥式避雷器-98-單個(gè)火花間隙為均勻電場(chǎng)，其伏秒特性平坦(沖擊系數(shù)約等于1.1)，保護(hù)性能好。普通閥式避雷器火花間隙閥式避雷器的火花間隙由多個(gè)短間隙構(gòu)成，由于工頻電弧被分成很多短弧，易于熄滅(80A)。通常單個(gè)間隙的工頻放電電壓有效值為2.7~3.0kV。在過(guò)電壓作用時(shí)，云母墊圈與電極間的空氣隙中發(fā)生電暈，如同對(duì)間隙照射，縮短了間隙的放電時(shí)間。切斷比=滅弧電壓間隙的工頻耐壓§4.避雷器-98-單個(gè)火花間隙為均勻電場(chǎng)，其伏秒特性平坦(沖擊系數(shù)約等-99-§4.避雷器普通閥式避雷器在續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值保證不再重燃的條件下，允許作用在避雷器上的最高工頻電壓稱為滅弧電壓。避雷器的滅弧電壓是由安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的工頻電壓升高值決定的，它必須大于這個(gè)升高值。而工頻電壓升高的幅值與系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地情況、系統(tǒng)的接線、系統(tǒng)的運(yùn)行方式等因素有關(guān)。我國(guó)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，閥式避雷器的滅弧電壓，在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，應(yīng)取設(shè)備最高運(yùn)行線電壓的80%，而在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，取值不應(yīng)低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓的100%。-99-§4.避雷器普通閥式避雷器-100-普通閥式避雷器采用多個(gè)火花間隙串聯(lián)：電壓分布均勻性的問(wèn)題影響：降低了沖擊放電電壓(有利)使得避雷器滅弧能力降低，工頻放電電壓下降且不穩(wěn)定(不利因素)措施并聯(lián)電阻以提高間隙在工頻電壓下電壓分布的均勻性，在沖擊電壓作用下，串聯(lián)間隙的電壓分布主要決定于間隙的電容和各個(gè)間隙電極對(duì)地的雜散電容，因此電壓分布仍然是不均勻的。沖擊系數(shù)=長(zhǎng)時(shí)間耐壓50%沖擊擊穿電壓對(duì)多個(gè)間隙的高壓避雷器，其沖擊系數(shù)kch

常小于1。(注意適用范圍)§4.避雷器-100-普通閥式避雷器沖擊系數(shù)=長(zhǎng)時(shí)間耐壓50%沖擊擊穿-101-普通閥式避雷器非線性電阻材料：電阻片是由金剛砂（SiC）粉末與粘合劑（如水玻璃等）模壓成圓餅，在320℃溫度下焙燒而成。伏安特性：強(qiáng)非線性伏安特性SiC顆粒電阻率很小，而氧化層電阻率隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度改變，低場(chǎng)強(qiáng)時(shí)非常大而高場(chǎng)時(shí)非常小；顆粒間的氣隙在高場(chǎng)強(qiáng)下放電§4.避雷器-101-普通閥式避雷器§4.避雷器-102-閥片的伏安特性伏安特性可表示為：Ck：常數(shù)；α：非線性系數(shù)，0<α<1，其值愈小愈好，一般取α≈0.2。優(yōu)點(diǎn)：減小了截?cái)嗖ǚ?；限制了避雷器在流過(guò)大電流時(shí)的電壓值抑制了續(xù)流§4.避雷器非線性電阻片殘壓：避雷器流過(guò)一定幅值(普通閥式避雷器為5kA)、一定波形(8/20μs)的沖擊電流時(shí)，在閥片電阻上產(chǎn)生的最大壓降，稱為殘壓ur

。殘壓與滅弧電壓之比叫做保護(hù)比，當(dāng)然保護(hù)比的值越小越好。-102-閥片的伏安特性伏安特性可表示為：Ck：常數(shù)；優(yōu)點(diǎn)：-103-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）主要特點(diǎn)：使用伏安特性的非線性非常好的ZnO閥片，無(wú)氣體間隙。材料：主要成分為氧化鋅(ZnO)，另外還有氧化鉍(Bi2O3)以及一些其他的金屬氧化物，經(jīng)過(guò)煅燒、混料、造粒、成型、表面處理等工藝過(guò)程而制成。微觀結(jié)構(gòu)：ZnO晶粒，其平均直徑約為10μm，電阻率約為1-10Ωcm。氧化鉍構(gòu)成的粒界層(晶間層)，厚約為0.1μm。雜散地分布在粒界層內(nèi)的尖晶石(Zn7Sb2O11)，其直徑約為3μm。一般認(rèn)為晶粒與粒界層之間存在勢(shì)壘，造成了ZnO閥片非常好的非線性。-103-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）-104-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）靜態(tài)全伏安特性曲線-104-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）-105-金屬氧化物閥片在正常工作電壓下，通過(guò)的阻性電流很小，一般約為10-15μA，接近絕緣狀態(tài)。作用于閥片上的電壓升高時(shí)，電流加大。把通過(guò)閥片的阻性電流為1mA時(shí)，作用于避雷器上的電壓U1mA

為起始動(dòng)作電壓。由于氧化鋅閥片有良好的非線性特性，在通過(guò)10kA沖擊電流時(shí)殘壓與U1mA

的比值一般不大于1.9，殘壓比(簡(jiǎn)稱壓比)越小，其保護(hù)性能越好?！?.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）靜態(tài)全伏安特性曲線-105-金屬氧化物閥片在正常工作電壓下，通過(guò)的阻性電流很小-106-§4.避雷器MOA與SiC電阻片的比較（非線性特性）-106-§4.避雷器MOA與SiC電阻片的比