電力系統(tǒng)過電壓介紹

電力系統(tǒng)過電壓介紹第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/12電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行中除了受長期工作電壓的作用外，還會受到各種比工作電壓高得多的過電壓的作用。所謂過電壓就是指電系統(tǒng)中出現(xiàn)的對絕緣有危險(xiǎn)的電壓升高和電位升高。通常過電壓可以作如下分類：第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/13電力系統(tǒng)過電壓的種類和過電壓水平過電壓的分類

工頻電壓升高暫時(shí)過電壓內(nèi)部過電壓諧振過電壓操作過電壓電力系統(tǒng)過電壓直接雷過電壓雷電過電壓感應(yīng)雷過電壓第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/14內(nèi)部過電壓的根源在電力系統(tǒng)內(nèi)部，通常都是因系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的積聚和轉(zhuǎn)換而引起。分類：

內(nèi)部過電壓暫時(shí)過電壓操作過電壓工頻電壓升高諧振過電壓空載長線的電容效應(yīng)不對稱短路引起的工頻電壓升高甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高線性諧振過電壓鐵磁諧振過電壓參數(shù)諧振過電壓切斷空載線路過電壓空載線路合閘過電壓切斷空載變壓器過電壓斷續(xù)電弧接地過電壓第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/15第一節(jié)穩(wěn)態(tài)過電壓的電路基礎(chǔ)第二節(jié)諧振過電壓第三節(jié)切斷空載線路過電壓第四節(jié)空載線路合閘過電壓第五節(jié)切除空載變壓器過電壓第六節(jié)雷電放電和雷電過電壓內(nèi)部過電壓第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/16第一節(jié)穩(wěn)態(tài)過電壓的電路基礎(chǔ)

（1）由于工頻電壓升高大都在空載或輕載條件下發(fā)生，所以它們有可能同時(shí)出現(xiàn)、相互疊加。（2）工頻電壓升高是決定某些過電壓保護(hù)裝置工作條件的重要依據(jù)，所以它直接影響到避雷器的保護(hù)特性和電力設(shè)備的絕緣水平。（3）由于工頻電壓升高是不衰減或弱衰減現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間很長，對設(shè)備絕緣及其運(yùn)行條件也有很大影響。工頻電壓升高的危害第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/17輸電線路在長度不很大時(shí)的等值電路，由于空載，就可簡化如圖所示?！玆LUR.UL.EUCC..空載長線的簡化等值電路第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/18一般R要比XL和XC小得多，而空載線路的工頻容抗XC又要大于工頻感抗XL，因此在工頻電勢的作用下，線路上流過的容性電流在感抗上造成的壓降將使容抗上的電壓高于電源電勢。

第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/19由于電感與電容上的壓降反相，且UC＞UL，可見電容上的壓降大于電源電勢.為了限制這種工頻電壓升高現(xiàn)象，大多采用并聯(lián)電抗器來補(bǔ)償線路的電容電流以削弱電容效應(yīng)，效果十分顯著。第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/110第二節(jié)諧振過電壓一、諧振過電壓的類型（1）線形諧振過電壓（2）參數(shù)諧振過電壓（3）鐵磁諧振過電壓第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/111二、鐵磁諧振過電壓ULLEICUC～第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/112特點(diǎn)：產(chǎn)生串聯(lián)鐵磁諧振的必要條件是：電感和電容的伏安特性必須相交，鐵磁元件的非線性是產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因。第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/113第三節(jié)切斷空載線路過電壓QF～z-Uφl(a)(b)第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/114影響因素（1）中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的中性點(diǎn)電位有可能發(fā)生位移，所以某一相的過電壓可能特別高一些。（2）斷路器的性能：重燃次數(shù)對這種過電壓的最大值有決定性的影響；（3）母線上的出線數(shù)：當(dāng)母線上同時(shí)接有幾條出線，而只切除其中一條時(shí)，這種過電壓將較??；第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/115第四節(jié)空載線路合閘過電壓空載線的合閘可分為正常合閘和自動重合閘。這時(shí)出現(xiàn)的操作過電壓稱為合空線過電壓或合閘過電壓，重合閘過電壓是過電壓中最嚴(yán)重的一種。第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/116如果是自動重合閘，那么條件將不利，主要原因在于這時(shí)線路上有一定殘余電荷和初始電壓，重合閘時(shí)振蕩將更加劇烈。如果采用的是單相自動重合閘，只切除故障相，而健全相不與電源電壓相脫離，那么當(dāng)故障相重合閘時(shí)，因該相導(dǎo)線上不存在殘余電荷和初始電壓，就不會出上述高幅值重合閘過電壓。在合閘過電壓中，以三相重合閘的情況最為嚴(yán)重，其過電壓理論值可達(dá)3Uφ第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/117影響因素和限制措施影響因素（1）合閘相位：是隨機(jī)量，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。（2）線路損耗：主要來源：①線路及電源的電阻；②當(dāng)過電壓超過導(dǎo)線的電暈起始電壓后，導(dǎo)線上出現(xiàn)電暈損耗。（3）線路殘余電壓的變化第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/118合閘過電壓的限制、降低措施主要有：（1）裝設(shè)并聯(lián)合閘電阻（2）同電位合閘

（3）利用避雷器來保護(hù)

第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/119～ui=iL+iC電弧切除空載變壓器等值電路一、發(fā)展過程第五節(jié)切除空載變壓器過電壓≈iLiLLTCTiC第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/120產(chǎn)生原因：流過電感的電流在到達(dá)自然零值之前就被斷路器強(qiáng)行切斷，從而迫使儲存在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)為電場能量而導(dǎo)致電壓的升高。第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/121二、影響因素與限制措施影響因素（1）斷路器性能滅弧能力越強(qiáng)的斷路器，其對應(yīng)的切空變過電壓最大值也越大。（2）變壓器特性第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/122第六節(jié)雷電放電和雷電過電壓一、雷云的形成關(guān)于雷云的形成機(jī)理有很多的理論，它們或從微觀的物理過程出發(fā)、或從宏觀的大氣現(xiàn)象出發(fā)，對雷云形成過程中的電荷分離、電荷的積聚分布、雷云電場的形成等進(jìn)行分析、研究，其中比較有代表性的有感應(yīng)起電、對流起電、溫差起電、水滴分裂起電、融化起電、凍結(jié)起電等，但至今尚無定論。第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/123二、雷電放電過程就其本質(zhì)而言，雷電放電是一種超長氣隙的火花放電，與金屬電極間的長氣隙放電是相似的。所不同的是由于雷云的物理性質(zhì)畢竟與金屬板不同，因而具有多次重復(fù)雷擊等現(xiàn)象和特點(diǎn)。第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/124雷云下部大部分帶負(fù)電荷，所以大多數(shù)的雷擊是負(fù)極性的，雷云中的負(fù)電荷會在地面感應(yīng)出大量正電荷。這樣地面與大地之間或兩塊帶異號電荷的雷云之間，會形成強(qiáng)大的電場，其電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/125通?！霸啤亍敝g的線狀雷電在開始時(shí)往往是一微弱發(fā)光的通道從雷云向地面伸展，它以逐級推進(jìn)的方式向下發(fā)展，每級長度約25~50m，每級的伸展速度約104km/s，平均發(fā)展速度只有100~800km/s這種預(yù)放電稱為先導(dǎo)放電。第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/126當(dāng)先導(dǎo)放電接近地面時(shí)，地面上一些高聳的物體因周圍電場強(qiáng)度達(dá)到了能使空氣電離程度，會發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)，當(dāng)它與下行先導(dǎo)相遇時(shí)，就出現(xiàn)了強(qiáng)烈的電荷中和過程，出現(xiàn)極大的電流，這就是雷電的主放電階段，伴隨著雷鳴和閃光。這段時(shí)間極短，只有50~100μs，它是沿著負(fù)的下行先導(dǎo)通道，由下而上逆向發(fā)展的，亦稱“回?fù)簟?。?6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/127三架空輸電線路防雷保護(hù)輸電線路是電力系統(tǒng)的大動脈，一條長100m的架空線路一年往往要遭到數(shù)十次雷擊，因而線路的雷擊事故在電力系統(tǒng)總的雷害事故中占有很大的比重。輸電線路防雷保護(hù)的根本目的就是盡可能的減少線路雷害事故的次數(shù)和損失。第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/128為了表示一條線路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果，通常采用的指標(biāo)有:耐雷水平:雷擊線路時(shí)，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡(luò)的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡(luò)的最小雷電流幅值，單位為KA。雷擊跳閘率(n):是指在雷暴日Td=40的情況下、100km的線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為“次/(100km.40雷暴日)”。第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/129四變電所的防雷保護(hù)變電所是多條輸電線路的交匯點(diǎn)和電力系統(tǒng)的樞紐。變電所中出現(xiàn)的雷電過電壓有兩個(gè)來源：雷電直擊變電所；沿輸電線路入侵的雷電過電壓波。第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/130雷電直接擊中變電所設(shè)施的導(dǎo)電部分，則出現(xiàn)的雷電過電壓很高，一般都會引起絕緣的閃絡(luò)或擊穿，所以必須裝設(shè)避雷針或避雷線對直擊雷進(jìn)行防護(hù)。按照安裝方式的不同，可將避雷針分為獨(dú)立避雷針和裝設(shè)在配電裝置構(gòu)架上的避雷針兩類。變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/131五、變電所的進(jìn)線段保護(hù)

從前面的分析可知：為了使閥式避雷器有效地發(fā)揮保護(hù)作用，就必須采取措施：限制進(jìn)波陡度限制流過避雷器的沖擊電流幅值進(jìn)線段能起兩方面的作用：進(jìn)入變電所的雷電過電壓將來自進(jìn)線段以外的線路，它們在流過進(jìn)線段時(shí)將因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；利用進(jìn)線段來限制流過避雷器的沖擊電流幅值。第31頁，共33頁，2023年，2月20日，星期一2023/5/132六旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)要比變壓器困難得多，其雷害事故也往往大于變壓器，這是由它的絕緣結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件等方面的特殊性造成的。在同一電壓等級的電氣設(shè)備中，以旋轉(zhuǎn)電機(jī)的沖擊電氣強(qiáng)度為最低。電機(jī)絕緣的沖擊耐壓水平與保護(hù)它的避雷器的保護(hù)水平相差不多、裕度很小。發(fā)電機(jī)繞組的匝間電容很小和不連續(xù)，迫使過電壓進(jìn)入電機(jī)繞組后只能沿著繞組導(dǎo)體傳播，而它的