电力系统过电压考试复习.doc

电力系统过电压考试复习.doc

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n当电力系统进行操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。

n当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。

n电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。

一般架空单导线线路的波阻抗Z≈500Ω，分裂导线波阻抗Z≈300Ω

n冲击电晕对导线耦合系数的影响

发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。

n冲击电晕对波阻抗和波速的影响

冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小

n冲击电晕对波形的影响

冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，

有利于变电所的防雷保护。

最大电位梯度出现在绕组的首端。

冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的αl倍。

αl越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。

（危及变压器绕组的首端匝间绝缘）

n最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于αU0，对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘）有危害。

n绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。

过电压波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。

波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位梯度也比较低。

n变压器绕组内部保护的关键措施是：

改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接近稳态电位分布。

这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过电压的幅值。

（1）补偿对地电容C0dx的影响；（静电环）

（2）增大纵向电容K0/dx（纠结式绕组）

绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为Uab=ālab/v

n侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，则作用在匝间的电压也愈大。

n为了限制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡度。

雷电放电（先导放电、主放电、余光放电）

A．雷暴日（Td）/雷暴小时（Th）B。

落雷密度γ

C．雷电流1、雷电流幅值的概率分布2、雷电流波形3、雷电流陡度4、雷电流的极性

避雷针由接闪器、引下线和接地体三部分组成

避雷线的接闪器为悬挂在空中的水平接地导体。

1.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。

2.应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合。

3.应有较强的绝缘强度自恢复能力。

阀式避雷器、排气式避雷器、氧化锌避雷器

n接地是指将电力系统或建筑物内的电气设备的某一部分与大地相连接，与大地保持等电位。

接地是由接地装置实现的。

n接地装置包括接地体与接地线，接地体是埋设于大地并直接与大地土壤接触的金属导体，其作用是减小接地电阻，接地线是连接被接地物与接地体的金属导线。

1）工作接地电力系统正常运行的需要而设置的接地。

例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。

其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并有利于实现继电保护。

工作接地要求的接地电阻一般为0.5~5Ω。

2）保护接地为了人身安全，而将电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等加以接地。

这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身安全造成威胁。

同时也要将接触电势和跨步电势限制在安全范围。

高压设备接地保护要求的接地电阻为1~10Ω。

3）防雷接地针对防雷保护的需要而设置的接地，比如杆塔的接地、高层建筑物的接地、避雷装置的接地等，目的是将雷电流安全地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。

架空输电线路杆塔的接地电阻一般不超过10~30Ω，避雷器的接地电阻一般不超过5Ω。

n发电厂和变电站的接地同时起到工作接地、安全接地和防雷接地的作用。

发电厂变电站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电站内的设备与接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。

雷击线路可能引起两种破坏：

短路接地故障，引起线路跳闸停电事故；雷击线路形成的雷电过电压波（侵入波），沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全运行。

输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。

感应过电压的静电分量:

由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压。

感应过电压的电磁分量:

由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压。

由于主放电通道与导线几乎互相垂直，电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。

感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。

反击：

作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电压，绝缘子串会发生杆塔对导线放电导致的闪络。

绕击：

雷绕过避雷线而击于导线

输电线路的防雷措施：

架设避雷线（防止雷直击导线；分流；使杆塔电位下降；耦合作用，降低绝缘子串上的过电压；屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。

）降低杆塔接地电阻架设耦合地线（分流；耦合）采用不平衡绝缘方式装设自动重合闸加强线路绝缘安装线路避雷器

加装塔顶拉线架设旁路架空地线

变电站侵入波的防护，采取的主要措施是采用避雷器。

不论被保护设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所受冲击电压的最大值必然高于避雷器的残压，其差值为△U=2al/v

当侵入波的陡度一定时，避雷器与被保护设备之间的电气距离越大，设备上的电压高出避雷器的残压也就越多。

因此，要使避雷器起到良好的保护作用，它与被保护设备之间的电气距离就不能超过一定的值（最大电气距离lmax）。

进线段：

指靠近变电站长度为1~2km的一段架有避雷线的线路。

进线段保护是指在进线段上加强防雷保护措施。

对于35~110kV全线无避雷线的线路，进线段必须架设避雷线，避雷线对导线的保护角不大于20º；对于110kV及以上全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使进线段线路有较高的耐雷水平。

作用：

减少直击雷形成侵入波的概率；削弱侵入波的陡度，降低侵入波的幅值；限制流入避雷器的雷电流。

旋转电机与输电线路的连接形式：

（1）非直配电机：

经过变压器后再与架空线相连接的电机；

（2）直配电机：

直接与架空线相连（包括经过电缆线、电抗器等元件与架空线相连）的电机。

电机防雷的特点

（1）在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。

（2）发电机只靠避雷器保护是不够的，还必须与电容器、电抗器和电缆段等配合起来进行保护。

（3）电机匝间绝缘要求严格限制侵入波的陡度。

直配电机的防雷保护：

在发电机出线母线上安装一组避雷器；在发电机母线上装设一组并联电容器C；在发电机和架空线间接入一段电缆并在电缆首端加装管式避雷器；当发电机中性点有引出线时，在中性点加装一只避雷器；在电缆首端前方70m加装管式避雷器以发挥电缆段的作用；60MW以上的发电机不能与架空线直接连接，不能以直配电机的方式运行。

非直配电机的防雷保护：

经变压器升压送电的非直配电机在防雷上比直配电机可靠。

经变压器送电的发电机可能受到的雷电过电压是经由变压器绕组传递而来的过电压。

经变压器送电的特别重要的发电机，在其出线上宜装设一组氧化锌避雷器，以保证安全。

在多雷区，也需要在发电机出线的母线上装设并联电容器，并在中性点安装避雷器，以保证重要发电机的安全。

在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。

暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。

操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在0.ls（五个工频周波）以内的过电压称为操作过电压。

电感与电容上压降反相,且线路的容抗远大于感抗，使U2＞U1，造成线路末端的电压高于首端的电压。

线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电抗器的容量增大（XL减小）而下降。

并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。

n电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路末端的电压升高。

n在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估算最严重的工频电压升高。

n对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循一定的操作程序：

线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。

这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。

n在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。

并联电抗器可以接在长线路的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。

线路上接有并联电抗器后，沿线电压分布将随电抗器的位置不同而各异。

n并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。

当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。

α：

接地系数，说明单相接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值与故障前故障相对地电压有效值之比。

中性点绝缘的系统：

X0主要由线路容抗决定，为负值。

单相接地时，健全相电压升高约为线电压的1.1倍（K=-20）。

选择避雷器灭弧电压时，取110%的线电压（110%避雷器）。

中性点经消弧线圈接地系统：

在过补偿状态运行时，X0为很大的正值；欠补偿运行时，X0为很大的负值。

单相接地时健全相电压接近线电压。

选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压（100%避雷器）。

对中性点直接接地的110~220kV系统：

X0为不大的正值，一般X0/X1≤3，健全相上电压升高不大于1.4倍相电压，约为80%的线电压（80%避雷器）。

当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，与其相应的电源电势E’d不变。

原来负荷的电感电流对主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使E’d上升。

因此加剧了工频电压的升高。

其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。

转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。

线路的电容电流流过电源感抗也会造成电压升，同样会增加电容效应，犹如增加了导线的长度一样。

显然，电源容量越小，电容效应越严重。

在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。

电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。

电力系统包含有许多电感和电容元件L：

发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等;

C：

线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、高压设