1、過電壓保護原理及防護措施 （天津繼電保護培訓班 2011.7.28） 廣州石化 黎德初 02062121159,過電壓保護原理及防護措施 今天講的過電壓原理及防護措施這一節(jié)課，實際上是大學電力專業(yè)所學的“高電壓技術(shù)”這門課程的主要內(nèi)容，利用一個上午的時間，主要幫助大家恢復和重新建立對電力系統(tǒng)過電壓全面系統(tǒng)的理解，同時希望大家有一次理論升華和再認識的過程！ 在實際工作中出現(xiàn)的一次設(shè)備的絕緣故障問題，首先要想到，系統(tǒng)是否存在過電壓，是哪一類過電壓，參數(shù)配合是否合理；對于新建項目，它的各種防過電壓措施和絕緣配合是否合理。重在培養(yǎng)意識和觀念，重點在于加強提高認識和應(yīng)用方面的知

2、識，著眼于解決實際問題。至于理論上的公式推導和數(shù)學模型，大家手上可常備幾本參考書，便于碰到問題時查閱。同時對于更深層次的問題，知道用什么手段和途徑去解決。,過電壓保護原理及防護措施 1 明確跟過電壓有關(guān)的幾個重要概念 2 對過電壓的形成機理再認識 3 對過電壓知識進行系統(tǒng)的梳理 4 結(jié)合實際,分析過電壓的防護措施 5 收集整理 過電壓的事故和實例 6 總結(jié)出一些重要結(jié)論,并給出一些思考題。,過電壓保護原理及防護措施 目 錄 第一章 前言 第二章 內(nèi)部過電壓 第一節(jié)操作過電壓的成因及其特點 第二節(jié)工頻電壓升高（工頻過電壓） 第三節(jié)諧振過電壓的成因及其特點 -消弧線圈補償網(wǎng)絡(luò)的線性諧振 -斷線諧振

3、過電壓 -電壓互感器因飽和諧振過電壓,第三章 雷電過電壓 第一節(jié) 有關(guān)雷電的一些知識 第二節(jié)防雷設(shè)施 第三節(jié)架空線路防雷 第四節(jié)變電站防雷 第四章 絕緣配合原則 總結(jié) 參考書,第一章 前 言 1 什么是電力系統(tǒng)的過電壓? 2 電力系統(tǒng)的過電壓是怎樣產(chǎn)生的? 3 電力系統(tǒng)過電壓的分類?,1 什么是電力系統(tǒng)的過電壓? 超過電力系統(tǒng)最高工作電壓(Um)稱為電力系統(tǒng)的過電壓。 兩層意思 這里講的電力系統(tǒng)最高工作電壓，是指各個電壓等級的最高電壓Um ； 各個電壓等級的最高電壓Um，同該等級的額定電壓有對應(yīng)關(guān)系；,Um ：對于研究過電壓問題，是一個很重要的參數(shù)和符號。 幾個電壓的關(guān)系 系統(tǒng)標稱電壓UN 線

4、路額定電壓 同步發(fā)電機額定電壓 降壓變一二次繞組額定電壓 升壓變一二次繞組額定電壓 電力系統(tǒng)最高工作電壓(Um),-系統(tǒng)標稱電壓( kV ) 0.38 3 6 l0 15 20 35 66 110 220 330 500 750 將超過220 kV的系統(tǒng)成為超高壓電力系統(tǒng) -線路額定電壓 線路額定電壓跟系統(tǒng)標稱電壓完全相同,-發(fā)電機的額定電壓 發(fā)電機的額定電壓（kV），一般比直配線路（3 6 l0）額定電壓高 5 % 3.15 6.3 10.5 13.8 15.75 17 （20 22 24 26） 大容量的發(fā)電機（超過100MW），接入系統(tǒng)方式為發(fā)電機-變壓器組的接線方式，其額定電壓為1 3

5、.8 kV及以上，同系統(tǒng)和廠用電連接都有變壓器隔離，分析過電壓問題和角度有所不同。,-降壓變壓器 對于降壓變壓器一次繞組的額定電壓，與相連線路的額定電壓相同。 發(fā)電廠廠用降壓變壓器，一次繞組的額定電壓與發(fā)電機額定電壓相同 降壓變壓器二次繞組的額定電壓，需要比所連接的系統(tǒng)標稱電壓高10 兩個原因 正常運行時降壓變二次電壓較線路高5% 額定負載下降壓變內(nèi)部的電壓降約為5%,-升壓變壓器 升壓變壓器一次繞組的額定電壓，與發(fā)電機額定電壓相同 升壓變壓器二次繞組的額定電壓，需要比所連接的系統(tǒng)標稱電壓高10 原因同降壓變壓器二次繞組的額定電壓,我國各種電壓等級使用情況如下 3 、6kV 用于發(fā)電廠廠用電和

6、配電網(wǎng)電壓。 10kV廣泛用于配電網(wǎng)電壓。 35 、66kV為大城市、大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的配電網(wǎng)和農(nóng)村輸電網(wǎng)電壓。 110、220kV用于電網(wǎng)主干輸電線電壓。,330 、 500 kV 用于大電網(wǎng)主網(wǎng)網(wǎng)架電壓。500 （包括直流輸電）、 750kV 用于系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線。 其中330 750kV為西北電網(wǎng)所特有 我國已經(jīng)建成1000kV交流、800kV直流的特高壓輸電線路的示范工程。,系統(tǒng)標稱電壓同最高工作電壓對應(yīng)關(guān)系為： （ UN Um kV） UN 3 6 10 15 20 35 66 110 220 Um 3.6 7.2 12 18 24 40.5 72.5 126 252 系統(tǒng)最高工作電壓U

7、m是很重要的參數(shù)和指標, 研究過電壓問題時經(jīng)常要用到。 請牢記各個電壓等級的最高工作電壓Um！ 過電壓的概念 系統(tǒng)中的運行電壓，如超過該電壓等級下相對應(yīng)的Um，稱為過電壓。,2 過電壓的產(chǎn)生 過電壓屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象，電力系統(tǒng)中電路狀態(tài)或電磁狀態(tài)的突然變化是產(chǎn)生過電壓的根本原因。 過電壓分為外過電壓和內(nèi)過電壓兩大類。研究電力系統(tǒng)中各種過電壓的起因，預(yù)測其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對于電工設(shè)備制造和電力系統(tǒng)運行都具有重要意義。 制造廠商的電工設(shè)備絕緣水平必須保證： 長期耐受工作電壓的考驗； 必須能夠承受在一定時間內(nèi)的一定幅度過電壓沖擊；,3 過電壓的分

8、類 直擊雷過電壓 雷電過電壓 雷擊感應(yīng)過電壓 雷電波侵入過電壓 雷電地電位反擊過電壓 長線路電容效應(yīng) 過電壓 工頻過電壓不接地系統(tǒng)發(fā)生不對稱接地 甩負荷 暫時過電壓 線性諧振 諧振過電壓鐵磁諧振 內(nèi)部過電壓參數(shù)諧振 線路合閘和重合閘過電壓 空載線路分閘過電壓 開斷并聯(lián)電容補償裝置的過電壓 操作過電壓操作空載變壓器和并聯(lián)電抗器等 開斷高壓感應(yīng)電動機的過電壓 發(fā)生單相接地故障的過電壓,各類過電壓的示意圖,小結(jié) 介紹了過電壓的概念，各電壓等級的最高工作電壓，過電壓的大概分類。 思考題： 1 各電壓等級的最高工作電壓(Um)分別為多少？ 2 電力系統(tǒng)過電壓的分類。,第二章 內(nèi)部過電壓 內(nèi)部過電壓是由于

9、電力系統(tǒng)故障、或開關(guān)操作、或參數(shù)配合不當而引起的電網(wǎng)運行狀態(tài)變化，導致電網(wǎng)中電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生瞬時或持續(xù)高于電網(wǎng)額定允許電壓、并對電氣裝置可能造成威脅的電壓升高。 內(nèi)部過電壓分為三大類：操作過電壓、工頻過電壓、諧振過電壓。,在故障或操作時瞬間發(fā)生的過電壓稱為操作過電壓，其持續(xù)時間一般在幾十毫秒之內(nèi)； 在暫態(tài)過渡過程結(jié)束以后出現(xiàn)的，持續(xù)時間大于0.1秒甚至數(shù)小時的持續(xù)性過電壓稱為暫時過電壓。 暫時過電壓又可以分為工頻過電壓和諧振過電壓。,電力系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓主要有： （1）操作過電壓：由于斷路器操作（或出現(xiàn)故障保護動作引起）的過電壓。 （2）工頻過電壓：由于電網(wǎng)運行方式的突然改變，引起某

10、些電網(wǎng)工頻電壓的升高。 （3）諧振過電壓：由系統(tǒng)電感和電容組成的諧振回路引起的過電壓。,電力系統(tǒng)的過電壓值： （1）相對地暫時過電壓和操作過電壓的標么值： 工頻過電壓 1.0p.u.= Um/3； 諧振過電壓和操作過電壓 1.0p.u.=2Um/3,（2）系統(tǒng)的工頻過電壓水平 線路斷路器的變電所側(cè) 1.3p.u. 線路斷路器的線路側(cè) 1.4p.u. 對110kV及220kV系統(tǒng) 工頻過電壓一般不超過1.3p.u.；3kV10kV系統(tǒng)一般不超過1.13p.u 35kV66kV系統(tǒng)，一般分別不超過1.13p.u和3p.u。,（3）系統(tǒng)的操作過電壓水平 110-220kV中性點直接接地：3.0p.u

11、. 66kV及以下中性點不接地：3.5p.u 消弧線卷接地：3.2p.u 電阻接地：2.5p.u,第一節(jié)操作過電壓 幾種描述( E= Ldi/dt)： -所謂操作過電壓是指當斷路器、刀閘進行操作或發(fā)生系統(tǒng)故障時,電力系統(tǒng)從一種穩(wěn)定工作狀態(tài)通過振蕩轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡過程中所產(chǎn)生的暫態(tài)性質(zhì)的過電壓。 -電流通過導體時在其周圍建立一個磁場,將能量儲存起來,當電流斷開或接通時(特別是當導線較長或者切合感性負載、開斷容性負載時),磁場的能量將急速釋放,形成瞬態(tài)過電壓。,-投切設(shè)備或切換線路引起的動態(tài)過電壓，是指在電網(wǎng)中,有大量的電感電能貯能元件,用開關(guān)接通或切斷電路時、發(fā)生故障性短路或斷路時

12、,均將引起動態(tài)過電壓。 -是電磁能量發(fā)生振蕩的過渡過程。,操作過電壓，由于進行斷路 器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快持續(xù)時間較短，是毫秒級暫態(tài)過程的過壓。 常見的有： -切除空載線路過電壓 -空載線路合閘和重合閘過電壓 -切斷空載變壓器過電壓 -切斷電動機等電感性負載的過電壓 -弧光接地過電壓 -切除電容器過電壓 -其他操作過電壓,1.切除空載線路時的過電壓 切斷空載線路或并聯(lián)電容器組時，可能引起“電感-電容”回路振蕩過程，引起過電壓，產(chǎn)生電弧重燃，引起電氣設(shè)備的多次絕緣閃絡(luò)或擊穿事故。 用開關(guān)切除空載線路時，可能在線路或母線側(cè)出現(xiàn)危險的過電壓。在工頻條件下，由于，空載線路表現(xiàn)為一個等值的

13、電容負荷，所以切除空載長線時產(chǎn)生的過電壓與切除電容器組時產(chǎn)生的過電壓性質(zhì)完全相同。,切除空載線路過電壓： 空載線路屬于電容性負載。由于切斷過程中交流電弧的重燃而引起更劇烈的電磁振蕩,使線路出現(xiàn)過電壓。其原理如圖所示。t1時刻工頻電流熄滅，此時線路仍保持殘余電壓UcEm；,t2-t3時高頻電弧第一次重燃又熄滅，使線路電壓經(jīng)過振蕩達到-3Em；t4-t5時電弧第二次重燃并熄滅，使線路電壓達到5Em。如此推演,直至電弧不再重燃、電流最終切斷為止。切除電容器等其他電容性負載，都會因電弧重燃而引起上述過程的,電弧重燃具有強烈的統(tǒng)計性， 過電壓幅值=穩(wěn)態(tài)值+（穩(wěn)態(tài)值-初始值 穩(wěn)態(tài)值=Em,初始值=- Em

14、, t3時刻的過電壓幅值 = Em+Em -（- Em）=3 Em 以此類推， t5時刻的過電壓幅值為5 Em,限制措施: 改善斷路器性能,增大觸頭滅弧能力 采用帶并聯(lián)電阻（約3000 ）的開關(guān) 線路上裝電磁式放電PT 并聯(lián)電抗器 采用專門的磁吹避雷器,2 .空載線路合閘和重合閘的過電壓 系統(tǒng)在合閘初瞬間的暫態(tài)過程中，電源電壓通過系統(tǒng)的電感和電容，在回路中會發(fā)生諧振，因起過電壓。 合閘過電壓有計劃性合閘操作和故障后自動重合閘。 限制措施:采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān),圖中L為電源和線路的等值電感，C為線路的等值電容,e（t）為交流電源。當開關(guān) K突然合上時，在回路中會發(fā)生以角頻率 的 高頻振蕩過渡過程

15、,電容C（即線路）上的電壓UC(t)可能達到最大值,即=2Em,Em為交流電源電壓幅值。如果合閘前電容C上還有初始電壓,合閘后振蕩過程中的過電壓 還可能達到3Em,線路自動重合閘時就會有這種情況。,3 .切除空載變壓器引起的過電壓 切除空載變壓器是電網(wǎng)中常見的一種操作形式。在正常運行的情況下，空載變壓器表現(xiàn)為一個勵磁電感（它的漏感較小得多，可以忽略），因此切除空載變壓器也即是切除電感負載。 切除電動機、電抗器時，開關(guān)中的電感電流突然被切斷，電感中儲存的磁能將在被切除的電器和開關(guān)上引起過電壓。 限制措施:采用帶并聯(lián)電阻的開關(guān)或高性能的開關(guān)。,變壓器是電感性負載,同時對地還有等值電容。當斷路器K突

16、然切斷電流時,電流變化率 甚大,使變壓器上產(chǎn)生甚高的感應(yīng)過電壓 。電流切斷以后,變壓器中殘余的電磁能 又向?qū)Φ仉娙軨充電，形成振蕩過程，因而出現(xiàn)過電壓,稱為截流過電壓。其波形如圖所示。斷路器操作切除其他電感性負載也會出現(xiàn)類似的過電壓。,4.切斷電動機等電感性負載的過電壓 真空斷路器切斷變壓器、電動機等感性負載時，將產(chǎn)生操作過電壓。這是因為真空斷路器優(yōu)越的絕緣性能在電弧電流過零點前就被強行切斷，引起線路產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，同時在感性負載與分布電容之間發(fā)生高頻振蕩，使得電動機等電感性負載端部產(chǎn)生過電壓。,由于電感電流不在零點時被迫截斷，在電感電路中電流突變會感應(yīng)很高電壓，其過電壓值與截留值有關(guān)，有數(shù)值

17、顯示這種電感電路中的操作過電壓可達7倍額定值以上，如果電動機在起動時斷路器跳閘,此時過電壓倍數(shù)更高。,5 .弧光接地過電壓 在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，各相的相電壓升高，則流過故障點的接地電流也隨著增加，許多暫時性的單相弧光接地故障往往能自行熄滅，在接地電流不大的系統(tǒng)中，不會產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧，這種間歇性的電弧引起系統(tǒng)運行方式瞬息變化，導致多次重復性電磁振蕩，在無故障相和故障相上產(chǎn)生嚴重的弧光過電壓。 限制措施:采用消弧線圈接地或電阻接地方式。,6.切除電容器過電壓 多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電容進行充電而產(chǎn)生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源

18、，另一側(cè)為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發(fā)生擊穿，斷路器的恢復電壓就會升高，就會發(fā)生第二次重燃，再滅弧、再重燃以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復電壓逐級升高，負載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生多次重燃過電壓。,7.其他形式的操作過電壓 操作刀閘引起的過電壓 二次回路的操作過電壓 重點介紹二次回路的操作過電壓,二次回路的操作過電壓 產(chǎn)生的原因： 一是分布電容的傳遞作用，二次回路突然切斷電感電路的電流時，所產(chǎn)生的操作過電壓，一方面會通過觸點間的電弧傳入直流系統(tǒng)，另一方面原來線圈的磁場能量會轉(zhuǎn)換成分布電容的電場能量。 其次，磁場的耦合作

19、用也會傳遞過電壓，過電壓器具的振蕩電流產(chǎn)生交變磁場，有部分磁力線與受干擾回路耦合，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，這是由磁場耦合而傳遞過電壓的。,第三，控制回路常采用多芯電纜，纜芯平行且靠得很近，靜電互感系數(shù)比較大，而磁力線絕大部分集中在斷路器、繼電器、跳合閘線圈等鐵心線圈回路中，與之相比纜芯之間交鏈的磁力線很少，互感系數(shù)較小。因此，操作過電壓比感應(yīng)電壓大得多，這也說明過電壓主要是通過分布電容進行傳遞。, 二次回路操作過電壓的危害 當電網(wǎng)發(fā)生事故跳閘或停電操作時，突然切斷二次回路電感的電流時會產(chǎn)生過電壓。在開關(guān)斷開過程中，觸點間的距離尚未到達足夠大時就已經(jīng)被擊穿，高電壓進入直流操作電源系統(tǒng)，電壓承受水平較

20、低的半導體器件就會受到不同程度的破壞及影響。因為半導體器件的過電壓承受水平較低，反應(yīng)靈敏，會造成損壞或無法正常工作。PLC輸出及儀表輸出至電氣接點耐壓水平 對電磁元件影響不大，因為其絕緣水平較高，并且其動作過程有一定的惰性，所以不會造成誤動作影響正常工作。, 防范措施 a線圈兩端并聯(lián)非線性電阻 二極管是常用的非線性電阻。為防止操作時的過電壓，常用方法是在線圈兩端并聯(lián)一個非線性電阻，當突然切斷電感電路的電流時，往往會產(chǎn)生較大的反電勢，由于并聯(lián)二極管，反電勢通過二極管被短路，線圈中的自由分量電流是按指數(shù)形式衰減。線圈的端電壓等于二極管的壓降，其值遠小于電源電壓。這樣，二極管就能消除振蕩過電壓的產(chǎn)生

21、。但這種辦法不適用于交流電路。,b 線圈兩端并聯(lián)阻容支路 這種辦法不僅適用于直流電路也適用于交流電路。其結(jié)線方式是把阻容支路并聯(lián)在線圈兩端。在增加的并聯(lián)支路所組成的回路中，電阻被調(diào)整到臨界值，因而當開關(guān)切斷載流線圈電流時不產(chǎn)生振蕩。另一方面，由于兩支路的時間常數(shù)相等，因而不管總電流隨時間如何變化，兩支路中的自由電流分量總是大小相等，方向相反。電源支路中自由電流分量等于零，也就是說，當開關(guān)切斷線圈電流時，線圈兩端的電壓為零。所以這種結(jié)線方式，不僅可消除操作過電壓，同時也消除了在切斷感性負載時，開關(guān)觸點間產(chǎn)生的電弧及火花。,c 采用具有金屬屏蔽層的電纜（總屏和分屏電纜） 當二次回路中的電纜靠得比較

22、近時，一根電纜的高頻電壓，會通過分布電容傳遞到附近另一根電纜纜芯上，為減少過電壓的傳遞，最好采用有金屬屏蔽層的電纜，并將屏蔽層在電纜兩端分別接地，從而使操作過電壓的磁力線絕大部分集中在屏蔽層，不會進入電纜內(nèi)部，從而避免了過電壓的傳遞。 如果電纜沒有金屬屏蔽層時，將電纜內(nèi)備用纜芯接地，同樣也能起到減少操作過電壓傳遞的效果。 在采取防止操作干擾過電壓的措施時，同時還應(yīng)注意不能影響裝置的正常工作。,小結(jié)-操作過電壓 原因：操作過電壓是由于故障和斷路器操作引起的過渡過程過電壓。由于“操作”，使電力系統(tǒng)中的電容電感的貯能元件的工作狀態(tài)發(fā)生了變化，從而導致電磁能量在電容電感間的振蕩，在振蕩的過渡過程中，產(chǎn)

23、生了數(shù)倍于電源電壓的操作過電壓。 特點：操作過電壓具有幅值高存在高頻振蕩強阻尼持續(xù)時間短暫態(tài)過程它的發(fā)生有一定的隨機性等特點。,由于操作過電壓的能量來自系統(tǒng)本身，所以過電壓的幅值與額定電壓存在一定的倍數(shù)關(guān)系。系統(tǒng)的標稱電壓愈高，操作過電壓幅值愈高，但其過電壓倍數(shù)愈低。 對于220kV及以下系統(tǒng)，通常電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計容許承受3-4倍的過電壓，只要選擇設(shè)備符合絕緣配合的原則，一般不必采取專門的限制措施。,在中性點直接接地的系統(tǒng)中，常見的操作過電壓有：合、分閘空載線路過電壓，切除空載變壓器過電壓，解列過電壓等。 在中性點不接地系統(tǒng)中，有單相弧光接地過電壓，投、切電容器過電壓，開斷電動機過電壓等

24、。,第二節(jié) 工頻過電壓 由于電網(wǎng)運行方式的突然改變，引起某些電網(wǎng)工頻電壓的升高。 工頻電壓升高包括： 1）突然甩負荷引起的工頻電壓升高 2）長線路空載末端的電壓升高 3）系統(tǒng)不對稱短路時的電壓升高 4) 解環(huán)操作引起的過電壓,1.突然甩負荷引起的工頻電壓升高 發(fā)電機電樞反應(yīng)的變化引起的工頻電壓升高 （1）一般系統(tǒng)所帶的是感性負荷，感性負荷的電流對發(fā)電機起去磁的電樞反應(yīng)，當系統(tǒng)突然甩掉負荷時，這個去磁的電樞反應(yīng)也隨之消失，但根據(jù)磁鏈守恒原理，穿過勵磁繞組的磁通來不及變化，故發(fā)電機端電壓將升高到 。 （2）甩掉感性負荷的長線路呈容性，容性的電流又對發(fā)電機起助磁的電樞反應(yīng)。,（3）發(fā)電機轉(zhuǎn)速上升引起

25、的工頻電壓升高。發(fā)電機突然甩負荷后，由于發(fā)電機的調(diào)速器及調(diào)壓器來不及起作用，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將要上升，而電壓幾乎隨著轉(zhuǎn)速的上升成正比增加。 母線及輸電線上的電壓，由于突然甩負荷，可達額定值的1.21.3倍。當線路電容較大時，此值還可能更高。這種電壓上升時間約為幾分之一秒，但實際上受機組調(diào)壓器、調(diào)速器以及變壓器、發(fā)電機磁飽和的限制，實際電壓上升視具體情況而定。,發(fā)電機突然甩負荷引起的過電壓跟以下因素有關(guān)：斷路器跳閘前送出的負荷大小；空載長線路的電容效應(yīng)；發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)及電壓調(diào)整器的特性；原動機的調(diào)速特性及制動設(shè)備性能；,2.空載線路末端的電壓升高 當輸電線路空載運行及線路末端帶電容器空載運行，空載線

26、路末端電壓比首端要高，這也就是常說的長線路的電容效應(yīng)。這是由于長線路是由許多串聯(lián)的LC回路組成，愈往終端電壓愈高。 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則規(guī)定，線路末端電壓不能超過系統(tǒng)額定電壓的1.15倍，持續(xù)時間不應(yīng)大于20min，因此，在給線路充電時，必須估算可能產(chǎn)生的過電壓，當可能產(chǎn)生的過電壓超過允許值時，要采取相應(yīng)措施。,對于石化企業(yè)工頻電壓升高問題，主要考慮：長電纜線路空載充電、避免帶電容器充電、避免由受電端向電纜線路反充電等帶來的過電壓問題。,3.不對稱短路時的電壓升高 在發(fā)生不對稱短路時，非故障相電壓將升高。 當中性點接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓升高一般不超過1.31.4倍相電壓的數(shù)

27、值。 當中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，非故障相的電壓升高達1.73倍相電壓的數(shù)值。利用對稱分量法，通過時序網(wǎng)絡(luò)方便的進行分析（有專業(yè)書詳細介紹）,應(yīng)避免在110kV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓。對可能形成這種局部系統(tǒng)、低壓側(cè)有電源的110kV及220kV變壓器不接地的中性點應(yīng)裝設(shè)間隙放電及其保護。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作。間隙距離的選擇除應(yīng)滿足這兩項要求外，還應(yīng)兼顧雷電過電壓下保護變壓器中性點標準分級絕緣的要求。,4.解環(huán)操作過電壓 電磁環(huán)網(wǎng)的解列操作，會由

28、于潮流的變化，導致無功分布的變化，可能會引起過電壓。 另外：由于變壓器檔位調(diào)節(jié)不當、電容器過量投入、發(fā)電機無功調(diào)節(jié)過調(diào)或強行勵磁時間長等都會引起運行電壓升高，在運行中是盡量避免的。,小結(jié)-工頻過電壓 由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓。 運行方式突然改變而導致的相對緩慢變化的過渡過程，持續(xù)時間較長，衰減過程較慢，故又稱工頻電壓升高。常見的工頻過電壓有突然甩負荷、長線路空載、系統(tǒng)不對稱短路等幾種形式。,工頻電壓升高一般不會對系統(tǒng)中正常設(shè)備造成直接的絕緣損傷，但在工頻電壓發(fā)生之前，往往發(fā)生了操作過電壓，兩者的疊加使得操作過電壓的數(shù)值很

29、大，因此需認真研究。 例如：發(fā)電機運行中跳閘，長空載線路送電都伴隨上述兩種過電壓,思考題： 發(fā)電機經(jīng)升壓變接入110kV 系統(tǒng)，廠用電接入升壓變低壓側(cè)。 當升壓變110kV側(cè)跳閘出現(xiàn)發(fā)電機甩負荷時，發(fā)電機端電壓是怎樣變化的？,動力中心,6kV,110kV升壓站,100MW機組,第三節(jié) 諧振過電壓 在額定頻率和電壓下，電力系統(tǒng)中變壓器、發(fā)電機、導線電感的漏感，均基本恒定，可認為這些參數(shù)是線性的。同時發(fā)電機和變壓器的勵磁電感（鐵芯電感）與磁通密度的大小有關(guān)，在額定工況下繞組的勵磁電感也是線性的。 當系統(tǒng)的頻率電壓異常或發(fā)生勵磁涌流時，鐵芯趨于飽和，電感呈現(xiàn)出非線性。它們和系統(tǒng)中的電容元件組成許多復

30、雜的振蕩回路，可能激發(fā)起持續(xù)時間較長的諧振過電壓。 諧振過電壓有： 線性諧振、參數(shù)諧振、鐵磁諧振三種類型。,1.線性諧振 線性諧振中電路的參數(shù)是常數(shù),不隨電壓或電流的變化而變化，不帶鐵心的電感元件（線路的電感、變壓器的漏感）或勵磁特性接近線性的帶鐵心的電感元件（消弧線圈）和系統(tǒng)中的電容元件形成的諧振回路。有以下特點： -自振頻率0 固定。當它與電源頻率相等或接近時，容易發(fā)生線性諧振。 -當=0 時，過電壓只能由回路電阻來限制,避雷器不起作用。,-線性諧振要求有嚴格的參數(shù)配合。 -發(fā)生不對稱短路或非全相操作時可誘發(fā)線性諧振過電壓 例如：在有些大容量的配電變壓器10/0.4kV空載運行時如低壓側(cè)帶

31、有電容器，很有可能產(chǎn)生線性諧振，進而損壞設(shè)備，這樣的情形時有發(fā)生。 用消弧線卷進行補償?shù)碾娋W(wǎng)，在發(fā)生單相接地和切除時、及發(fā)生單相斷線時，伴隨著不同程度的線性諧振現(xiàn)象。,2.參數(shù)諧振過電壓 水輪發(fā)電機在同步運行狀態(tài)下，其電抗將在： 之間周期性地變動。 如果外接負載的容抗?jié)M足條件： 或 且損耗R足夠小時，就有可能在此電感參數(shù)周期變化的震蕩電路中激發(fā)起一種特殊性質(zhì)的參數(shù)諧振現(xiàn)象。,另外當同步發(fā)電機接呈容性的負載（如空載線路），如果參數(shù)配合不當，容性電流的助磁作用，也會使發(fā)電機的端電壓和定子電流急劇上升，這種現(xiàn)象稱為發(fā)電機的自激磁，所產(chǎn)生的過電壓稱為自激過電壓。 因此發(fā)電機要極力避免帶空載長線路或電容

32、器等呈容性負載運行。,2.非線性諧振（鐵磁諧振） 在電力系統(tǒng)的振蕩回路中，由于鐵芯電感的飽和作用而激發(fā)起較高幅值得過電壓，即鐵磁諧振過電壓，它具有與線性諧振完全不同的特點和性能。 由于諧振回路中鐵芯電感會因飽和程度不同而相應(yīng)有不同的電感量，所以非線性振蕩回路的自振角頻率也不是固定的。,鐵磁諧振回路可產(chǎn)生三種諧振狀態(tài)： 諧振頻率等于工頻的工頻諧振，也稱基波諧振； 諧振頻率等于工頻倍數(shù)（2、3、5倍等）的高次諧波諧振； 諧振頻率等于工頻分數(shù)倍（1/2、1/3、1/5、2/3、2/5等）的分頻諧振，也稱為分次諧波諧振。 即使是基波諧振，也還有可能有高次諧波，這是鐵磁諧振的重要特點。,-基波鐵磁諧振分

33、析： 帶鐵心的電感元件的伏安特性是一條曲線，正常時工作在線性段，當某種原因出現(xiàn)飽和時工作在飽和段。 電容的伏安特性一直是一條直線。 在基波頻率下， L0 1/c 即 0 =1/L0c 當電感為飽和時，回路的自振頻率0小于電源頻率，電網(wǎng)不會發(fā)生諧振。,而發(fā)生飽和時，電感值下降（LL0），回路的0會增加接近或等于，這是發(fā)生的工頻諧振的必要條件。 另外還需要一定的程度外界能量，沖擊激發(fā)持續(xù)的鐵芯諧振，這種現(xiàn)象稱為外激現(xiàn)象。 外激原因有：電網(wǎng)的突然合閘（三相不同期）、發(fā)生故障和故障消除等。這些都有可能在短時間內(nèi)電感兩端電壓升高大電流的振蕩過程或鐵芯電感勵磁涌流。一旦激發(fā)起來，諧振可以自保持，維持很長時

34、間不會衰減。,-高頻和分頻鐵磁諧振分析： 將基波鐵磁諧振公式L0 1/c 即 0 =1/L0c 中的換成 i=k k=n/m n m 為自然數(shù)。 當k為正數(shù)時，此時諧振為高頻諧振； 當k為分數(shù)時，此時諧振為分頻諧振。,對于高頻鐵磁諧振來說，最易發(fā)生的是二次和三次諧波諧振，五次也有可能。三次諧波因為變壓器通常由一側(cè)繞組接成三角形，對三次諧波形成短路。由于電感對高頻的高阻抗作用，七次諧波已很少見。另外電網(wǎng)的有功負載也能起到抑制諧波的作用。 對于分頻諧波，由于諧振頻率很低，勵磁感抗急劇減少，使得勵磁電流迅速增大，因此分頻諧振不僅具有一定幅值得過電壓，還會在電感線卷中出現(xiàn)極大的電流，從而造成溫升和電動

35、力。,- 鐵磁諧振的共同特性： 產(chǎn)生鐵磁諧振的根本原因是電感元件的鐵芯的非線性特性。當電感元件的勵磁電流增大到一定數(shù)值時，超過鐵芯的線性區(qū)間而進入飽和區(qū)，在飽和區(qū)波形產(chǎn)生嚴重的畸變，畸變的波形根據(jù)傅立葉變換，可分解成若干個頻率不同的正弦波。在這一系列的正弦波中，有非常大的可能性找到某一頻率i，使得在i之下發(fā)生電感同外部電路中的電容發(fā)生L-C 諧振。,使電感元件的鐵芯由線性區(qū)間進入非線性飽和區(qū)間，是由于電網(wǎng)在某種原因下，產(chǎn)生了一定幅值的不平衡電壓，這個不平衡電壓加在PT等電感元件上，使得PT鐵芯飽和。 在多種情形下，電網(wǎng)會產(chǎn)生不平衡電壓。如：單相接地故障，斷路器的三相不同期合閘，變壓器的投入，元

36、件發(fā)生斷相運行，系統(tǒng)中三相參數(shù)不平衡等因素。當不平衡電壓超過一定數(shù)值，PT就極有可能會飽和，進而極有可能引發(fā)鐵磁諧振。,鐵磁諧振回路可產(chǎn)生三種諧振狀態(tài)： 諧振頻率等于工頻的工頻諧振 或基波諧振； 諧振頻率高于工頻的高頻諧振； 諧振頻率低于工頻的分頻諧振。 當回路中的某一參數(shù)（電容C）或外加電勢E雖然作平滑變化，但回路的工作狀態(tài)可能會發(fā)生突變，諧振振蕩可能會突變式地產(chǎn)生或消失，這種現(xiàn)象稱為鐵磁諧振的躍變。,當電網(wǎng)中存在一定的損耗電阻的情況 下，鐵磁諧振過電壓的幅值會受到電感鐵磁芯飽和效應(yīng)的限制。 電網(wǎng)中的避雷器，對鐵磁諧振過電壓不能起到限制作用。相反很有可能因鐵磁諧振過電壓長時間不消除導致避雷器

37、爆炸的事故。,常見的發(fā)生鐵磁諧振過電壓有以下幾種情形： 1）斷線諧振過電壓 這里所謂的斷線，是指由于導線因故障折斷、斷路器非全相動作或嚴重不同期、熔斷器一相或兩相熔斷等原因造成電力系統(tǒng)非全相運行的現(xiàn)象。只要電源側(cè)或負荷側(cè)有一側(cè)中性點不接地，斷線可能組成復雜多樣的非線性串聯(lián)諧振回路，出現(xiàn)諧振過電壓。,斷線諧振會導致系統(tǒng)中性點位移及繞組、導線對地產(chǎn)生過電壓，嚴重時發(fā)生絕然閃絡(luò)、避雷器爆炸、小電動機反轉(zhuǎn)，還有可能將過電壓傳遞到低壓側(cè)。 在6-35 kV系統(tǒng)中，斷線引起的過電壓事故是較為頻繁的。通常最大過電壓發(fā)生在斷線相上，使得該處的絕然易遭受破壞及避雷器爆炸。,在中性點直接接地的110-220 kV

38、系統(tǒng)中，因斷路器不同期和拒動、斷線所引起的鐵磁諧振過電壓也經(jīng)常發(fā)生。對中性點分級絕然的變壓器來說，由于中性點避雷器的滅弧電壓很低，常在諧振過電壓下動作而爆炸。 斷線引發(fā)的鐵磁諧振大部分情況是激發(fā)電磁式PT諧振，也有一部分是激發(fā)空載或輕載變壓器諧振。,防止斷線過電壓的措施： 加強線路巡視和檢修，及早發(fā)現(xiàn)導線的機械損傷，避免發(fā)生架空線斷線。 提高檢修質(zhì)量，保證斷路器的三相同期性，避免發(fā)生某一項拒動。 不用熔斷器設(shè)備，避免非全相運行，或采用三相聯(lián)動的負荷開關(guān)。 在中性點直接接地的電網(wǎng)中，操作時應(yīng)將負載變壓器的中性點臨時接地。,不將空載變壓器長期掛在線路上運行。 必要時在中性點加間隙保護，保護中性點設(shè)

39、備絕然。 中性點經(jīng)消弧線卷接地的電網(wǎng)，要運行在過補償狀態(tài)。 消弧線卷應(yīng)裝在電源側(cè)，避免裝在負荷側(cè)。 增加系統(tǒng)阻尼，消弧線卷串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻或經(jīng)電阻接地，都能減低鐵磁諧振過電壓的幅值。,2）多臺PT中性點接地引發(fā)的分頻諧振過電壓 如果一個系統(tǒng)中有多臺電壓互感器的中性點接地，會惡化PT的特性，極易造成諧振過電壓。研究表明，它的諧振以分頻諧振最為常見。 防范措施： 運行方式上，可采用分段供電，一段母線接一臺中性點接地的電壓互感器。 盡量減少同一系統(tǒng)中性點接地的電壓互感器，特別是負荷側(cè)，應(yīng)明確不應(yīng)采用中性點接地的電壓互感器。 增加消諧電阻。在開口三角加消諧器。,3）主變壓器送空載母線出現(xiàn)虛假接地現(xiàn)象

40、 110kV主變壓器向35kV、10kV、6kV空母線，或35kV主變壓器向10kV、6kV空母線送電，經(jīng)常發(fā)生35kV、10kV、6kV空母線的電壓互感器的中性點電壓發(fā)生位移，并發(fā)生接地信號，但實際上母線側(cè)并沒有接地現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為虛假接地現(xiàn)象，是一種鐵磁諧振過電壓。,母線虛假接地，是由于工頻諧振造成的。其原因為，在高壓斷路器合閘時，有不平衡電壓的“激發(fā)”，作用于母線PT，母線PT的二相鐵芯嚴重飽和而導納呈感性，另一相仍為容性。呈感性的二相電壓升高，中性點偏移至電壓三角形之外，為了保持三相電壓向量之和為零得平衡條件，呈容性的一相電壓降低并同原來反方向。,母線虛假接地或稱為虛幻接地 是由于P

41、T飽和及工頻諧振引起電壓位移的重要標志。至于具體是哪一相接地具有隨機性。 防范措施：在主變合閘時，中性點臨時接地。,4）雙電源定相過電壓 在雙電源電網(wǎng)內(nèi)，當某一電源側(cè)的線路檢修之后或新設(shè)備投運之前，必須事先確定其相位，以防非同期合閘。但定相測試時，如采取不正確的做法，也會引起鐵磁諧振，產(chǎn)生嚴重的過電壓，危及人身和設(shè)備安全。,如果用電磁式PT定相，無論是一個單相PT，還是兩臺單相或兩臺三相PT，當PT接入系統(tǒng)時，它改變了系統(tǒng)中原來的電磁狀態(tài)。當接入的PT剛好同系統(tǒng)中的電容形成諧振條件，再加上系統(tǒng)中或多或少都存在不平衡電壓，此時就會引發(fā)PT飽和而發(fā)生鐵磁諧振。,防止定相過電壓 在中性點不接地系統(tǒng)進

42、行時，應(yīng)采用電阻定相桿法。 在中性點直接接地系統(tǒng)進行定相時，無論采用哪一種方法都不會產(chǎn)生諧振過電壓。如果不是中性接點直接接地系統(tǒng)，但被定相的兩個電網(wǎng)的電源變壓器中性點均已引出，則定相時可將兩臺變壓器的中性點臨時接地，以防諧振過電壓的產(chǎn)生。,當必須利用外接電壓互感器進行定相時，可用35kVPT在10（6）kV電網(wǎng)中進行，也可用電容式電壓互感器進行定相。 當利用兩臺中性點接地的電壓互感器進行定相時，如電源變壓器中性點不接地，為了消除互感器引起的鐵磁諧振過電壓，可將互感器的中性點臨時不接地，或在開口三角繞組上接入適當?shù)碾娮琛?5)消諧裝置失效引起的諧振過電壓 我國的配電網(wǎng)絡(luò)為了防止諧振過電壓作了大量

43、的預(yù)防工作，特別在消諧裝置應(yīng)用方面作出了突出貢獻。但是在實踐中也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行的消諧裝置故障或選用不當，會導致或加劇鐵磁諧振。,對消諧裝置失效的防范措施： 各種消諧器投入運行前應(yīng)進行交接試驗，投運后還要進行測試。 消諧器選型要注意同PT相配合。 對已安裝的微機二次消諧器，要加強管理。 包括試驗、巡檢及故障原因分析等。 同一組PT的三相繞組特性應(yīng)盡量相同。,6）單相接地引發(fā)的鐵磁諧振過電壓 由于單相接地故障，導致中性點出現(xiàn)位移，常常在接入電磁式的PT的系統(tǒng)中引起鐵磁諧振。 7）中性點絕緣系統(tǒng)中電磁式PT引起的鐵磁諧振過電壓 系統(tǒng)中即使沒有大的擾動，但由于幾種因素疊加作用，使得中性點位移電壓達到某一數(shù)

44、值，從而發(fā)生鐵磁諧振。,對電磁式PT諧振的防范措施： 選用伏安特性較好不易飽和的PT，可明顯降低諧振概率。 盡量減少系統(tǒng)中中性點接地的PT的數(shù)量，增加互感器中總感抗值。 增大對地電容，有利于減少鐵磁諧振的可能。 在零序回路中增加阻尼電阻或利用高性能的消諧裝置。 如有可能，使用電容式PT。,8）開關(guān)斷口電容與母線PT之間的串聯(lián)諧振過電壓 當母線較短，且接有電磁式電壓互感器，母線在空載充電狀態(tài)下，當線路開關(guān)跳閘，線路上的電源電壓作用于開關(guān)的斷口并聯(lián)電容和電壓互感器上。對于系統(tǒng)電源中性點直接接地系統(tǒng)，PT也是三相分立中性點直接接地的。網(wǎng)絡(luò)在正常運行條件下， 和 并聯(lián)于系統(tǒng)電源，回路是穩(wěn)定的。當斷路器

45、斷開后，斷口的均壓電容 和PT的電感 構(gòu)成了鐵磁諧振回路條件。,9）傳遞過電壓 電網(wǎng)中發(fā)生不對稱接地故障，開關(guān)非全相或不同期動作時，網(wǎng)內(nèi)將出現(xiàn)零序電壓和三相電流不對稱，通過電容的靜電耦合和電感的電磁耦合，或直接傳遞作用，在相鄰的送電線路之間或變壓器繞組之間會產(chǎn)生電壓的傳遞現(xiàn)象。當系統(tǒng)接有電壓互感器等鐵磁元件時，還可能構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。,傳遞過電壓的傳遞方式： 相鄰架空或電纜線路之間 變壓器繞組之間 直接傳遞 傳遞過電壓預(yù)防措施 臨時將變壓器低壓側(cè)的中性點接地。 避免變壓器高壓側(cè)有較長時間的三相不同期或高壓側(cè)端路器不對稱拒動，避免在高壓側(cè)使用熔斷器。,在低壓側(cè)不

46、裝設(shè)消弧線卷和C0很小的情況下，可在低壓側(cè)裝設(shè)電容器。裝設(shè)消弧線卷后，應(yīng)保持一定的脫諧度或中性點加裝電阻。低壓側(cè)裝設(shè)避雷器可以阻止傳遞過電壓。,10）減少鐵磁諧振發(fā)生機率的措施 110kV及220kV系統(tǒng)采用帶有均壓電容的斷路器開斷連接有電磁式電壓互感器的空載母線，經(jīng)驗算有可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓時，宜選用電容式電壓互感器。已裝有電磁式電壓互感器時，運行中應(yīng)避免可能引起諧振的操作方式，必要時可裝設(shè)專門消除此類鐵磁諧振的裝置。,由單一電源側(cè)用斷路器操作中性點不接地的變壓器出現(xiàn)非全相或熔斷器非全相熔斷時，如變壓器的勵磁電感與對地電容產(chǎn)生鐵磁諧振，能產(chǎn)生2.0p.u3.0p.u.的過電壓；有雙側(cè)電源的

47、變壓器在非全相分合閘時，由于兩側(cè)電源的不同步在變壓器中性點上可出現(xiàn)接近于2.0p.u.的過電壓，如產(chǎn)生鐵磁諧振，則會出現(xiàn)更高的過電壓。 操作時變壓器中性點接地,經(jīng)驗算如斷路器操作中因操動機構(gòu)故障出現(xiàn)非全相或嚴重不同期時產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點為標準分級絕緣、運行時中性點不接地的110kV及220kV變壓器的中性點絕緣，宜在中性點裝設(shè)間隙及保護。在操作過程中，應(yīng)先將變壓器中性點臨時接地。 有單側(cè)電源的變壓器，如另一側(cè)帶有同期調(diào)相機或較大的同步電動機，也類似有雙側(cè)電源的情況。,3kV66kV不接地系統(tǒng)或消弧線圈接地系統(tǒng)偶然脫離消弧線圈的部分，當連接有中性點接地的電磁式電壓互感器的空載母線

48、(其上帶或不帶空載短線路)，因合閘充電或在運行時接地故障消除等原因的激發(fā)，使電壓互感器過飽和則可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。為限制這類過電壓，可選取下列措施： a 選用勵磁特性飽和點較高的電磁式電壓互感器。,b 減少同一系統(tǒng)中電壓互感器中性點接地的數(shù)量，除電源側(cè)電壓互感器高壓繞組中性點接地外，其它電壓互感器中性點盡可能不接地。 c 個別情況下，在10kV及以下的母線上裝設(shè)中性點接地的星形接線電容器組或用一段電纜代替架空線路以減少XC0，使XC00.01Xm。 注：Xm為電壓互感器在線電壓作用下單相繞組的勵磁電抗。,d 在互感器的開口三角形繞組裝設(shè))的電阻(K13為互感器一次繞組與開口三角形繞組的變比

49、)或裝設(shè)其它專門消除此類鐵磁諧振的裝置。 10kV及以下互感器高壓繞組中性點經(jīng)Rpn0.06Xm(容量大于600W)的電阻接地。,e 3kV66kV不接地及消弧線圈接地系統(tǒng)，應(yīng)采用性能良好的設(shè)備并提高運行維護水平，以避免在下述條件下產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓： e-1配電變壓器高壓繞組對地短路； e-2送電線路一相斷線且一端接地或不接地。,f 有消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)適當選擇消弧線圈的脫諧度，以便避開諧振點；無消弧線圈的較低電壓系統(tǒng)，應(yīng)采取增大其對地電容等措施(如安裝電力電容器等)，以防止零序電壓通過電容，如變壓器繞組間或兩條架空線路間的電容耦合，由較高電壓系統(tǒng)傳遞到中性點不接地的較低電壓系統(tǒng)，或

50、由較低電壓系統(tǒng)傳遞到較高電壓系統(tǒng)，或回路參數(shù)形成串聯(lián)諧振條件，產(chǎn)生高幅值的轉(zhuǎn)移過電壓。,減少出現(xiàn)中性點位移電壓的可能性 a 加強設(shè)備管理，減少設(shè)備故障率； b 提高斷路器檢修質(zhì)量，嚴格控制三相合閘不同期。 c 嚴格控制發(fā)電機、電動機、變壓器三相繞組的直流電阻的不平衡率。,d 密切注意架空線路的三相參數(shù)不平衡造成的中性點位移，必要時采取措施。 f 在投運主變時，要合上中性點接地刀閘。 g 用于無功補償?shù)碾娙萜鹘M，在接入10/6kV母線時，對抑制諧振和減少不平衡電壓位移有雙重作用。,小結(jié) 諧振過電壓 電力系統(tǒng)中包含有許多電感電容元件，它的組合可以構(gòu)成一系列不同自振頻率的振蕩回路，在發(fā)生故障或開關(guān)操

51、作時，電力系統(tǒng)的振蕩回路與電源產(chǎn)生串聯(lián)諧振，導致在系統(tǒng)中的某些部分或元件上出現(xiàn)嚴重的諧振過電壓。 諧振是一種穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，它比操作過電壓的持續(xù)時間長得多，一旦形成造成的后果也要嚴重得多。,由于中性點出現(xiàn)位移，零序回路參數(shù)配合不當，容易形成鐵磁諧振過電壓。對于線性諧振和參數(shù)諧振，電力系統(tǒng)中的有功負荷是阻尼振蕩和限制諧振過電壓的有利因素，但有功負荷對鐵磁諧振不起作用。 根據(jù)電感量的變化與否及怎樣變化，可將系統(tǒng)中的諧振分為三種：電感量不變化的線性諧振；電感量作周期變化的參數(shù)諧振；電感量因鐵芯飽和產(chǎn)生非線性變化的鐵磁諧振。每種諧振的防范措施都有所不同。,思考題： 1 在中性點不接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生單相接地

52、，往往會發(fā)生哪幾種過電壓？ 2 防止鐵磁諧振的措施有哪些？ 3 防止傳遞過電壓的措施有哪些?,第三章 雷電過電壓 雷電過電壓或稱為大氣過電壓，也叫電力系統(tǒng)的外部過電壓。是由于雷擊電力系統(tǒng)或雷電感應(yīng)而引起，這種外部過電壓在電力系統(tǒng)中占的比重極大。雷電過電壓的幅值取決于雷電參數(shù)和防雷措施，與電網(wǎng)的額定電壓無直接關(guān)系，具有脈沖特性，持續(xù)時間一般只有數(shù)十微秒左右。,第一節(jié) 有關(guān)雷電的一些知識 1 雷雨云是如何形成的？ 雷電放電是由帶電荷的雷云引起的。雷云帶電原因的解釋很多，但還沒有獲得比較滿意的一致認識。一般認為雷云是在有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。強

53、烈的上升氣流穿過云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，被風吹得較高，形成大塊的帶負電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些局部帶正電的區(qū)域。,實測表明，在510km的高度主要是正電荷的云層，在15km的高度主要是負電荷的云層，但在云層的底部也有一塊不大區(qū)域的正電荷聚集。雷云中的電荷分布很不均勻，往往形成多個電荷密集中心。每個電荷中心的電荷約為0.1庫侖10庫侖，而一大塊雷云同極性的總電荷則可達數(shù)百庫侖。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強大的電場。,隨著雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度（大氣中的電

54、場強度約為30kV/cm，有水滴存在時約10kV/cm）時，就會發(fā)生云間或?qū)Φ氐幕鸹ǚ烹姡环懦鰩资酥翈装偾О驳碾娏?；產(chǎn)生強烈的光和熱（放電通道溫度高達15000至20000），使空氣急劇膨脹震動，發(fā)生霹靂轟鳴。這就是閃電伴隨雷鳴叫做雷電的原故。,2云對云放電與云對地的放電比例如何？大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，它對地面沒有什么直接影響。雷云對大地的放電雖然只占少數(shù)。雷暴日數(shù)越多，云間放電的比重越大。云間放電與云地放電之間比，在溫帶約為(1.53.0):1，在熱帶約為(36):1。,3雷電暴發(fā)時的臨界狀態(tài)？ 雷云的底部大多數(shù)是帶負電，它在地面上會感應(yīng)出大量的正電荷。在帶有大量不同極性或不同數(shù)量

55、電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強大的電場。隨著雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度時，就會發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐? 火花放電；強大的電流；強烈的光和熱; 空氣急劇膨脹震動，發(fā)生霹靂轟鳴,4雷電對地放電的基本過程是怎樣的？雷云中的負電荷逐漸積累，同時在附近地面上感應(yīng)出正電荷。當雷云與大地之間局部電場強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展先導放電（先導放電發(fā)展的平均速度較低約150km/s，表現(xiàn)出的電流不大，約為數(shù)百安培），先導通道具有導電性，因此雷云中的負電荷沿通道分布，并繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應(yīng)正電荷也逐漸增多。,先導通道發(fā)展

56、臨近地面時，由于局部空間電場強度的增加，常在地面突起出現(xiàn)正電荷的先導放電向天空發(fā)展迎面先導先導通道到達地面或與迎面先導相遇后，在通道端部因大氣強烈游離而產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)，自下而上迅速傳播，形成一條高導電率的等離子通道，使先導通道以及雷云中的負電荷與大地的正電荷迅速中和主放電過程,主放電的發(fā)展速度很快，約為2萬km/s-15萬km/s，出現(xiàn)很強的脈沖電流，可達20kA-300kA。主放電到達云端結(jié)束，云中的殘余電荷經(jīng)過主放電通道流下來余光放電。,5“有人企圖收集雷電能量加以利用”這種做法是否妥當？ 實際上，雷電放電瞬間功率極大，但是雷電的能量卻很小，即破壞力極大，實際利用的價值卻很小。以中等

57、雷為例：雷云電位以50000kV計，電荷Q=8C，則能量為W= UQ=40（kWh（約等值于4kg的汽油）。但雷電主放電的瞬時功率P極大，以I=50kA，弧道壓降E=6kV/m，雷云為1000m高度計，主放電功率P=UI=5061000=300000MW，它比目前全世界任一電站的功率還要大。,6雷電流的波形和極性是怎樣的？ 雷電流是單極性的脈沖波；75%90%的雷電流是負極性的。,7球雷的機理 一般常見的都是線狀雷電，有時在云層中能見到片狀雷電，個別情況下會出現(xiàn)球狀雷電。 球雷是在閃電時由空氣分子電離及形成各種活潑化合物而形成的火球，直徑約20cm，個別可達10m，它隨風滾動，存在時間約35s

58、，個別可達幾分鐘，速度約2m/s，最后會自動或遇到障礙物時發(fā)生爆炸。防球雷的辦法是關(guān)上門窗，或至少不形成穿堂風，以免球雷隨風進入屋內(nèi)。,8雷擊的選擇性 哪些地方最容易遭受雷擊？ 雷云的形成與氣象條件及地形有關(guān)，當雷云形成之后，雷云對大地哪一點放電，雖然因素復雜多變，但客觀上仍存在一定的規(guī)律。,通常雷擊點選擇在地面電場強度最大的地方，也就是在地面電荷最集中的地方，從那里升起迎面先導。地面上導電良好和地形特別突出的地方，比附近其它地方密集了更多的電荷，那里的電場強度也就越大，成為遭受雷擊的目標。,地面上特別突出的地方，離雷云最近，其尖端電場強度最大。例如曠野中孤立的大樹、高塔或單獨的房屋、小丘頂部、房屋群中最高的建筑物的尖頂、屋脊、煙囪、避雷針、避雷線等，都是最容易遭受雷擊的地方。,在地面電阻率發(fā)生突然變化的地方，局部特別潮濕的地方或地形突變交界邊緣之處，例如河邊、湖邊、沼澤地、山谷的風口等地帶，也都是最容易遭受雷擊的地方。,凡具有一定的地形、地貌、地質(zhì)等特征且容易遭受雷擊的地方