第5章工频过电压计算研讨.doc

第5章 工频过电压计算 目 录 5.1 空载长线路的电容效应 3 5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 3 5.1.2 并联电抗器的补偿作用 5 5.2线路甩负荷引起的工频过电压 7 5.3单相接地故障引起的工频过电压 9 5.4自动电压调节器和调速器的影响 12 5.5限制工频过电压的其他可能措施 13 5.6工频过电压的EMTP仿真 14 第5章 工频过电压计算 工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统内部过电压,是暂时过电压的一种。 电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。 在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于01s(5个工频周波)至220kV电（为电网最高运行相电压峰值）；线路断路器的线路侧不大于1.4。特高压工程工频过电压限值参考取值为：工频过电压限制在1.3以下，在个别情况下线路侧可短时(持续时间不大于0.3s)允许在1.4以下。 电力系统中由于出现串、并联谐振而产生的过电压称为谐振过电压。电力系统中的电感，包括线性电感、非线性电感(如高压电抗器和变压器的励磁电抗)和周期性变化的电感，当系统发生故障或操作时，这些电感可能与其串联或并联的电容(如线路电容和串、并联补偿电容)产生谐振从而分别引发线性谐振、铁磁谐振和参数谐振。目前，人们采取改变回路参数、破坏谐振条件、接入阻尼电阻等多项措施，使谐振过电压得到有效限制。 高压输电系统的电磁暂态和过电压的计算可用EMTP进行仿真计算研究。 5.1 空载长线路的电容效应 5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 对于长输电线路，当末端空载时，线路的入口阻抗为容性。当计及电源内阻抗(感性)的影响时，电容效应不仅使线路末端电压高于首端，而且使线路首、末端电压高于电源电动势，这就是空载长线路的工频过电压产生的原因之一。 长度为l的空载无损线路如图5-1所示，为电源电动势；、分别为线路首末端电压；为电源感抗；为线路的波阻抗；为每公里线路的相位移系数，一般工频条件下，。线路首末端电压和电流关系为 (5-1) 图5-1 空载长线路示意图 若线路末端开路，即，由式(5-1)可求得线路末端电压与首端电压关系 (5-2) 定义空载线路末端对首端的电压传递系数为 (5-3) 线路中某一点的电压为 (5-4) 式中，为距线路末端的距离。由式(5-4)可知，线路上的电压自首端起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布，线路末端电压达到最大值，如图5-2所示。 图5-2空载长线路沿线电压分布 若时，从线路首端看去，相当于发生串联谐振，,，此时线路长度即为工频的1／4波长，约1500km，因此也称为1／4波长谐振。 同时，空载线路的电容电流在电源电抗上也会形成电压升，使得线路首端的电压高于电源电动势，这进一步增加了工频过电压。 考虑电源电抗后，根据式(5-1)，可得线路末端电压与电源电动势的关系为 (5-5) 定义线路末端的电压对电源电动势的传递系数，令，代入式(5-5)，得 (5-6) 由式(5-6)可知，电源电抗的影响通过角度表示出来，当时，,，图5-3中曲线2画出了时与线路长度的关系曲线（虚线），此时，线路长度为1150km时发生谐振。可见，电源电抗相当于增加了线路长度，使谐振点提前了。曲线1对应于电源阻抗为零的情况。从图5-3中看出，除了电容效应外，电源电抗也增加了工频过电压倍数。 图5-3 空载长线路末端电压升高与线路长度的关系 5.1.2 并联电抗器的补偿作用 为了限制电容效应引起的工频过电压，在超、特高压电网中，广泛采用并联电抗器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应。 如图5-4所示，假设在线路末端并接电抗器，将代入式（5-1），并令，可求得线路首末端电压的传递系数为 (5-7) 图5-4 线路末端接有并联电抗器 在线路末端并接电抗器，相当于缩短了线路长度，因而降低了电压传递系数。 此时由首端看进去的入端阻抗将增大，用式（5-1）同样可以求出线路末端开路时入端阻抗为 (5-8) 式(5-8)中，，,且有。通常采用的欠补偿情况下，线路首端输入阻抗仍为容性，但数值增大，空载线路的电容电流减少，同样电源电抗的条件下，降低了线路首端的电压升高。 首端对电源的电压传递系数