高电压技术 第9讲 电力系统内部过电压简介 第九章 电力系统内部过电压.doc

PAGE PAGE 18 电力系统内部过电压 在电力系统中，除了前面所介绍的雷电过电压外，还经常出现另一类过电压－内部过电压。由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递引起的电压升高，称为电力系统内部过电压。 内部过电压的能量来源于系统本身，所以其幅值与系统标称电压成正比。一般将内部过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比，称为内部过电压倍数，表征过电压的高低。内部过电压倍数值与系统结构、中性点运行方式、各组成元件的性能参数、故障性质及操作过程等因素有关，并具有明显的统计性。 内部过电压分两大类，即因操作或故障引起的瞬间（以毫秒计）电压升高，称操作过电压；在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称暂时过电压。暂时过电压具有稳态性质，但只是短时存在或不允许其持久存在。相对于正常运行时间，它是“暂时”的。 暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。电力系统中的空载长线路电容效应、不对称接地和突然甩符合均能引起工频过电压；由于操作或故障使系统中电感元件与电容元件参数匹配时，会出现谐振，产生谐振过电压，因谐振回路中电感元件的性质不同，谐振过电压有线性谐振、参数谐振和非线性谐振过电压（铁磁谐振）三种。 切除空载线路过电压 切除空载线路是在电力系统中常见操作之一，切除空载线路时，若断路器有重燃现象，则被切除的线路会通过回路中电磁能量的振荡，从电源处继续获得能量并积累起来，形成过电压。 电源带空载线路运行时，通过线路电源侧断路器QF的电流与空载线路电压等级、线路结构、线路长度等因素有关，通常为几十安至几百安。与断路器能切断的巨大短路电流相比，这是很小的电流，但切空载线路时，断路器却不一定能顺利开断，会发生一次或多次重燃，产生过电压。这种过电压不仅幅值高，且持续时间长达0.5～1个工频周期以上，是确定220kV及以下电气设备操作冲击绝缘水平的主要计算依据。 一、发展过程 分析切除空载线路过电压的形成过程，可用线路为分布参数的行波法；也可将线路简化为集中参数，用等值电路中的电磁振荡过程进行分析。在此选用后一方法，图9－1为切空载线路的单相等值电路。图中C2为线路等值电容，L2为线路等值电感，因线路等值感抗?L2远远小于线路等值容抗1/?C2，故空载线路为容性负载；QF为线路电源侧断路器；C1为电源侧对地电容，L1为电源等值漏感，e(t)为电源电动势。所设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，是以导致形成最大过电压为条件进行分析得到的。 参见图9－2，当线路工频电容电流i(t)自然过零时(t=t1)，QF触头间熄弧，此时C2上的电压为－Em，若不考虑线路绝缘的泄漏，在熄弧后，C2上的电压保持－Em不变，而C1上的电压则随电源电压作余弦变化。经过半个工频周期（T/2=0.01s），t=t2时，断路器触头间恢复电压达最大，为2 Em，设此时触头间介质不能承受此恢复电压，发生重燃，使C1与C2并联，重燃瞬时电压U10=(－Em C2+ Em C1)/( C1+ C2)。通常C1 C2，故近似认为U10=－Em，于是C2上电压要从原来的－Em振荡过渡到＋Em。若不计损耗，过渡过程中出现的最大电压U2m＝2 Em－（－Em）＝3Em。重燃时流过断路器的电流主要是高频振荡电流，设高频电流第一次过零时触头间电弧熄灭，这时的高频振荡电压正是最大值，C2上保留电压3 Em。又经过半个工频周期，t=t4，触头间恢复电压为4Em，第二次重燃，这次重燃瞬时电压U20=3Em，振荡过程中C2上的电压U2m=2(－Em) －3Em＝－5Em，这次振荡的高频电流在t=t5时过零，触头间熄弧，C2上保持－5Em的电压。循此以往，直至断路器不发生重燃为止。由此可知，切空载线路时，断路器重燃是产生过电压的根本原因。 二、影响因素和限制措施 上述分析是理想化了的，为的是说明形成过电压的基本过程，实际中却受一系列复杂因素的影响。 首先，断路器触头重燃有明显随机性。开断时，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在电源电压为最大值并与线路残留电压（C2上的电压）极性相反时发生。若重燃提前产生，振荡幅值及相应的过电压随之降低。若重燃发生在熄弧后的1/4个工频周期内，则不会引起过电压。正因为如此，油断路器触头间的介质抗电强度在断弧后恢复很慢，可能发生多次重燃，但不一定产生严重的过电压。 其次，熄弧也有明显的随机性。若重燃后不是在高频电流第一次过零时熄弧，而是在高频电流第二次过零（t=t3’ 另外，当母线上有其他出线时，图9－1中的C1值增大，重燃瞬间C2上的电荷要重新分配，C1使振荡的初始电压更接近稳态值，从而在振荡过程中出现的过电压也下降。若电源侧其他出线带有有功负荷，则尚能对电磁振荡起阻尼作用，可进一步降低过电压。 电力系统中性点接地