电力系统过电压(3)

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当电源向只带有电压互感器的空母线合闸时，容易产生基波（工频）过电压。当电网带有线路运行时，如果电压互感器的励磁特性不好，在线路一相接地又自动熄弧时，容易产生1/2次谐波过电压。将电网中性点改为经消弧线圈（电抗器）接地或直接接地，就破坏了谐振回路的形成，并且相对地稳定了中性点的电位，因此就不太可能出现电压互感器饱和过电压。

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选用以下措施消除电压互感器饱和过电压。

(1)选用励磁特性较好的电磁式电压互感器或只使用电容式电压互感器。
(2)在零序回路中接入阻尼电阻。 (3)在个别情况下，可在10kV及以下的母线上装设一组三相对地电容器，或利用电缆段代替架空载线路段，减小对地容抗，有利于避免谐振。 (4)特殊情况下，可将电网中性点改为暂时经电阻接地或直接接地，也可以采用临时的倒闸措施来改变电路参数，以消除谐振过电压。 (5)禁止只使用一相或两相电压互感器接在相线与地线间，以保证三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移或产生谐振。
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3．中性点接地系统中电压互感器饱和过电压在110kV、220kV中性点接地系统中，电压互感器饱和过电压出现在用断口间具有并联电容的断路器切空载线路时。当C值小时谐振往往属于基波性质，测量到的过电压为额定相电压的1.65～3倍；当 C值大时谐振具有分频性质（主要是1/3次），过电压幅值不高，但因频率和相应的励磁感抗均下降到工频时的1/3，励磁电流往往很大，测到的最大励磁电流可达额定励磁电流的80倍，这会使电压互感器过热烧毁，甚至喷油爆炸。

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4．传递过电压当系统中发生不对称接地故障或断路器不同期操作时，可能出现明显的零序工频电压分量，通过静电和电磁耦合在相邻输电线路之间或变压器绕组之间会产生工频电压传递现象，从而危及低压侧电气设备绝缘的安全；若

与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振传递过电压。

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当有不同电压等级的输电线路同杆并架，或两线路间有较长距离的临近平行段时，如图 12-23 （ a ）所示，高压线路由于不对称接地故障而出现的零序工频电压分量U0 会通过电容耦合在低压线路上产生过电压 U2 ，根据图12-23（b）等值电路可得：

U2＝U0C12/(C12＋C0) 这种从高压线路到低压线路的传递过电压，会对低压线路的绝缘造成严重威胁。

图12-23 同杆并架线路的传递过电压
（a）同杆并架输电线路；（b）等值电路

变压器绕组间的电容耦合造成的静电传递过电压，在实际系统中是较常遇到的，典型电路如图12-24（a）。如果低压侧断路器 QF处于断开状态，且低压侧未接有电压互感器 TV及消弧线圈 L，传递过电压可按图 1224（b）等值电路计算，得低压侧传递电压U2为： U2＝U0C12/(C12＋3C0)

图12-24 变压器绕组间的传递过电压（a）变压器接线；（b）QF断开、未接TV时等值电路；（c）QF闭合、接有L或TV时等值电路

若图12-24（a）中断路器QF闭合，且发电机中性点接有消弧线圈L或母线上接有电压互感器TV，则可能形成谐振的传递回路，其等值电路如图12-24（c）所示，图中L可以是消弧线圈的电感，也可以是电压互感器的励磁电感的三相并联值。 (1) 当L是消弧线圈的电感时，由于其近似的线性励磁特性，发生的谐振接近线性谐振，这时由于消弧线圈的补偿度不同 (2) 当L是电压互感器的励磁电感时，由于电压互感器正常运行时接近空载状态，饱和的励磁特性使回路可能产生铁磁谐振过电压。

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5．超高压系统中的谐振过电压由于超高压系统电压高、传输距离长，往往装有串联、并联补偿装置，这些集中的电容、电感元件使网络增加了谐振的可能性。主要有非全相切合并联电抗器时的工频传递谐振，串、并联补偿网络的分频谐振以及空载线路合闸于发电机变压器单元接线时引起的高频谐振等。

图12-25 线路带并联电抗器的非全相运行
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（1）工频谐振过电压图12-25为并联电抗器非全相操作的典型电路。由于B、C相电压通过相间电容的耦合作用，构成谐振电路，在断开相（或故障相）A相出现较高的工频谐振过电压，以致造成并联电抗器的绝缘事故。

利用对称分量法或简化等值电路法可分析带有并联电抗器的线路非全相操作过程。分析和实测表明，在电抗器中性点接入小电抗，只要参数选择恰当，可以有效地避免工频谐振，降低断开相的工频传递电

压。

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（2）高频谐振过电压在超高压系统中当发电机变压器单元接线带一条空载长线路时，在线路投入或切除时都可能产生奇次和偶次的高频铁磁谐振过电压。由于L1、L2远小于 Lm，因此回路线性部分的谐振角频率为：

?0 ?

1 ( L1 ? L2 )C
图12-26 发电机变压器单元接线带空载长线路的等值电路
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由于空载长线路的电容效应，线路末端电压高于线路首端，工频谐振长度为 1500km ， n 次谐波的谐振长度则为 (1500/n)km 。若考虑发电机和变压器的电感，谐振长度还要缩短。在超高压系统中，这种条件很容易满足。在上述超高压系统接线中产生高次谐波振荡，除了满足一般的铁磁谐振条件外，还需要满足以下具体参数条件： ① 线路首端的输入阻抗必须是容性的； ② 系统线性部分的自振角频率必须接近nω。

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（3）分频谐振过电压理论上讲，在简单的铁磁谐振回路中就可能产生各种不同分频谐振，但试验表明，最常见的是1/3分频谐振。分频谐振不能自激，而要经过一定的过渡过程的冲击才能建立起稳定的谐振。

分频谐振过电压常常发生在如图 12-27（ a ）所示的串联补偿电网中。若在并联电抗器后面的线路上发生短路故障，在故障切除后由串补电容器与并联电抗器就可能形成串联铁磁谐振回路，其等值电路如图12-27（b）。

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对于500km以下超高压输电线路，在一般补偿度下总能满足ω0/ω<1/3，可能产生1/3次分频谐振。激发分频谐振所需要的过渡过程冲击可以是开关 QF 的分断，图 1227中实际系统接线切除故障所引起的过渡过程。为防止这种分频谐振的发生，通常在并联电抗器中性点串入一个百欧数量级的阻尼电阻，或采用滤波设备及继电保护装置以使串补电容暂时短接等。

图12-27 串联补偿电网中的分频谐振电路（a）串联补偿电网；（b）等值电路
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电容式电压互感器主要是一个电容分压器，其接线图如图12-28 所示，其中， C2>>C1 ，L2 用来补偿测量时的相位误差，负载接入变压器T的低压侧。采用这种电容式电压互感器，可以避免系统中某些谐振过电压，但设备本身就是一个铁磁谐振回路。为了消除谐振可在电路中接入一固定的有效负载电阻Ra 加以阻尼，或者在电路中串接一滤波器F消除谐振频率分量。为了不影响互感器的测量准确度，电阻Ra可以只在发生1/3 分频谐振时自动投入。
图12-28 电容式电压互感器接线
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第四节

工频电压升高

电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大

工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频电压升高，或称为工频过电压。
工频电压升高本身对系统中正常绝缘的电器设备一般是没有危险的，但是在超高压系统的绝缘配合中具有重要作用，因为：①其大小将直接影响操作过电压的幅值；②其数值是决定避雷器额定电压的重要依据；③持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行。

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第四节工频电压升高(续)
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一、空载长线路电容效应引起的工频电压升高
?二、不对称短路引起的工频电压升高 ?三、甩负荷引起的工频电压升高

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一、空载长线路电容效应引起的工频电压升高对于一般电压等级的输电线路，传输距离不太长时，可以用集中参数T型或Π型等值电路表示。当线路空载时，该等值电路就构成了一个R、L、C回路。若其参数 R<<1/(ωC) 、 ωL ，且有 1/(ωC)>ωL ，当有正弦交流电流流过时，由于电感与电容上的压降UL、 UC反相，且其有效值UC>UL，于是电容上的压降大于电源的电势。这就是集中参数电路中的电感－电容效应，简称电容效应。

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对于超高压空载长线路。研究这种空载长线路电容效应引起的工频电压升高时，就需要采用分布参数模型。对于分布参数电路，当末端空载时，一定条件下，首端的输入阻抗为容性，计及电源内阻抗的影响（感性）时，由于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势。这就是系统中的空载长线路的工频电压升高。为了限制空载长线路的工频电压升高，通常采用并联电抗器来补偿线路电容电流以削弱电容效应，其效果十分显著。

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二、不对称短路引起的工频电压升高不对称短路是输电线路最常见的故障形式，当发生单相或两相接地短路时，短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，常称为不对称效应，以不对称效应系数或接地系数表示由此而产生的工频电压升高的程度。

以单相接地故障为例进行分析。设系统中 A相发生单相接地故障，由对称分量法，可以推导出健全相电压为：
2 2 ( a ? 1 ) Z ? ( a ? a) Z 2 ? 0 ? ? U E A? B Z1 ? Z 2 ? Z 0 2 ( a ? 1 ) Z ? ( a ? a) Z 2 ? 0 ? UC ? E A? Z1 ? Z 2 ? Z 0
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若以K(1)表示单相接地故障时的接地系数，则有健全相电压为： ? ? K (1) E ? U A?