1、第第6章章常見常見的操作過電壓有：的操作過電壓有：中性點不接地系統中電弧接地過電壓空載線路合閘過電壓切除空載線路過電壓切除空載變壓器過電壓操作過電壓產生的原因：操作過電壓產生的原因：斷路器操作和各種故障引起的過渡過程（初始狀態振蕩穩定狀態）特點：特點：與暫時過電壓相比，操作過電壓通常具有幅值高，存在高頻振蕩、強阻尼和持續時間短的特點。解決操作過電壓問題的現狀：解決操作過電壓問題的現狀：近年來，由于高壓斷路器滅弧性能的改善，變壓器鐵芯材料的改進、避雷器制造水平的提高，限制了切除空載線路和空載變壓器的過電壓，但空載線路合閘過電壓仍未得到有效的限制，尤其在超高壓及特高壓系統中，這種過電壓已成為決定電

2、網絕緣水平的主要依據。限制操作過電壓的方法有：在低壓系統中安裝消弧線圈，在高壓線路上裝設并聯電抗器，采用帶有并聯電阻的斷路器，采用避雷器操作過電壓的影響因素：操作過電壓的影響因素：電網結構及參數，斷路器性能、系統接線、運行操作方式及限壓設備的性能。中性點不接地系統，單相接地時，若電弧不能熄滅，也不能穩定燃燒，則由于電弧的重燃，可能引起過電壓。我國35 kV電壓等級以下的電網中，經常采用中性點不接地系統(提高供電可靠性)，當單相接地電流大于一定值(3-6 kV電網，30 A；10 kV電網，20 A；35 kV電網，10 A)時，電弧便難以熄滅，然而這種電流還不至于形成穩定的電弧，因此形成電弧時

3、而熄滅時而燃燒的情況，在電網中引起電磁能量的振蕩，形成間歇性電弧接地過電壓。當發生間歇性電弧接地時，因健全相對地電壓的起始值與穩態值不同，電容與電源電感會產生振蕩并引起過電壓。A相接地B、C相對地電容充電A相熄弧B、C相電荷平均導致系統電位升高A相接地振蕩2.5p.u.振蕩3.5p.u.中性點不接地系統的單相接地中性點不接地系統的單相接地假定：A相達到最大值時對地閃絡接地接地maxSS0S0()2UUUUUU1.5p.u. 1.5p.u.( 0.5p.u.2.5p.)u. 如果A相發生金屬性接地，或電弧熄滅后不再重燃，則在健全相上出現的過電壓不會超過2.5 p.u.。 +1p.u.0p.u.-

4、0.5p.u.-1.5p.u.-0.5p.u.-1.5p.u.ABC接地電弧通常在過零時熄滅。關于電弧熄滅的理論，目前有幾種，如工頻電流熄弧理論、高頻電流熄弧理論等，一般認為發生在大氣中的開放性電弧的熄滅是受工頻電流控制的。起弧時刻起弧時刻熄弧時刻熄弧時刻0p.u.+1.5p.u.+1.5p.u.ABC熄弧熄弧0p.u.+1.5p.u.+1.5p.u.ABC+ 1.0p.u.+1.0p.u.+1.0p.u.電荷在系統中重新分配系統電位升高1.0 p.u.通過泄漏電阻慢慢泄放0 p.u.0 p.u.0 p.u.系統整體電位抬升系統整體電位抬升半個周期之后:+2.0p.u.+0.5p.u.+0.5

5、p.u.ABC0p.u.-1.5p.u.-1.5p.u.maxSS0S0()2UUUUUU21.5p.u. -0.5p.u3.5p.u. （）間歇性電弧接地，健全相上的過電壓為健全相上的過電壓為 3.5 p.u.。重燃重燃消除電弧接地過電壓最根本的途徑是消除間歇性電弧消除間歇性電弧。中性點中性點直接直接接地接地Neutral point directly grounded中性點中性點經消弧線圈經消弧線圈接地接地Arc suppression coil問題：中性點接地方式的選擇與哪些因素有關？優點：優點：補償流過故障點的短路電流，使電弧能自行熄滅，系統自行恢復到正常工作狀態。降低故障相上的恢復電

6、壓上升的速度，減小電弧重燃的可能性。中性點經消弧線圈接地中性點經消弧線圈接地*采用等值發電機原理可以將三相圖簡化為單相圖，用于分析電弧斷開后，端口上的恢復過電壓的情況。jdCLIII流過故障點的接地電流為Ijd，此電流由兩個分量組成，一是電容C2，C3在線電壓作用下的電容電流IC，二是消弧線圈電感L在中性點電壓Uph作用下流過的電感電流IL ，調節消弧線圈的電感量，即可改變接地電流大小。 接地電流接地電流電感電流補償電容電流的百分數稱為消弧線圈的補償度（或調諧度），用kr 表示。若電源頻率為 ，則2ph0Lr22Cph/133ULIkICULC01/3LC補償度補償度當kr0時，表示消弧線圈的

7、電感電流小于線路的電容電流(ICIL)，故障點有一容性殘流，稱此為欠補償欠補償。當kr1，r0時，表示電感電流大于電容電流(IC Em，因此線路上的電壓要超過電源電勢的2倍。 若計及損耗，但忽略損耗對0的影響，則：CCm0( )(cosecos)tUtUtt為衰減系數，我國330kV，500kV 電網實測結果， 30 計及損耗計及損耗重合閘的情況下，線路上有殘余電荷，相當于上圖中電容上有初始電壓，可得到電容上電壓的表達式為：CCm00( )(coscos)UtUtAtC00Cm1UAU A0值在02間 這種情況下，線路上過電壓的最大值可達3UCm。若計及損耗，則低于此值。 全響應 =零輸入響應

8、+零狀態響應重合閘的情況重合閘的情況 合閘相位 殘余電荷 斷路器合閘的不同期 回路損耗 電容效應限制空載線路合閘過電壓的措施可以從兩方面入手：降低降低線路的穩態電壓分量線路的穩態電壓分量；限制限制其自由電壓分量。其自由電壓分量。 1.降低降低工頻電壓升高工頻電壓升高空載線路上的操作過電壓是在工頻穩態電壓的基礎上由振蕩產生的。顯然，降低工頻電壓升高會使操作過電壓下降。目前超高壓電網中采取的有效措施是裝設并聯電抗 器 和 靜 止 補 償 裝 置（SVC），其主要作用是削弱電容效應。2.斷路器斷路器裝設并聯電阻裝設并聯電阻 將線路合閘分兩個階段進行。第一階段帶電阻R合閘，即將R與輔助觸頭串聯。由于R

9、對振蕩回路起阻尼作用，使過渡過程中的過電壓降低。大約經過815 ms，主觸頭閉合，將R短接，電源直接與線路相連，完成合閘操作，這是合閘的第二個階段。先合先離R的最佳值：合閘的第一階段，要求 R 值較大，使阻尼效果較好。而在第二階段則要求 R 值小，使短接時，回路振蕩程度較弱。因此，空載線路合閘過電壓的大小與合閘電阻值的關系呈一條 V 形曲線。對 500kV 線路的斷路器，國外大多采用 400，國內由于電阻的 熱 容 量 的 原 因 ， 大 多 取 1000 左右。 3.控制控制合閘相位合閘相位空載線路合閘過電壓的大小與電源電壓的合閘相位有關，因此可以通過一些電子裝置來控制斷路器的動作時間，在各

10、相合閘時，將電源電壓的相位角控制在一定范圍內，以達到降低合閘過電壓的目的。4.消除消除線路上的殘余電荷線路上的殘余電荷在線路側接電磁式電壓互感器，可在幾個工頻周波內，將全部殘余電荷通過互感器泄放掉。5.裝設裝設避雷器避雷器在線路首端和末端裝設磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器，當出現較高的過電壓時，避雷器應能可靠動作，將過電壓限制在允許的范圍內。切除空載線路引起過電壓的原因：切除空載線路引起過電壓的原因：電弧重燃用用 T型等值電路來代替一條單相空載線路型等值電路來代替一條單相空載線路 回路的自振角頻率0T1/LC1.斷路器斷路器開斷前：開斷前：T1/()LC回路流過容性電流，線路電壓約等于電源電壓。

11、2.斷路器斷路器開斷容性電流并熄開斷容性電流并熄弧。弧。電源電壓達到最大值Em，電流過零點。此后電源與線路斷開，線路保持一個直流電壓（ Em ）,電源電壓繼續變化。3.第一次第一次重燃重燃半個工頻周期之后電源電壓反向，斷路器觸頭之間電壓為2Em，如果此時斷路器觸頭之間介質的絕緣強度沒有恢復到一定的值，就可能發生電弧重燃。初始值+Em穩態值-Em過電壓值 -3Em4.高頻高頻過零熄弧過零熄弧線路電壓保持為-3Em5.重復步驟重復步驟反向燃弧熄弧線路電壓發展：-3Em5Em-7Em9Em系統實測結果表明，超過 3Em 的過電壓概率是很小的，這是因為過電壓受多種因素影響的緣故。 斷路器斷路器的性能的

12、性能如前所述，斷路器中電弧的重燃是產生過電壓的根本原因。如果斷路器觸頭分得很快，觸頭間絕緣恢復強度的上升速度大于觸頭間恢復電壓上升速度，則電弧就不會發生重燃，當然也就不會出現高的過電壓。中性點中性點接地方式接地方式在中性點直接接地的電網中，雖然存在線路間的耦合，但各相可自成獨立回路，切除空載線路的過程基本上和以上討論的單相線路情況一樣。但在中性點非直接接地電網中，三相斷路器分閘不同期會構成瞬間的不對稱電路，使中性點產生位移，相間的耦合，使分閘過程變得復雜，過電壓增高（一般會比中性點直接接地電網高出 20% 左右）。損耗損耗切除空載線路出現過電壓后，線路上會產生強烈的電暈，電暈要消耗能量，相應地

13、降低了過電壓。此外計及電源及線路損耗也會使過電壓降低。其它其它若母線上有很多出線時，相當于加大了母線的電容，電弧重燃后，線路上的殘余電荷重新分配，改變了起始值，因而降低了過電壓。此外，當線路裝有電磁式電壓互感器時，將泄放線路上的殘余電荷，從而降低了過電壓。采用采用不重燃斷路器不重燃斷路器國內外制造實踐已證明，制造不重燃斷路器是完全可能的。我國的 220kV 斷路器在限制切除空載線路過電壓方面的性能已大有改善，330kV，500kV 斷路器基本做到了電弧不重燃。在在斷路器裝設分閘電阻斷路器裝設分閘電阻在切除線路時，先打開主觸頭，此時電源通過分閘電阻R仍和線路相連，線路上的殘余電荷通過分閘電阻向電

14、源釋放，R上的壓降就是主觸頭兩端的恢復電壓。R 越小，主觸頭恢復電壓就越小，即不會產生重燃。當經過一段時間后，輔助觸頭才打開，此時它的恢復電壓也較低，不會發生電弧的重燃，即使發生重燃，R 將對其振蕩過程產生阻尼，使過電壓降低。線路線路上裝設泄流設備上裝設泄流設備由前述分析可知，在線路側若接有并聯電抗器或電磁式電壓互感器，都能使線路上的殘余電荷得以泄放或產生衰減振蕩，改變幅值與極性，最終降低斷路器間的恢復電壓，減少重燃的可能性，達到降低過電壓的目的。裝設裝設避雷器避雷器在線路首末端裝設可以限制操作過電壓的磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器。電弧電弧熄弧，電感能量轉化為電容能量熄弧，電感能量轉化為電容能

15、量在正常運行時，空載變壓器可等值為一激磁電感，因此切除空載變壓器相當于切除一個小容量的電感負荷。在切斷小電感電流時，由于能量小，通常弧道中的電離并不強烈，電弧很不穩定；加之斷路器去電離作用很強，可能在工頻電流過零前使電弧電流截斷而強制熄弧。由于截流留在電感中電感中的磁場能量轉化為電容上的電場能量的磁場能量轉化為電容上的電場能量，從而產生了過電壓。切斷空載變壓器的等效電路切斷空載變壓器的等效電路L為變壓器的激磁電抗；C為變壓器本身及連接母線等的對地電容，其數值視具體情況而定，約為幾百至幾千皮法，e(t)為電源電勢；LS為電源電感。 LCLIIII開斷前，熄弧時，若電流為I0，電壓為U0，則：2L

16、012WLI電感儲存能量：2C012WCU電容儲存能量：2Cm200ax2112212CULICU轉化222Cmax0000m= ZLLUIUIICCL大C小I0大過電壓大一般情況下，I0并不大，極限值為激磁電流的最大值，只有幾安到幾十安，可是變壓器的特征阻抗Zm很大，可達上萬歐，故能產生很高的過電壓。斷路器斷路器的性能的性能切除空載變壓器引起的過電壓與截流數值成正比，斷路器截斷電流的能力愈大，過電壓 UCmax 就越高。另外，在斷路器開斷變壓器的過程中，由于斷開的變壓器側有很高的過電壓，而電源側則是工頻電源電壓，因此，當觸頭間分開的距離還不夠大時，在較高的恢復電壓作用下，可能產生電弧重燃，向

17、電源側泄放能量，使過電壓有所降低。 變壓器變壓器的參數的參數變壓器L愈大，C愈小，則過電壓愈高。當電感中的磁場能量不變，電容C愈小時，過電壓也愈高。此外，變壓器的相數、線組接線方式、鐵芯結構、中性點接地方式、斷路器的斷口電容，以及與變壓器相連的電纜線段、架空線段等，都會對切除空載壓器過電壓產生影響。限制過電壓的措施限制過電壓的措施 ：在變壓器任一側裝上普通閥式避雷器，閥式避雷器動作之后吸收能量，降低過電壓幅值。 隔離開關隔離開關操作時電弧重燃操作時電弧重燃隔離開關分合空母線操作屬于常規操作，在分合空母線時，由于觸頭運動速度慢(1cm/s數量級，不同的制造廠家由于采用不同的技術有所不同)，開關本

18、身的滅弧能力差，觸頭間會發生多次擊穿或燃弧，引起的階躍波(前沿在3-20ns左右)在GIS中傳播并折反射造成快速暫態過電壓（Very Fast Transient Overvoltage)。幅值：2 p.u.，也可超過2.5 p.u.陡度：電壓上升時間3-20 nsrt=13.3/(/s)TKu頻率數十至數百赫茲基本振蕩數十兆赫茲的高頻振蕩數百兆赫茲的特高頻振蕩殘余殘余電荷電荷當DS開斷帶電的GIS母線時，母線上可能存在的殘余電荷會影響到VFTO的幅值。電源側、母線側以及支撐絕緣子上的過電壓幅值與殘余電荷近似呈線性關系。在不同殘余電荷下，同一節點的過電壓波形相同，但幅值不同；VFTO幅值較大的

19、節點和操作支路上受殘余電荷的影響大于GIS內其余節點。殘余電荷電壓與負載側電容電流大小、開關速度、重燃時刻及母線上的泄漏有關。其中，電容電流影響最大。開斷前電容電流越大，母線上儲存的電荷越多，殘余電荷電壓就越高。變壓器變壓器的入口電容的入口電容CT在分析變電所的防雷保護時，因雷電波作用時間很短，可以忽略變壓器繞組中的電感電流，將變壓器用歸算至首端的對地電容來代替，通常稱為入口電容。GIS中的VFTO頻率很高，用CT等效變壓器并不失去準確性。變壓器的入口電容和它的結構、電壓等級、容量有關。一般來說，電壓等級越高、變壓器額定功率越大，CT也相對越大。VFTO的幅值隨入口電容的增加而增加，有計算表明

20、:CT每增加1000pF, VFTO幅值約增加0.2 (p.u.)。主要原因是在斷口電弧重燃前，變壓器的等值電容儲存了一定的能量，觸頭擊穿后的放電所致。CT越大儲存的能量越多，VFTO的幅值自然越大，但進一步研究表明：隨著CT的增加，VFTO的幅值不一定始終增加，這決定于GIS的結構，特別是所操作母線的尺寸，以及操作的方式。電壓的上升時間電壓的上升時間Tr GIS中沖擊電壓的上升時間Tr在3-20ns之間， Tr增加使VFTO幅值下降，因為此時會表現出一種阻尼作用，使那些Tr 較小時出現的暫態電壓的極高頻分量消失。GIS的支路長度的支路長度GIS支路的長度對VFTO幅值的影響沒有明顯的規律。開關開關弧道電阻弧道電阻Rarc的影響的影響開關弧道電阻Rarc對過電壓有阻尼作用，其值越大，過電壓幅值越小。因此，可以考慮在隔離開關上串聯一電阻降低過電