第13章操作过电压课件.ppt

《第13章操作过电压课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第13章操作过电压课件.ppt（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、高 电 压 工 程 基 础 13.1 中 性 点 不 接 地 系 统 电 弧 接 地 引 起 的 过 电 压 13.2 合 闸 空 载 线 路 引 起 的 过 电 压 13.3 切 除 空 载 线 路 引 起 的 过 电 压 13.4 切 除 空 载 变 压 器 引 起 的 过 电 压 13.5 GIS中 的 快 速 暂 态 过 电 压第 13章 操 作 过 电 压 高 电 压 工 程 基 础13.1 中 性 点 不 接 地 系 统 电 弧 接 地 过 电 压 当 中 性 点 不 接 地 系 统 中 发 生 单 相 接 地 时 ， 经 过 故 障 点 将流 过 数 值 不 大 的 接 地 电

2、容 电 流 。 随 着 电 网 的 发 展 和 电 压 等 级 的 提 高 ， 单 相 接 地 电 容 电 流随 之 增 加 ， 一 般 6 l0kV 电 网 的 接 地 电 流 超 过 30A， 35 60kV 电 网 的 接 地 电 流 超 过 10A 时 电 弧 便 难 以 熄 灭 。 但 这 个 电 流 还 不 至 于 大 到 形 成 稳 定 燃 烧 电 弧 ， 因 此 可 能出 现 电 弧 时 燃 时 灭 的 不 稳 定 状 态 ， 引 起 电 网 运 行 状 态 的 瞬 时变 化 ， 导 致 电 磁 能 量 的 强 烈 振 荡 ， 并 在 健 全 相 和 故 障 相 上 产 生 过

3、 电 压 ， 这 就 是 间 歇 性 电 弧 接 地 过 电 压 。 过电压发展的物理过程 高 电 压 工 程 基 础中 性 点 不 接 地 系 统 A相 接 地 时 的 等 值 电 路 及 相 量 图 UA ， UB ， UC： 三 相 电 源 电 压C1， C2 ， C3： A， B， C三 相 导 线 的 对 地 电 容 （ 三 相 对 称 C1 = C2 = C3 = C） 健 全 相 升 高 至线 电 压 高 电 压 工 程 基 础A相 单 相 短 路 接 地 电 弧 熄 灭 电 弧 重 燃 max S S 0( )U U U U 每 隔 半 个 工 频 周 期依 次 发 生 熄 弧

4、 和 重 燃 ，健 全 相 的 最 大 过 电 压 为 3.5p.u.， 故 障 相 的 最 大过 电 压 为 2.0 p.u.。 过 电 压 产 生 原 因 ： 当 发 生 间 歇 性 电 弧接 地 时 ， 健 全 相 对 地 电压 的 起 始 值 与 稳 态 值 不同 ， 电 容 与 电 源 电 感 产生 振 荡 引 起 过 电 压 。 高 电 压 工 程 基 础 限制过电压的措施途 径 ：消 除 间 歇 性 电 弧 110kV 及 以 上 电 网 大 都 采 用 中 性点 直 接 接 地 的 运 行 方 式 （ 单 相 短路 电 流 ， 断 路 器 跳 闸 切 除 故 障 ）我 国 35

5、kV 及 以 下 电 压 等 级 的 配 电网 采 用 中 性 点 经 消 弧 线 圈 接 地 的运 行 方 式 （ 补 偿 电 容 电 流 ）消 弧 线 圈 的 基 本 作 用 ： 补 偿 流 过 故 障 点 的 短 路 电 流 ， 使 电 弧 能 自 行 熄 灭 ，系 统 自 行 恢 复 到 正 常 工 作 状 态 。 降 低 故 障 相 上 的 恢 复 电 压 上 升 的 速 度 ， 减 小 电 弧 重燃 的 可 能 性 。 高 电 压 工 程 基 础13.2 合 闸 空 载 线 路 引 起 的 过 电 压 产生过电压的物理过程输 电 线 T电 路 C Cm 0( ) (cos cos

6、)U t U t t 计 划 合 闸2Cm m 0/1 ( ) U E 电 源频 率 自 振 荡 频 率 0 T1/ LC C Cm 0 0( ) (cos cos )U t U t A t 重 合 闸C0Cm1 UU 严 重 ！空 载 线 路 合 闸 时 ， 产 生 过 电 压 的 根 本原 因 ： 电 容 、 电 感 的 振 荡 ， 其 振 荡 电压 叠 加 在 稳 态 电 压 上 所 致 。 高 电 压 工 程 基 础 影响过电压的因素（ 1） 合 闸 相 位 合 闸 相 位 是 随 机 的 ， 有 一 定 的 概 率 分 布 ， 与 断 路 器 合闸 过 程 中 的 预 击 穿 特 性

7、 及 断 路 器 合 闸 速 度 有 关 。（ 2） 残 余 电 荷 过 电 压 的 大 小 与 线 路 上 残 余 电 荷 数 值 和 极 性 有 关 。（ 3） 断 路 器 合 闸 的 不 同 期 由 于 三 相 线 路 之 间 有 耦 合 ， 先 合 相 相 当 于 在 另 外 两 相上 产 生 残 余 电 荷 。（ 4） 回 路 损 耗 实 际 输 电 线 路 中 ， 能 量 损 耗 （ 电 阻 、 电 晕 ） 会 引 起 振荡 分 量 的 衰 减 。（ 5） 电 容 效 应 合 闸 空 载 长 线 时 ， 由 于 电 容 效 应 使 线 路 稳 态 电 压 增 高 ，导 致 了 合

8、闸 过 电 压 增 高 。 高 电 压 工 程 基 础 限制过电压的措施（ 1） 降 低 工 频 电 压 升 高 目 前 超 高 压 电 网 中 采 取 的 有 效 措 施 是 装 设 并 联 电 抗 器 和静 止 补 偿 装 置 （ SVC） ， 其 主 要 作 用 是 削 弱 电 容 效 应 。（ 2） 断 路 器 装 设 并 联 电 阻 第 一 阶 段 ： 带 电 阻 R 合 闸 ， 将 R 与 辅 助 触 头 串 联 。 由于 R 对 振 荡 回 路 起 阻 尼 作 用 ， 使 过 渡 过 程 中 的 过 电 压 降 低 。 第 二 阶 段 ： 大 约 经 8 15 ms， 主 触 头

9、 闭 合 ， 将 R 短 接 ，电 源 直 接 与 线 路 相 连 。 主 触 头辅 助 触 头 高 电 压 工 程 基 础（ 3） 控 制 合 闸 相 位 空 载 线 路 合 闸 过 电 压 的 大 小 与 电 源 电 压 的 合 闸 相 位 有关 ， 可 以 通 过 电 子 装 置 来 控 制 断 路 器 的 动 作 时 间 ， 以 达 到降 低 合 闸 过 电 压 的 目 的 。 （ 4） 消 除 线 路 上 的 残 余 电 荷 在 线 路 侧 接 电 磁 式 电 压 互 感 器 ， 可 在 几 个 工 频 周 波 内 ，将 全 部 残 余 电 荷 通 过 互 感 器 泄 放 掉 。（

10、5） 装 设 避 雷 器 在 线 路 首 端 和 末 端 装 设 磁 吹 避 雷 器 或 金 属 氧 化 物 避 雷器 ， 当 出 现 较 高 的 过 电 压 时 ， 避 雷 器 应 能 可 靠 动 作 ， 将 过 电 压 限 制 在 允 许 的 范 围 内 。 高 电 压 工 程 基 础13.3 切 除 空 载 线 路 引 起 的 过 电 压 我 国 在 35 220 kV 电 网 中 ， 都 曾 因 切 除 空 载 线 路 时过 电 压 引 起 过 多 次 故 障 。 多 年 的 运 行 经 验 证 明 ： 若 使 用的 断 路 器 的 灭 弧 能 力 不 够 强 ， 以 致 电 弧 在

11、触 头 间 重 燃 时 ，切 除 空 载 线 路 的 过 电 压 事 故 就 比 较 多 ， 因 此 ， 电 弧 重 燃是 产 生 这 种 过 电 压 的 根 本 原 因 。 产生过电压的物理过程 高 电 压 工 程 基 础 Cmax1 m m m m( ) 3U E E E E Cmax2 m m m m ( 3 ) 5U E E E E 第 一 次 重 燃 第 二 次 重 燃 若 电 弧 继 续 重 燃 下 去 ， 则 可 能 出 现 -7Em ， + 9Em ， 的 过 电 压 ， 可 见 电 弧 的 多 次 重 燃 是 切 除 空 载 线 路 时 产 生 危 险的 过 电 压 的 根

12、本 原 因 。 系 统 实 测 结 果 表 明 ， 超 过 3Em 的 过 电压 概 率 是 很 小 的 ， 这 是 因 为 过 电 压 受 多 种 因 素 影 响 的 缘 故 。 高 电 压 工 程 基 础 影响过电压的因素（ 1） 断 路 器 的 性 能 随 着 断 路 器 制 造 质 量 的 提 高 ， 断 路 器 已 能 做 到 基 本 上不 重 燃 ， 使 得 这 类 过 电 压 降 到 了 次 要 的 位 置 。（ 2） 中 性 点 接 地 方 式 中 性 点 非 直 接 接 地 电 网 中 ， 三 相 断 路 器 分 闸 不 同 期 会构 成 瞬 间 的 不 对 称 电 路 ，

13、使 中 性 点 产 生 位 移 ， 相 间 的 耦 合 ，使 过 电 压 增 高 。 （ 3） 损 耗 电 晕 要 消 耗 能 量 ， 电 源 及 线 路 损 耗 使 过 电 压 降 低 。（ 4） 其 它 若 母 线 上 有 很 多 出 线 时 ， 过 电 压 降 低 。 此 外 ， 当 线 路 装 有 电 磁 式 电 压 互 感 器 时 ， 将 泄 放 线 路 上 的 残 余 电 荷 ， 降低 了 过 电 压 。 高 电 压 工 程 基 础 限制过电压的措施（ 1） 采 用 不 重 燃 断 路 器（ 2） 在 断 路 器 装 设 分 闸 电 阻 切 除 线 路 时 ， 先 打 开 主 触

14、头 ， R 上 的 压 降 就 是 主 触 头两 端 的 恢 复 电 压 。 经 过 一 段 时 间 后 ， 辅 助 触 头 才 打 开 ， 此时 它 的 恢 复 电 压 也 较 低 ， 不 会 发 生 电 弧 的 重 燃 ， 即 使 发 生重 燃 ， R 的 阻 尼 使 过 电 压 降 低 。（ 3） 线 路 上 装 设 泄 流 设 备 在 线 路 侧 若 接 有 并 联 电 抗 器 或 电 磁 式 电 压 互 感 器 ， 都能 使 线 路 上 的 残 余 电 荷 得 以 泄 放 或 产 生 衰 减 振 荡 ， 达 到 降低 过 电 压 的 目 的 。 （ 4） 装 设 避 雷 器 高 电

15、压 工 程 基 础13.4 切 除 空 载 变 压 器 引 起 的 过 电 压 产生过电压的物理过程 2L 012W LI 2C 012W CU L C LI I I I 2 2 2Cmax 0 01 1 12 2 2CU LI CU 2 2Cmax 0 0LU I UC Cmax 0 0 mLU I I ZC 过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电 容上的电场能量。 高 电 压 工 程 基 础 影响过电压的因素（ 1） 断 路 器 的 性 能 切 除 空 载 变 压 器 引 起 的 过 电 压 与 截 流 数 值 成 正 比 ， 断 路器 截 断 电 流 的 能 力 愈 大 ，

16、 过 电 压 UCmax 就 越 高 。（ 2） 变 压 器 的 参 数 变 压 器 L 愈 大 ， C 愈 小 ， 则 过 电 压 愈 高 。 当 电 感 中 的 磁场 能 量 不 变 ， 电 容 C 愈 小 时 ， 过 电 压 也 愈 高 。（ 3） 变 压 器 的 相 数 、 线 组 接 线 方 式 、 铁 芯 结 构 、 中 性 点 接地 方 式 、 断 路 器 的 断 口 电 容 ， 以 及 与 变 压 器 相 连 的 电 缆 线 段 、架 空 线 段 等 ， 都 会 对 切 除 空 载 压 器 过 电 压 产 生 影 响 。 高 电 压 工 程 基 础 限制过电压的措施 切 断 空

17、 载 变 压 器 过 电 压 的 特 点 是 ： 幅 值 高 、 频 率 高 ，但 持 续 时 间 短 、 能 量 小 。 只 要 在 变 压 器 任 一 侧 装 上 普 通 阀 式 避 雷 器 就 可 以 有 效限 制 这 种 过 电 压 。 计 算 表 明 ： 普 通 阀 型 避 雷 在 雷 电 过 电 压下 动 作 后 所 吸 收 的 能 量 ， 要 比 变 压 器 线 圈 中 贮 藏 的 能 量 大一 个 数 量 级 。 实 际 运 行 中 也 未 发 现 因 切 空 载 变 压 器 而 引 起避 雷 器 损 坏 的 情 况 。 由 于 这 种 避 雷 器 安 装 的 目 的 是 用

18、来 限制 切 除 空 载 变 压 器 过 电 压 的 ， 所 以 在 非 雷 雨 季 节 也 不 应 退出 运 行 。 高 电 压 工 程 基 础13.5 GIS中 快 速 暂 态 过 电 压 VFTO产生的机理 GIS中 隔 离 开 关 和 断 路 器 在 操 作 中 触 头 运 动 速 度 慢（ 大 约 1cm/s数 量 级 ） ， 断 口 在 SF6气 体 中 会 发 生 多 次 的 预 、重 击 穿 。 在 每 一 个 电 压 跳 变 处 将 产 生 波 前 很 陡 （ 一 般 为3 20ns） 的 阶 跃 电 压 波 ， 并 向 断 口 两 侧 传 播 ， 并 在 GIS内 不 断

19、地 产 生 、 来 回 地 传 递 ， 并 且 发 生 复 杂 的 折 射 、 反射 和 叠 加 ， 最 终 暂 态 振 荡 的 频 率 剧 增 ， 可 高 达 数 百 MHz。 高 电 压 工 程 基 础 高 电 压 工 程 基 础 VFTO的特性a. 幅 值 GIS中 开 关 操 作 产 生 的 VFTO幅 值 一 般 低 于 2.0p.u.， 也有 可 能 超 过 2.5p.u.。 在 同 一 时 刻 不 同 节 点 的 电 压 幅 值 不 同 。 b. 陡 度 对 于 正 常 设 计 的 GIS， 电 压 上 升 时 间 可 为 3 20ns， 随电 场 的 非 均 匀 度 而 异 。

20、c. 频 率 1) 几 十 至 数 百 kHz的 基 本 振 荡 频 率 ， 此 频 率 电 压 由 整个 系 统 决 定 ， 绝 缘 设 计 不 取 决 于 其 数 值 ； 2) 数 十 MHz的 高 频 振 荡 ， 由 行 波 在 GIS内 发 展 形 成 ， 是 构 成 VFTO的 主 要 部 分 ， 决 定 绝 缘 设 计 ； 3) 高 达 数 百 MHz的 特 高 频 振 荡 ， 幅 值 较 低 。 高 电 压 工 程 基 础 VFTO的影响因素(1) 残 余 电 荷 当 DS开 断 带 电 的 GIS母 线 时 ， 母 线 上 可 能 存 在 的 残 余电 荷 ， 会 影 响 到

21、VFTO的 幅 值 。 电 源 侧 、 母 线 侧 以 及支 撑 绝 缘 子 上 的 过 电 压 幅 值 与 残 余 电 荷 近 似 呈 线 性 关系 ， 残 余 电 荷 越 多 幅 值 越 高 。 (2) 变 压 器 的 入 口 电 容 VFTO的 幅 值 随 入 口 电 容 的 增 加 而 增 加 ， 有 计 算 表明 ： 每 增 加 1000pF， VFTO幅 值 约 增 加 0.2p.u.。 但 进 一 步研 究 表 明 ： 随 着 入 口 电 容 增 加 ， VFTO的 幅 值 不 一 定 始 终增 加 ， 这 决 定 于 GIS的 结 构 ， 特 别 是 所 操 作 母 线 的 尺

22、 寸 ， 以 及 操 作 的 方 式 。 高 电 压 工 程 基 础(3) 电 压 的 上 升 时 间 GIS中 冲 击 电 压 的 上 升 时 间 增 加 使 VFTO幅 值 下 降 ，因 为 此 时 会 表 现 出 一 种 阻 尼 作 用 ， 使 那 些 较 小 时 出 现 的暂 态 电 压 的 极 高 频 分 量 消 失 。(4) GIS的 支 路 长 度 GIS支 路 的 长 度 对 VFTO幅 值 的 影 响 没 有 明 显 的 规 律 。 (5) 开 关 弧 道 电 阻 的 影 响 DS起 弧 时 弧 道 电 阻 为 一 时 变 电 阻 ， 对 过 电 压 有 阻 尼 作 用 。

23、(6) 其 它 因 素 的 影 响 GIS的 布 置 、 内 部 结 构 、 接 线 方 式 及 外 部 设 备 等 。 高 电 压 工 程 基 础 VFTO的危害(1) 暂 态 地 电 位 升 高 TGPR 1983年 CIGRE调 查 表 明 有 半 数 以 上 的 电 站 曾 发 生 TGPR引 起 的 事 故 。 尽 管 TGPR衰 减 快 ， 但 若 无 限 制 会 产 生 火 花 放电 ， 甚 至 外 壳 击 穿 ， 危 及 人 身 安 全 。(2) 对 二 次 设 备 的 影 响 VFTO可 以 通 过 电 压 互 感 器 或 电 流 互 感 器 内 部 的 杂 散 电容 传 入

24、 与 其 相 连 的 二 次 电 缆 进 而 进 入 二 次 设 备 ， 另 外 ， 还可 以 通 过 接 地 网 进 入 二 次 电 缆 的 屏 蔽 层 ， 进 而 感 应 到 二 次电 缆 的 芯 线 。(3) 对 变 压 器 的 影 响 系 统 中 主 变 直 接 和 GIS相 连 ， 受 VFTO影 响 很 大 。 例 如 我 国 一 核 电 站 的 500kV GIS， 曾 先 后 两 次 发 生 了 VFTO导 致 变压 器 绝 缘 损 坏 和 线 饼 烧 损 的 严 重 事 故 。 高 电 压 工 程 基 础 VFTO的防护(1) 快 速 动 作 隔 离 开 关 使 用 快 速

25、动 作 隔 离 开 关 缩 短 切 合 时 间 ， 可 以 减 小 重 击 穿的 次 数 ， 降 低 VFTO出 现 的 几 率 。(2) 合 闸 电 阻 开 关 操 作 时 先 串 入 电 阻 ， 阻 尼 作 用 使 行 波 上 升 时 间 下降 、 幅 值 降 低 。 对 一 个 1100kV GIS进 行 了 仿 真 计 算 及 实测 ， 发 现 200的 DS合 闸 电 阻 可 将 过 电 压 幅 值 降 低 到 1.5pu以 下 ， 当 合 闸 电 阻 为 1000时 ， 降 低 为 1.25pu左 右 。(3) 铁 氧 体 磁 环 铁 氧 体 是 高 频 导 磁 材 料 ， 将 铁

26、 氧 体 磁 环 套 在 GIS隔 离 开关 两 端 的 导 电 杆 上 ， 相 当 于 在 开 关 断 口 和 空 载 母 线 间 串 入 了 一 个 阻 抗 ， 使 VFTO的 幅 值 和 陡 度 降 低 ， 同 时 也 减 弱 行 波折 反 射 的 叠 加 。 (4) 改 变 操 作 程 序 和 简 化 接 线 目 前 ， 在 中 国 500kV GIS 运 行 和 设 计 中 ， 有 考 虑 改 变操 作 程 序 和 简 化 接 线 的 措 施 。 如 中 国 一 个 抽 水 蓄 能 电 站 通过 改 变 运 行 操 作 程 序 减 少 引 起 VFTO的 几 率 ； 正 在 设 计

27、的大 型 水 电 站 中 ， 也 有 采 用 取 消 变 压 器 高 压 侧 （ 500kV） 隔离 开 关 ， 来 减 少 VFTO对 变 压 器 的 影 响 。(5) 其 他 措 施 对 于 与 GIS所 连 接 的 设 备 ， 可 对 设 备 设 计 中 采 取 相 应措 施 。高 电 压 工 程 基 础 高 电 压 工 程 基 础 VFTO的计算实例 高 电 压 工 程 基 础 0 20 40 60 80 100-0.50.00.5 1.01.52.0 2.5 U/p.u. 0 1000 2000 3000 4000 50000.00.10.20.3 0.40.50.6 Frequency /kHzAmplitu de/p.u. -5000 500 0 1000 2000 3000 4000 5000Frequency /kHzAngle/deg