高电压技术讲解（下）(8)

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四、用电抗线圈代替进线段的保护接线

§7.4 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护 一、三绕组变压器的防雷保护

三绕组变压器在正常运行时，有时存在只有高、中压绕组工作低压绕组开路的运行情况。此时若高压绕组或中压绕组有雷电波入侵时，由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组上静电感应分量可达到很高的数值，将危及低压绕组绝缘。考虑到静电感应分量将使低压绕组三相电位同时升高，故为了限制这种过电压，只要在低压绕组任一相的直接出口处加装一只避雷器即可。

中压绕组也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不加设避雷器。 二、自耦变压器的防雷保护

? 1、高低压运行、中压开路

? 2、中低压绕组运行、高压开路

? 3、高中压绕组之间绕组的防雷保护

三、变压器中性点的防雷保护

? 变压器中性点的绝缘分全绝缘和分级绝缘两种。

? 中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压器是全绝缘的，中性点一般不需保护。

§7.4 配电变压器的防雷保护

? 一、三位一体接线 ? 二、逆变换过电压

对于Y、yn0接线的配变，如果在低压侧未装避雷器保护，当高压侧受到雷击时，高压侧避雷器动作，经过避雷器会有雷电流流入大地，在接地电阻上产生压降I2R。这个电压降也同时作用在低压侧的中性点上，但此时低压侧出线相当于经过线路波阻抗接地，因此这个压降ILR大部分加在变压器低压绕组上。由于电磁感应，在高压绕组上将出现iLR乘变比的过电压。由于高压绕组出线端的电位受避雷器固定，因此这个电压沿高压绕组分布，且在中性点上达到最大值，所以在中性点附近绝缘可能发生击穿，这种现象称为逆变换过电压。

? 三、正变换过电压

对于郊区农村的配电，由于低压出线较长，且多没有建筑物的屏蔽，故低压线路易受雷击。若配变低压侧未加装避雷器保护，当雷电流由低压侧入侵时，由于低压侧中性点是接地的，低压绕组将有雷电流通过并产生磁通，通过电磁感应，按变比在高压侧感应电势，高压绕组出现高电压，称为正变换过电压。由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，一般低压侧不易损坏，而使高压侧绝缘击穿。 §7.5 旋转电机的防雷保护

? 一、旋转电机防雷保护的特点

? 2、保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小，电机

出厂冲击耐压值只比避雷器的残压高8%—10%左右。

? 4、直配电机的大气过电压有两种：一种是与电机相连的架空线路上感应雷过电压；

另一种是雷直击于与电机相连的架空线路而引起的过电压，其中感应雷出现的几率比较多。

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电机保护原理接线图：

? 1、FCD避雷器：旋转电机防雷主保护；

? 2、并联电容：计算表明，每项电容为0.25~0.5uF时，即能满足限制入侵波陡度在2kV/us

的要求，也能满足限制感应雷过电压的要求。 四、进线段保护原理

五、中性点保护

GB起到一个自动开关的作用 ? 为了保护发电机中性点的绝缘，除了限制入侵波陡度不超过2kV/us外，还需要在中性

点加装避雷器。考虑到电机在受到雷击的同时，可能存在单相接地，中性点可能出现相电压，故中性点用避雷器的灭弧电压应大于相电压。若中性点不能引出，则需要每相电容增大到1.5~2uF，以进一步降低入侵波的陡度确保中性点绝缘。

第八章 内 部 过 电 压

内容提要：

1、电力系统工频过电压 2、切空载线路过电压 3、合空载线路过电压 4、切空载变压器过电压

5、其他形式过电压简介 前 言

电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，系统参数会发生变化，从而引起电网内部电磁能量的转化或传递，这种形成的电压升高叫做内部过电压。

内部过电压分成工频电压升高、操作过电压和谐振过电压三种。工频电压升高：在电力系统正常工作或故障时出现的一种幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的过电压。操作过电压：电力系统内进行开关操作或系统出现故障时，电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态，在转变过程中出现很高的过电压。操作过电压倍数K的大小及过电压持续时间与电网结构及参数、断路器性能、系统接线方式及运行操作方式等有关，具有显著的统计性。随着输电系统额定电压的升高，操作过电压对电力系统的影响随之加大。220kV及以下系统的绝缘水平由雷电过电压决定，可能出现（3~4）Umpm的操作过电压对电力设备并不构成威胁，但在超高压系统中，如果过电压倍数相同的话，绝缘费用将迅速增加

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谐振过电压：系统进行某些操作或故障后形成的回路中，其自振荡频率与电源频率满足了一定关系，出现了谐振现象而引起的过电压。电力系统中包含许多电感、电容元件，它们可以组成一系列的串联振荡回路。谐振过电压是一种稳态现象，它持续的时间比操作过电压要长得多，可达十分之几秒甚至可能稳定存在，直到新的操作破坏谐振条件为止。这种过电压不仅危及设备绝缘，而且可能产生持续过电流而烧坏设备，造成比较严重的后果。通常、电力系统中电阻电容是线性常数，而电感则可能是线性的、非线性的或周期性变化的。依据电感的类型不同，谐振分线性谐振、非线性谐振和参数谐振三种。

§8.1 工频电压升高

与操作过电压相比，工频电压升高倍数K并不大，它本身对系统中正常绝缘的电气设备一般没有危险的，但由于下列原因，使它成为超高压输电中确定系统绝缘水平的重要因素。

1、工频过电压和操作过电压往往同时发生，后者的高频部分常叠加在前者之上。所以工频过电压的升高直接影响到操作过电压的数值。

2、工频过电压是决定保护电器工作条件的重要因素。

3、工频过电压使断路器操作时流过其并联电阻的电流增大。这就要求并联电阻的热容量增大，使得低值并联电阻的制造难于实现。

4、工频过电压持续时间长。

为了保证安全，超高压电网的工频过电压必须予以限制。目前、我国500kV电网要求母线上的工频过电压不超过最高工作电压（有效值）的1.3倍,线路上不超过1.4倍。一、空载长线末端电压升高 1、 理论依据

正弦电势作用在L-C电路，当由

???1E?UC?ULXC>XL时，于电容电流

?c0??L0在感抗上的电压与电容上电压反相，电容电压将比电源电势为高。因此，可以联想到无损耗导线，它是由均匀分布的电感电容所组成

的链型电路。当它连接于正弦电势时，由于每一段dX段上有 成立，也会出现类似的电压升高现象，称此为空载长线的电容效应。

???UC?E?UL

U2?12、分析

k?

U1cos?l

α —相位常数（α =w/v，当f=50Hzv=100Л ,v为光速时， α =100Л/3×105=0.060/km），

造成空载长线末端电压升高的原因是：电容效应，即空载线路中的容性电流充电造成的。

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3、考虑电源容量的影响

k20?U2E?1?XsZcos?cos(?l??)??tg考虑电源容量时，相当于延长了线路长度，使末端电压升高现象更严重。取φ=210，则l=1150km时发生谐振。如何限制空载长线末端电压升高

采用并联电抗器，其物理意义：电抗器的感性无功功率部分补偿了线路的容性无功功率，相当于减小了线路长度，故过电压降低。并联电抗器可同时降低长输电线路首断和末端的工频电压升高。§8.2 切合空载长线电压升高 一、切空载线路过电压

（一）分析：其原因是由于断路器的重燃。

（二）影响过电压的因素

1、断路器的性能：重燃的次数：重燃次数越多，产生高幅值过电压的概率也越大。油断路器的重燃次数较多，压缩空气断路器的重燃次数较少或不重燃。近年来，由于不断改善断路器的灭弧性能，使得现代断路器已能防止或减少电弧重燃的次数。

2、母线出线次数的影响：当母线上有多回路出线时，只拉开一路，过电压也比较小。是由于电弧重燃时残余电荷迅速重新分配，改变了电压的起始值，因而降低了过电压。

3、电晕、负载的影响：①线路电晕将使过电压降低。特别是高压线路，电压升高会产生电晕，电晕可使导线上的电荷泄

漏，同时电晕损耗将消耗过电压能量，限制了过电压倍数。②线路末端带有负载时（如空载变压器），当线路首端断路器熄弧

后，三相导线上的电荷将通过负载相互中和，导线上电位为零。③当线路侧装有电磁式电压互感器时，它的等值电感、电阻与线路电容构成一个阻尼振荡电路，并由于电压升高引起磁路饱和后阻抗降低，将使线路上的饿残余电荷有了泄放的附加路径，因而降低过电压。我国220kV线路侧加装电磁式电压互感器时可使过电压降低30%。

4、中性点运行方式的影响：中性点直接接地系统中，各相有自己独立回路，相间电容影响不大，切空载线路过电压与上面分析的情况相同。当中性点不接地或经消弧线圈

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接地时，由于三相断路器分闸的不同期性，会形成瞬间的不对称电路，使中性点发生偏移。三相间相互影响使分闸时断路器中电弧的重燃和熄灭变得更复杂，在不利的情况下，会使过电压显著增高。一般地说它比中性点直接接地时过电压要高20%左右。

四、限制措施：

1、改进断路器性能：选用灭弧能力强的快速断路器。如压缩空气断路器、压油活塞的少油断路器以及SF6断路器。

2、采用并联电阻断路器

实测表明：采用并联电阻断路器后，这种过电压倍数的最大值不高于2.28。

从降低恢复电压和热容量的角度考虑，分闸电阻取一中值电阻，通常取1000-3000

欧。

§8.2 合空载长线电压升高：合空载线路过电压的影响在超高压系统和特高压系统变得突出，成为选择电网绝缘水平的决定因素。

一、空载长线分计划性合闸和自动重合闸两种。

1、计划性合闸：过电压形成的原因是电源向线路充电过程中，在LC振荡电路中，初始电压和稳态电压不一致引起电压升高。

1、 自动重合闸：其原因同上，

只是振荡的初始值可能不

同。

二、影响因素：主要因素有电源电压的合闸相角、线路上的残余电压值和回路损耗等。 三、限制措施

1、控制合闸相角：通过专门装置，控制断路器的动作时间，在各相合闸时，将电源电压的相角控制在一定范围内。或控制断路器在两端电位同极性时合闸，甚至要求触头间电位差接近于零时完成合闸操作，使合闸暂态过程降低到最微弱的程度。国外已研制成功检测断口在同电位瞬间合闸的断路器。

2、采用并联电阻断路器：综合考虑合闸的两个阶段对电阻值的不同要求，目前国内设计多取400-1000欧，与分闸中值电阻比，合闸电阻属于低值范围。

§8.3 切空载变压器电压升高

一、过电压形成的原因是由于截流现象。

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