过电压与绝缘故障分析.ppt

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1、过电压与绝缘故障分析过电压与绝缘故障分析：（高电压技术高电压技术）High Voltage TechnologyHigh Voltage Technology机电工程系机电工程系电力系统电力系统中过电压与绝缘防护这是一对矛盾中过电压与绝缘防护这是一对矛盾，如何将如何将电力系统的电器绝缘所受的各种过电压限制在最低水电力系统的电器绝缘所受的各种过电压限制在最低水平，如何将电力系统的电气设备防护设定在既经济又平，如何将电力系统的电气设备防护设定在既经济又可靠可靠的水平，以确保系统的绝对安全、可靠运行是高的水平，以确保系统的绝对安全、可靠运行是高电压技术的研究课题。电压技术的研究课题。C.过电压与绝缘

2、故障分析过电压与绝缘故障分析的先期必修课程：的先期必修课程：工厂供电工厂供电 电器学电器学 电力系统分析电力系统分析D.选用教材：选用教材：普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 高电压技术高电压技术（第二版）（第二版）张一尘张一尘 主编主编 中国电力出版社中国电力出版社E.作业与考核：作业与考核：一、电力系统的构成一、电力系统的构成二、提高电压等级的原因二、提高电压等级的原因三世界电压等级的发展与提高三世界电压等级的发展与提高一、电力系统的构成一、电力系统的构成二、提高电压等级的原因二、提高电压等级的原因 1.提高远距离电力自然功率的输送能力提高远距离电力自然功

3、率的输送能力 不同电压等级的超高压和特高压单回线路的自然功率输送能力如下：不同电压等级的超高压和特高压单回线路的自然功率输送能力如下：2.提高电力系统的营运效益提高电力系统的营运效益 降低系统工作电流，降低线路损耗，利于系统运行降低系统工作电流，降低线路损耗，利于系统运行 降低线路造价降低线路造价 长距离输电可联接区域电网，有利于电力调度长距离输电可联接区域电网，有利于电力调度三世界电压等级的发展与提高三世界电压等级的发展与提高 电压等级电压等级分类：分类：高压（高压（HV）：）：35-220kV；超高压（超高压（EHV）：）：330-750kV；特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以

4、上。及以上。高压直流（高压直流（HVDC）：）：600kV及以下；及以下；特高压直流（特高压直流（UHVDC）：）：600kV以上（以上（750kV、800kV）。）。国外电网发展历史：国外电网发展历史：美国：美国：1908年，建成世界第一条年，建成世界第一条110kV输电线路；输电线路；1923年，第一条年，第一条230kV线路投入运行；线路投入运行；1964年，建成第一条年，建成第一条500kV线路；线路；1969年，建成年，建成765kV线路。线路。苏联：苏联：1952年，建成第一条年，建成第一条330kV线路；线路；1964年，建成年，建成500kV输电系统；输电系统；1967年，建成

5、年，建成750kV线路；线路；1985年，建成世界上第一条年，建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。特高压输电线路。三峡工程三峡工程总装机容量为总装机容量为1820万万kW：十五条交流输电线路十五条交流输电线路 湖北宜昌上海华新湖北宜昌上海华新 三条三条500kV直流输电线路送往华东：直流输电线路送往华东：葛洲坝上海蓝桥葛洲坝上海蓝桥 宜昌龙泉江苏政平宜昌龙泉江苏政平 一条一条500kV直流输电线路送往华南：直流输电线路送往华南：湖北江陵广东惠州湖北江陵广东惠州 创造了创造了直流输电工程规模、直流工程技术水平、单个换流变压器容量直流输电工程规模、直流工程技术水平、单个换流变压器容量三个三

6、个世界之最世界之最。中国高压电网的发展与现状中国高压电网的发展与现状 1952年，逐步建成京津唐年，逐步建成京津唐110kV输电网；输电网；1954年，逐步建成年，逐步建成220kV东北骨干网架；东北骨干网架；1972年，建成年，建成330kV刘家峡至关中线路，逐渐形成刘家峡至关中线路，逐渐形成330kV西北骨干网架；西北骨干网架；1983年，建成葛洲坝至武昌、双河两回线路，形成年，建成葛洲坝至武昌、双河两回线路，形成500kV华中骨干网架；华中骨干网架；1989年，建成年，建成500kV葛洲坝至上海高压直流输电线路；葛洲坝至上海高压直流输电线路；2005年，建成年，建成750kV青海官厅至兰

7、州东输电线路。青海官厅至兰州东输电线路。三峡输电工程全面建成后，将使华中、华东、南方电网三峡输电工程全面建成后，将使华中、华东、南方电网形成互联，基本形成形成互联，基本形成“西电东送、南北互供西电东送、南北互供”的联网格局，的联网格局，大大提高电网的稳定水平和电能质量。大大提高电网的稳定水平和电能质量。此外，国家电网公司已经在规划建设晋东南此外，国家电网公司已经在规划建设晋东南湖北荆湖北荆门交流门交流1000千伏的特高压试验示范工程千伏的特高压试验示范工程 以及四川上海以及四川上海800千伏特高压直流输电示范工程。相信在不久的将来，千伏特高压直流输电示范工程。相信在不久的将来，我们国家也将建成

8、由我们国家也将建成由1000千伏交流和千伏交流和800千伏直流系统构千伏直流系统构成的成的“电力高速公路电力高速公路”。高压输电的新发展高压输电的新发展 特高压输电；特高压输电；直流输电直流输电(两根导线两根导线,没有感抗和容抗的无功损耗没有感抗和容抗的无功损耗)；超导输电、低温输电、无线输电等。超导输电、低温输电、无线输电等。第第2讲讲 雷电及防雷设备雷电及防雷设备一、一、一、一、雷闪放电及雷电参数雷闪放电及雷电参数 1.1.1.1.雷电放电过程雷电放电过程 雷击通常分三个阶段：先导放电；主导放电；余辉放电。雷击通常分三个阶段：先导放电；主导放电；余辉放电。A.先导放电阶段：先导放电阶段：电

9、荷积聚，电场强度升高：电荷积聚，电场强度升高：乌云积聚乌云积聚 乌云表面负电荷的积聚乌云表面负电荷的积聚乌云表面的电场场强急剧升高乌云表面的电场场强急剧升高；雷电先导的形成：雷电先导的形成：当电场场强大于周围空气介质绝缘临界值电位当电场场强大于周围空气介质绝缘临界值电位100MV时，带电荷的时，带电荷的空气开始游离空气开始游离导电性通道导电性通道雷电先导（多个高度电离的电荷聚集核雷电先导（多个高度电离的电荷聚集核心组成，直径心组成，直径30M，长约长约50M左右的电晕圈）；左右的电晕圈）；迎雷先导的形成：迎雷先导的形成：电晕圈电晕圈雷电先导向地面推进，到雷电先导向地面推进，到100-300M时

10、，地面因感应而时，地面因感应而在地面突出的物体表面聚集起极性相反的正电荷，在地面突出的物体表面聚集起极性相反的正电荷，迎雷先导；迎雷先导；B.主导放电阶段：主导放电阶段：放电先导与迎雷先导快速接近，两先导迎合，正负电荷发生强烈放电先导与迎雷先导快速接近，两先导迎合，正负电荷发生强烈 中和，产生极大的光和声。中和，产生极大的光和声。主放电阶段，放电电流据估计可达主放电阶段，放电电流据估计可达260KA，持续时间约持续时间约50100ms。C.余辉放电阶段余辉放电阶段:主放电结束后，雷云中残余的电荷继续沿放电通道逐级推进，主放电结束后，雷云中残余的电荷继续沿放电通道逐级推进，多次放电入地，形成余辉

11、放电。多次放电入地，形成余辉放电。.雷电放电的计算模型（雷电放电的计算模型（电流源模型电流源模型）开关开关S闭合前后对应不同的雷电放电阶段，关注闭合开关后流过阻抗闭合前后对应不同的雷电放电阶段，关注闭合开关后流过阻抗的电流的变化以及引起的电流的变化以及引起A点的电位变化。点的电位变化。国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流。国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流。先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波阻抗为先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波阻抗为z0(300)。在主放电阶段，通过雷电通道向地面传播的电磁波（在主放电阶段，通过雷

12、电通道向地面传播的电磁波（u0、i0）到达到达A点。点。根据计算模型（电流源模型），由根据计算模型（电流源模型），由c图可得出其彼德逊等值电路：图可得出其彼德逊等值电路：需要注意的是，定义中的雷电流是沿雷电通道传播而需要注意的是，定义中的雷电流是沿雷电通道传播而来的雷电流的两倍。来的雷电流的两倍。.雷电流及雷电参数雷电流及雷电参数.雷电流的特点：雷电流的特点：a、雷电流多为负极性；雷电流多为负极性；b、波前时间短，最长达波前时间短，最长达10微秒；微秒；c、波形中有一强电流部分，持续时间约为几十微秒；波形中有一强电流部分，持续时间约为几十微秒；d、强电流之后便是一弱电流波尾，持续时间可达几百微

13、秒。强电流之后便是一弱电流波尾，持续时间可达几百微秒。.雷电参数：雷电参数：a、雷电流幅值：雷电流幅值的概率分布雷电流幅值：雷电流幅值的概率分布 现行标准：现行标准：陕南以外的西北地区及内蒙古：陕南以外的西北地区及内蒙古：表示等于大于对应幅值的雷电流出现的概率。表示等于大于对应幅值的雷电流出现的概率。地区不同，雷电流幅值不同。地区不同，雷电流幅值不同。b、雷电波阻抗：主放电时，雷电通道对雷电流呈现一定的阻抗。雷电波阻抗：主放电时，雷电通道对雷电流呈现一定的阻抗。c、年平均雷暴日：雷电活动强度。某一地区一年之中有雷电活动的天数。年平均雷暴日：雷电活动强度。某一地区一年之中有雷电活动的天数。不足不

14、足15日为少雷区，超过日为少雷区，超过40的为多雷区，超过的为多雷区，超过90的为强雷区。的为强雷区。d、地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数。地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数。表示雷云对地放电的频数和强烈程度。表示雷云对地放电的频数和强烈程度。我国取我国取0.015，国外取值在，国外取值在0.10.2之间。之间。e、雷电流的等值波形：雷电流的等值波形：(a)标准冲击波形标准冲击波形 (b)等值斜角波等值斜角波 (c)等值余弦波波形等值余弦波波形二、二、二、二、避雷设备避雷设备 1、避雷针、避雷针:避雷针的保护原理：避雷针的保护原理：（引雷针）（引雷针）

15、当雷云放电当雷云放电接近地面时，它使接近地面时，它使地面电场发生畸变。地面电场发生畸变。在避雷针的顶端，在避雷针的顶端，形成局部电场集中形成局部电场集中的空间，以影响雷的空间，以影响雷电先导放电的发展电先导放电的发展方向，引导雷电向方向，引导雷电向避雷针放电，再通避雷针放电，再通过接地引下线和接过接地引下线和接地装置将雷电流引地装置将雷电流引入大地，从而使被入大地，从而使被保护物体免遭雷击。保护物体免遭雷击。避雷器作用：避雷器作用：避雷器作用：避雷器作用：用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压用以限制由线路传来的雷电过电压或

16、由操作引起的内部过电压用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电器设备的一种电器设备的一种电器设备的一种电器设备 。避雷器的保护原理：避雷器的保护原理：避雷器的保护原理：避雷器的保护原理：并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气

17、设备放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展，从而保护了其他电气设备免遭击穿损坏。它实质上是一种放电器。免遭击穿损坏。它实质上是一种放电器。免遭击穿损坏。它实质上是一种放电器。免遭击穿损坏。它实质上是一种放电器。避雷器基本类型避雷器基本类型避雷器基本类型避雷器基本类型 A.A.保护间隙保护间隙保护间隙保护间隙 由主间隙和辅助间隙组成，辅助间隙防由主间隙和辅助间隙组成，辅助间隙防由主间隙和辅助间隙组成，辅助间隙防由主间隙和辅助间隙组成，辅助间隙防止主间隙被外物短路而误动作。保护间隙的止主间隙被外物短路而误动作。保护间隙的止主间隙被外物短路而误动作。保护间隙的止主间隙被外物短路而误动作。保护间

18、隙的灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统不灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统不灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统不灭弧能力低，只能熄灭中性点不接地系统不大的单相接地短路电流。大的单相接地短路电流。大的单相接地短路电流。大的单相接地短路电流。间隙没有专门的间隙没有专门的灭弧装置，可和自动重合闸配合使用。灭弧装置，可和自动重合闸配合使用。只在只在只在只在10kV10kV以下的配电网中使用。以下的配电网中使用。以下的配电网中使用。以下的配电网中使用。B.管型（排气式）避雷器管型（排气式）避雷器管型（排气式）避雷器管型（排气式）避雷器 管型限压装置带有产气式灭弧管，可以熄灭更大的工频电弧。管型限压

19、装置带有产气式灭弧管，可以熄灭更大的工频电弧。只用于中低压输电线路保护和发、变电所的进线段保护。只用于中低压输电线路保护和发、变电所的进线段保护。只用于中低压输电线路保护和发、变电所的进线段保护。只用于中低压输电线路保护和发、变电所的进线段保护。C.阀型避雷器阀型避雷器阀型避雷器阀型避雷器 带有串联放电间隙和带有串联放电间隙和SiC非线性电阻的阀型限压装非线性电阻的阀型限压装置。间隙：由多个单个火花间隙组成，易于切断工频续置。间隙：由多个单个火花间隙组成，易于切断工频续流防止电弧重燃。电阻阀片：由流防止电弧重燃。电阻阀片：由SiC（金刚砂）加结合金刚砂）加结合剂烧结而成。一支避雷器采用多个阀片

20、串联。正常工作剂烧结而成。一支避雷器采用多个阀片串联。正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免母线的工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免母线的工作电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧坏。出现过电压电压在电阻阀片中产生的电流使阀片烧坏。出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片和接地装置流入大地，在阀片上的压降称为残压，其值应低于设备的冲击耐压值。过阀片和接地装置流入大地，在阀片上的压降称为残压，其值应低于设备的冲击耐压值。电阻阀片的电阻值与流过的电流有关，应具有非线性特性：冲击电流阶段电阻阀片的电阻值与流过的电流有

21、关，应具有非线性特性：冲击电流阶段 电阻值小，相电阻值小，相应电阻阀片上的残压低；工频续流阶段电阻值大，使间隙能在续流第一次过零时熄弧。应电阻阀片上的残压低；工频续流阶段电阻值大，使间隙能在续流第一次过零时熄弧。D.氧化锌避雷器氧化锌避雷器氧化锌避雷器氧化锌避雷器 氧化锌避雷器（氧化锌避雷器（MOA）是将相应数量的氧化锌电阻片（是将相应数量的氧化锌电阻片（MOV）密封密封在瓷套或其他绝缘体内而组成。在瓷套或其他绝缘体内而组成。3.防雷接地防雷接地 雷电防护设备（避雷针、避雷线及避雷器）都必须与合适的接地装置相雷电防护设备（避雷针、避雷线及避雷器）都必须与合适的接地装置相连，以将雷电流导入大地，

22、这种接地称为防雷接地。连，以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地。发电厂和变电所的防雷接地：发电厂和变电所的防雷接地：P124第第3讲讲 输电线路的防雷保护输电线路的防雷保护1.1.雷击输电线路的方式雷击输电线路的方式雷击输电线路的方式雷击输电线路的方式2.输电线路雷电过电压分类输电线路雷电过电压分类 A.感应雷过电压：感应雷过电压：由于雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会由于雷云对地放电过程中，放电通道周围空间电磁场急剧变化，会在附近输电线路上产生感应过电压。在附近输电线路上产生感应过电压。B.直击雷过电压：直击雷过电压：反击：雷击杆塔或避雷线，雷击点电位与导线电位差超过

23、线路绝缘反击：雷击杆塔或避雷线，雷击点电位与导线电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对线路导线发生闪络，使导线出现过电压；的冲击放电电压时，会对线路导线发生闪络，使导线出现过电压；绕击：雷电直接或绕过避雷线击中导线；绕击：雷电直接或绕过避雷线击中导线；危害：一是使线路发生短路接地故障，使线路断路器跳闸；另外，危害：一是使线路发生短路接地故障，使线路断路器跳闸；另外，形成雷电波侵入变电所，破坏变电站内电气设备绝缘。形成雷电波侵入变电所，破坏变电站内电气设备绝缘。3.输电线路的感应过电压输电线路的感应过电压 A.雷击线路附近大地时导线上的感应过电压雷击线路附近大地时导线上的感应过电压感应过电压的

24、产生机理：感应过电压的产生机理：感应过电压的计算：感应过电压的计算：a.导线上方无避雷线：导线上方无避雷线：b.导线上方有避雷线：避雷线的存在，会使输电导线上的感应过电压有所降低。导线上方有避雷线：避雷线的存在，会使输电导线上的感应过电压有所降低。k：导线与避雷线之间的耦合系数。导线与避雷线之间的耦合系数。k值大小与位置有关。避雷线与导线距离愈小，值大小与位置有关。避雷线与导线距离愈小，k愈大。愈大。.雷击线路塔顶时导线上的感应过电压雷击线路塔顶时导线上的感应过电压雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在雷击塔顶时迅速向上发展的主放电引起周围空间电磁场的突然变化，会在导

25、线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主。导线上感应出与雷电流极性相反的电压，以静电感应分量为主。规程规程建议：建议：1、hd40m以下无避雷线的线路，感应过电压最大值：以下无避雷线的线路，感应过电压最大值：2、对、对hd40m 以下有避雷线的线路（屏蔽），感应过电压最大值：以下有避雷线的线路（屏蔽），感应过电压最大值：:感应过电压系数，感应过电压系数，m4.输电线路的直击雷过电压输电线路的直击雷过电压 A.雷击杆塔塔顶时过电压的计算分析雷击杆塔塔顶时过电压的计算分析 流经杆塔的电流流经杆塔的电流:塔顶电位塔顶电位:取：取：杆塔横担高度处的电位杆塔横担高度处的电位:则：则：不考虑导

26、线本身的工频电压，由于雷电感应及避雷线的耦合，导线不考虑导线本身的工频电压，由于雷电感应及避雷线的耦合，导线的对地电位为：的对地电位为：线路绝缘子串两端的电位差：线路绝缘子串两端的电位差：则：则：当当 时，导线与杆塔之间不会发生闪络，由此可以得时，导线与杆塔之间不会发生闪络，由此可以得出雷击杆塔时线路的耐雷水平：出雷击杆塔时线路的耐雷水平：当雷击杆塔时的雷电流超过线路的耐雷水平时，导线与杆塔之间就会发当雷击杆塔时的雷电流超过线路的耐雷水平时，导线与杆塔之间就会发生闪络，此类闪络称为生闪络，此类闪络称为“反击反击”。反击耐雷水平与导线避雷线间的耦合系数反击耐雷水平与导线避雷线间的耦合系数k，杆塔

27、分流系数杆塔分流系数，杆塔冲击接地电阻杆塔冲击接地电阻Rch，杆塔等值电感杆塔等值电感Lgt以及绝缘子串的以及绝缘子串的50放电电压放电电压U50等因素有关。等因素有关。B.雷击避雷线档距中央时的过电压计算分析雷击避雷线档距中央时的过电压计算分析雷击点雷击点A点的电压点的电压 雷击点避雷线的最高电位为雷击点避雷线的最高电位为由于避雷线与导线的耦合作用，在导线上将产生耦合电压由于避雷线与导线的耦合作用，在导线上将产生耦合电压 ，雷击点避雷，雷击点避雷线与导线间空气间隙上所承受的最高电压为线与导线间空气间隙上所承受的最高电压为 结合我国线路多年运行经验的统计分析，规程提出对一般线路，档距结合我国线

28、路多年运行经验的统计分析，规程提出对一般线路，档距中央避雷线不发生反击的最小允许间隙距离按以下公式确定中央避雷线不发生反击的最小允许间隙距离按以下公式确定C.雷绕击导线时的过电压计算分析雷绕击导线时的过电压计算分析绕击率绕击率：一次雷击线路中出现绕击的比率。一次雷击线路中出现绕击的比率。绕击率与避雷线对外围导线的保护角、杆塔的高度以及沿线路的地形地绕击率与避雷线对外围导线的保护角、杆塔的高度以及沿线路的地形地貌地质条件有关貌地质条件有关.绕击绕击耐雷水平：耐雷水平：5.输电线路的防雷保护措施输电线路的防雷保护措施 装设避雷线；装设避雷线；(P136)降低杆塔接地电阻；降低杆塔接地电阻；架设耦合

29、地线；架设耦合地线；采用消弧线圈接地；采用消弧线圈接地；加强绝缘；加强绝缘；采用不平衡绝缘方式（又叫差绝缘）；采用不平衡绝缘方式（又叫差绝缘）；装设自动重合闸；装设自动重合闸；安装线路避雷器。安装线路避雷器。第第4讲讲 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护1.发电厂、变电所雷电过电压来源：发电厂、变电所雷电过电压来源：a a.雷电直击发电厂和变电所；雷电直击发电厂和变电所；b b.雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发电厂、变电所。雷击线路产生的雷电过电压沿线路侵入发电厂、变电所。2.过电压防护的主要措施：过电压防护的主要措施：3.发发电厂电厂、变电所的直击雷防护、变电所的直击雷防护

30、:装设避雷针：独立避雷针、构架避雷针装设避雷针：独立避雷针、构架避雷针 (使所有设备都处在避雷针保护范围内；防止雷击避雷针时的反击事故。使所有设备都处在避雷针保护范围内；防止雷击避雷针时的反击事故。)A.独立避雷针：（独立避雷针：（35KV及以下变电所）及以下变电所）B.构架避雷针：构架避雷针：110kV及以上，一般允许将避雷针架设在配电装置的构架上，配电构及以上，一般允许将避雷针架设在配电装置的构架上，配电构架装设辅助接地装置，节约投资、便于布置。架装设辅助接地装置，节约投资、便于布置。变压器门型构架上不得加装避雷针。变压器门型构架上不得加装避雷针。与地网的连接处距变压器接地与地网连接处的距

31、离不小于与地网的连接处距变压器接地与地网连接处的距离不小于15m。4.发电厂、变电所的侵入波防护发电厂、变电所的侵入波防护:A.装设避雷器的保护作用分析装设避雷器的保护作用分析:(阀型避雷器阀型避雷器-电气参数符合保护要求电气参数符合保护要求)a.a.避雷器与被保护设备距离为零时的过电压：避雷器与被保护设备距离为零时的过电压：避雷器与被保护设备距离为零时的过电压：避雷器与被保护设备距离为零时的过电压：避雷器动作前，避雷器动作前，被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上（也是避雷器）的电压：上（也是避雷器）的电压：（无雷电流通过）（无雷电流通过）避雷器动作后，避雷器动作后，被保护设备被保护设备

32、被保护设备被保护设备上（也是避雷器）的电压：上（也是避雷器）的电压：（有雷电流通过）（有雷电流通过）避雷器动作之后的电压的图解分析：避雷器动作之后的电压的图解分析：由图得到以下结论：由图得到以下结论：被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上电压有两个峰值，两个峰值基本相同：上电压有两个峰值，两个峰值基本相同：Uch：避雷器冲击放电电压；避雷器冲击放电电压；Ubm：避雷器残压的最大值，取避雷器残压的最大值，取5kA下的数值。下的数值。被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上电压近似为一斜角平顶波。上电压近似为一斜角平顶波。由于避雷器直接接在由于避雷器直接接在被保护设备被保护设备被保护设备被保

33、护设备旁，故旁，故被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上的过电压与避上的过电压与避雷器上的电压相同，其过电压就是避雷器的冲击放电电压或残压。雷器上的电压相同，其过电压就是避雷器的冲击放电电压或残压。避雷器表现为降低了作用在避雷器表现为降低了作用在被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上过电压的幅值。上过电压的幅值。若若被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压或残压，上的冲击耐压大于避雷器的冲击放电电压或残压，被被被被保护设备就保护设备就保护设备就保护设备就得到了可靠保护。得到了可靠保护。b.b.避雷器与被保护设备距离不为零时的过电压：避雷器与被保护设备

34、距离不为零时的过电压：避雷器与被保护设备距离不为零时的过电压：避雷器与被保护设备距离不为零时的过电压：由于入侵波在由于入侵波在被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备与避雷器之间多次反射，作用在与避雷器之间多次反射，作用在被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备上上的电压具有振荡性质，相当于截波的作用。的电压具有振荡性质，相当于截波的作用。被保护设备上所受的冲击电压的最大值：被保护设备上所受的冲击电压的最大值：被保护设备上所受的冲击电压的最大值：被保护设备上所受的冲击电压的最大值：被保护设备被保护设备被保护设备被保护设备变压器绝缘承受截波的能力变压器绝缘承受截波的能力：多次截波耐压值：多次截波

35、耐压值：因此变压器承受的最大耐压值需满足：因此变压器承受的最大耐压值需满足：变压器与避雷器间允许的最大电气距离：变压器与避雷器间允许的最大电气距离：B.B.变电所进线段保护变电所进线段保护:在临近变电所在临近变电所1-2km的一段线路上加强防雷保护措施。装设避雷线、的一段线路上加强防雷保护措施。装设避雷线、避雷器。避雷器。限制流经避雷器的雷电流的幅值和雷电波的陡度；限制流经避雷器的雷电流的幅值和雷电波的陡度；减少雷绕击、反击于这段导线上的次数。减少雷绕击、反击于这段导线上的次数。采取进线段保护后，雷电侵入波经过进线段后的电流和陡度采取进线段保护后，雷电侵入波经过进线段后的电流和陡度：P146：

36、表表7-4 、表表7-5 a.35KV及以上变电所进线段的保护及以上变电所进线段的保护 35KV以上的无避雷线的架空输电线路，雷击时流经避雷器的雷电流以上的无避雷线的架空输电线路，雷击时流经避雷器的雷电流幅值可能超过幅值可能超过5KA，陡度超允许值。陡度超允许值。所以需要在所以需要在1-2km进线段架设避雷线，从而限制和降低雷电流的幅进线段架设避雷线，从而限制和降低雷电流的幅度和雷电波的陡度，降低绕击、反击而产生入侵波的概率。度和雷电波的陡度，降低绕击、反击而产生入侵波的概率。此外，还需根据情况装设不同型式的避雷器。此外，还需根据情况装设不同型式的避雷器。进线段首端装设一组管型避雷器进线段首端

37、装设一组管型避雷器F3 的作用：限制入侵雷电波幅值的作用：限制入侵雷电波幅值靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器F2的作用：隔离开关或断路的作用：隔离开关或断路器断开时防止入侵波在此发生全反射造成对地闪络。断路器闭合运行时，管器断开时防止入侵波在此发生全反射造成对地闪络。断路器闭合运行时，管型避雷器型避雷器F2在阀型避雷器在阀型避雷器F的保护范围内不动作，避免截断波的产生。的保护范围内不动作，避免截断波的产生。35kV及以上电缆进线段的保护：及以上电缆进线段的保护：b.35KV以下小容量变电所进线段的保护：以下小容量变电所进线段的保护：避雷器距变压器

38、距离小于避雷器距变压器距离小于10m，a允许大一些；允许大一些；进线段可缩短到进线段可缩短到500600m；为了限流，为了限流，FE1、FE2的接地电阻：的接地电阻：小容量变电所电气主接线图小容量变电所电气主接线图第第5讲讲 内部过电压内部过电压500kV、336km空载线路合闸过电压倍数空载线路合闸过电压倍数 K 随时间的变化曲线随时间的变化曲线讨论工频过电压的意义讨论工频过电压的意义讨论工频过电压的意义讨论工频过电压的意义:*它的大小直接影响操作过电压的幅值它的大小直接影响操作过电压的幅值.*它的数值是决定避雷器额定电压的重要依据它的数值是决定避雷器额定电压的重要依据.*持续时间长的工频电

39、压升高仍可能危及设备的安全运行持续时间长的工频电压升高仍可能危及设备的安全运行.*在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不但要对工频在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时间也给予规定电压升高的数值予以限制，对持续时间也给予规定.A A.工频过电压工频过电压1.空载长线路的电容效应空载长线路的电容效应:对于集中参数对于集中参数R、L、C串联电路，如果容抗大于感抗，当有正弦交流电流串联电路，如果容抗大于感抗，当有正弦交流电流流过时，回路中将流过电容性电流，由于电感与电容上的压降流过时，回路中将流过电容性电流，由于电感与电容上的压降UL、UC反相，且反

40、相，且其有效值其有效值UCUL，于是电容上的压降大于电源的电动势于是电容上的压降大于电源的电动势E。这就是集中参数电这就是集中参数电路中的路中的“电感电感电容电容”效应，简称效应，简称“电容效应电容效应”。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，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计及电源内阻抗的影响(感性感性)时，由于电容效应不仅使线路末端电压高于首端，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动势。这就是系统中的空载长线路的工频而且使线路首、末端电压高于电源电动势。这就是系统中的空

41、载长线路的工频电压升高电压升高.空载线路沿线的电压分布图空载线路沿线的电压分布图无损长线首末端电压及电流关系无损长线首末端电压及电流关系对于末端开路的空载线路，末端电流为对于末端开路的空载线路，末端电流为0，由此可得：，由此可得：线路末端的电压：线路末端的电压：(x=0)已知线路首端电压已知线路首端电压，线路末端的电压则有：，线路末端的电压则有：已知线路首端电压已知线路首端电压，空载线路沿线的电压分布有：，空载线路沿线的电压分布有：考虑电源容量则有：考虑电源容量则有：空载线路工频电压升高的根本原因在于线路中电容性电流在感抗上的压空载线路工频电压升高的根本原因在于线路中电容性电流在感抗上的压降使

42、得电容上的电压高于电源电压，所以通过补偿这种容性电流，从而削弱降使得电容上的电压高于电源电压，所以通过补偿这种容性电流，从而削弱电容效应，就可降低这种工频过电压。对于超高压输电线路，一般采用并联电容效应，就可降低这种工频过电压。对于超高压输电线路，一般采用并联电抗器来限制这种工频过电压。电抗器来限制这种工频过电压。例例:P160.不对称短路引起的工频电压升高不对称短路引起的工频电压升高 电力系统发生单相或两相接地时，短路电流的零序分量会使健全相出现电力系统发生单相或两相接地时，短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，其中以单相接地故障最为常见，且引起的工频电压升高也最工频电压升高，其中以

43、单相接地故障最为常见，且引起的工频电压升高也最严重。严重。系统工频电压升高是决定阀型避雷器灭弧电压的依据。系统工频电压升高是决定阀型避雷器灭弧电压的依据。3、6、10kV系系统统工工频频电电压压升升高高可可达达系系统统最最高高电电压压的的1.1倍倍，避避雷雷器器的的灭灭弧弧电电压压即即规规定定为为系系统统最最高高电电压压的的1.1倍倍，称称为为110避避雷雷器器，例例如如10kV系统的最高电压按系统的最高电压按1.15Un考虑，避雷器的灭弧电压为考虑，避雷器的灭弧电压为12.7kV。(35-60)kV系统，一般采用消弧线圈接地，线路末端工频电压升高可能系统，一般采用消弧线圈接地，线路末端工频电

44、压升高可能超过系统最高电压的超过系统最高电压的100，选用的避雷器的灭弧电压规定为系统最高电压，选用的避雷器的灭弧电压规定为系统最高电压，称为称为100避雷器，例如避雷器，例如35kV避雷器的灭弧电压为避雷器的灭弧电压为41kV。对对110、220kV系统，若中性点接地，则避雷器的灭弧电压则按系统最系统，若中性点接地，则避雷器的灭弧电压则按系统最高电压的高电压的80确定，称为确定，称为80避雷器，例如避雷器，例如FZ-110J的灭弧电压为的灭弧电压为100kV。若中性点不接地，则采用若中性点不接地，则采用100避雷器，例如避雷器，例如110 kV避雷器的避雷器的灭弧电压为灭弧电压为126kV。

45、对对330kV及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，线路及以上系统，输送距离较长，计及长线路的电容效应时，线路末端工频电压升高可能超过系统最高电压的末端工频电压升高可能超过系统最高电压的80，则根据安装位置的不同，则根据安装位置的不同分为：电站型避雷器分为：电站型避雷器(即即80避雷器避雷器)及线路型避雷器及线路型避雷器(即即90避雷器避雷器)两种。两种。3.甩负荷引起的工频电压升高甩负荷引起的工频电压升高 当输电线路重负荷运行时，由于某种原因当输电线路重负荷运行时，由于某种原因(例如发生短路故障例如发生短路故障)线路末端断线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，造成电源电动势高于母线电压

46、，也是造成工频电压升路器突然跳闸甩掉负荷，造成电源电动势高于母线电压，也是造成工频电压升高的另一重要原因，通常称作甩负荷效应。高的另一重要原因，通常称作甩负荷效应。原因：原因：a.甩负荷之后，发电机励磁绕组中的磁通来不及变化，与其相对应的电甩负荷之后，发电机励磁绕组中的磁通来不及变化，与其相对应的电源电势在短时间内仍维持高于母线电压的数值。源电势在短时间内仍维持高于母线电压的数值。b.线路末端从带负荷运行变为末端开路，出现空载长线的电容效应。线路末端从带负荷运行变为末端开路，出现空载长线的电容效应。c.由于调速器和制动设备的惯性，使得发电机转速升高，造成电源电势由于调速器和制动设备的惯性，使得

47、发电机转速升高，造成电源电势的升高和频率的上升。的升高和频率的上升。工频电压升高的限制措施工频电压升高的限制措施在在220kV及以下电网中不需采取特殊措施限制工频电压升高；及以下电网中不需采取特殊措施限制工频电压升高；330、500kV电网中要采取措施有：电网中要采取措施有：装并联电抗器装并联电抗器并联电抗器的接入可同时降低线路首端及末端的工频电压升高。并联电抗器的接入可同时降低线路首端及末端的工频电压升高。线路末端接入并联电抗器，由于电抗器的感性无功功率部分地补偿线路末端接入并联电抗器，由于电抗器的感性无功功率部分地补偿了线路的容性无功功率，相当于减小了线路长度，降低了末端电压升高。了线路的

48、容性无功功率，相当于减小了线路长度，降低了末端电压升高。装静止补偿装置。装静止补偿装置。B B.操作过电压操作过电压-由于由于“操作操作”引起的过渡过程。引起的过渡过程。系统的运行状况发生突然变化，导致系统内部电感元件和电容元件之间系统的运行状况发生突然变化，导致系统内部电感元件和电容元件之间电磁能量的互相转换，转换常常是强阻尼的、振荡性的过渡过程。电磁能量的互相转换，转换常常是强阻尼的、振荡性的过渡过程。电力系统中常见的操作过电压：电力系统中常见的操作过电压：中性点绝缘系统的间歇电弧接地过电压中性点绝缘系统的间歇电弧接地过电压 空载线路分闸过电压空载线路分闸过电压 空载线路合闸过电压空载线路

49、合闸过电压 切除空载变压器、电抗器切除空载变压器、电抗器 操作过电压的特点：操作过电压的特点：持续时间短（几个到几十个毫秒）持续时间短（几个到几十个毫秒）强阻尼、高振荡性；强阻尼、高振荡性；过电压幅值高过电压幅值高-与系统相电压幅值有一定的倍数关系；与系统相电压幅值有一定的倍数关系；操作过电压的幅值和持续时间与电网结构参数、断路器性能、系统接操作过电压的幅值和持续时间与电网结构参数、断路器性能、系统接 线、操作类型等因素有关，其中很多因素具有随机性，因此过电压幅值和持线、操作类型等因素有关，其中很多因素具有随机性，因此过电压幅值和持续时间也具有统计性。续时间也具有统计性。决定电力系统绝缘水平的

50、依据之一决定电力系统绝缘水平的依据之一。对于电压等级低一些的系统，操作过电压虽不是决定绝缘水平的因素，对于电压等级低一些的系统，操作过电压虽不是决定绝缘水平的因素，但常因间隙电弧过电压等引起事故。随着系统电压的提高，若不采取限压措但常因间隙电弧过电压等引起事故。随着系统电压的提高，若不采取限压措施，将导致设备绝缘费用的迅速增加。施，将导致设备绝缘费用的迅速增加。1.1.空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压:A.A.计划合闸过电压的物理过程计划合闸过电压的物理过程计划合闸过电压的物理过程计划合闸过电压的物理过程:零初始条件零初始条件集中参数的集中参数的 型等值