论文部分内容阅读
摘要：电力系统正常运行时，电气设备的绝缘处于电源额定电压下，当雷击、操作、故障、或参数配置等原因使系统中某部分电压升高大大超过正常运行的数值此称过电压。
关键词：过电压；电力系统；
内部过电压
操作过电压
操作过电压是系统操作和故障时出现，是电网从一种稳态向另一新稳态的过渡过程中产生的。其产生原因:1.切除空载线路时过电压的根源是电弧重燃及线路上的残余电压。2.空载线路的合闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程中，回路发生高频振荡造成的。3.在中性点不接地的电网中发生单相金属接地将引起正常相的电压升高到线电压。4.切除空载变压器引起的过电压。各类操作过电压依据系统的电压等级不同，显示的重要性也不同。在电压等级较低的中性点绝缘的系统中，单相间隙电弧接地过电压最引人注意。对于电压等较高的系统，随着中性点的直接接地，切除空载变压器与空载线路分闸时过电压就较为突出。而在超高压系统中，空载线路的合闸过电压已成为重要的操作过电压。
同样，在切除感性负载可能在电容器和断路器上出现过电压。限制操作过电压的措施有:1.选用灭弧能力强的高压断路器。2.提高断路器动作的同期性。3.断路器断口加装并联电阻。4.采用性能较好的避雷器。5.电网中性点接地运行。6、中性点经消弧线圈接地。
暂态过电压
谐振过电压是电力网中的电容元件和电感元件参数的不利组合，由谐振产生。其产生原因是:1.线性谐振过电压。谐振回路由不带铁芯的电感元件如输电线路的电感、变压器的漏感或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件如消弧线圈和系统中电容元件组成。2.铁磁谐振过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件如空载变压器、电压互感器和系统的电容元件组成，因铁芯电感元件的饱和现象，使回路电感参数是非线性的，当满足一定谐振条件时产生铁磁谐振。3.参数谐振过电压。由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成谐振过电压。
限制谐振过电压的措施:1.提高断路器动作的同期性。防止非全相运行时产生谐振过电压。2.在并联高压电抗器中性点加装小电抗，阻断非全相运行工频电压的传递及串连谐振。3.破坏发电机产生自励磁的条件，防止谐振过电压。4.选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器。
工频过电压产生的原因:1.由于长线路电容效应及电网运行方式的突然改变引起工频过电压，但对超高壓、远距离输电确定绝缘水平起重要作用。2.不对称短路引起的工频过电压，在单相或两相不对称短路时，非故障相的电压可达到较高值。3.突然甩负荷引起的工频电压升高。
运行操作中限制工频过电压措施：（1）在双端电源的线路中，线路两端的断路器必须遵循一定的操作程顺：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切电源容量较小的一侧，后切电源容量较大的一侧。这样可限制电容效应引起的工频过电压。（2）在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。
外部过电压
大气过电压又称为外部过电压，包括对设备的直击雷过电压和雷击于设备附近时在设备上感应的过电压。为防止直击雷对变电站设备的侵害，变电站装有避雷针和避雷线。为防止进行波的侵害，按电压等级装阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器和与此配合的进线保护段，即架空地线、管型避雷器或火花间隙，在中性点不接地系统中装消弧线圈，可减少雷击跳闸次数。
3电力系统的几种常见操作过电压
操作过电压的产生及类型
产生：系统中对断路器的操作而带来的过电压。
其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构、断路器的性能、系统的接线方式及运行操作方式有关，K一般为3～4。
类型：
（1）空载线路合闸过电压
（2）切除空载线路过电压
（3）切除空载变压器过电压
（4）中性点不接地系统中弧光过电压
我国电力系统中要求限制的内部过电压倍数
系统电压等级（kV) 500 330 110∽220 60及以下
内部过电压培数K 2.4 2.75 3 4
操作过电压对系统的影响
220KV及以下系统的绝缘水平由雷闪过电压决定
操作过电压对设备绝缘的威胁不大，可不采取专门的限制措施。
对于220KV以上的超高压、特高压系统
其绝缘水平如果按（3～4）Umph(最大运行相电压的幅值）的操作过电压来考虑，其绝缘费用将大幅度增加，因此必须采取措施限制操作过电压在一定水平下。
空载线路合闸过电压及其限制措施
（1）计划性合闸：uc= E (1-cosω0t)
uc——线路绝缘上的电压，是一个以电源电压E为轴线，以ω0为角频率的高频正弦等幅振荡的随机量。其最大值为2 Em。
（2）故障后自动重合闸
线路出现故障时保护跳闸后，经自动重合闸装置进行合闸操作。
此时线路上存在残余电压，产生的过电压比计划合闸更严重。
考虑最严重的情况：假设合闸时电源电压为+Em，残余电压为-Em
则振荡过程中电容上的最大电压为：
Uc = 稳态值＋（稳态值－起始值）
= Em＋[Em －（－Em）]=3Em
（3）影响过电压的因素
合闸相位；线路残余电压的大小与极性；断路器合闸的不同期；回路损耗；电容效应
（4）限制过电压的措施
1）限制工频电压升高
2）采用带并联电阻的断路器（400-600Ω）
3）消除线路上的残余电荷
4）装设避雷器
5）同步合闸
空载线路分闸过电压及其限制措施
（1）空载线路的分闸是电网中最常见的操作之一，对于单端电源的线路，正常或事故情况下，在将线路切除时，一般总是先切负荷，后切电源，那么后者的操作即为切空载线路。对于两电源的断路器分闸无论哪一端先断开，后断开的操作即为切空载线路。
uc= Ecosω0t
ic= Ecos(ω0t+900)/XCT－XL)
则振荡过程中电容上的最大电压为：
Uc = 稳态值＋（稳态值－起始值）
在分闸过程中，电弧的熄灭和重燃具有很大的随机性，假若电弧每隔半个周期重燃一次，由空载线路过电压的产生过程可知：振荡过程中电容上的最大电压将按3Em、-5Em、7Em、……的规律变化，愈来愈高，直到触头已有足够的绝缘强度，电弧不再重燃为止。
影响过电压的因素
断路器性能；母线出线数；线路负载及电磁式电压互感器；中性点接地方式。
限制过电压的措施
提高断路器的性能
采用带并联电阻的断路器（400-600Ω）
切除空载变压器过电压及其限制措施
切除空载变压器是一种常见的操作，用断路器切除空载变压器时可能出现幅值较高的过电压。空载变压器切除前，流过空载变压器的电流几乎就是流过励磁电感的电流，而且此空载电流仅为变压器额定电流的0.5%-4%，小的甚至只有0.3%。断路器的灭弧能力是按切断大的电流（如短路电流）设计的，在切断大电流时，断路分闸后触头断口仍有电弧，这种电弧要到工频电流过零时熄灭，此时等值电感L中贮藏的磁场能量为零，在切除过程中不会产生过电压。但当断路器切断相对很小的空载励磁电流时，灭弧能力显得异常强大从而使空载电流未到零之前就发生熄弧，造成这种空载电流在某一数值突然降至零，这就是所称的空载电流突然“载断”。正由于这种电流的“载断”，使得载断前L中的磁场能量全部转变成载断后C中的电场能量从而产生这种切空载变压器过电压。
影响过电压的因素
断路器的灭弧性能：切断小电流电弧时性能差的断路器，由于载流能力不强，切空载变压器时过电压较低，切断小电流电弧时性能好的断路器（如空气断路器、六氟化硫断路器），由于载流能力强，切空载变压器时过电压较高。
断路器去游离作用不强时（灭弧能力差），载断后在断路器触头间可引起电弧重燃，而这种电弧的重燃使变压器侧的电容能量向电源释放，从而降低这种过电压。
变压器引线电容较大时（如变压器带有一段电缆或架空线）时，这使得等值电容C加大从而降低这种过电压。
（3）限制过电压的措施
限制切除空载变压器过电压的主要措施是采用阀型避雷器。这组避雷器在非雷雨季节也不能退出运行。
间歇性接地过电压及其限制措施
间歇性接地过电压发生于中性点不接地（也称中性点绝缘）的系統。中性点不接地系统带来两个不利影响：非故障相对地电压升高；引起间歇性接地过电压。电力系统中大多数接地故障都伴有电弧发生。在6—10KV线路中接地电流超过30A时，20—60KV线路中接地电流超过10A时，接地电弧不会自行熄灭，又不会形成稳定的持续电弧（因为这种电弧电流并不足够大），而是表现为电流过零时电弧暂时性熄灭，随后在恢复电压的作用下又重新出现电弧→电弧重燃，而后过零时又暂时性熄灭，重复上述过程，即出现电弧熄灭、重燃的不稳定状态，这种电弧称之为间歇性电弧，每次电弧熄灭和重燃的同时将引起电磁暂态的振荡过渡过程，在过渡过程中会出现过电压，这种过电压就是间歇性接地过电压。中性点不接地系统发生间歇性电弧接地时，非故障相上最大过电压达3.5倍相电压，而故障相上最大过电压为2.0倍相电压。
间歇性电弧的条件：一是电弧性接地，二是接地电流超过某数值。
过电压幅值=稳态值+（稳态值-初始值）
影响间歇性接地过电压的因素
1）电弧熄灭与重燃时的相位。
2）系统的相关参数。
3）中性点接地方式。
（3）限制过电压的措施
间歇性接地过电压仅存在于中性点不接地系统中，若将中性点直接接地，一旦发生单相接地，则形成单相短路，接地点流过很大的电流，不会出现间歇性电弧，从而彻底消除间歇性接地过电压。但接地点流过很大的短路电流，电弧不能自行熄灭，要靠保护动作切除，增加断路器动作次数，增加投资，影响连续供电，所以在35KV以下系统仍采用中性点不接地运行。在中性点不接地系统中限制间歇性电弧接地过电压的有效措施就是中性点经消弧线圈接地。
4、总结
过电压可能引起电气设备绝缘弱点的闪络及电气绝缘的损坏甚至烧毁。在超高压系统中，内部过电压是反映绝缘水平的主要因素之一，因此了解过电压产生的原因采取相应限制过电压措施对电力系统运行及检修人员是十分必要的。
关键词：过电压；电力系统；
内部过电压
操作过电压
操作过电压是系统操作和故障时出现，是电网从一种稳态向另一新稳态的过渡过程中产生的。其产生原因:1.切除空载线路时过电压的根源是电弧重燃及线路上的残余电压。2.空载线路的合闸过电压是由于在合闸瞬间的暂态过程中，回路发生高频振荡造成的。3.在中性点不接地的电网中发生单相金属接地将引起正常相的电压升高到线电压。4.切除空载变压器引起的过电压。各类操作过电压依据系统的电压等级不同，显示的重要性也不同。在电压等级较低的中性点绝缘的系统中，单相间隙电弧接地过电压最引人注意。对于电压等较高的系统，随着中性点的直接接地，切除空载变压器与空载线路分闸时过电压就较为突出。而在超高压系统中，空载线路的合闸过电压已成为重要的操作过电压。
同样，在切除感性负载可能在电容器和断路器上出现过电压。限制操作过电压的措施有:1.选用灭弧能力强的高压断路器。2.提高断路器动作的同期性。3.断路器断口加装并联电阻。4.采用性能较好的避雷器。5.电网中性点接地运行。6、中性点经消弧线圈接地。
暂态过电压
谐振过电压是电力网中的电容元件和电感元件参数的不利组合，由谐振产生。其产生原因是:1.线性谐振过电压。谐振回路由不带铁芯的电感元件如输电线路的电感、变压器的漏感或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件如消弧线圈和系统中电容元件组成。2.铁磁谐振过电压。谐振回路由带铁芯的电感元件如空载变压器、电压互感器和系统的电容元件组成，因铁芯电感元件的饱和现象，使回路电感参数是非线性的，当满足一定谐振条件时产生铁磁谐振。3.参数谐振过电压。由电感参数作周期性变化的电感元件和系统电容元件组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成谐振过电压。
限制谐振过电压的措施:1.提高断路器动作的同期性。防止非全相运行时产生谐振过电压。2.在并联高压电抗器中性点加装小电抗，阻断非全相运行工频电压的传递及串连谐振。3.破坏发电机产生自励磁的条件，防止谐振过电压。4.选用励磁特性较好的电压互感器或改用电容式电压互感器。
工频过电压产生的原因:1.由于长线路电容效应及电网运行方式的突然改变引起工频过电压，但对超高壓、远距离输电确定绝缘水平起重要作用。2.不对称短路引起的工频过电压，在单相或两相不对称短路时，非故障相的电压可达到较高值。3.突然甩负荷引起的工频电压升高。
运行操作中限制工频过电压措施：（1）在双端电源的线路中，线路两端的断路器必须遵循一定的操作程顺：线路合闸时，先合电源容量较大的一侧，后合电源容量较小的一侧；线路切除时，先切电源容量较小的一侧，后切电源容量较大的一侧。这样可限制电容效应引起的工频过电压。（2）在中性点接地电网中，操作中性点不接地的负载变压器时，应将变压器中性点临时接地。
外部过电压
大气过电压又称为外部过电压，包括对设备的直击雷过电压和雷击于设备附近时在设备上感应的过电压。为防止直击雷对变电站设备的侵害，变电站装有避雷针和避雷线。为防止进行波的侵害，按电压等级装阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器和与此配合的进线保护段，即架空地线、管型避雷器或火花间隙，在中性点不接地系统中装消弧线圈，可减少雷击跳闸次数。
3电力系统的几种常见操作过电压
操作过电压的产生及类型
产生：系统中对断路器的操作而带来的过电压。
其过电压倍数K的大小和持续时间与电网的结构、断路器的性能、系统的接线方式及运行操作方式有关，K一般为3～4。
类型：
（1）空载线路合闸过电压
（2）切除空载线路过电压
（3）切除空载变压器过电压
（4）中性点不接地系统中弧光过电压
我国电力系统中要求限制的内部过电压倍数
系统电压等级（kV) 500 330 110∽220 60及以下
内部过电压培数K 2.4 2.75 3 4
操作过电压对系统的影响
220KV及以下系统的绝缘水平由雷闪过电压决定
操作过电压对设备绝缘的威胁不大，可不采取专门的限制措施。
对于220KV以上的超高压、特高压系统
其绝缘水平如果按（3～4）Umph(最大运行相电压的幅值）的操作过电压来考虑，其绝缘费用将大幅度增加，因此必须采取措施限制操作过电压在一定水平下。
空载线路合闸过电压及其限制措施
（1）计划性合闸：uc= E (1-cosω0t)
uc——线路绝缘上的电压，是一个以电源电压E为轴线，以ω0为角频率的高频正弦等幅振荡的随机量。其最大值为2 Em。
（2）故障后自动重合闸
线路出现故障时保护跳闸后，经自动重合闸装置进行合闸操作。
此时线路上存在残余电压，产生的过电压比计划合闸更严重。
考虑最严重的情况：假设合闸时电源电压为+Em，残余电压为-Em
则振荡过程中电容上的最大电压为：
Uc = 稳态值＋（稳态值－起始值）
= Em＋[Em －（－Em）]=3Em
（3）影响过电压的因素
合闸相位；线路残余电压的大小与极性；断路器合闸的不同期；回路损耗；电容效应
（4）限制过电压的措施
1）限制工频电压升高
2）采用带并联电阻的断路器（400-600Ω）
3）消除线路上的残余电荷
4）装设避雷器
5）同步合闸
空载线路分闸过电压及其限制措施
（1）空载线路的分闸是电网中最常见的操作之一，对于单端电源的线路，正常或事故情况下，在将线路切除时，一般总是先切负荷，后切电源，那么后者的操作即为切空载线路。对于两电源的断路器分闸无论哪一端先断开，后断开的操作即为切空载线路。
uc= Ecosω0t
ic= Ecos(ω0t+900)/XCT－XL)
则振荡过程中电容上的最大电压为：
Uc = 稳态值＋（稳态值－起始值）
在分闸过程中，电弧的熄灭和重燃具有很大的随机性，假若电弧每隔半个周期重燃一次，由空载线路过电压的产生过程可知：振荡过程中电容上的最大电压将按3Em、-5Em、7Em、……的规律变化，愈来愈高，直到触头已有足够的绝缘强度，电弧不再重燃为止。
影响过电压的因素
断路器性能；母线出线数；线路负载及电磁式电压互感器；中性点接地方式。
限制过电压的措施
提高断路器的性能
采用带并联电阻的断路器（400-600Ω）
切除空载变压器过电压及其限制措施
切除空载变压器是一种常见的操作，用断路器切除空载变压器时可能出现幅值较高的过电压。空载变压器切除前，流过空载变压器的电流几乎就是流过励磁电感的电流，而且此空载电流仅为变压器额定电流的0.5%-4%，小的甚至只有0.3%。断路器的灭弧能力是按切断大的电流（如短路电流）设计的，在切断大电流时，断路分闸后触头断口仍有电弧，这种电弧要到工频电流过零时熄灭，此时等值电感L中贮藏的磁场能量为零，在切除过程中不会产生过电压。但当断路器切断相对很小的空载励磁电流时，灭弧能力显得异常强大从而使空载电流未到零之前就发生熄弧，造成这种空载电流在某一数值突然降至零，这就是所称的空载电流突然“载断”。正由于这种电流的“载断”，使得载断前L中的磁场能量全部转变成载断后C中的电场能量从而产生这种切空载变压器过电压。
影响过电压的因素
断路器的灭弧性能：切断小电流电弧时性能差的断路器，由于载流能力不强，切空载变压器时过电压较低，切断小电流电弧时性能好的断路器（如空气断路器、六氟化硫断路器），由于载流能力强，切空载变压器时过电压较高。
断路器去游离作用不强时（灭弧能力差），载断后在断路器触头间可引起电弧重燃，而这种电弧的重燃使变压器侧的电容能量向电源释放，从而降低这种过电压。
变压器引线电容较大时（如变压器带有一段电缆或架空线）时，这使得等值电容C加大从而降低这种过电压。
（3）限制过电压的措施
限制切除空载变压器过电压的主要措施是采用阀型避雷器。这组避雷器在非雷雨季节也不能退出运行。
间歇性接地过电压及其限制措施
间歇性接地过电压发生于中性点不接地（也称中性点绝缘）的系統。中性点不接地系统带来两个不利影响：非故障相对地电压升高；引起间歇性接地过电压。电力系统中大多数接地故障都伴有电弧发生。在6—10KV线路中接地电流超过30A时，20—60KV线路中接地电流超过10A时，接地电弧不会自行熄灭，又不会形成稳定的持续电弧（因为这种电弧电流并不足够大），而是表现为电流过零时电弧暂时性熄灭，随后在恢复电压的作用下又重新出现电弧→电弧重燃，而后过零时又暂时性熄灭，重复上述过程，即出现电弧熄灭、重燃的不稳定状态，这种电弧称之为间歇性电弧，每次电弧熄灭和重燃的同时将引起电磁暂态的振荡过渡过程，在过渡过程中会出现过电压，这种过电压就是间歇性接地过电压。中性点不接地系统发生间歇性电弧接地时，非故障相上最大过电压达3.5倍相电压，而故障相上最大过电压为2.0倍相电压。
间歇性电弧的条件：一是电弧性接地，二是接地电流超过某数值。
过电压幅值=稳态值+（稳态值-初始值）
影响间歇性接地过电压的因素
1）电弧熄灭与重燃时的相位。
2）系统的相关参数。
3）中性点接地方式。
（3）限制过电压的措施
间歇性接地过电压仅存在于中性点不接地系统中，若将中性点直接接地，一旦发生单相接地，则形成单相短路，接地点流过很大的电流，不会出现间歇性电弧，从而彻底消除间歇性接地过电压。但接地点流过很大的短路电流，电弧不能自行熄灭，要靠保护动作切除，增加断路器动作次数，增加投资，影响连续供电，所以在35KV以下系统仍采用中性点不接地运行。在中性点不接地系统中限制间歇性电弧接地过电压的有效措施就是中性点经消弧线圈接地。
4、总结
过电压可能引起电气设备绝缘弱点的闪络及电气绝缘的损坏甚至烧毁。在超高压系统中，内部过电压是反映绝缘水平的主要因素之一，因此了解过电压产生的原因采取相应限制过电压措施对电力系统运行及检修人员是十分必要的。