电力系统过电压

电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的作用。所谓过电压就是指电系统中出现的对绝缘有危险的电压升高和电位升高。通常过电压可以作如下分类：

工频电压升高 暂时过电压 内部过电压 谐振过电压 操作过电压 电力系统过电压 直接雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压

内部过电压 第一节 稳态过电压的电路基础 第二节 谐振过电压 第三节 切断空载线路过电压 第四节 空载线路合闸过电压 第一节 稳态过电压的电路基础 第二节 谐振过电压 第三节 切断空载线路过电压 第四节 空载线路合闸过电压 第五节 切除空载变压器过电压 第六节 雷电放电和雷电过电压

内部过电压的根源在电力系统内部，通常都是因系统内部电磁能量的积聚和转换而引起。 分类： 空载长线的电容效应 工频电压升高 不对称短路引起的工频电压升高 暂 时 甩负荷引起的工频电压升高 过电压 线性谐振过电压 内 部 谐振过电压 铁磁谐振过电压 过电压 参数谐振过电压 切断空载线路过电压 操 作 空载线路合闸过电压 过电压 切断空载变压器过电压 断续电弧接地过电压

第一节 稳态过电压的电路基础 （1）由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，所以它们有可能同时出现、相互叠加。 第一节 稳态过电压的电路基础 工频电压升高的危害 （1）由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，所以它们有可能同时出现、相互叠加。 （2）工频电压升高是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据，所以它直接影响到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平。 （3）由于工频电压升高是不衰减或弱衰减现象，持续时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很大影响。

输电线路在长度不很大时的等值电路，由于空载，就可简化如图所示。 R L . . UR UL . ～ C E . UC 空载长线的简化等值电路

一般R要比XL和XC小得多，而空载线路的工频容抗XC又要大于工频感抗XL，因此在工频电势 的作用下，线路上流过的容性电流在感抗上造成的压降将使容抗上的电压 高于电源电势。

由于电感与电容上的压降反相，且UC＞UL，可见电容上的压降大于电源电势

第二节 谐振过电压 一、谐振过电压的类型 （1）线形谐振过电压 （2）参数谐振过电压 （3）铁磁谐振过电压

二、铁磁谐振过电压 UL L I ～ E C UC

特点： 产生串联铁磁谐振的必要条件是： 电感和电容的伏安特性必须相交， 铁磁元件的非线性是产生铁磁谐 振的根本原因。

第三节 切断空载线路过电压 l ～ z QF -Uφ (a) (b)

影响因素 （1）中性点接地方式：中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生位移，所以某一相的过电压可能特别高一些。 （2）断路器的性能：重燃次数对这种过电压的最大值有决定性的影响； （3）母线上的出线数：当母线上同时接有几条出线，而只切除其中一条时，这种过电压将较小；

第四节 空载线路合闸过电压 空载线的合闸可分为正常合闸和自动重合闸。这时出现的操作过电压称为合空线过电压或合闸过电压，重合闸过电压是过电压中最严重的一种。

如果是自动重合闸，那么条件将不利，主要原因在于这时线路上有一定残余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加剧烈。 如果采用的是单相自动重合闸，只切除故障相，而健全相不与电源电压相脱离，那么当故障相重合闸时，因该相导线上不存在残余电荷和初始电压，就不会出上述高幅值重合闸过电压。 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重，其过电压理论值可达3Uφ

影响因素和限制措施 影响因素 （1）合闸相位：是随机量，遵循统计规律。 （2）线路损耗：主要来源：①线路及电源的电阻；②当过电压超过导线的电晕起始电压后，导线上出现电晕损耗。 （3）线路残余电压的变化

合闸过电压的限制、降低措施主要有： （1）装设并联合闸电阻 （2）同电位合闸 （3）利用避雷器来保护

第五节 切除空载变压器过电压 一、发展过程 电弧 iL i=iL+iC iC ≈iL CT u ～ LT 切除空载变压器等值电路

产生原因： 流过电感的电流在到达自然零值之前就被断路器强行切断，从而迫使储存在电感中的磁场能量转为电场能量而导致电压的升高。

二、影响因素与限制措施 影响因素 （1）断路器性能 灭弧能力越强的断路器，其对应的切空变过电压最大值也越大。 （2）变压器特性

第六节 雷电放电和雷电过电压 一、 雷电放电过程 第六节 雷电放电和雷电过电压 一、 雷电放电过程 就其本质而言，雷电放电是一种超长气隙的火花放电，与金属电极间的长气隙放电是相似的。所不同的是由于雷云的物理性质毕竟与金属板不同，因而具有多次重复雷击等现象和特点。

一、 雷电放电过程 雷云下部大部分带负电荷，所以大多数的雷击是负极性的，雷云中的负电荷会在地面感应出大量正电荷。这样地面与大地之间或两块带异号电荷的雷云之间，会形成强大的电场，其电位差可达数兆伏甚至数十兆伏。

通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往是一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐级推进的方式向下发展，每级长度约25~50m，每级的伸展速度约104 km/s，平均发展速度只有100~800km/s这种预放电称为先导放电。 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物体因周围电场强度达到了能使空气电离程度，会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100 μs，它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发展的，亦称“回击” 。

三 架空输电线路防雷保护 输电线路是电力系统的大动脉，一条长100m的架空线路一年往往要遭到数十次雷击，因而线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占有很大的比重。输电线路防雷保护的根本目的就是尽可能的减少线路雷害事故的次数和损失。

为了表示一条线路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果，通常采用的指标有: 耐雷水平:雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位为KA。 雷击跳闸率(n) :是指在雷暴日Td=40的情况下、100km的线路每年因雷击而引起的跳闸次数，其单位为“次/(100km.40雷暴日)”。

四 变电所的防雷保护 变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 变电所中出现的雷电过电压有两个来源： 雷电直击变电所； 四 变电所的防雷保护 变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。 变电所中出现的雷电过电压有两个来源： 雷电直击变电所； 沿输电线路入侵的雷电过电压波。

雷电直接击中变电所设施的导电部分，则出现的雷电过电压很高，一般都会引起绝缘的闪络或击穿，所以必须装设避雷针或避雷线对直击雷进行防护。 按照安装方式的不同，可将避雷针分为独立避雷针和装设在配电装置构架上的避雷针两类。 变电所的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的支数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置设计等。

五、 变电所的进线段保护 限制进波陡度 限制流过避雷器的冲击电流幅值 进线段能起两方面的作用： 五、 变电所的进线段保护 从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有效地发挥保护作用，就必须采取措施： 限制进波陡度 限制流过避雷器的冲击电流幅值 进线段能起两方面的作用： 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以外的线路，它们在流过进线段时将因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值； 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流幅值。

六 旋转电机的防雷保护 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面的特殊性造成的。 六 旋转电机的防雷保护 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器，这是由它的绝缘结构、运行条件等方面的特殊性造成的。 在同一电压等级的电气设备中，以旋转电机的冲击电气强度为最低。 电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避雷器的保护水平相差不多、裕度很小。 发电机绕组的匝间电容很小和不连续，迫使过电压进入电机绕组后只能沿着绕组导体传播，而它的每匝绕组的长度又远较变压器绕组为大。

从防雷保护的观点来看，发电机可分为两大类： 通过变压器再接到架空线路上去的电机，简称非直配电机； 直接与架空线相连的电机，简称直配电机。 理论分析和运行经验均表明：非直配电机所受到的过电压均须经过变压器绕组之间的静电和电磁传递。只要低压绕组不是空载，那么传递过来的电压就不会太大。 直配电机的防雷保护是电力系统中的一大难题，因为这时的过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度也大。