第11講操作過電壓-

切除電容性負荷過電壓

1切除電容性負荷過電壓原因是分閘過程中觸頭間電弧重燃現象所引起的超高壓系統中這類過電壓已得到有效控制。斷路器制造水平的提高；并聯電阻的采用，在切斷小的電容電流時（幾十安到幾百安）已可基本做到不重燃220kV以下系統仍有一些老的斷路器在運行，如用真空開關切電容器組有重燃，仍會出現這種過電壓，倍數高達3倍以上，持續時間長達0.5~1工頻周期21.過電壓產生原理L1：電源等值漏感L2：線路電感C1：

母線側對地電容C2：線路電容e(t)：電源電勢

開斷空載線路等值電路3切空線過電壓發展過程t1：第一次熄弧t2

：第一次重燃t3

：第二次熄弧t4

：第二次重燃t5：第三次熄弧4t1時刻：斷路器的工頻電流（容性電流）過零，電弧熄滅，此時電容C上的電壓為負的最大值t2時刻（過半個周期）：恢復電壓最大達到（2Em）。如果斷路器斷口處介質強度恢復很快，電弧從此熄滅，分閘過程結束，不會產生過電壓，否則可能重燃不考慮線路上殘余電荷泄漏，斷路器觸頭間恢復電壓Ur(t)為5按最嚴重情況考慮：當恢復電壓達2Em時重燃，是一個初始值為Uc(0)=-Em的重合閘過程，過電壓達到3Em重燃后，伴隨高頻振蕩電壓的出現，回路中流過容性的高頻電流，當Uc達到-3Em時，高頻容性電流恰好過零。電弧可能再次熄滅，電容C上將留有數值為3Em的殘壓6再過半個周波，此時Ur(t)達４Em。重燃后，過電壓可達-5Em（-2Em-3Em）依次類推，每隔半個工頻周期就重燃一次和熄弧一次，過電壓將按7Em，-9Em

逐次增加，直到觸頭間已有足夠的絕緣強度，電弧不再重燃為止7切空線過電壓發展過程t1：第一次熄弧t2

：第一次重燃t3

：第二次熄弧t4

：第二次重燃t5：第三次熄弧t3：3Emt4

：-Em重燃時過電壓最大：5Em8發生了兩次重燃，最大過電壓倍數為2.72少油斷路器切除220kV、330km長線路時實測波形9鄂贛1回500kV、236km線路（降壓220kV運行），對切除空載線路過電壓進行了統計計算，統計100次，計算結果列于表1和表2Uc為2%統計過電壓10112.影響因素斷路器觸頭重燃、熄弧具有明顯的隨機性分閘時，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在電源到達最大值并與線路殘壓極性相反時發生。如果重燃提前發生，振蕩振幅和相應的過電壓隨之降低當重燃在斷弧后的1/4工頻周期內產生，則不會引起過電壓122.影響因素斷路器觸頭重燃、熄弧具有明顯的隨機性熄弧不一定在高頻電流第一次過零時發生，在第二次過零或更后的時間才被切斷，線路上殘余電壓大大降低，斷路器觸頭間的恢復電壓和重燃過電壓都大大減小132.影響因素斷路器的性能自能式斷路器（如多油斷路器和老式的少油斷路器）開斷小電流時，滅弧室壓力低，熄弧后介質強度恢復慢，易發生多次重燃（6~7次）。恢復電壓低時重燃過電壓低，但重燃次數多增加了高幅值過電壓出現的可能性14電網中性點接地方式切空線過電壓幅值概率曲線１－中性點非直接接地系統２－中性點直接接地系統2.影響因素中性點不直接接地系統，由于三相分閘的不同期(3ms)，形成瞬時的不對稱結構，中性點電位發生偏移，熄弧重燃過程變得復雜，在不利情況下，過電壓比中性點直接接地系統高20％15大量現場試驗表明：不超過3p.u.

、不超過4p.u.Y16電網接線方式220kV切空線過電壓倍數K的統計曲線１－無電磁式電壓互感器２－有電磁式電壓互感器2.影響因素線路側裝電磁式PT時，斷路器滅弧后，線路殘余電荷經PT阻尼振蕩釋放。其直流電阻約315k

，幾個工頻周期內殘余電荷釋放掉，降低了重燃過電壓，甚至可避免重燃17電網接線方式2.影響因素線路的電暈損失，同樣是降低過電壓的有利因素母線上有其他出線或大電容時使過電壓降低，相當于圖中C1值增大，重燃時電荷分配，降低空載線路的初始電壓，另外，出線的有功負荷，增強了阻尼效應，降低重燃過電壓183.限制措施改進斷路器結構產生過電壓的根本原因是斷路器的重燃，改進斷路器結構，提高觸頭間介質強度的恢復速度，避免重燃，可從根本上消除這種過電壓采用外能式方法滅弧（采用SF6，壓縮空氣，帶壓油活塞的少油斷路器），切除空載線時可能做到不重燃，老式的少油斷路器或多油斷路器還存在重燃19采用并聯電抗器3.限制措施降低重燃后的工頻穩態分量，并使斷弧后線路上殘壓不再是直流電壓，而是交流衰減正弦電壓，其角頻率為分閘后觸頭間的恢復電壓為拍頻振蕩，上升速度大為降低，可避免電弧重燃QL：電抗器容量QC：線路充電功率20先斷主觸頭DL1，將R串入回路：一是泄放殘余電荷，二是降低觸頭間電壓，此過程希望R值小經1.5～2周波，再斷開輔助觸頭DL2，此過程希望R大，電容上分壓小，恢復電壓小，不易重燃裝分閘并聯電阻3.限制措施21第一階段：t=t1工頻電流過零值熄弧，C0上電壓為最大Em，DL1斷弧后，電容電壓經電阻R放電，由RC回路計算放電過程中的電容電壓：忽略線路電感C0為線路等值自電容斷路器帶并聯電阻切空線的等值電路22觸頭DL1的恢復電壓ur1即是電阻R的電壓恢復電壓ur1可能出現的最大值小于2Em，而且

RC0越小（要求R值小些），

越大，恢復電壓越低，DL1開斷時越不易重燃電容電壓的穩態幅值由Em下降為Emsin

，uC(t)最大值不超過Em23第二階段：t=t2電流過零值電弧熄滅，電容電壓最大值為-Emsin

，也就是線路的殘壓。DL2的恢復電壓ur2(t)：最大恢復電壓：

RC0越大（要求R值大些），

越小，恢復電壓越低24當下列值時，兩觸頭DL1、DL2上的恢復電壓最大值接近相同，比較合適從降低觸頭間的恢復電壓考慮，在分閘操作的兩個過程中，斷開DL1時希望R小些，在斷開DL2時希望R大些110kV，200km、220kV，400km線路相應的對地電容分別為1.8

F、3.5

F，合適的分閘電阻R值為3000～5000

330kV，500km線路，對地電容為4.8

F，合適的分閘電阻R值約為2000

分閘電阻為中值并聯電阻25例如，KW-330型空氣斷路器所裝并聯電阻R為3000

超高壓少油斷路器由于滅弧性能良好，考慮到少油斷路器加并聯電阻在結構上有困難，所以未裝并聯電阻在110~220kV中性點直接接地的電網中，切空線過電壓最大值(2.8Uphm)是低于線路絕緣水平(3.0Uphm)的，所以我國生產的110~220kV各種斷路器一般不加并聯電阻26氧化鋅避雷器作為后備保護----第二道防線

要求在斷路器并聯電阻失靈或其他意外情況出現較高幅值的過電壓時應能可靠動作，將過電壓限制在允許范圍內3.限制措施氧化鋅避雷器在限制操作過電壓時具有以下特點：避雷器的操作波放電電壓波形可能與工頻放電電壓不同，且分散性較大操作過電壓下流過避雷器的電流一般小于雷電流，但持續時間長，對避雷器的通流容量要求嚴操作過電壓作用下避雷器可能多次動作，對閥片及間隙的要求苛刻27切除空載線路示意圖，線路末端接有避雷器切除空載線路時，設斷路器發生重燃，線路上出現較高幅值的過電壓。當該電壓波傳播到空載線路末端時，由于電壓全反射使末端電壓增加一倍，避雷器動作后，閥片電阻接人并通過電流，線路末端電壓降為閥片殘壓著重分析閥片中通過的電流28相當于有一反極性電壓波自末端發出，抵達首端時：若斷路器已經熄弧，則在首端發生電壓全反射，進一步降低過電壓。待新的反極性電壓波抵達線路末端時，將使避雷器電壓顯著降低，閥片中的電流亦明顯下降若斷路器尚未熄弧，則在首端遇到電源的等值內電感Ls，開始為電壓正反射，隨后為負反射，情況較復雜，但開始階段的正反射產生的反極性電壓波到達末端時，同樣降低了線路末端電壓及避雷器電流分析閥片中通過的電流29避雷器閥片中大電流的持續時間約為2l/v，v為波的傳播速度，l為線路長度例如，線路長度為300km，波的傳播速度取為光速即300m/

s，則持續的時間為2ms

切除空載線路示意圖，線路末端接有避雷器30在2l/v時間內，避雷器中流過電流的大小由下面的等值電路估算補償電動勢u(t)是在避雷器動作瞬間接人電路中，它是一個時間的函數，其值等于避雷器支路開路時該點的電壓電流由補償電動勢u(t)的作用而產生，在2l/v時間內，線路可視為波阻抗。有如下關系：31過電壓最大值Um在2l/v之前（首端反射波到達末端之前）到達，并且避雷器殘壓最大值URm與過電壓最大值Um同時出現按保護要求URm不應超過容許殘壓最大值URn，因此通過避雷器中的最大電流為：32330kV線路，最大運行相電壓幅值ZC=300，Um=3.5Uphm，URn=2.5Uphm根據公式計算得：iRm1kA500kV線路，最大運行相電壓幅值Uphm=449kVZC=280

，Um=3.0Uphm，URn=2.2Uphm根據公式計算得：iRm1.283kA33通過避雷器的電流波形近于矩形，其持續時間t與線路長度l成正比：通過避雷器的電流有如下特點避雷器電流的幅值與電壓等級及系統的過電壓水平有關，而與線路長度關系不大。例如我國500kV線路避雷器電流約為(1～1.5)kA，330kV約為l.0kA避雷器電流的幅值雖然不高，但持續時間比雷電流長得多，對避雷器的通流能力要求高在超高壓系統中輸電線路較長，電容效應嚴重，線路末端電壓將高于母線電壓，因此將避雷器分為線路型和變電站型，其額定電壓不同，其通流容量也規定了不同的方波幅值和寬度34避雷器限制操作過電壓的保