第5章工频过电压计算
目录
5.1 空载长线路的电容效应 (4)
5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 (4)
5.1.2 并联电抗器的补偿作用 (6)
5.2线路甩负荷引起的工频过电压 (9)
5.3单相接地故障引起的工频过电压 (11)
5.4自动电压调节器和调速器的影响 (15)
5.5限制工频过电压的其他可能措施 (15)
5.6工频过电压的EMTP仿真 (16)
第5章工频过电压计算
工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统内部过电压,是暂时过电压的一种。
电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。
在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于0.1s(5个工频周波)至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。由于现代超、特高压电力系统的保护日趋完善，在超、特高压电网出现的暂时过电压持续时间很少超过数秒以上。
暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压，频率为工频或者接近工频的电压升高,称为工频过电压。工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，工频过电压的大小与系统结构、容量、参数及运行方式有关。一般而言，工频过电压的幅值不高，但持续时间较长，对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。但工频过电压在超（特）高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用，因为：①工频过电压的大小直接影响操作过电压的幅值；②工频过电压是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压保护水平；③工频过电压可能危及设备及系统的安全运行。
我国超高压电力系统的工频过电压水平规定为：线路断路器的变电站侧不大于 1.3.
p.u为电网最高运行相电压峰值）；线路断路器的线路侧不大于p.u（.
1.4.
p.u以p.u。特高压工程工频过电压限值参考取值为：工频过电压限制在1.3.下，在个别情况下线路侧可短时(持续时间不大于0.3s)允许在1.4.
p.u以下。
电力系统中由于出现串、并联谐振而产生的过电压称为谐振过电压。电力系统中的电感，包括线性电感、非线性电感(如高压电抗器和变压器的励磁电抗)和
周期性变化的电感，当系统发生故障或操作时，这些电感可能与其串联或并联的电容(如线路电容和串、并联补偿电容)产生谐振从而分别引发线性谐振、铁磁谐振和参数谐振。目前，人们采取改变回路参数、破坏谐振条件、接入阻尼电阻等多项措施，使谐振过电压得到有效限制。
高压输电系统的电磁暂态和过电压的计算可用EMTP 进行仿真计算研究。
5.1 空载长线路的电容效应
5.1.1 空载长线路的沿线电压分布
对于长输电线路，当末端空载时，线路的入口阻抗为容性。当计及电源内阻抗(感性)的影响时，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，这就是空载长线路的工频过电压产生的原因之一。
长度为l 的空载无损线路如图5-1所示，E 为电源电动势；1U 、2
U 分别为线路首末端电压；S X 为电源感抗；00C /C L Z =为线路的波阻抗；00C L ωβ=为每公里线路的相位移系数，一般工频条件下，km /06.0?=β。线路首末端电压和电流关系为
??
???+=+=)cos()sin(j )sin(j )cos(221221l I l Z U I l I Z l U U C C ββββ
(5-1)
图5-1 空载长线路示意图
若线路末端开路，即02
=I ，由式(5-1)可求得线路末端电压与首端电压关系
)
cos(12l U U β = (5-2) 定义空载线路末端对首端的电压传递系数为
)
cos(11212l U U K β== (5-3) 线路中某一点的电压为
)
cos()cos()cos(12x l x U x U U βββ == (5-4) 式中，x 为距线路末端的距离。由式(5-4)可知，线路上的电压自首端1
U 起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布，线路末端电压2
U 达到最大值，如图5-2所示。
图5-2空载长线路沿线电压分布
若?=90l β时，从线路首端看去，相当于发生串联谐振，∞→12K ,∞→2
U ，此时线路长度即为工频的1／4波长，约1500km ，因此也称为1／4波长谐振。
同时，空载线路的电容电流在电源电抗上也会形成电压升，使得线路首端的电压高于电源电动势，这进一步增加了工频过电压。
考虑电源电抗后，根据式(5-1)，可得线路末端电压与电源电动势的关系为
2S S 11)]sin()[cos(U l Z X l X I j U E C
ββ-=+= (5-5)
定义线路末端的电压对电源电动势的传递系数E
U K 202=，令C S 1Z tan X -=?，代入式(5-5)，得
)
cos(cos )sin()cos(1S 02?β?ββ+=-=l l Z X l K C
(5-6) 由式(5-6)可知，电源电抗S X 的影响通过角度?表示出来，当?=+90?βl 时，
∞→02K ,∞→2
U ，图5-3中曲线2画出了?=21?时02K 与线路长度的关系曲线（虚线），此时?β-?=90l ，线路长度为1150km 时发生谐振。可见，电源电抗相当于增加了线路长度，使谐振点提前了。曲线1对应于电源阻抗为零的情况。从图5-3中看出，除了电容效应外，电源电抗也增加了工频过电压倍数。
图5-3 空载长线路末端电压升高与线路长度的关系
5.1.2 并联电抗器的补偿作用
为了限制电容效应引起的工频过电压，在超、特高压电网中，广泛采用并联电抗器来补偿线路的电容电流，以削弱其电容效应。
如图5-4所示，假设在线路末端并接电抗器P X ，将P
22X I j U =代入式（5-1），并令P
C 1Z tan X -=θ，可求得线路首末端电压的传递系数为
)
cos(cos 1212θβθ-==l U U K
(5-7)
图5-4 线路末端接有并联电抗器
在线路末端并接电抗器，相当于缩短了线路长度，因而降低了电压传递系数。 此时由首端看进去的入端阻抗将增大，用式（5-1）同样可以求出线路末端开路时入端阻抗为
)
cot(jZ )tan(jZ )sin()cos()sin()cos(j )sin()cos()sin(j )cos(j Z C C C
P C P C C P C P 11R θβ?βββββββββ--=+=-+=-+==l l l Z X l l l Z X Z l Z X l l Z l X I U (5-8)
式(5-8)中，P
C 1Z tan X -=θ，C P 1Z tan X -=?,且有?=+90θ?。通常采用的欠补偿情况下，线路首端输入阻抗仍为容性，但数值增大，空载线路的电容电流减少，同样电源电抗的条件下，降低了线路首端的电压升高。
首端对电源的电压传递系数
)
cot(Z )cot(Z j Z Z C S C S R R 101θβθβ----=+==l X l X E U K (5-9) 由式(5-7)和式(5-9)可求得线路末端对电源的电压传递系数，通过化简可得
)
cos(cos cos 120102?θβ?θ+-==l K K K (5-10) 其中，沿线电压最大值出现在θβ=x 处，线路最高电压为
)
cos(cos θ?θβ?+-=l E U (5-11) 因此，并联电抗器的接入可以同时降低线路首端及末端的工频过电压。但也要注意，高抗的补偿度不能太高，以免给正常运行时的无功补偿和电压控制造成困难。在特高压电网建设初期，一般可以考虑将高抗补偿度控制在80％~90％，在电网比较强的地区或者比较短的特高压线路，补偿度可以适当降低。
[例题5-1]某500kV 线路，长度为400km ，电源电动势为E ，电源电抗Ω=100S X ，线路单位长度正序电感和电容分别为m H/km 9.00=L 、μF/km 0127.00=C ,求线路末端电压对电源电动势的比值。若线路末端并接电抗器Ω=1034P X ，求线路末端电压对电源电动势的比值及沿线电压分布中的最高电压。
解：参数计算。 线路的波阻抗：Ω=??==--7.26510
01275.0109.0/63
00C C L Z 波速：km/s 1095.210
01275.0109.01/156300?=???==--C L v 相位系数km /061.01001275.0109.01801006300?=??????==--C L ωβ ?===--6.20265.7
100tan Z tan 1C S 1X ? 1.当线路空载，末端不接电抗器，线路末端电压最高，线路末端电压对电源电动势的比值为
32.1)
6.20400061.0cos(6.20cos )cos(cos 02=?+??=+=?β?l K 2.当线路空载，末端并接电抗器，
?===--4.141034
265.7tan Z tan 1P C 1X θ 线路末端电压对电源电动势的比值为
05.1)
6.204.144.24cos(6.20cos 4.14cos )cos(cos cos 02=?+?-???=+-=?θβ?θl K 线路最高电压为
E E l E 09.1)
6.204.144.24cos(6.20cos )cos(cos =?+?-??=+-?θβ? 5.2线路甩负荷引起的工频过电压
输电线路输送重负荷运行时，由于某种原因，线路末端断路器突然跳闸甩掉负荷，也是造成工频电压升高的原因之一，通常称为甩负荷效应。
此时影响工频过电压有三个因素：①甩负荷前线路输送潮流，特别是向线路
输送无功潮流的大小，它决定了电源电动势E
的大小。一般来讲，向线路输送无功越大，电源的电动势E
也越高，工频过电压也相对较高。②馈电电源的容量，它决定了电源的等值阻抗，电源容量越小，阻抗越大，可能出现的工频过电压越高。③线路长度，线路愈长，线路充电的容性无功越大，工频过电压愈高。此外还有发电机转速升高及自动电压调节器和调速器作用等因素，也会加剧工频过电压升高。
设输电线路长度为l ，相位系数为β，波阻抗为C Z ，甩负荷前受端复功率为
Q P j +，电源电动势为E ，电源感抗为S X ；1U 、2
U 分别为线路首末端电压；。甩负荷前瞬间线路首端稳态电压为
)]j )(tan(j 1)[cos()sin(j j )cos()sin(j )cos(*
*2*2
C 22C 21Q P l l U l U Q P Z l U l I Z l U U -+=-+=+=ββββββ (5-12)
式中，**Q P 、为以C
22B Z U S =为基准的标幺值。 同样，甩负荷前瞬间线路首端稳态电流为
)]j )(cot(j 1)[sin(j )cos()sin(j **2221Q P l l Z U l I l Z U I C
C --=+=ββββ (5-13) 由等值电路可知，S
11d j X I U E +='，将式(5-12)和式(5-13)代入，可得甩负荷瞬间的电源电动势为
)]}tan([j )tan()(1){cos(S *S *S *2d l Z X P l Z X Q Z X Q l U E C
C C βββ++-++=' (5-14) d
E ' 的模值为 2S 2*2S *S *2d )]tan([)]tan()(1[)cos(l Z X P l Z X Q Z X Q l U E C
C C βββ++-++=' (5-15) 设甩负荷后发电机的短时超速使系统频率f 增至原来的f S 倍，则暂态电势d E ' 、线路相位系数β及电源阻抗S X 均按比例f
S 成正比增加。 由式(5-6)可求出甩负荷后线路末端电压为
)sin()cos(f S f f d f 2l S Z X S l S E S U C
ββ-'=' (5-16) 甩负荷后，空载线路末端电压升高的倍数为
2
22U U K '= (5-17)
式(5-17)中，2U 为甩负荷前线路末端的电压。
[例题5-2]某500kV 线路，长度为300km ， 3.0C
S =Z X ，相位系数km /06.0?=β,甩负荷前受端复功率标幺值为22.0j 7.0j **+=+Q P ，甩负荷后05.1f =S 。求甩负荷后，空载线路末端电压升高的倍数。
解：?=??=18300km km /06.0l β,?=9.18f l S β
2
S 2*2S *S *f S f f f 2)]tan([)]tan()(1[)sin()cos()cos(l Z X P l Z X Q Z X Q l S Z X S l S l S K C C C C
βββββ++-++?-=33.1)]18tan(3.0[7.0)]18tan()3.0.220(3.022.01[)
9.18sin(3.005.1)9.18cos()18cos(05.1222=?++?-+?+???-??=
5.3单相接地故障引起的工频过电压
不对称短路是输电线路最常见的故障模式，短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，常称为不对称效应。系统不对称短路故障中，以单相接地故障最为常见。当线路一端跳闸甩负荷后，由于故障仍然存在，可能进一步增加工频过电压。
设系统中A 相发生单相接地故障，应用对称分量法，可求得健全相B 、C 相的电压为
???
????++-+-=++-+-=A 021220C A 0212202B )()1()()1(E Z Z Z Z a a Z a U E Z Z Z Z a a Z a U (5-18) 式中，A E 为正常运行时故障点处A 相电动势；1
Z 、2Z 、0Z 为从故障点看进
去的电网正序、负序、零序阻抗；运算因子2
321j a +-=。 以)1(K 表示单相接地故障后健全相电压升高，式(5-18)可简化为A
)1(E K U =，其中
)
(2)2(35.1021020210)1(Z Z Z Z Z j Z Z Z Z K +++±++-= (5-19) 对于较大电源容量的系统，有21Z Z ≈，再忽略各序阻抗中的电阻分量，则)1(K 简化为
2325.11010
)
1(j X X X X K ±+-= (5-20) )1(K 模值为
1
010210)1(21)(
3X X X X X X K +++= (5-21) 顺便指出，在不计损耗的前提下，一相接地，两健全相电压升高是相等的；若计及损耗，则不等。由式(5-21)可以画出健全相电压升高)1(K 与1
0X X 值的关系曲线，如图5-5所示。从图中可以看出，损耗对B 、C 两相电压升高的影响。
（a ） （b ）
图5-5 A 相接地故障时健全相的电压升高
（a ）B 相;（b ）C 相 可知，这类工频过电压与单相接地点向电源侧的1
0X X (零序电抗与正序电抗之比)有很大关系，1
0X X 增加将使单相接地故障甩负荷过电压有增大趋势。0X 与1X 受到下列因素影响：一是高压输电线路的正、零序参数，特高压输电线路的
6.21
0≈X X ；另一个因素是电源侧包括变压器及其他电抗，电源是发电厂时10X X 较小；电源为复杂电网时，10X X 一般较大。当电源容量增加时，1
0X X 也会有所增加。当1
0X X 较大时，单相接地三相甩负荷过电压可能超过三相无故障甩负荷过电压。 [例题5-3]某500kV 输电线路，长度为400km ，电源电动势为E ，电源正序电抗为Ω=100S1X ，电源零序电抗为Ω=50S0X ，线路的正序波阻抗Ω=260C1Z ,线路的零序波阻抗Ω=500C0Z ，线路正序波速km/s 1035?=v ，线路零序波速km/s 10250?=v 。试求线路空载发生A 相末端接地时，线路末端健全相的电压升高倍数。
解：?===--21260
100tan Z tan 1C1S11X ? ?===--71.550050tan Z tan 10S01
0X ? ?=??=42400km km /06.0l β
?=????=?=?==361021032455
0000v v l v v
v l v l l βωωβ 由式（5-8）可求得线路末端向电源看进去的等效正序、零序入口阻抗分别为
)j260()2124tan(j260)tan(jZ Z C1R1Ω=?+?=+=?βl
)j445.6()71.536tan(j500)tan(jZ Z 000R0Ω=?+?=+=?βl
714.1260
6.44510==X X 由式（5-21）可求得单相接地故障后健全相电压升高
109.1714.121714.1)714.1(321)(
321
010210)1(=+++=+++=X X X X X X K 故障前，空载长线路A 相末端的电压升高系数由式(5-6)求得
32.1)
2124cos(21cos )cos(cos 02=?+??=+=?β?l K A 相发生接地故障后，健全相电压升高可求得
464.1109.132.1)1(02C B =?===K K E
U E U
5.4自动电压调节器和调速器的影响
甩负荷后，由于调速器和制动设备的惰性，不能立即起到应有的调速效果，导致发电机加速旋转，使电动势及其频率上升，从而使空载线路中的工频过电压更为严重。另一方面由于自动电压调节器(AVR)作用，也会影响工频过电压的作用时间和幅值。
当线路一端单相接地甩负荷时，上述的四个因素都要起作用，造成比较高的工频过电压。但由于有接地故障存在，这种幅值较高的单相接地甩负荷工频过电压持续时间较短，分析表明对于超、特高压系统其持续时间实际上不超过0.1s。
特高压电网工频过电压主要考虑单相接地三相甩负荷和无接地三相甩负荷两种工频过电压。由于特高压线路自身的容性无功大、输送的功率大，加之我国单段特高压线路比较长，工频过电压问题相当严重，如不采取措施或措施不当，其幅值可能超过1.8倍最大工作相电压以上，将会严重影响特高压系统的安全。
5.5限制工频过电压的其他可能措施
1．使用可调节或可控高抗
重载长线80％~90％左右高抗补偿度，可能给正常运行时的无功补偿和电压控制造成相当大的问题，甚至影响到输送能力。解决此问题比较好的方法是使用可控或可调节高抗：在重载时运行在低补偿度（60％左右），这样可大幅降低由电源向线路输送的无功，使电源的电动势不至于太高，还有利于无功平衡和提高输送能力；当出现工频过电压时，快速控制到高补偿度（90％）。
从理论上讲可调节或可控高抗是协调过电压和无功平衡问题的好方法，实际应用中由于目前可调节或可控高抗造价高，短期内不会大量使用。
2．使用良导体地线
使用良导体地线(或光纤复合架空地线，OPGW)可降低系数
1
0X X ，有利于减少单相接地甩负荷过电压。
3．使用线路两端联动跳闸或过电压继电保护
该方法可缩短高幅值无故障甩负荷过电压持续时间。
4．使用金属氧化物避雷器
随着金属氧化物避雷器(MOA)性能的提高，使用MOA 限制短时高幅值工频过电压成为可能。但这会对MOA 能量提出很高的要求，当采用了高压并联电抗器时，不需要将MOA 作为限制工频过电压主要手段，仅在特殊情况下考虑采用。应该说明，在MOA 进入饱和后电压波形就不再是正弦波，严格讲应称为暂时过电压，此时工频过电压只是一种近似的习惯用语。
5．选择合理的系统结构和运行方式
过电压的高低和系统结构和运行方式密切相关，这在超、特高压线路建设和运行初期尤为重要，应高度重视。
以上几种方式不一定在每一个工程中都采用，具体采用哪一种要根据具体情况确定。
5.6工频过电压的EMTP 仿真
1.例题5-1的EMTP 仿真
线路的正序波阻抗Ω=7.265C Z ，km/s 10952.25?=v ，长距离输电线路具有分布参数特征，这里500kV 架空输电线路采用带集中电阻的分布参数线路模型：
架空线路/电缆[Lines/Cables] 带集中电阻的分布参数线路[Distributed] 换位线路用的Clarke 模型[Transposed lines (Clarke)]。再选择其他元件，组建计算模型电路，如图5-6所示。
U2
U1
图5-6 分析500kV 空载线路工频过电压的计算电路
双击“Clarke 模型”图标，参数设定如图5-7所示。其他元件参数参照例题3-2的仿真设定。线路末端电抗器参数：电阻为0Ω，电感值为3291mH 。
图5-7 500kV 架空输电线路Clarke 模型参数对话框
线路未装设电抗器时的末端电压与电源电势波形如图5-9所示，末端电压幅值为540kV ，电源电压幅值为408kV ，末端电压对电源电动势的比值为32.102=K ，与计算值相符。
图5-8 空载运行时末端电压和电源电压波形（未装设电抗器）
线路装设有并联电抗器时的首端电压幅值为429kV ，电源电压幅值为
408kV ，末端电压对电源电动势的比值为05.102 K ，与计算值也相吻合。
2.特高压示范工程的EMTP 仿真
特高压示范工程接线图如图5-9所示，以线路中B 至D 段线路为例，这一
段线路总长654km ，线路高抗补偿度89.5％，并使用良导体地线，B1电厂装有4台600MW 机组。
图5-9 特高压示范工程（示意图）
模型的建立。特高压线路采用频率相关特性的J. Marti 模型模拟，为了设定故障点和观测点，将BC 线路（363km ）和CD 线路（291km ）都分成12段，每段线路分别为30.25km 和24.25km 。线路参数填入对话框中，如图5-10所示。与B1电厂相连的部分500kV 线路用分布参数线路Clarke 模型模拟，采用R(Ω)、L(mH)、C(μF)的输入方法；高抗用Type-98准非线性电感元件模拟，中性点电抗用集中参数电感L 模拟；特高压系统额定电压为1 050kV ，以最高使用电压1 100kV 为基数求过电压倍数，kV 3
21100.p.u 0.1?=(峰值)。系统负荷采用定阻抗负荷形式，用RLC 元件模拟。取时间步长5μs。
图5-10 特高压线路J.Marti 模型参数对话框
仿真研究了不同系统运行方式下工频过电压，结果表明：
(1)B 宜与甲电网通过500kV 线路相联，否则在一些开机方式下(如开1~2台时)过电压超过特高压工程工频过电压限值水平，无接地三相甩负荷工频过电压达1.32~1.78.p.u ，联甲电网后降至1.15.p.u 以下；单相接地三相甩负荷工频过电压不联甲电网达 1.41~1.66.p.u ，联甲电网后降至 1.34.p.u 以下。其中超过
1.3.p.u 的高幅值工频过电压均出现在单相接地三相甩负荷情况下。
(2)C 增设开关站有利于降低工频过电压水平。对于研究用的普遍性网络,一般说来，高抗补偿度在80％～90％左右、电源装机在2×600MW 或2×700MW 以上且线路长度不超过500km 或2×300km(中间有开关站)左右，工频过电压可以限制在上述1.3～1.4.p.u 内。图5-9所示线路的计算结果也说明普遍性网络的结果有一定参考价值。
(3)以B 不联甲电网时，开机3~4台时，图5-9中D 单相接地对侧开关三相拒动过电压为1.4.p.u ，如只考虑一相拒动过电压则降至1.28.p.u 。
(4)有效值在1.3~1.4.p.u 之间的单相接地三相甩负荷的工频过电压持续时间实际上不超过0.1s 。其对MOA 的影响相当于短时操作过电压，额定电压为828kV 的MOA 完全可以承受这种过电压。
习 题
5-1工频过电压是怎样产生的？为什么在超、特高压电网中特别重视工频过电压？
5-2线路末端并联电抗器对空载线路的工频过电压起什么作用？
5-3某500kV 线路，长度为280km ，电源电抗Ω=2.263S X ，线路单位长度正序电感和电容分别为μH/m 9.00=L 、nF/m 0127.00=C ,求线路末端开路时的线路末端电压。若线路末端并接电抗器Ω=1837P X ，求线路末端电压对电源电动势的比值及沿线电压分布中的最高电压。
第29卷第31期中国电机工程学报 V ol.29 No.31 Nov. 5, 2009 2009年11月5日 Proceedings of the CSEE ?2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 67 文章编号：0258-8013 (2009) 31-0067-06 中图分类号：TM 621；TM 732 文献标志码：A 学科分类号：470?40 黑启动电机欠励保护导致的电压升高问题研究 贺星棋1，刘俊勇1，杨可2，谢连芳2 (1．四川大学电气信息学院，四川省成都市 610065；2．四川省电力公司，四川省成都市 610041) Research of Over Voltage Caused by Under-excitation Limitation Actions in Black Start HE Xing-qi1, LIU Jun-yong1, YANG Ke2, XIE Lian-fang2 (1. School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University, Chengdu 610065, Sichuan Province, China; 2. Sichuan Electric Power Company, Chengdu 610041, Sichuan Province, China) ABSTRACT: This research aims to study over voltage induced by under-excitation limitation moves in black start of the power system. The mechanism of the abnormal voltage increase of the rotor was studied, and the relationship between the threshold of under-excitation limitation and the maximum non-loading length of the line was then derived through the analysis of the distribution parameters of the model system. A corresponding preventive measure was proposed. Its effectiveness was verified by both the real time digital simulator (RTDS) simulation and the actual black start test. KEY WORDS: power system; black start; under-excitation limitation; over voltage; generator protection 摘要：对黑启动过程中发电机带空载长线路可能出现的欠励限制动作导致的系统工频电压升高问题进行了研究。分析了黑启动发电机定子电压在欠励动作后非正常升高的机制，通过对带有分布参数线路的黑启动系统的分析，推导出发电机欠励限制的临界值与空载最大线路长度的关系，并提出相应的预防措施，为黑启动过程合理地配置适用的发电机保护方案，提供了一些理论及实践依据。结合实际，应用实时数字仿真器(real time digital simulator，RTDS)进行仿真，仿真结果及实际系统的黑启动试验结果均证明了所得结论的正确性。 关键词：电力系统；黑启动；欠励限制；过电压；发电机保护 0 引言 当前随着各类极端地质或气候灾害的频繁出现，电网的安全稳定运行也遭遇极大困难，电力系统遭遇黑启动的可能性也越来越大。黑启动是指整个系统因故障停运后，不依靠外部网络帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动 基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973项目)(2004 CB217905)。 The National Basic Research Program of China (973 Program)(2004 CB217905)．能力的机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复[1]，黑启动是电力系统在经历灾变后的有效恢复过程。在此过程中，由于系统规模小、联系弱，无论是网络结构或是系统特性都与正常状态下的系统有很大的差异，可能会出现继电保护的配合问题[2]，发生保护及自动装置的不正确动作而酿成不必要的停电事故，甚至整个电力系统崩溃瓦解[3]，这些隐患的存在可能会造成灾难性的后果，水电机组带空载长线相关问题就是其中一个十分突出的问题。 黑启动一般由具有自启动能力的水电机组自启动成功后再远距离启动火电机组，在此过程中就可能出现由于水电机组带空载长线产生的工频过电压、操作过电压以及谐振过电压等问题，此类电压的升高已经引起了人们的足够重视，文献[4-17]进行了相应的深入研究及仿真，但对于与发电机进相能力直接相关的励磁系统中的欠励限制可能导致的定子过电压，目前在黑启动的相关研究中还没有得到应有的重视；同时由于许多中小型水电机组需经长线路送出电力以及目前确定欠励限制定值时并未考虑发电机带空线能力问题，因此有必要对黑启动中水电机组因欠励限制动作产生的过电压问题进行定量分析。此外从系统安全的角度考虑，为防止过电压损坏设备，需要根据欠励限制动作条件及工作方式，以发电机不进入欠励限制状态为条件，计算发电机所能加带空载线路的最大长度。本文针对此问题进行了分析研究，在分析定子电压非正常升高机制的基础上针对黑启动过程中的带空载长线运行阶段的特点，详细分析了发电机欠励限制的动作值与线路长度的关系及发电机动作行为，为合理地配置适用于黑启动过程的继电保护方案、 DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2009.31.010
500kV电网工频过电压、谐振过电压及其保护规定 1工频过电压、谐振过电压与电网结构、容量、参数、运行方式以及各种安全、自动装置的特性有关。工频过电压、谐振过电压除增大绝缘承受电压外，还对选择过电压保护装置有重要影响，设计电网时应结合实际条件预测。 对工频过电压，应采取措施尽量加以降低。工频过电压水平应通过技术经济比较加以确定。 须采取措施防止产生谐振过电压；或用保护装置限制其幅值和持续时间。 2工频过电压的限制。电网中的工频过电压一般由线路空载、接地故障和甩负荷等引起。根据500kV电网的特点，有时须综合考虑这几种过电压。 通常可取正常送电状态下甩负荷和在线路受端有单相接地故障情况下甩负荷作为确定电网工频过电压的条件。 一般主要采用在线路上安装并联电抗器的措施限制工频过电压。在线路上架设良导体避雷线降低工频过电压时，宜通过技术经济比较加以确定。电网的工频过电压水平一般不超过下列数值：线路断路器的变电所侧1.3Uxg； 线路断路器的线路侧1.4Uxg. 注：`U_（xg）`为电网最高相电压有效值，kV. 3谐振过电压的防止和限制。电网中的谐振过电压一般由发电机自励磁、线路非全相运行状态以及二次谐波谐振等引起。
1）电网中发电机自励磁过电压。当发电机经变压器与空载线路相连，在发电机全电压合闸、逐步升压起动或因甩负荷而导致发电机带空载长线路时，如发电机容量较小，可能产生发电机自励磁过电压，应验算发生这一情况的可能性。 经验算，如有发生有励磁的可能，而又无法通过改变运行方式加以避免时，可采用在线路上安装并联电抗器的措施予以防止。 2）线路非全相运行状态产生的谐振过电压。空载线路上接有并联电抗器，且其零序电抗小于线路零序容抗时，如发生非全相运行状态（分相操动的断路器故障或采用单相重合闸时），由于线间电容的影响，断开相上可能发生谐振过电压。 上述条件下由于并联电抗器铁芯的磁饱和特性，有时在断路器操作产生的过渡过程激发下，可能发生以工频基波为主的铁磁谐振过电压。 在并联电抗器的中性点与大地之间串接一小电抗器，一般可有效地防止这种过电压。该小电抗器的电抗值宜按补偿并联电抗器所接线路的相间电容选择，同时应考虑以下因素： a.并联电抗器、中性点小电抗器的电抗及线路容抗的实际值与设计值的变异范围； b.限制潜供电流的要求； c.连接小电抗器的并联电抗器中性点绝缘水平。 最终确定小电抗器的电抗值时，应校验对非全相谐振过电压的解谐效果。
电压和安全距离 引言 电在工业和日常生活中应用极为广泛，在工矿企业和家庭中都有品种繁多的电气设备。为保证电气设备和人身安全，必须认真贯彻国家有关规定，以免使人体受到伤害，财产受到损失。 1.安全电压 交流工频安全电压的上限值，在任何情况下，两导体间或任一导体与地之间都不得超过50V。我国的安全电压的额定值为42，36，24，12，6V。如手提照明灯、危险环境的携带式电动工具，应采用36V安全电压；金属容器内、隧道内、矿井内等工作场合，狭窄、行动不便及周围有大面积接地导体的环境，应采用24或12V安全电压，以防止因触电而造成的人身伤害。 2.安全距离 为了保证电气工作人员在电气设备运行操作、维护检修时不致误碰带电体，规定了工作人员离带电体的安全距离；为了保证电气设备在正常运行时不会出现击穿短路事故，规定了带电体离附近接地物体和不同相带电体之间的最小距离。安全距离主要有以下几方面： 2.1设备带电部分到接地部分和设备不同相部分之间的距离（见表1） 2.2设备带电部分到各种遮栏间的安全距离（见表2） 2.3无遮栏裸导体到地面间的安全距离（见表3） 2.4电气工作人员在设备维修时与设备带电部分间的安全距离（见表4） 2.5安全距离的其他规定 表1 各种不同电压等级的安全距离 表2 设备带电部分到各种遮栏间的安全距离 表3 无遮栏裸导体到地面间的安全距离
表4 工作人员与带电设备间的安全距离 2.5.1电气设备的套管和绝缘子的最低绝缘部位对地距离，通常应不小于2500mm。 2.5.2围栏向上延伸，在屋内距地面2300mm处，在屋外距地面2500mm处，与围栏上方带电部分的距离，应不小于表1中规定的数值。 2.5.3设备在运输时，外廓到无遮栏裸导体的距离，应不小于表4中规定的数值。 2.5.4不同时停电检修的无遮栏导体间的垂直交叉距离，应不小于表4中规定的数值。 2.5.5带电部分到建筑物和围墙顶部的距离，见表5。 表5 带电部分到建筑物和围墙顶部的安全距离 2.5.6屋内出线套管到屋外通道路面的距离：35kV及以下为4000mm，60kV为4500mm，110kV~220kV为5000mm。 2.5.7海拔超过1000m时，表3中规定的数值应按每升高100m增大1%进行修正。对35kV及以下的而海拔低于2000m时，可不作修正。
各国工频电磁场限值的有关情况汇总 据了解，到目前为止，国际上尚无工频电磁场暴露限值的IEC标准或其他国际标准，只有ICNIRP(国际非电离辐射防护委员会)向世界各国推荐了一个电场和磁场辐射限值的导则：《限制时变电场、磁场和电磁场暴露(300GHz以下)导则》，其中推荐以5000V/m作为居民区工频电场限值标准，100μT作为公众全天辐射时的磁感应强度限值标准。 目前我国所有相关的规范和技术标准中，涉及环境中工频电场强度、磁场强度限值的只有《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 24–1998)，其原文是：“关于超高压送变电设施的工频电场、磁场强度限值目前尚无国家标准。为便于评价，根据我国有关单位的研究成果、送电线路设计规定和参考各国限值，推荐以4000V/m作为居民区工频电场评价标准，推荐应用国际辐射保护协会关于公众全天辐射时的工频限值100μT作为磁感应强度的评价标准。待相应国家标准发布后，以其规定限值为准。”很明显，该推荐限值就是以国际非电离辐射防护委员会的导则为基础的，并且电场强度的限值更严格。 世界上其他各国或学术组织关于工频电场和磁场的限值情况见下表： 另外需要说明的是： 欧洲议会1999年7月发布了一个一般公众电磁场暴露限值的推荐标准。这是一个供欧洲各国制定标准的框架，目前已有许多欧洲国家准备接受这一标准。这个标准建立在ICNIRP 导则基础之上，同样是以目前已经得到确认的效应作为基准。 美国没有统一的国家标准。一些学术组织制定了自己的标准，许多州也根据自己的情况制定了输电线路的工频电磁场标准。 日本并没有公众工频磁场暴露限值的明确标准，1993年，日本一个政府研究机构的报告
工频变压器设计 工频变压器是最简单的变压器，基本不用考虑分布电感、分布电容、信号源内阻、等效电路各种指标等复杂因素，直接按标准化步骤操作即可，所以用工频变压器来进行变压器设计入门是最好不过了。简单说就是根据功率选择铁心，然后计算匝数，再看能否绕下。不同的人设计标准不同，可能和下面计算有偏差，但是本质思想都是一样的。有时算到后面需要重新再来，其实相当于一个迭代设计过程，反复设计直至满足要求为止。 理论计算完成后还需要实际测试效果进行验证，因为铁心参数，制作工艺可能和我们假设的不一样，所以设计完成后基本都需要再根据实测结果进行调整。 要求： 高压输出：260V，150ma ； 灯丝1：5V，3A； 灯丝2：6.3v，3A 中心处抽头； 初、次级间应加有屏蔽层。 根据要求铁芯型号采用“GEIB一35”。 计算如下： （1）计算变压器功率容量（输入视在功率）： P ＝（1.4×高压交流电压×电流＋灯丝1电压×电流＋灯丝2电压×电流）/ 效率 ＝（1.4×260×0.15＋5×3＋6.3×3）/ 0.9 ＝（54.6＋15＋18.9）/ 0.9 ＝ 98.33VA （2）计算原边电流 I1＝1.05×P / 220＝0.469A （3）按照选定的电流密度（由计划的连续时间决定），选取漆包线直径。 如按照3A/mm2计算：D＝0.65×√I（0.65×电流的开方） 并规整为产品规格里有的线径（可查资料）： 选定： 原边直径D1＝0.45mm 高压绕组直径D2＝0.25mm 灯丝绕组直径D3＝D4＝1.12mm (4）铁心截面面积 S0＝1.25√（P）＝1.25×√98＝12.5CM2 （5）铁心叠厚：
课程设计 年月日
主要内容： 该控制电路采用U3988为控制器，输出PWM波形来控制逆变电路功率管，同时U3988内部具有各种电路保护作用，可使逆变电源数字化，简化电路；与无工频变压器逆变电路相比，该电路设计采用工频变压器起到隔离保护的作用，使电路具有系统可靠性功能。实验结果表明，对于传统逆变器，该设计方案不仅省去额外保护电路使电路结构简单明了，还可以使系统从无法保障稳定性到具有可靠稳定性。 基本要求： 1.经滤波电路输出满足要求的交流电压，一般要求输出220 V／50 Hz交流； 2.工频逆变电源输入一般为低压直流； 3.该电路采用全桥变换电路结构，这种变换器输出不是1根火线和1根零线，而 是2根火线； 4.逆变电路可靠稳定。 主要参考资料： [1] 胡启凡.变压器实验技术，中国电力出版社[J].2010-1-1. [2] 尹克宁. 变压器设计原理[M]．中国电力出版社,2002. [3] 徐甫荣,陈辉明. 高压变频调速技术应用现状与发展趋势[J ] ．高压变频器，2007. [4] 张秀梅, 周盛荣. 变频器用多脉波整流变压器的移相[ J] ．包钢科技，2006. [5]张勇．山东东岳能源公司电解铝厂电网谐波分析与治理的研究，硕士学位论文，山东科技大学，2005.
目录 1 任务和要求 ..................................... 错误！未定义书签。 2 总体方案设计与选择 ............................. 错误！未定义书签。 2.1 逆变电源结构设计.......................... 错误！未定义书签。 2.2工频变压器 ................................. 错误！未定义书签。 2.3工频变压器选材 ............................. 错误！未定义书签。 3 逆变电路电源设计 ................................ 错误！未定义书签。 3.1PWM技术 ................................... 错误！未定义书签。 3.2 工频变压器在逆变电路中的作用............... 错误！未定义书签。 3.3 保护电路................................... 错误！未定义书签。 4 结论 ........................................... 错误！未定义书签。参考文献 .......................................... 错误！未定义书签。
工频磁场强度 1 楼2009/6/1012:16:52叶都1900发表于搜房网 - 上海业主论坛 - 保利叶上海(潜力论坛) 1.什么叫输变电工频磁场强度？ 输变电工频磁场强度是用来衡量输配电设施周围空间某个点位在一定方向上的磁场强弱的尺度，计量单位为安培/米(A/m)。 磁场强度通常可用磁感应强度，又称磁通密度表示，计量单位为特斯拉(T)。输配电设施产生的工频磁场磁感应强度一般都很小，常用毫特（mT）或微特（μT）表示。 1特(T)=1000毫特（mT）=1000000微特（μT） 1毫特（mT）=12.56×104安培/米(A/m) 2.输电线路工频磁场强度有什么特点？ 输电线路工频磁场强度的特点，一是随着用电负荷的变化，即通过输电线路电流的变化，工频磁场强度也随着变化；二是随着与输电线路距离的增加，工频磁场强度快速降低，并且与工频电场强度相比，工频磁场强度随距离变远，下降得更快。 3.我国对输变电工频磁场强度有规定吗？ 有的。国家环境保护总局在输变电工程环境影响评价技术规范中，推荐对公众的工频磁感应强度限值是0.1毫特（即100微特）。 4.国际上，工频磁场强度有什么规定？ 国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）1998年发布了《限制时变电场、磁场和电磁场暴露的导则(300GHz以下)》。在这个导则中，对公众工频磁感应强度的限值是0.1毫特（即100微特）。这个限值得到世界卫生组织正式推荐，已被世界上许多国家广泛采用。我国规定的推荐限值与国际导则规定的限值相同。 5.输电线路工频磁场强度有多大？ 输电线路周边的工频磁场强度主要取决于线路电流的大小、线路导线的排列方式、与导线的距离等。以下图5、6、7是最常见三种电压等级110kV、220kV、500kV输电线路在地面上方1.5米处，工频磁感应强度沿垂直线路方向的分布图。 （1）110kV输电线路 图5导线水平排列，相间距离3.5米，对地高度7.0米，电流300安。 （2）220kV输电线路 图6导线水平排列，相间距离5.6米，对地高度11米，电流500安。 （3）500kV输电线路 图7单回线水平排列，相间距离12米，对地高度19米，电流800安。 由以上各图可见，最常见三种电压等级输电线路的工频磁感应强度都远小于100微特。 6.变电站周围工频磁场强度有多大？ 变电站站界工频磁感应强度主要来源于进出线的影响。变电站站界1米外的工频磁感应强度小于10微特，远低于我国规定的推荐限值。户内变电站周围的工频磁感应强度则趋于本底值。 8.家用电器的工频磁场有多大？ 表5是几种家用电器的工频（60赫）磁感应强度。（引自中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z 18039-2005/IE C 61000-2-7:1998电磁兼容环境各种环境中的低频磁场） 家用电器距离z处的磁感应强度，微特（μT） Z=3厘米Z=30厘米Z=100厘米 电动剃须刀15～1500 0.08～9 0.01～0.3 真空吸尘器200～800 2～20 0.13～2
工频过电压仿真实验 一预习要求 1 熟悉正序、负序、零序的概念 2 熟悉空载长线电容效应的原理 3 熟悉长线方程，及传递系数的计算 4 熟悉接地系数的概念及计算 二实验目的 1.掌握测量输电线路工频参数的方法 2.了解造成工频电压升高的原因 3.了解限制工频电压升高的措施 三实验内容 1利用长线的开路试验及短路试验求线路的正序及零序参数 2空载线路电容效应引起的工频电压升高 2.1在无穷大电源条件下测量线路末端电压，计算传递系数； 2.2在有限大电源条件下测量线路末端电压，计算传递系数； 3利用补偿电抗器限制工频电压升高 3.1 在线路末端加补偿电抗器，计算电压传递系数； 3.2 在线路首端加补偿电抗器，计算电压传递系数； 3.3 在线路中间加补偿电抗器，计算电压传递系数； 4 末端单相接地，测量健全相电压，计算接地系数 四实验步骤 1 线路参数测量 （a）线路末端开路试验 （b）线路末端短路试验 图1线路参数测量仿真试验电路图 1.1. 在ATP-EMTP中搭建试验电路。 本试验进行稳态计算，所以ATP菜单栏ATP—>Settings中Tmax应设置为“0”。需要求解的试验线路由已给定的LCC元件模拟。 2.2. 测量线路的首端入口阻抗。 线路首端加正序电压（电流）源，末端开路（图1-a），测量线路首端相电压幅值U1k与电流幅值I1k，并求解末端开路时的正序首端入口阻抗Z Rk1； 线路首端加正序电压（电流）源，末端短路（图1-b），测量线路首端相电压幅值U1d与电流幅值I1d，并求解末端开路时的正序首端入口阻抗Z Rd1；
线路首端加零序电压（电流）源，末端开路（图1-a），测量线路首端相电压幅值U0k与电流幅值I0k，并求解末端开路时的正序首端入口阻抗Z Rk0； 线路首端加零序电压（电流）源，末端短路（图1-b），测量线路首端相电压幅值U0d与电流幅值I0d，并求解末端开路时的正序首端入口阻抗Z Rd0； 1.3. 求解线路正序和零序参数L1、C1、L0、C0（课下完成） 由Z Rk1、Z Rd1、Z Rk0、Z Rd0计算线路正序和零序参数L1、C1、L0、C0。 2空载线路电容效应引起的工频电压升高 （a）无限大电源 （b）有限大电源 图2工频电压升高仿真试验电路图 2.1. 在ATP-EMTP中搭建试验电路。 本试验进行稳态计算，Tmax=0。 2.2. 测量电压传递系数 750kV系统下 对无限大电源，线路长度100km，线路末端开路（图2-a），测量线路单相末端电压U l1，求线路末端对首端（电源）的电压传递系数K1。 对有限大电源（电源阻抗838.2mH），线路长度100km，线路末端开路（图2-b），测量线路单相末端电压U l2，求出线路末端对电源的电压传递系数K2。 对有限大电源(电源阻抗838.2mH)，线路长度为230km，线路末端开路（图2-b），测量线路单相末端电压U l3，求出线路末端对电源的电压传递系数K3。 2.3. 由公式计算该系统在无限大电源和有限大电源的电压传递系数，并与以上测量值比较（课下完成）。 3补偿电抗器限制工频过电压
工频电压 工频电压，是指国家规定的电力工业及用电设备的统一标准电压。 工频：指工业上用的交流电源的频率，单位赫兹（HZ） 我国单相电源工频电压，50赫兹，220V 。三相电源工频电压是50赫兹380V ，由于世界各地工业发展的不平衡及二战期间的殖民统制等原因的影响，工频电压在全世界没有统一的标准，各国各不相同地区性差异很大，以下是世界各地工频电压 亚洲 地区或国名工频电压 中国台湾Taiwan 110V/220V,60Hz 中国大陆China 220V,50Hz 380V, 50Hz, 3 Ph 中国香港Hong Kong 220V,50Hz 日本Japan 110V,关东50Hz，关西60Hz 韩国South Korea 100V,60Hz 新加坡Singapore 230V,50Hz 印度India 127V,50Hz 印尼Indonesia 220V,50Hz 泰国Thailand 220V,50Hz 马来西亚Malaysia 240V,50Hz 420V, 50Hz, 3 Ph 越南Vietnam 220V,50Hz 欧洲 地区或国名交流电压
俄罗斯Russia 220V,50Hz 英国U.K. 240V,50Hz 法国France 127V/220V,50Hz 德国Germany 220V,50Hz 爱尔兰Ireland 220V,50Hz 意大利Italy 127V/220V,50Hz 瑞士Switzerland 220V,50Hz 荷兰Netherlands 220V,50Hz 丹麦Danmark 220V,50Hz 波兰Poland 220V,50Hz 美洲 地区或国名交流电压 美国America 110V 或220V,60Hz , 460V, 60Hz, 3Ph 加拿大Canada 120V 或240V,60Hz 巴西Brazil 127V 或220V,60Hz 哥伦比亚Colombia 110V 或220V,60Hz 不同国家由于历史、政治、经济等原因导致电压不相同。 (纠正下面的错误：根据物理定律，电压越高，电阻传输损耗越小，所以电流传输是通过高压传输的，比如我国高压传输电压有500KV，220kv等，不可能用220v或者110v进行长距离送电的。到了目的地才通过几级的变压器接入民用或者工业使用) ▲附录：
变压器的温升计算方法探讨 1 引言 我们提出工频变压器温升计算的问题，对高频变压器的温升计算也可以用来借鉴。工频变压器的计算方法很多人认为已趋成熟没有什么可讨论的，其实麻雀虽小五脏俱全，再成熟的东西也需要不断创新才有生命力。对于一个单位的工程技术人员来讲温升计算问题可能并不存在，温升本身来源于试验数据，企业本身有大量试验数据，温升问题垂手可得，拿来主义就可以了，在本企业来说绝对有效，离开了本企业也带不走那么多数据。但冷静的考虑一下，任何一个企业不可能生产全系列变压器，总会有相当多的系列不在你生产的范围内，遇到一些新问题，只能用打样与试验的方法去解决，小铁心不在话下，耗费的工时与材料都不多，大铁心耗费的铁心与线材就要考虑考虑了。老企业可以用这样简单的办法去解决，只不过多花费一些时间罢了，一个新企业或规模不大的企业，遇到这些问题要用打样与试验的方法去解决，就耗时比较多了，有时候会损失商机。进入软件时代，软件的编写者如不能掌握这一问题，软件的用户将会大大减少。下面就温升的计算公式进行探讨，本文仅提出一个轮廓，供大家参考。 2 热阻法 热阻法基于温升与损耗成正比，不同磁心型号热阻不同，热阻法计算温升比较准确，因其本身由试验得来，磁心又是固定不变的，热阻数据由大型磁心生产厂商提供。有了厂家提供的热阻数据，简单、实用何乐而不为。高频变压器可采用这一方法。而铁心片供应商不能提供热阻这一类数据，因此低频变压器设计者很难采用。热阻法的具体计算公式如下: 式中， 温升ΔT（℃） 变压器热阻Rth（℃/w） 变压器铜损PW（w） 变压器铁损PC（w） 3 热容量法 源于早期的灌封变压器，由于开放式变压器的出现这种计算方法已被人遗忘，可以说是在考古中发现。这种计算方法的特点是把变压器看成是一个密封的元件，既无热的传导，也无热的辐射，更无热的对流，热量全部靠变压器的铁心、导线、
工频耐压时容升电压的估算 陈雄宾陈章山许金宝丁苏 （福建省第二电力建设公司，福州市350013） [摘要]在小型工频耐压试验装置中一般不配备高压测量装置，而是从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比来测量高压侧电压，无法直接在被试品上测量电压。对电容性被试品，由于容升电压的存在，这种测量方法不能反映被试品上的真实电压。通过对试验中容升现象影响因素的分析，采用了一个简单易行的方法来估算容升电压，从而确定被试品上真实电压。并通过实验验证了该方法。 [关键词]工频耐压容升电压漏抗被试品电压 在电气设备绝缘试验中常常要对被试品进行工频耐压试验。因为工频耐压试验时对被试品所施加的电压、波形、频率和被试品内部的电压分布，均符合实际运行情况，能有效地发现绝缘缺陷，是考核被试品绝缘水平的最直接、最有效的方法。交流耐压时，被试品一般属容性的，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在试验变压器的漏抗上会产生压降，使得被试品电压发生升高的现象，即高于试验变压器按变比换算的高压侧电压。这就是耐压试验中的“容升现象”。由于容升现象存在、使得从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比不能反映被试品上的真实电压，所以在实际工频耐压试验时，就要求直接在试品两端测量电压。但直接在被试品上测量电压，就需要高压测量装置，如分压器或PT 或静电电压表，但在小型工频耐压试验装置中一般不配备高压测量装置，而是从试验变压器低压侧测量的电压乘以试验变压器变比来测量高压侧电压，无法直接在被试品上测量电压。所以必须寻找一种简单方法来确定被试品上实际电压。本文探讨该方法。 1.估算容升电压的理论基础 工频耐压试验简化电路如图1所示，电路中R 是试验变压器绕组直流电阻，L 是试验变压器的漏电感，C 是被试品的电容，Us 为试验变压器高压绕组电势。这样电路就形成了一个RCL 串联回路，由于C 上的电压和X L 上的电压相位差180o 当X L >Xc 时，回路呈感性阻抗；X L ＝Xc 时，电路出现谐振现象；X L 目录 5.1 空载长线路的电容效应3 5.1.1 空载长线路的沿线电压分布3 5.1.2 并联电抗器的补偿作用5 5.2线路甩负荷引起的工频过电压7 5.3单相接地故障引起的工频过电压9 5.4自动电压调节器和调速器的影响12 5.5限制工频过电压的其他可能措施13 5.6工频过电压的EMTP仿真14 工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统部过电压,是暂时过电压的一种。 电力系统部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。 在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于0.1s(5个工频周波)至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。由于现代超、特高压电力系统的保护日趋完善，在超、特高压电网出现的暂时过电压持续时间很少超过数秒以上。 暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压，频率为工频或者接近工频的电压升高,称为工频过电压。工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，工频过电压的大小与系统结构、容量、参数及运行方式有关。一般而言，工频过电压的幅值不高，但持续时间较长，对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。但工频过电压在超（特）高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用，因为：①工频过电压的大小直接影响操作过电压的幅值；②工频过电压是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压保护水平；③工频过电压可能危及设备及系统的安全运行。 我国超高压电力系统的工频过电压水平规定为：线路断路器的变电站侧不大于 1.3. p.u（. p.u为电网最高运行相电压峰值）；线路断路器的线路侧不大于1.4. p.u以p.u。特高压工程工频过电压限值参考取值为：工频过电压限制在1.3.下，在个别情况下线路侧可短时(持续时间不大于0.3s)允许在1.4. p.u以下。 电力系统中由于出现串、并联谐振而产生的过电压称为谐振过电压。电力系统中的电感，包括线性电感、非线性电感(如高压电抗器和变压器的励磁电抗)和周期性变化的电感，当系统发生故障或操作时，这些电感可能与其串联或并联的电容(如线路电容和串、并联补偿电容)产生谐振从而分别引发线性谐振、铁磁谐振和参数谐振。目前，人们采取改变回路参数、破坏谐振条件、接入阻尼电阻 工频变压器的设计计算 赵一强2010-9-15 ，这个 U2）， 从上可知，变压器是通过铁芯的磁场来传递电功率的。借助于磁场实现了初级电路和次级电路的电隔离；又通过改变绕组匝比，来改变次级的输出电压。 二、变压器特性参数和设计要求 1、磁通密度B和电流密度J 磁通密度（又叫磁感应强度）B和电流密度J是变压器设计的关键参数，直接关系着变压器的体积和重量，B 、J值越高，变压器越轻，但是B 、J的取值受到一定条件的限制，因此，变压器的体积和重量也受到这些条件的限制。 4Gs 。 H的关系曲线，在 图3中，Bs —饱和磁感应强度； Bs —过压保护磁感应强度 Bm —最大磁感应强度（计算值） 导磁率： H B ΔΔ= μ 饱和磁通密度为Bs 和导磁率μ是曲线的两个重要参数。 对于磁性材料，要求Bs 、μ 越高越好。Bs 高，变压器体积可减小；μ高，变压器空载电流小。 另外，还要求电阻率ρ高，这样损耗小、发热小。 ⑵ 电流密度J 电流密度J : 电路单位截面积的电流量，单位 ：安/厘米2（A/cm 2）。 变压器绕组导线的电阻：q l R cu ρ= 电流导线中所产生的损耗（铜损）： l IJ R I P cu cu cu ρ2 == 可以看出，铜损与电流和电流密度的乘积成正比，就是说，随着电流增加，要保持同样的绕组损耗和温升，必须相应地降低电流密度。 2、铁心、导线和绝缘材料 ⑴ 铁心形状和材料 铁心形状：卷绕的有O 型、CD/XCD 型、ED/XED 型、R 型、HSD 型(三相)， 冲片的有EI 、CI 型；这是我们常用两种冲片。 铁心材料牌号：硅钢（含硅量在2.3~3.6%） 冷轧无取向硅钢带：含硅量低（在0.5~2.5%）；厚0.35、0.5、0.65mm,我们常用0.5mm ； B 高、μ高，铁损大，价格较低，多用于小功率工频变压器。 冷轧取向硅钢带：含硅量较高（在2.5~3%），厚0.27、0.3、0.35mm, 我们常用0.35mm ；B 高、μ高，铁损小，价格较高，多用于中大功率工频变压器。 ⑵ 线圈导线材料 油性漆包线Q 0.05~2.5 耐温等级 A 105℃ 塑醛漆包线QQ 0.06~2.5 耐温等级 E 120℃ 聚酯漆包线QZ 0.06~2.5 耐温等级 B 130℃ 耐压均在600V 以上。最常用的是QZ 漆包线。 线圈允许的平均温升⊿τm =线圈绝缘所允许的最高工作温度-最高环境温度-（5—10K ）, 通常不超过60℃。5—10K 是考虑线圈最高温度与平均温度之差，功率大取大值。 ⑶ 层间绝缘材料 500V 以下不需要层间绝缘。各绕组间应垫绝缘0.03 聚酯薄膜2~3层。 3、 电源变压器的主要技术参数 ⑴ 输出功率（视在功率、容量、V A 数） ⑵ 输出电压及电压调整率和要求 ⑶ 电源电压、频率及变化范围 ⑷ 效率 ⑸ 空载电流及空载损耗 ⑹ 绕组平均温升 ⑺ 输入功率因数 检测系统实习报告 题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名： 院（系）：专业： 指导教师：职称： 评阅人：职称： 年月 摘要 在实际中，有效值是应用最广泛的参数，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。有效值获得广泛应用的原因，一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。 本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示，达到了较好的性能指标。 关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736 TLC549 AT89S52 Abstract In practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance. Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549 AT89S52 变电站有哪些类型，都是什么样子的，其工频电磁场水平怎样？ 1.变电站类型 按照建筑形式和电气设备布置方式，分为户内、半户内、户外变电站。 2.户内变电站介绍 户内变电站主变、110kV配电装置均为户内布置。设备采用GIS（SF6气体绝缘全封闭组合电器）型式，GIS具有体积小、技术性能优良的特点。为了减少建筑面积和控制建筑高度，满足城市规划的要求，并与周边环境相协调，利于城市景观的美化，可以考虑采用GIS设备。 安慧110kV户内变电站实景图 户内变电站效果图 3.半户内变电站介绍 半户内变电站主变压器为户外布置，110kV配电装置为户内布置。半户内布置方式就是除主变压器以外的全部配电装置集中布置在一幢主厂房不同楼层的电气布置方式。该种布置方式结合了全户内布置变电所节约占地面积，与周围环境协调美观，设备运行条件好和户外布置变电所工程造价低廉的优点。 半户内变电站实景图 4.户外变电站介绍 户外变电站主变、110kV配电装置均为户外布置。设备占地面积较大。一般适合于建设在城市中心区以外的土地资源比较宽松的地方。 户外变电站实景图 户外变电站实景图 5.变电站工频电磁场的影响 各类型变电站对周边影响的范围都十分有限。因为不论何种类型的变电站，厂界处的工频电磁场水平已经很低。且工频电磁场有随距离增加而迅速衰减的规律，使得变电站对周边居民住宅处的工频电磁场水平趋于当地环境背景值。 高压架空输电线路和高压电缆有什么区别，工频电磁场水平如何? 目前采用的送电线路有两种，一种是最常见的架空线路，它一般使用无绝缘的裸导线，通过立于地面的杆塔作为支持物，将导线用绝缘子悬架于杆塔上;另一种是电力电缆线路，它采用特殊加工制造而成的电缆线，埋设于地下或敷设在电缆隧道中。 送电线路的输送容量及传送距离均与电压有关。线路电压越高输送距离越远。线路及系统的电压需根据其输送的距离和容量来确定。 1. 架空输电线路架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子等构成，架设在地面之上。 架空输电线路 导线由导电良好的金属制成，有足够粗的截面（以保持适当的通流密度）和较大曲率半径（以减小电晕放电）。超高压输电则多采用分裂导线。架空地线(又称避雷线）设置于输电导线的上方，用于保护线路免遭雷击。重要的输电线路通常用两根架空地线。绝缘子串由单个悬式（或棒式）绝缘子串接而成，需满足绝缘强度和机械强度的要求。每串绝缘子个数由输电电压等级决定。杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。架空线路架设及维修比较方便，成本也较低。架空输电线路在设计时要考虑它受到的气温变化、强风暴侵袭、雷闪、雨淋、结冰、洪水、湿雾等各种自然条件的影响。架空输电线路所经路径还要有足够的地面宽度和净空走廊。 输电线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，称为该线路的输送容量。输送容量大体与输电电压的平方成正比。因此，提高输电电压是实现大容量或远距离输电的主要技术手段，也是输电技术发展水平的主要标志。目前国内外（包括欧美发达国家）普遍采用架空线路做为输送电能的最主要方式。 2. 电力电缆线路 电力电缆一般由导线、绝缘层和保护层组成有单芯、双芯和三芯电缆。 地下电缆线路多用于架空线路架设困难的地区，如城市或特殊跨越地段的输电。目前采用电缆方式送电，主要是从城市景观和线路安全角度考虑。但电缆线路故障查找时间和维修时间非常长，给电网运行的可靠性和用户的正常用电带来严重的影响。所以在电网建设中，用电缆线路全部替代架空线路还是无法实现的 第5章工频过电压计算 目录 5.1 空载长线路的电容效应 (4) 5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 (4) 5.1.2 并联电抗器的补偿作用 (6) 5.2线路甩负荷引起的工频过电压 (9) 5.3单相接地故障引起的工频过电压 (11) 5.4自动电压调节器和调速器的影响 (15) 5.5限制工频过电压的其他可能措施 (15) 5.6工频过电压的EMTP仿真 (16) 第5章工频过电压计算 工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于电力系统内部过电压,是暂时过电压的一种。 电力系统内部过电压是指由于电力系统故障或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压分为暂时过电压和操作过电压两大类。 在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于0.1s(5个工频周波)至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压。由于现代超、特高压电力系统的保护日趋完善，在超、特高压电网出现的暂时过电压持续时间很少超过数秒以上。 暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。电力系统在正常或故障运行时可能出现幅值超过最大工作相电压，频率为工频或者接近工频的电压升高,称为工频过电压。工频过电压产生的原因包括空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、负荷突变等，工频过电压的大小与系统结构、容量、参数及运行方式有关。一般而言，工频过电压的幅值不高，但持续时间较长，对220kV电压等级以下、线路不太长的系统的正常绝缘的电气设备是没有危险的。但工频过电压在超（特）高压、远距离传输系统绝缘水平的确定却起着决定性的作用，因为：①工频过电压的大小直接影响操作过电压的幅值；②工频过电压是决定避雷器额定电压的重要依据，进而影响系统的过电压保护水平；③工频过电压可能危及设备及系统的安全运行。 我国超高压电力系统的工频过电压水平规定为：线路断路器的变电站侧不大于 1.3. p.u为电网最高运行相电压峰值）；线路断路器的线路侧不大于p.u（. 1.4. p.u以p.u。特高压工程工频过电压限值参考取值为：工频过电压限制在1.3.下，在个别情况下线路侧可短时(持续时间不大于0.3s)允许在1.4. p.u以下。 电力系统中由于出现串、并联谐振而产生的过电压称为谐振过电压。电力系统中的电感，包括线性电感、非线性电感(如高压电抗器和变压器的励磁电抗)和第5章工频过电压计算
工频变压器设计计算
基于单片机的工频电压(电流)表的设计
变电站类型其工频电磁场水平解读
第5章 工频过电压计算汇总
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