当电力系统进行操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。
当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。
电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。
一般架空单导线线路的波阻抗Z?500 Q,分裂导线波阻抗Z?300 Q
冲击电晕对导线耦合系数的影响
发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。
冲击电晕对波阻抗和波速的影响冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小
冲击电晕对波形的影响冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的a I倍。a I越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。（危及变压器绕组的首端匝间绝缘）
最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于 a U0 ,对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘）
有危害。
绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。过电压
波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有影响，在短波作用
下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位
梯度也比较低。
变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接
近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过
电压的幅值。
（1）补偿对地电容C0dx 的影响；（静电环）（2）增大纵向电容K0/dx （纠结式绕组）绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为Uab= d ab/v
侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，则作用在匝间的电压也愈大。为了限
制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡度。
雷电放电（先导放电、主放电、余光放电）
A .雷暴日（Td）/雷暴小时（Th）B。落雷密度丫
C ．雷电流1、雷电流幅值的概率分布2、雷电流波形3、雷电流陡度4、雷电流的极性
避雷针由接闪器、引下线和接地体三部分组成避雷线的接闪器为悬挂在空中的水平接地导体。
1.过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。
2.应具有良好的伏秒特性，与被保护
设备有合理的绝缘配合。 3.应有较强的绝缘强度自恢复能力。
阀式避雷器、排气式避雷器、氧化锌避雷器接地是指将电力系统或建筑物内的电气设备的某一部分与大地相连接，与大地保持等电位。接地是由接地装置实现的。
接地装置包括接地体与接地线，接地体是埋设于大地并直接与大地土壤接触的金属导体，其作用是减小接地电阻，接地线是连接被接地物与接地体的金属导线。
1）工作接地电力系统正常运行的需要而设置的接地。例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设备的绝缘水平，并有利于实现继电保护。工作接地要求的接地电阻一般为0.5~5 Q o
2）保护接地为了人身安全，而将电气设备的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等加以接地。这样可以保证金属外壳处于地电位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时，不致有危险的电压升高对人身安全造成威胁。同时也要将接触电势和跨步电势限制在安全范围。高压设备接地保护要求的接地电阻为1~10Qo 3）防雷接地针对防雷保护的需要而设置的接地，比如杆塔的接地、高层建筑物的接地、避雷
装置的接地等，目的是将雷电流安全地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。
架空输电线路杆塔的接地电阻一般不超过10~30 Q,避雷器的接地电阻一般不超过5Qo 发电厂和变电站的接地同时起到工作接地、安全接地和防雷接地的作用。发电厂变电
站的接地体主要采用由扁钢水平敷设组成的地网，以将变电站内的设备与接地体相连，同时使站内的地表电位分布均匀，其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同。
雷击线路可能引起两种破坏：短路接地故障，引起线路跳闸停电事故；雷击线路形成的雷电过
电压波（侵入波），沿线路传播侵入变电所，危害变电站电气设备的安全运行。
输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。
感应过电压的静电分量：由于先导通道中电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压。感应过电压的电磁分量：由于主放电通道中雷电流所产生的磁场变化而引起的感应电压。由于主放电通道与导线几乎互相垂直，电磁感应较弱，因此电磁分量不大，约为静电分量的1/5。感应雷过电压的极性与雷电流极性相反，并且感应雷过电压的静电分量和电磁分量都是由同一主放电过程产生的电磁场突变引起的，感应雷过电压中静电分量起主导作用。
反击：作用于绝缘子串上的电压超过其50%冲击放电电压，绝缘子串会发生杆塔对导线放电导致的闪络。绕击：雷绕过避雷线而击于导线
输电线路的防雷措施：架设避雷线（防止雷直击导线；分流；使杆塔电位下降；耦合作用，降低绝缘子串上的过电压；屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。）降低杆塔接地电阻架设耦
合地线（分流；耦合）采用不平衡绝缘方式装设自动重合闸加强线路绝缘安装线路避雷器加装塔顶拉线架设旁路架空地线
变电站侵入波的防护，采取的主要措施是采用避雷器。不论被保护设备位于避雷器前或避雷器后，只要设备离避雷器有一段距离，则设备上所受冲击电压的最大值必然高于避雷器的残压，其差值为△
U=2al/v
当侵入波的陡度一定时，避雷器与被保护设备之间的电气距离越大，设备上的电压高出避雷器的残压也就越多。因此，要使避雷器起到良好的保护作用，它与被保护设备之间的电气距离就不能超过一定的值（最大电气距离lmax ）。
进线段：指靠近变电站长度为1~2km 的一段架有避雷线的线路。进线段保护是指在进线段上加强防雷保护措施。对于35~110kV 全线无避雷线的线路，进线段必须架设避雷线，避雷线对导线的保护角不大于20o；对于110kV及以上全线架设避雷线的线路，在进线段内应使保护角减小，并使进线段线路有较高的耐雷水平。作用：减少直击雷形成侵入波的概率；削弱侵入波的陡度，降低侵入波的幅值；限制流入避雷器的雷电流。
旋转电机与输电线路的连接形式：（ 1 ）非直配电机：经过变压器后再与架空线相连接的电机；
（2）直配电机：直接与架空线相连（包括经过电缆线、电抗器等元件与架空线相连）的电机。
电机防雷的特点（1）在同一电压等级的电气设备中，旋转电机的冲击绝缘强度最低。（2）发电机只靠避雷器保护是不够的，还必须与电容器、电抗器和电缆段等配合起来进行保护。（3）电机匝间绝缘要求严格限制侵入波的陡度。
直配电机的防雷保护：在发电机出线母线上安装一组避雷器；在发电机母线上装设一组并联电容器C；在发电机和架空线间接入一段电缆并在电缆首端加装管式避雷器；当发电机中性点有引出线时，在中性点加装一只避雷器；在电缆首端前方70m 加装管式避雷器以发挥电缆段的作用；60MW 以上的发电机不能与架空线直接连接，不能以直配电机的方式运行。非直配电机的防雷保护：经变压器升压送电的非直配电机在防雷上比直配电机可靠。经变压器送电的发电机可能受到的雷电过电压是经由变压器绕组传递而来的过电压。经变压器送电的特别重要的发电机，在其出线上宜装设一组氧化锌避雷器，以保证安全。在多雷区，也需要在发电机出线的母线上装设并联电容器，并在中性点安装避雷器，以保证重要发电机的安全。
在电力系统内部，由于断路器的操作或发生故障，使系统参数发生变化，引起电网电磁能量的
转化或传递，在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。
暂时过电压包括工频电压升高及谐振过电压；持续时间比操作过电压长。
操作过电压即电磁暂态过程中的过电压；一般持续时间在O.ls （五个工频周波）以内的过电压
称为操作过电压。
电感与电容上压降反相，且线路的容抗远大于感抗，使U2 >U1，造成线路末端的电压高于首端
的电压。线路末端接有并联电抗器时，线路末端电压U2将随电抗器的容量增大（XL减小）而
下降。并联电抗器的电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了电容效应。
电源漏抗的存在犹如增加了线路长度，加剧了空载长线路末端的电压升高。
在单电源供电系统中，应以最小运行方式的XS为依据，估算最严重的工频电压升高。
对于两端供电的长线路系统，进行断路器操作时，应遵循一定的操作程序：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，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。这样操作能降低电容效应引起的工频电压升高。
在超高压输电系统中，常用并联电抗器限制工频电压升高。并联电抗器可以接在长线路
的末端，也可接在线路的首端和输电线的中部。线路上接有并联电抗器后，沿线电压分
布将随电抗器的位置不同而各异。
并联电抗器的作用不仅是限制工频电压升高，还涉及系统稳定、无功平衡、潜供电流、调相调
压、自励磁及非全相状态下的谐振等方面。
当系统发生单相或两相不对称对地短路故障时，短路引起的零序电流会使健全相上出现工频电
压升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值，若同时发生健全相的避雷器动作，则要求避雷器能在较高的工频电压作用下熄灭工频续流。
a:接地系数，说明单相接地故障时，健全相的对地最高工频电压有效值与故障前故障相对地电压有效值之比。
中性点绝缘的系统：X0主要由线路容抗决定，为负值。单相接地时，健全相电压升高约为线
电压的1.1倍（K= -20 ）。选择避雷器灭弧电压时，取110%的线电压（110%避雷器）。中性点经消弧线圈接地系统：在过补偿状态运行时，X0为很大的正值；欠补偿运行时，X0为很
大的负值。单相接地时健全相电压接近线电压。选择避雷器灭弧电压时，取100%的线电压（100% 避雷器）。对中性点直接接地的110 ~ 220kV系统:X0为不大的正值，一般X0/X1 < 3,健全相上电压升高不大于 1.4倍相电压，约为80%的线电压（80%避雷器）。
当甩负荷后，发电机中通过激磁绕组的磁通来不及变化，与其相应的电源电势E' d不变。原来负荷的电感电流对主磁通的去磁效应突然消失，而空载线路的电容电流对主磁通起助磁作用，使E'd上升。因此加剧了工频电压的升高。其次，从机械过程来看，发电机突然甩掉一部分有功负荷，而原动机的调速器有一定惯性，在短时间内输入给原动机的功率来不及减少，主轴上有多余功率，这将使发电机转速增加。转速增加时，电源频率上升，不但发电机的电势随转速的增加而增加，而且加剧了线路的电容效应。
线路的电容电流流过电源感抗也会造成电压升，同样会增加电容效应，犹如增加了导线的长度一样。显然，电源容量越小，电容效应越严重。在线路末端接入电抗器，相当于减小了线路
长度，因而降低了电压传递系数，可以降低线路的末端电压。电抗器可以安装在线路的末端、首端、中间，其补偿度及安装位置的选择，必须综合考虑实际系统的结构、参数、可能出现的运行方式及故障形式等因素，然后确定合理的方案。
电力系统包含有许多电感和电容元件L ：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等;
C ：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、高压设备的杂散电容、均压电容等。
当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件形成各种振荡回路，在一定条件下，可以
产生串联谐振现象，导致系统中某部分或某元件上出现严重的谐振过电压。谐振过电压持续时间比操作过电压长得多，甚至可稳定存在，直到破坏谐振条件为止。但在某些情况，谐振发生一段时间后会自动消失，不能自保持。谐振过电压的危害性既决定于其幅值大小，也决定于持续时间长短。谐振过电压将危及电气设备绝缘，也可能因谐振持续的过电流烧毁小容量电感元件设备（如电压互感
器）。
电感元件是线性的；完全满足线性谐振的机会极少，但是，即使在接近谐振条件下，也会产生很高的过电压。线性谐振条件是等值回路中的自振频率等于或接近电源频率。其过电压幅值只受回路中损耗（电阻）的限制。
电感参数在某种情况下发生周期性的变化；参数谐振所需能量来源于改变参数的原动机，不需单独电源，一般只要有一定剩磁或电容的残余电荷，参数处在一定范围内，就可以使谐振得到发展。电感的饱和会使回路自动偏离谐振条件，使过电压得以限制。
电路中的电感元件因带有铁芯，会产生饱和现象，这种含有非线性电感元件的电路，在满足一定条件时，会发生铁磁谐振。电力系统中发生铁磁谐振的机会是相当多的。国内外运行经验表明，它是电力系统某些严重事故的直接原因。
在中性点不接地的配电网中, 消弧线圈的主要作用是补偿系统单相接地故障的短路电流。
利用消弧线圈灭弧后，故障相恢复电压的自由振荡的角频率与系统电源的角频率相接近，恢复电压将以拍频的规律缓慢上升，从而可以保证电弧不再发生重燃和最终趋于熄灭，使系统恢复正常运行。
系统装设消弧线圈后，熄弧后故障点的恢复电压为u h（t） U A（cos t e t cos 0t）
消弧线圈的功能有：补偿系统单相接地电容电流、延缓恢复电压的上升速度促使电弧自熄。
从减小残流、熄灭接地电弧来说，消弧线圈的脱谐度越小越好。实际系统中消弧线圈又不宜运行在全补偿状态，因为系统正常运行时，电网三相对地电容不对称，可能在系统中性点上出现较大的位移电压。当系统接入消弧线圈后，恰好形成零序谐振回路，在系统位移电压的作用下将发生线性谐振现象。在超高压电网中，为抑制空载长线路的重合闸过电压，一般采用单相自动重合闸，即电网中单相断路器操作是一种正常的不对称操作，而且超高压电网并联电抗器的补偿度TK 通常在60% 以上。系统发生不对称操作情况时，会使健全相对断开相的相间电容与断开相的对地电抗器形成串联谐振回路，由于电抗器的线性度很高，这种电感、电容效应将会产生较高的工频过电压，使得故障开断相的工频接地电弧（潜供电流）不能熄灭，自动重合闸也就归于失败。
在电力系统中，当发生不对称接地故障或断路器的不同期操作时，将会出现零序电压和零序电流，通过静电和电磁耦合，会在相邻的低压平行线路中感应出传递过电压；当变压器的高压绕组侧出现零序电压时，会通过绕组间的杂散电容传递至低压侧，危及低压绕组绝缘或接在低压绕组侧的电气设备。在变压器的不同绕组之间亦会发生电压的传递现象。如果传递的方向是从高压侧到低压侧，那就可能危及低压侧的电气设备绝缘的安全。若与接在电源中性点的消弧线圈或电压互感器等铁磁元件组成谐振回路，还可能产生线性谐振或铁磁谐振的传递过电压。抑制传递过电压的措施：避免出现系统中性点位移电压，如尽量使断路器三相同期操作；装设消弧线圈后，应当保持一定的脱谐度，避免出现谐振条件；在低压绕组侧不装消弧线圈的情况下，可在低压侧加装三相对地电容，以增大3C0 。
产生串联铁磁谐振的必要条件是：电感和电容的伏安特性曲线必需相交
在相同的电源电势作用下，回路有两种不同性质的稳定工作状态。在外界激发下，电路可能从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，相应回路从感性变成容性，发生相位反倾现象，同时产生过电压与过电流。
非线性电感的铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因，但铁磁元件饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外，回路损耗也是阻尼和限制铁磁谐振过电压的有效措施。
基波铁磁谐振、高次谐波谐振、分频谐振非全相运行时的谐振电路，在一定的参数配合和激发
条件下，可能会产生基频、高频或分频谐振。当发生基频谐振时，会出现三相对地电压不平衡，如两相电压升高、一相电压降低，或三相电压同时升高的现象。在负载变压器侧可能发生负序电压占主要成分的情况，引起系统相序反倾，造成小容量电机反转的现象。
为防止断线过电压，限制措施：保证断路器的三相同期动作，不采用熔断器设备；加强线路的巡视和检修，预防发生断线；若断路器操作后有异常现象，可立即复原，并进行检查；不要把空载变压器常期接在系统中；在中性点接地的电网中，合闸中性点不接地的变压器时，先将变压器中性点临时接地。这样做可使变压器未合闸相的电位被三角形联接的低压绕组感应出来的恒定电压所固定，不会引起谐振。
正常运行时，电压互感器的励磁阻抗很大，所以每相对地阻抗（L 和C0 并联后）呈容性，三相基本平衡，系统中性点0 的位移电压很小。但当系统中出现某些扰动，使电压互感器三相电感饱和程度不同时，系统中性点就有可能出现较高的位移电压，激发起谐振过电压。使电压互感器产生严重饱和的情况有：电源突然合闸到母线上，使接在母线上的电压互感器某一相或两相绕组出现较大的励磁涌流，而导致电压互感器饱和；由于雷击或其它原因使线路发生瞬间单相电弧接地，使系统产生直流分量，而故障相接地消失时，该直流分量通过电压互感器释放，而引起电压互感器饱和；传递过电压，例如高压绕组侧发生单相接地或不同期合闸，低压侧有传递过电压使电压互感器产生饱和。
参数谐振过电压特点：参数谐振所需要的能量由改变参数的原动机供给，不需要单独的电源，一般只要有一定的剩磁或电容中具有很小的残余电荷，就可以使谐振得到发展。由于回路中有损耗，所以参数变化所引入的能量必须足以补偿损耗能量，才能保证谐振的发展。对一定的回路电阻R,存在一定的谐振范围。谐振发生以后，由于电感的饱和，使回路自动偏离谐振条件，使自励磁过电压不能继续增大。
抑制参数谐振过电压措施有：利用快速自动励磁调节装置消除同步自励磁；在超高压电网中投入并联电抗器，补偿线路电容，使得等值容抗大于和，从而消除谐振；临时投入串联电阻。
操作过电压切：L （空变、L、电动机） C （空线、电容器组）解列合：空线
35kV及以下中性点不接地系统发生单相弧光接地时，不大的电容电流流经接地点，产生时燃时灭的电弧相当于开关的反复操作。弧光接地过电压操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压。
操作过电压幅值与系统额定电压有关
限制操作过电压措施：带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
间歇性电弧接地过电压产生机理：当中性点不接地系统中发生单相接地时，经过故障点将流过
数值不大的接地电容电流。随着电网的发展和电压等级的提高，单相接地电容电流随之增加，
一般6 ~ IOkV电网的接地电流超过30A ,35 ~ 60kV电网的接地电流超过10A时电弧便难以熄灭。但这个电流还不至于大到形成稳定燃烧电弧，因此可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态，引起电网运行状态的瞬时变化，导致电磁能量的强烈振荡，并在健全相和故障相上产生过电压，
过电压产生原因：当发生间歇性电弧接地时，健全相对地电压的起始值与稳态值不同，电容
与电源电感产生振荡引起过电压。每隔半个工频周期依次发生熄弧和重燃，健全相的最大过电压为
3.5p.u.，故障相的最大过电压为 2.0 p.u.。
限制措施：消除间歇性电弧110kV及以上电网大都采用中性点直接接地的运行方式（单相短路电流，断路器跳闸切除故障）35kV及以下电压等级的配电网采用中性点经消弧线圈接地的
运行方式（补偿电容电流）
消弧线圈的基本作用：① 补偿流过故障点的短路电流，使电弧能自行熄灭，系统自行恢复到正
常工作状态。② 降低故障相上的恢复电压上升的速度，减小电弧重燃的可能性。
空载变压器分闸过电压产生原因：由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量。
影响因素：（1）断路器的性能切除空载变压器引起的过电压与截流数值成正比，断路器截断电流的能力愈大，过电压UCmax就越高。（2）变压器的参数变压器L愈大，C愈小，则过电压愈高。当电感中的磁场能量不变，电容C愈小时，过电压也愈高。（3）变压器的相数、线组
接线方式、铁芯结构、中性点接地方式、断路器的断口电容，以及与变压器相连的电缆线段、架空线段等，都会对切除空载压器过电压产生影响。
限制措施：切断空载变压器过电压的特点是：幅值高、频率高，但持续时间短、能量小。只要在变压器任一侧装上普通阀式避雷器就可以有效限制这种过电压。计算表明：普通阀型避雷在雷电过电压下动作后所吸收的能量，要比变压器线圈中贮藏的能量大一个数量级。实际运行中也未发现因切空载变压器而引起避雷器损坏的情况。由于这种避雷器安装的目的是用来限制切除空载变压器过电压的，所以在非雷雨季节也不应退出运行。
空载线路分闸过电压若使用的断路器的灭弧能力不够强，以致电弧在触头间重燃时，切除空
载线路的过电压事故就比较多，因此，电弧重燃是产生这种过电压的根本原因。
影响因素：（1）断路器的性能随着断路器制造质量的提高，断路器已能做到基本上不重燃，使得这类过电压降到了次要的位置。2）中性点接地方式中性点非直接接地电网中，三相断路器
分闸不同期会构成瞬间的不对称电路，使中性点产生位移，相间的耦合，使过电压增高。（3）损耗电晕要消耗能量，电源及线路损耗使过电压降低。（4）其它若母线上有很多出线时，过电
电力系统过电压 一、单选： 1、外部过电压通常指（C）过电压。P216 A、操作 B、感应 C、雷电 D、直接 2、部过电压是在电力系统部（D）的传递或转化过程中引起的过电压。P216 A、电压 B、频率 C、波形 D、能量 3、在两块异号电荷的雷云之间，当（D）达到一定值时，便发生云层之间放电。P216 A、电流 B、电压 C、距离 D、电场强度
4、雷电直接击中建筑物或其他物体，对其放电，强大的雷电流通过这些物体入地，产生破坏性很大的（C）。P216 A、热效应和电效应 B、电效应和机械效应 C、热效应和机械效应 D、热效应和电磁效应 5、雷电放电时，强大的雷电流由于（A）会使周围的物体产生危险的过电压，造成设备损坏、人畜伤亡。雷电的这种破坏形式称为感应雷。P216 A、静电感应和电磁感应 B、静电 感应和电压感应 C、静电感应和电流效应 D、电压感应和电流效应 6、雷电直接击中建筑物或其他物体，造
成建筑物、电气设备及其他被击中的物体损坏，雷电的这种破坏形式称为（A）。P216 A、直击雷 B、感应雷 C、雷电波侵入 D、雷电的折射与反射 7、防雷设施及接地装置是（D）。P217 A、将导线与杆塔绝缘 B、将导线与与连接 C、将电流引入 D、将雷电流引入 8、在防雷装置中用以接受雷云放电的（B）称为接闪器。P217 A、引下线 B、金属导体 C、接地体 D、绝缘材料 9、单支避雷针的高度为h，其地面保护
半径是（B）。P218 A、1.8h B、1.5h C、2.0h D、1.0h 10、单支避雷针的保护围是一个（C）。P218 A、带状空间 B、圆柱空间 C、近似锥形空间 D、近似圆台空间 11、下列避雷针高度为h，其影响系数描述正确的是（A）。P218 A、h＜30m时P＝1 B、h＞30m 时P＝1 C、h＜30m时P＝5.5／h D、以上都可以 12、为防止直接雷击架空线路，一般多采用（B）。P219
课程设计 设计题目:电力系统过电压与接地装置 班级：电气化铁道技术1132 姓名：刘浩 学号：201108023211 指导教师：赵永君 二〇一三年六月十九日 摘要 本课程设计中和运用高电压技术、电力系统过电压、接地技术等知识，采用理论与实践相结合的方法，研究电力系统各种过电压防护措施研究接地装置的测量方法和降阻方式，设计电力系统的接地装置等。 关键词:内部过电压雷电过电压接地保护 前言 电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。研究各种过电压的起因，预测其幅值，
并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。 为了保护电力系统、用电设备和人员的安全，往往采用接地的方式来保证设备和人员的安全。本课程设计根据《高电压技术》简单的对电力系统的过电压与接地装置进行研究。 电力系统过电压与接地装置 一、电力系统过电压 在电力系统中，由于雷电、电磁能量的转换会使系统电压产生瞬间升高，其值可能大大超过电气设备的最高工频运行电压。其对电力系统的危害是很大的。电力系统过电压主要分以下几种类型:雷电过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。 1内部过电压 1.1工频过电压 系统中在操作或接地故障时发生的频率等于工频(50Hz)或接近工频的高于系统最高工作电压的过电压。特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用当系统操作、接地跳闸后的数百毫秒之内，由于发电机中磁链不可能突变，发电机自动电压调节器的惯性作用，使发电机电动势保持不变，这段时间内的工频过电压称为暂时工频过电压。随着时间的增加，发电机自动电压调节器产生作用，使发电机电动势有所下降并趋于稳定，这时的工频过电压称为稳态工频过电压。
1、试分析雷击杆塔时影响耐雷水平的各种因素的作用，工程实际中往往采用哪些措施 来提高耐雷水平 2、输电线路有哪些防雷措施？试分析各种防雷措施的作用。 3、什么是彼德逊法则？其适用范围如何 4、电弧接地过电压产生的原因是什么,影响电弧接地过电压的因素有哪些,如何消除 电弧接地过电压? 评价消弧线圈限制电弧接地过电压的作用 5、变电站入侵雷电波防护设计的原则是什么？对于接线复杂的变电所该如何处理避 雷器的安装位置？阀型避雷器与被保护设备间的电气距离对其保护作用有何影响？ 6、断路器的并联电阻为什么可以限制空载分、合闸过电压？它们对并联电阻值的要求 有何区别？ 7、什么是电力系统的绝缘配合? 绝缘配合的方法有哪几种? 8、说明直配电机防雷保护的基本措施及其原理。（P175） 9、断路器的并联电阻为什么可以限制空载分、合闸过电压？它们对并联电阻值的要求 有何区别？ 10、试分析中性点运行方式对绝缘水平的影响？ 11、试求线路、电感、电容的贝瑞隆等值电路，并描述用贝瑞隆法计算电力系统过 电压的具体步骤。（P225） 12、试分析冲击电晕对线路波过程的影响。 由于电晕要消耗能量，消耗能量的大小又与电压的瞬时值有关，故将使行波发生衰减的同时伴随有波形的畸变。 冲击电晕对雷电波波形影响的原因： 雷电冲击波的幅值很高，在导线上将产生强烈的冲击电晕。研究表明，形成冲击电晕所需的时间非常短，大约在正冲击时只需0.05，在负冲击时只需0.01；而且与电压陡度的关系非常小。由此可以认为，在不是非常陡峭的波头范围内，冲击电晕的发展主要只与电压的瞬时值有关。但是不同的极性对冲击电晕的发展有显著的影响。当产生正极性冲击电晕时，电子在电场作用下迅速移向导线，正空间电荷加强距离导线较远处的电场强度，有利于电晕的进一步发展；电晕外观是从导线向外引出数量较多较长的细丝。当产生负极性电晕时，正空间电荷的移动不大，它的存在减弱了距导线较远处的电场强度．使电晕不易发展；电晕外观上是较为完整的光圈。由于负极性电晕发展较弱，而雷电大部分是负极性的，所以在过电压计算中常以负极性电晕作为计算的依据。 13、试说明在何种情况下，保护变电所的避雷针可装设在变电所构架上，何种情况
当电力系统进行操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。 当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。 电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。 一般架空单导线线路的波阻抗Z?500 Q,分裂导线波阻抗Z?300 Q 冲击电晕对导线耦合系数的影响 发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。 冲击电晕对波阻抗和波速的影响冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小 冲击电晕对波形的影响冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性，有利于变电所的防雷保护。最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的a I倍。a l越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。（危及变压器绕组的首端匝间绝缘） 最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于 a U0,对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘） 有危害。 绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。过电压 波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有影响，在短波作用 下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位 梯度也比较低。 变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能地接 近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过 电压的幅值。 （1）补偿对地电容C0dx 的影响；（静电环）（2）增大纵向电容K0/dx （纠结式绕组）绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为Uab= alab/v 侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，则作用在匝间的电压也愈大。为了限 制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡度。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b315277315.html, 暂时过电压对SPD后备保护的影响 作者：李晓婷 来源：《价值工程》2014年第06期 摘要：施加给电气装置的电压如超过电气装置的标准电压，称作过电压。低压电气装置 可能出现各种过电压，例如由于电网和电气装置运行条件的变化引起工频电源电压变化而出现缓慢而持续的线间过电压。本文分析了低压系统暂时过电压形成原因，并给出了不同供电制式下的最大暂时过电压值。探讨了暂时过电压对SPD的影响及SPD后备保护需要注意的问题。 Abstract： If the applied voltage of an electrical device is higher than its standard voltage， it is called overvoltage. Low voltage electrical device may appear all sorts of overvoltage. For example，the condition changes of power grid and electrical equipment can cause power frequency voltage change and lead to the slow and steady line-to-line overvoltage. The low voltage system temporary overvoltage formation reasons are analyzed in this paper and the maximum temporary overvoltage value under different power supply system is given. The influence of temporary overvoltage on SPD is discussed and the problems needing attention in SPD backup protection are also discussed. 关键词：暂时过电压；浪涌保护器；后备保护装置 Key words： temporary overvoltage；surge protector；backup protection device 中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0027-02 0 引言 在电力系统中，因雷击、操作和故障等原因造成的瞬态过电压是不可避免的。如在雷击时，雷电在低压电气装置中引起的持续时间以微秒计的瞬态冲击对地过电压，其持续时间虽然极短，但幅值和波形陡度却极大，可能引起电气装置中电气设备和电子设备的绝缘击穿，导致设备损坏，或工作受干扰，有时可引发火灾、人身电击、大面积停电等严重事故，为了保护低压电气设备免遭瞬态过电压的侵害，浪涌保护器（Surge Protection Device）在电力系统、工业民用建筑、石油石化、铁路等各个行业发挥着举足轻重的作用。随着SPD的大规模应用，SPD 后备保护的选择对于避免SPD起火和防雷失效事故起着极为重要的作用。 1 电力系统中低压暂时过电压形成原因分析 在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部暂时过电压。高压系统接地故障和低压系统内部故障都可能在低压系统中产生暂时过电压。
电力系统过电压 一、单选题 1.一般地，电力系统的运行电压在正常情况下不会超过（B）。P215 A、额定线电压 B、允许最高工作电压 C、绝缘水平 D、额定相电压 2.电力系统过电压分成两大类（D）。P216 A、外部过电压和短路过电压 B、外部过电压和大气过电压 C、操作过电压和短路过电压 D、雷电过电压和内部过电压 3.外部过电压，与气象条件有关，又称为（B）。p216 A、气象过电压 B、大气过电压 C、污秽过电压 D、条件过电压 4.电力系统过电压分成两大类（B）。P216 A、外部过电压和短路过电压 B、内部过电压和大气过电压 C、操作过电压和短路过电压 D、雷电过电压和大气过电压 5.云中的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷，而且小水滴带（B）。P216 A、正电 B、负电 C、静电 D、感应电 6.在两块异号电荷的雷云之间，当（D）达到一定值时，便发生云层之间放电。P216 A、电流 B、电压 C、距离 D、电场强度 7.雷电直接击中建筑物或其他物体，造成建筑物、电气设备及其他被击中的物体损坏，雷电的这种破坏形式称为（A）。 p216 A、直击雷 B、感应雷 C、雷电波侵入 D、雷电的折射与反射 8.雷电放电时，强大的雷电流由于静电感应和电磁感应会使周围的物体产生危险的过电压，造成设备损坏、人畜伤 亡。雷电的这种破坏形式称为（B）。P217 A、直击雷 B、感应雷 C、雷电波侵入 D、雷电的折射与反射 9.防雷设施及接地装置是（D）。P217 A、将导线与杆塔绝缘 B、将导线与与大地连接 C、将电流引入大地 D、将雷电流引入大地 10.安装在烟囱顶上的避雷针直径不应小于下列数值（D）。p217 A、10mm B、12mm C、16mm D、20mm 11.下列避雷针高度为h，其影响系数描述正确的是（A）。P218 A、h＜30m时P＝1 B、h＞30m时P＝1 C、h＜30m时P＝5.5／h D、以上都可以 12.为防止直接雷击架空线路，一般多采用（B）。P219 A、避雷针 B、避雷线 C、避雷器 D、消雷器 13.避雷线一般用截面不小于（D）镀锌钢绞线。P219 A、25mm2 B、50mm2 C、75mm2 D、35mm2 14.下列关于避雷线保护角描述正确的是（D）。P219? A、保护角越小，越容易出现绕击 B、山区的线路保护角可以适当放大 C、保护角大小与线路是否遭受雷击无关 D、多雷区的线路保护角适当缩小 15.电气设备附近遭受雷击，在设备的导体上感应出大量与雷云极性相反的束缚电荷，形成过电压，称为（B）。老书 P168 A、直接雷击过电压 B、感应雷过电压 C、雷电反击过电压 D、短路过电压 16.与FZ型避雷器残压相比，FS型避雷器具有（D）特点。老书P181 A、残压低 B、体积小 C、有均压电阻 D、残压高 17.阀型避雷器阀电阻片具有（A）特性。P221
新疆大学 课程设计报告 所属院系：科学技术学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础上 设计题目：过电压保护电路设计 班级：电气14-1 学生姓名：庞浩 学生学号：20142450007 指导老师:常翠宁 完成日期：2016.6.30
课程设计题目： 课程设计是将理论知识应用到实践中的过程，是理论和实践的结合。此外，电子技术综 合课程设计是将我们所学的《模拟电子技术基础》和《电路》的综合应用，欲通过此次课程设计将我们所学的理论知识运用到生活实践之中去，一致更好的学习理论知识。我们此次的设计任务是“电网电压异常报警器过电压保护电路设计”，主要是针对我们学习模拟电子技术与之前所学的物理、电路基础综合起来，进行综合，以设计培养我们独立分析、思考与解决实际问题的能力。以及如何学以致用，将所学的课程运用到实践生活中。 通过此次的课程设计，我们应该达到以下的基本要求： 1．能够在理论知识的基础上进一步熟悉常用电子器件得的类型和特性，合理地进行选择和运用。 2．能够独立地对课题进行分析，运用所学的理论知识，通过翻阅资料，设计出最优方案。 3．学会电子电路的安装与调试技能，培养我们分析与解决问题的能力。 指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名：2016年6月30日
电网电压异常报警器 过电压保护电路设计（Over Voltage Protection） 一、总体方案的选择 经过小组成员的分析与讨论，得出过电压保护电路设计的框图如下： 1．双向二极管限幅电路 运用二极管的单向导通性，可以对输入电压进行限幅。电路图如1-1所示，限幅后的波形图如图1-2所示。 图1-1二极管双向限幅仿真电路图
能源建设 电力系统内部过电压分析 441022 湖北襄阳城郊供电公司(湖北襄阳) 朱国军 【摘 要】电力系统的工作可靠性是和过电压的大小密切相关的。过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保护设备损坏的电压升高。内部过电压分为两大类，因操作和故障引起的瞬间电压升高，称为稳态过电压；而在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高和谐振现象称为暂态过电压。内部过电压的能量来源于电网本身，并在额定电压的基础上产生，故其幅值大体与额定电压的大小成正比，并且具有统计性质。 【关键词】内部过电压;操作过电压;暂时过电压 1、稳态过电压分为工频过电压和谐振过电压 1.1工频过电压 操作过电压是在工频过电压Ug的基础上振荡产生的，Ug越高，操作过电压的幅值越高。其次，避雷器的额定电压决定于连接点的工频过电压，后者越高，则避雷器的额定电压和相应的残压也越高。由此可知，工频过电压间接地决定了电网的操作和雷电冲击绝缘水平。 常见的几种重要的工频过电压有：空载线路电容效应引用的电压升高；不对称短路时正常相上的工频电压升高；甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高等。 1）空载长线路中的电容效应电容效应是指在电感、电容的串联回路中，当容抗大于感抗时，在电源电动势E的作用下，容性电流在感抗上的压降把容抗压降抬高的一种现象。 2）不对称接地引起的工频过电压当线路中发生不对称接地时，通过相见的电磁耦合，可能使健全相的工频电压有所升高。统计表明，单相接地是主要的故障形式，所引起的电压升高一般最为严重，乃是选择避雷器额定电压的主要依据。 1.2谐振过电压 电力系统中存在着许多电感和电容元件，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路电感等均可作为电感元件，而线路导线对地和相间电容、补偿用的并联和串联电容器组、高压设备的杂散电容均可作为电容器。当系统进行操作或发生故障时，这些电感、电容元件可形成各种振荡回路，在一定的能源作用下，会产生串联谐振现象，导致系统中某些部分(或元件)出现严重的谐振过电压。谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多.甚至可稳定存在，直到破坏谐振条件为止。谐振过电压幅值可能很大，理论上可以达到无穷，实际数值小于3倍。 1）线性谐振 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，其铁芯中有气隙)和系统中的电容元件所组成.在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。 消弧线圈产生的线性谐振：类似于间歇性接地，接有消弧线圈的系统，只要让消弧线圈工作于脱谐度不大的状态，即可使补偿网络对地容抗大于感抗，当故障时如断路器非全相动作、线路发生单相或两相断线时，容抗更大，不满足谐振条件，不会发生严重的过电压。 2）铁磁谐振过电压线性谐振的参数条件 ，铁磁谐振 ，对于一定的 值(Lo为铁芯线圈的初始电感)，在很大的C值范围内(即 都有可能产生谐振)都可能产生谐振。有可能是工频的谐振，也有可能是高频谐波和分频谐波，如2、3、5次等高频谐波或1/2、1/3、1/5次等分频谐波。 在电力系统中，因导线的折断、断路器非全相动作等严重的运行状态出现的铁磁谐振过电压，都属于断线谐振过电压。现象：系统中心点位移、负载变压器相序可能反转、绕组电流急剧增加、铁芯有响声、导线有电晕声，多会发生传递过电压。非全相运行时，可能组成多种多样的串联谐振回路，这些回路中的电感是空载或轻载运行的负载变压器的励磁电感以及消弧线圈的电感等。电容是导线对地和相间的部分电容，电感线圈对地杂散电容等。在一定的参数配合激发条件下，可能会产生基频、分频或高频谐振。基频谐振时，会出现三相对地电压不平衡，例如一相升高、两相降低；或两相升高、一相降低；或三相同时升高的现象。在负载变压器侧会使三相绕组电压的负序分量占主要的成分，造成相序反倾。实践证明，有可能产生2、3、5次高频谐波。 谐振过电压幅值可能很大，理论上可以达到无穷。分频谐振由于频率为工频的一半，互感器的励磁阻抗下降了一半，使铁芯元件的励磁电流大大增加，互感器严重饱和，过电压被限制了，实际数值小于2倍，除非有弱绝缘设备，一般不危险的。 2、暂态过电压通常为操作过电压 电力系统中的电容、电感元件均为储能元件。当有操作故障使其工作状态发生变化时，将产生振荡性的过渡过程。在此过程中，由于电感元件中储存的磁能会在某一瞬间转化为电场能存储与电容元件之中，将产生数倍于电源电压的过渡过程过电压，即所谓的操作过电压。它是在几毫秒至几十毫秒后消失的暂态过电压。 形成操作过电压的能量来源于电力系统本身，因此这类过电压的幅值与系统的额定电压大致成正比。通常用系统运行量高相电压幅值的倍数来表示过电压的大小。操作过电压的大小与电气设备特性，尤其是断路器的特性，以及系统结构、运行参数、操作或故障形式等因素有关，具有明显的随机性。 在非有效接地系统中，操作过电压有间歇电弧接地过电压(弧光接地过电压)、开断感性负载过电压、投切容性负载过电压等。 1）空载线路分闸过电压 切空线是电力系统中常有的操作。在开断过程中，若断路器发生重燃，使线路积累了电荷，并引起电磁振荡，会出现过电压。这种过电压不止幅值高，且持续时间长，可达0.5～1个工频周期以上，是220kV及以下电网确定操作绝缘水平的依据。 2）空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压是决定超高压电网绝缘水平的重要因素。合空线过电压有两种不同的形式。其一是计划性的合闸操作，合闸后，线路各点电压由零值过渡到由电容效应决定的工频稳态电压从而出现振荡过电压。另一种是重合闸操作，由于残余电压的存在，三相重合闸过电压要比计划性合闸过电压更为严重。 3）空载变压器分闸过电压 在电力系统运行中，常有电感性负载的分闸操作，在这些操作过程中可能会出现幅值较高的过电压。 4）解列过电压在多电源供电系统中，由于某种原因(如线路发生接地故障)而失去稳定时，线路两侧电源的电动势将产生相对摆动(失步)。为了避免事故扩大而将系统解列，则可能会在单端的空载线路上出现解列过电压。 54《科技与企业》杂志 2011年10月（上）
第四章 1．地面落雷密度：一个雷电日每 km2 的地面上落雷的次数（次/雷电日·km 2 ）。落雷密度为单位时间单位面积的地面平均落雷次数 2.保护设备与被保护设备的伏秒特性应如何配合？为什么？答案：保护设备的伏秒特性应始终低于被保护设备的伏秒特性。这样，当有一过电压作用于两设备时，总是保护设备先击穿，进而限制了过电压幅值，保护了被保护设备。 3. ZnO 避雷器的主要优点有哪些？答案：ZnO 避雷器的主要优点有无间隙、无续流、电气设备所受过电压可以降低、通流容量大、ZnO 避雷器特别适用干直流保护和 SF6 电器保护等优点。适于大批量生产，造价低，经济性能好。 4.跨步电压：人的两脚着地点之间的电位差称为跨步电压。(取跨距为 0.8m)工作接地中，对人身安全造成威胁的电位差包括接触电位差和跨步电位差人所站的地点与接地设备之间的电位差称为接触电势 5.内部过电压倍数：内部过电压倍数：内部过电压幅值与最大运行相电压幅值之比。 6.【简答题】什么叫做操作过电压？答案：电力系统是由电源、电阻、电感、电容等元件组成的复杂系统，当开关操作，或事故状态引起系统拓扑结构发生改变时，各储能元件的能量重新分配并发生振荡，在设备上将会产生数倍于电源电压的过渡过程的过电压，称为操作过电压。电力系统由于操作从一种稳定工作状态通过震荡转变到另一种工作状态的过渡过程所产生的过电压称为操作过电压。 7.简述电力系统中操作过电压的种类。答案：①间歇电弧接地过电压②空载变压器分闸过电压③空载线路分闸过电压④空载线路合闸过电压一种是计划性的合闸操作，另一种是自动重合闸操作⑤电力系统解列过电压 8.在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型？答案：（一）6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压；（二）110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压；（三）330～500kV：合空载线路过电压。 9.电弧接地过电压：在中性点绝缘的电网中发生单相接地时，将会引起健全相得电压升高到线电压。如果单相接地为不稳定的电弧接地，即接地点的电弧间歇性地熄灭和重燃，则在电网健全相和故障相上将会产生很高的过电压，一般把这种过电压称为电弧接地过电压。 10.影响电弧接地过电压的因素有哪些？答案：（一）电弧熄灭与重燃时的相位；（二）系统的相关参数（相间电容、线路损耗）；（三）中性点接地方式。 11.电弧接地过电压的发展过程和幅值大小都与什么有关？答案：电弧过电压的发展过程和幅值大小都与熄弧的时间有关，存在两种熄弧时间：（1）电弧在过渡过程中的高频振荡电流过零时即可熄灭（2）电弧要等到工频电流过零时才能熄灭 12.什么叫做截流？答案：流过电感的电流在到达自然零点前被断路器强行切断，称为强制熄弧，使得储存在电感中的磁场能量被强迫转化为电场能，导致电压的升高。当采用灭弧能力很强的断路器切断很小的励磁电流时，工频励磁电流的电弧可能在自然过零前被强制熄灭，甚至电流在接近幅值 m I 时被突然截断，这就是断路器的截流现象。 13.为什么说切空载变压器容易发生截流现象？答案：切断 100A 以上的交流电流时，电弧通常都是在工频电流自然过零时熄灭的；但当被切断的电流较小时（空载变压器的激磁电流很小，一般只是额定电流的 0.5％～4％，约数安到数十安），电弧提前熄灭，亦即电流会在过零之前就被强行切断。 14.断路器的性能和变压器的参数是怎么影响切空变压器的？答案：切断小电流电弧时，性能差的断路器，由于切断电流能力不强，切除空载变压器时过电压较低；而切除小电流电弧时性能好的断路器，由于切流能力强，切除空载变压器过电压较高。另外，当断路器的灭弧能力差时，切流后在断路器触头间容易引起电弧重燃，而这种电弧重燃与切空线相反，使变压器侧的电容中电场能量向电源释放，从而降低了过电压。使用相同断路器，即使是在相同的截流能力下，当变压器的电容越大和电感越小时，过电压会降低。 15.如何限制切空载变压器的过电压？答案：（一）在断路器的变压器侧加装阀式避雷器。（二）在断路器的主触头上并联一线性或非线性电阻。（三）需频繁进行变压器的分合闸操作的场合可采用：在电弧炉变压器的低压绕组侧并接三相整流电路，直流回路中接有大容量电解电容。 16.在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型？答案：（一）6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压；（二）110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压；（三）330～500kV：合空载线路过电压。
?当电力系统进行操作或发生接地故障时，就会在由电气设备构成的集中参数电路中产生 电磁暂态过程，引起系统电压的升高或产生过电流。 ?当电力系统中某一点突然发生雷电过电压或操作过电压时，这一变化并不能立即在系统 其它各点出现，而要以电磁波的形式按一定的速度从电压或电流突变点向系统其它部位传播。 ?电磁波在分布参数电路中传播产生的暂态过程，简称波过程。 一般架空单导线线路的波阻抗Z≈500Ω，分裂导线波阻抗Z≈300Ω ?冲击电晕对导线耦合系数的影响 发生冲击电晕后，在导线周围形成导电性能较好的电晕套，在这个电晕区内充满电荷，相当于扩大了导线的有效半径，因而与其它导线间的耦合系数也增大。 ?冲击电晕对波阻抗和波速的影响 冲击电晕将使线路波阻抗减小、波速减小 ?冲击电晕对波形的影响 冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值的特性， 有利于变电所的防雷保护。 最大电位梯度出现在绕组的首端。冲击电压波作用于变压器绕组初瞬，绕组首端的电位梯度是平均电位梯度的αl倍。αl越大，电位分布越不均匀，相应绕组的抗冲击能力越差。（危及变压器绕组的首端匝间绝缘） ?最大电位梯度均出现在绕组首端，其值等于αU0，对变压器绕组的纵绝缘（匝间绝缘） 有危害。 ?绕组内的波过程除了与电压波的幅值有关外，还与作用在绕组上的冲击电压波形有关。 过电压波的波头时间越长（陡度越小），由于电感分流的影响，振荡过程的发展比较和缓，绕组各点的最大对地电压和纵向电位梯度都将下降；反之则振荡越激烈。波尾也有影响，在短波作用下，振荡过程尚未充分激发起来时，外加电压已经大为减小，导致绕组各点的对地电压和电位梯度也比较低。 ?变压器绕组内部保护的关键措施是：改善绕组的初始电位分布，使初始电位分布尽可能 地接近稳态电位分布。这可有效地降低作用在绕组纵绝缘上的电位梯度，并削弱振荡，减小振荡过电压的幅值。 （1）补偿对地电容C0dx的影响；（静电环）（2）增大纵向电容K0/dx （纠结式绕组）绕组匝间绝缘所承受的冲击电压为Uab=ālab/v ?侵入波的陡度愈大，每匝线圈的长度愈长，或波速愈小，则作用在匝间的电压也愈大。 ?为了限制匝间电压以保护绕组的匝间绝缘，必须采取措施来限制侵入电机的波的陡度。
电力系统过电压数值仿真计算 1 我国1974年在西北地区建成刘（家峡）- 天（水）- 关（中）首条330kV输电线路，1981年建成平（顶山）- 武（昌）第一条500kV线路，2005年西北地区建设的第一条750kV 线路投入运行，交流1000kV和直流 800kV输电系统正在积极推进中。 2 电力系统电压等级的提高，意味着设备绝缘水平提高。电力系统的绝缘包括发电厂、变电所电气设备的绝缘以及线路的绝缘。他们在运行中除承受正常运行时的工作电压外，还将承受各类过电压，如工频过电压、操作过电压以及雷电过电压。通常情况下，由于电力系统电磁暂态产生的过电压在确定绝缘水平中起决定性作用。 3 在电力系统中，由于断路器的操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量的转化或传递，产生电压升高称为内部过电压。内部过电压分为两类操作过电压、暂时过电压。把频率为工频或接近工频的过电压称为工频过电压，它是由系统中长线的电容效应、不对称接地故障、甩负荷引起的。对因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各类持续时间长、波形周期性重复的谐振现象及其电压升高称为谐振过电压。 4 所谓绝缘配合，就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压（工作电压及过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理的确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失降低，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。 5 电力系统过电压的研究方法暂态网络分析仪（TNA）、计算机的数值计算、系统的现场实测。 6 目前在世界范围内，使用计算机数字仿真技术研究电力系统电磁暂态现象有哪些程序？EMTP、PSCAD/EMTDC （1）Dommel_Bergeron_Method编制了EMTP(Electro_Magnetic_Transient_Program)，在世界范围内获得了广泛的使用。 （2）加拿大曼尼托巴（Manitoba）直流输电研究中心开发完善并形成了PSCAD/EMTDC(Electro_Magnetic_Transients_Including_DC)，在世界范围内获得了成功的使用。 7 输电线路参数包括线路的电阻、电抗、电导、电纳。 8 请画出单相无损线路的等值电路。 9 请画出凸极式同步发电机稳态运行时的相量图和等值电路。
电力系统过电压分类和特点 电力系统过电压主要分以下几种类型:大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。 产生的原因及特点是: 大气过电压:由直击雷引起,特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。 工频过电压:由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起,特点是持续时间长,过电压倍数不高,一般对设备绝缘危险性不大,但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。 操作过电压:由电网内开关操作引起,特点是具有随机性,但最不利情况下过电 压倍数较高。因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。 谐振过电压:由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起,特点是过电压倍数高、持续时间长。 变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑? 变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑? 答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理。 (1)变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。 (2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊运行方式处理。
课程设计报告 ( 2011 -- 2012年度第一学期) 名称：电力系统过电压上机计算 题目：电力系统过电压仿真计算与分析院系：电气与电子工程学院 班级：电气08**班 学号：108118**** 学生姓名：小香菇 指导教师： 设计周数：2周 成绩： 日期：2011年12月30日
目录 一、课程设计的目的与要求 (1) 1、目的与要求 (1) 2、主要内容 (1) 二、设计正文 (1) 1.ATP简介 (1) 2.简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算 (2) 3.500K V工频过电压计算与分析（FS2运行方式） (7) 3.1丰镇侧0.03S正常甩负荷 (7) 3.2 丰镇侧A相在0.03S永久短路 (7) 3.3 丰镇侧A、B相在0.03S两相短路接地 (8) 4.合闸、重合闸500K V空载输电线路的统计操作过电压计算 (8) 4.1 合空线统计过电压 (8) 4.2 三相重合闸统计过电压 (10) 三、课程设计总结 (12) 1.工频过电压计算结果总结 (12) 2.合闸操作过电压计算结果总结 (12) 3.心得体会 (13) 四、参考文献 (13)
一、课程设计的目的与要求 1、目的与要求 1.1 掌握集中参数、分布参数回路中的暂态计算方法。熟练使用EMTP程序。 1.2 了解输电线路防雷分析的数值计算方法。掌握输电线路采用线路避雷器提高线路耐雷水平的基本原理，并评价其效果。 1.3 了解输电线路工频过电压、操作过电压的数值计算方法。掌握限制工频过电压、操作过电压的主要措施，并评价其效果。 2、主要内容 2.1 简单的集中参数电路、分布参数电路暂态计算 EMTP简介；集中参数电路暂态计算；非线性电感电路计算；电容放电电路计算；分压器的电位分布；断路器触头恢复电压计算；波在单相线路上的传播；冲击波作用于单相线路的研究；180km分布参数输电线路及集中参数电路计算。 2.2 工频过电压计算与分析 500kV输电线路在正常送电状态下甩负荷工频过电压计算；单相接地故障工频过电压计算；两相接地故障工频过电压计算；并联电抗器的作用。 2.3 操作过电压计算与分析 合闸、重合闸500kV空载输电线路的统计操作过电压计算；统计开关的应用；并联电抗器、避雷器的作用。 2.4 输电线路防雷计算与分析 输电线路采用线路避雷器后的线路耐雷水平计算；避雷器吸收的雷电放电能量及放电电流分析；安装避雷器后提高线路耐雷水平的效果评价。 二、设计正文 1. ATP简介 ATP-EMTP是目前应用得最为广泛的电磁暂态计算的标准程序。从概念讲，EMTP可应用于任何电路的电磁暂态现象计算。但是另一方面，因为它的庞大功能，在只有固定格式的文本输入方式时，它的应用相当困难。许多电力技术人员虽然知道ATP-EMTP的潜在应用价值，但苦于入门艰难，迟迟不敢尝试ATP-EMTP的应用。
电力系统内部过电压及防护措施分析 【摘要】在电力设备正常运行过程中，有时即使无雷电等外部侵入也会出现损坏的事故。通常将电网内部原因造成的过电压称为内部过电压，其对电网系统有着直接而有效的影响。本文将对电力系统内部过电压进行分析，并且提出切实可行的防护措施。 【关键词】电力系统；过电压；防护措施；分析 引言 在电力系统中，其运行的可靠性与过电压大小有着不可分割的关系。过电压可以分为稳态过电压与暂态过电压两种。内部过电压能量大部分来自于电网自身，并且在额定电压基础之上而产生的，因此，其幅值一般和额定电压的大小成正相关，并且具备统计的性质。 1 暂时过电压种类 1.1 由接地故障而导致的过电压 在电力系统中，故障时有发生，发射管单相接地故障次数相对较多，并且其伴随着系统电压等级增大而不断增加。当发生故障为单相接地故障时，以故障点为作为等效点系统等值正序、负序阻抗为：Z1=Z2=JX1，零序限抗为：ZO=JX0，等值电动势为E，A相接地时，B、C两正常相的过电压UB、UC可按照下式进行计算： 因为避雷器并不具有保护单相接地时增大单相电压的功能，但是在实际运行过程中，发生单相故障的次数却最多，所以即使产生单相接地故障时正常相过电压尚未达到，然而在实际操作中防护内部过电压常常是用单相接地时正常相工频过电压的值来选择合适的避雷器灭弧电压，并且对于中性点非接地系统来说，因为X0/X11/ωC时，才会引起电压升高导致铁磁谐振，铁磁谐振之后会导致电流反响，极易引起电机反转的故障。一般情况下，可以采取相应的措施来破坏谐振的条件，例如：减小电抗、增加电阻或者使用消谐器等等。 2 暂态过电压防护措施 2.1 间歇性电弧接地过电压 间歇性电弧接地过电压一般都是发生在中性点不接地系统之中，因为此类系统具备发生单相接地仍然能持续工作两小时的特征，所以其中电弧可能发生多次充入，使得线路中负荷进行多次重新分配，引起中性点电压上升，最终导致过电压。虽然此种过电压的幅值相对较小，只为额定电压的3倍左右，然而由于其持续的时间比较长，并且范围相对比较广，将对弱绝缘设备造成严重影响，应该采
第十一章 电力系统暂时过电压 概述 电力系统暂时过电压是电力系统内部过电压的一种。 在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部过电压。 内部过电压的能量来源于系统本身，所以其幅值与系统标称电压成正比。一般将内部过电压幅值与系统最高运行相电压幅值之比，称为内部过电压倍数n K ，表征过电压的高低。n K 值与系统结构、中性点运行方式、各组成元件的性能参数、故障性质及操作过程等因素有关，并具有明显的统计性。 操作过电压 电力系统内部过电压 工频过电压 暂时过电压 线性谐振 谐振过电压 非线性谐振 参数谐振 11.1 工频过电压 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、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频电压升高或称工频过电压。这种过电压对系统正常绝缘的电气设备一般没有危险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着重要作用，主要有以下原因： （1）工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值。 （2）工频电压升高将影响保护电器的工作条件和效果。 （3）工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大的影响，如油纸绝缘内部游离、污秽绝缘子闪络、铁芯过热、电晕及其干扰等。 在我国超高压系统中，要求线路侧工频过电压不大于最高运行相电压的1.4倍，母线侧不大于1.3倍。 下面分析产生工频过电压的物理过程及可采取的限制措施。 由于空载线路的工频容抗C X 大于工频感抗L X ，在电源电动势E 的作用下， 一、空载长线路电容效应引起的工频过电压
线路中通过的电容电流在感抗上的压降L U 将使容抗上的电压C U 高于电源电动势，L C U E U +=。即空载线路上的电压高于电源电压，这就是空载线路的电感—电容效应（简称电容效应）引起的工频过电压。 影响因素：线路长度 系统电抗S X 限制工频过电压的措施： （1）在超高压系统中，通常采用并联电抗器补偿线路电容电流，削弱线路的电容效应。 （2）单电源供电系统，减少线路长度，限制S X 。 （3）对双电源供电线路，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，先切容量较小的一侧，后切容量较大的一侧。 二、不对称接地引起的工频过电压 不对称接地短路是输电线路最常见的故障形式。发生故障时，由于相间的电磁耦合，可能使全相工频电压有所升高。统计表明，在不对称接地中，以单相接地时非故障相的电压升高最为严重。另外，单相接地时的工频电压升高值是确定阀式避雷器额定电压的依据，故在此只讨论单相接地故障。 单相接地时，故障点三相电流和电压是不对称的，为计算非故障相电压升高较方便，可采用对称分量法，通过序网络进行分析。 在中性点不接地系统中，0X 是线路对地容抗，其值很大，而1X 是感抗，所以k 必为负值。当线路长度在250km 以内，相应的k<－20，31.1<α，即非故障相对地电压会升高接近运行电压e U 的1.1倍，故我国6~10kV 电网中避雷器额定电压大于1.1e U 对中性点经消弧线圈接地的系统，不论是欠补偿或是过补偿，总有k →-∞或k →∞，故α→3，避雷器额定电压大于e U 。 中性点宣接接地或经低阻抗接地系统的0X 是感抗，因此k 值是正的。110~220kV 中性点直接接地系统，通常k<3，32.70=α，避雷器额定电压大于（0.75~0.8）e U 。对超高压系统，长度在200km 以上的线路常装有并联电抗器，k 3≤，考虑到长线电容效应，电站型避雷器额定电压大于0.8e U ，线路型大于
操作过电压简介 真空断路器是利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成切断电流的目的。在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，其真空度应不低于10-4托时，在较小的真空间隙距离（2—3 毫米）情况下，有很高的绝缘特性，真空断路器的触头开距一般不大。 特点，燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小，动作速度极快。 真空断路器会引起操作过电压，特别在开断感性负截如电动机时，一般情况下，为限制过电压而需给真空断路器配过电压吸收装置。 2：操作过电压分析 真空断路器开断高压电动机时主要产生三种过电压, 即截流过电压、高频重击穿过电压和三相同时截流过电压。 运行统计表明, 高压感应电动机的绝缘事故约占电厂电气设备事故的20%。从实际运行状况分析, 真空断路器开断主要有电动机启动状态下开断、空载电动机开断和电动机负载状态下开断三种。 2. 1截流过电压 真空断路器很好的灭弧性能使其开断小电流时,未等电流过零,电弧被强行熄灭。电流波形好象被突然截断一般,这就是截流的现象。
图1 断路器开断感性负载 若图 1 中的VCB 在t=0时刻断开，电流瞬时被突然截断，此时的电源电压为一u 。，L 中的电流为I ，此时在电动机漏抗L 中将有储能212 LI ，由于电感上的电流不能突变，将继续向电容C 充电，电容上的电压将继续升高。在电流被突然截断后，电动机的对地电容、等效电感回路发生高频振荡，产生截流过电压。如图2所示。 图2 截流示意图 的电动机时，由于断开电流小，截断电流小，产生的过电压也较小；断开大功率的电动机，由于导线截面大，绕组匝数少，其等效电感L 小，电容C (高达20～30A)，其产生的过电压仍然较小，不会对电动机线圈绝缘造成很大的危害；但是断开中等功率的电动机(几百千瓦)时，截断电流较大，特性阻抗也较大，所以产生的过电压较高。