电力系统中谐振过电压的产生与解决对策
摘要：除了家电之外，在日常生活中会因为电磁感应产生的振动导致一些细部用电仪器出现损坏以及运作时令的问题，与此同时在一些大型的电力供给、传输运作以及发电上都会有这种问题的出现，所有出现的这种问题都被称作谐振过电压。本文对电力系统中谐振过电压的产生进行了分析和探讨，并且有针对性的将有效的解决问题的措施提了出来，希望能够对大家有所帮助。
关键词：谐振过电压问题策略
引言
电路当中如果有电流通过就会产生磁场，在生产电力上电与磁的互相转化使人类的生活得到了极大地帮助。然而在我国的电力工作当中因为这类问题的出现从而造成了很多的损失，其不仅严重的危害到了国家的财产安全，甚至会经常性的造成人员伤亡状况的出现。我国的电力专家为了促进过电压危害这一问题的有效解决，对其中的很多方法进行了总结，本文具体的介绍了谐振过电压的现象，并且将有效的解决措施提了出来，供大家参考。
一、谐振过电压概述
造成电网过电压现象在电力系统中出现的原因有很多，如果过于频繁的出现谐振过电压等现象，就会产生很大的危害性。一旦出现过电压现象，就会烧毁以及损坏电气设备，在严重的情况下还会导致停电事故的发生。由于时间较长的谐振过电压作用。但是却不可以采用避雷器的方式进行限制，所以在实施保护的这一方面具有相当大的困难。由铁心电感元件，包括消弧线圈、电抗器、电压互感器、变压器以及发电器等，还有一些系统的电容元件，包括电容补偿器以及输电线路等共同促成了共谐条件的形成，导致谐振过电压在系统当中产生[1]。
二、产生谐振的原因以及将其激发出来的条件
作为一个复杂的电力网络，电力系统具有十分重要的作用，有很多的电容元件以及电感元件，特别是铁磁谐振现象经常会出现在不接地系统当中，严重的威胁到了设备的安全运行。
有以下条件会将电压谐振激发出来：①突然投入的电压互感器；②发生单相接地的线路；③突然改变的系统运行方式以及投切的电气设备；④发生较大波动的系统负荷；⑤出现波动的电网频率；⑥不平衡变化的负荷[2]。
三、常见的中性点不接地系统的消谐措施
1.在进行变电站电压互感器选型工作的时候要保证电压互感器的励磁特性较好的。一般情况下，电压互感器具有非常好的伏安特性，所以在一般的过电压
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。
《电子设计与制作》 课 程 设 计 报 告
目录 一：题目………………………………………………………..二：原理………………………………………………………….三：电路图……………………………………………………….四：实验内容…………………………………………………….五：实验分析……………………………………………………六：心得体会…………………………………………………….
一、题目：串联谐振电路分析 二、原理 1．串联谐振的定义和条件 在电阻、电感、电容串联电路中，当电路端电 压和电流同相时，电路呈电阻性，电路的这种状态叫做串联谐振。 可以先做一个简单的实验，如图所示，将：三个元件R 、L 和C 与一个小灯泡串联，接在频率可调的正弦交流电源上，并保持电源电压不变。 实验时，将电源频率逐渐由小调大，发现小灯泡也慢慢由 暗变亮。当达到某一频率时，小灯泡最亮，当频率继续增加时， 又会发现小灯泡又慢慢由亮变暗。小灯泡亮度随频率改变而变 化，意味着电路中的电流随频率而变化。怎么解释这个现象呢? 在电路两端加上正弦电压U ，根据欧姆定律有 || U I Z = 式中 2 2 2 2 1 ||()()L C Z R X X R L C ωω= +-= +- L ω和 1 C ω部是频率的函数。但当频率较低时，容抗大而感抗小， 阻抗|Z|较大，电流较小；当频率较高时，感抗大而容抗小，阻抗|Z|也较大，电流也较小。在这两个频率之间，总会有某一频率，在这个
频率时，容抗与感抗恰好相等。这时阻抗最小且为纯电阻，所以，电流最大，且与端电压同相，这就发生了串联谐振。 根据上述分析，串联谐振的条件为 L C X X = 即 001 L C ωω= 或 01LC ω= 01 2f LC π= 0f 称为谐振频率。可见，当电路的参数 L 和C 一定时，谐振频率 也就确定了。如果电源的频率一定，可以通过调节L 或C 的参数大小来实现谐振。 2、串联谐振的特点 （1）因为串联谐振时，L C X X =，故谐振时电路阻抗为 0||Z R = （2）串联谐振时，阻抗最小，在电压U 一定时，电流最大，其值 为 00|| U U I Z R = = 由于电路呈纯电阻，故电流与电源电压同相，0? = （3）电阻两端电压等于总电压。电感和电容的电压相等，其大小
谐振编辑词条 B添加义项 ? 谐振电路（英语：Resonant circuit），泛指在交流RLC电路中，电压或电流为最大值时， 称之为谐振。即电感与电容各自的电抗互相抵消，电源所提供的功率都落在电阻上。谐振电 路常应用在无线电与无线通信。谐振频率 10 本词条正文缺少必要目录和内容, 欢迎各位编辑词条，额外获取10个积分。 基本信息 ? 中文名称 ? 谐振 ? ? 全称 ? 简谐振动 ? ? 表达式 ? F=-kx ? ? 应用 ? 收音机 ? ? 特点
? 容抗等于感抗 ? ? 条件 ? 由电感L和电容C串联 ? 目录1基本概念 2谐振解析 3电路谐振 4其他资料
基本概念折叠编辑本段 定义折叠 在物理学里，有一个概念叫共振：当策动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思：当电路中激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。 应用折叠 收音机利用的就是谐振现象。转动收音机的旋钮时，就是在变动里边的电路的固有频率。忽然，在某一点，电路的频率和空气中原来不可见的电磁波的频率相等起来，于是，它们发生了谐振。远方的声音从收音机中传出来。这声音是谐振的产物。 谐振电路折叠 由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。另一方面，在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以，对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。 §9.1 串联谐振的电路 一．谐振与谐振条件 二．电路的固有谐振频率
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。
一、选择题 1、RLC 并联电路在f 0时发生谐振，当频率增加到2f 0时，电路性质呈（ ） A 、电阻性 B 、电感性 C 、电容性 2、处于谐振状态的RLC 串联电路，当电源频率升高时，电路将呈现出（ ） A 、电阻性 B 、电感性 C 、电容性 3、下列说法中，（ ）是正确的。 A 、串谐时阻抗最小 B 、并谐时阻抗最小 C 、电路谐振时阻抗最小 4、发生串联谐振的电路条件是（ ） A 、R L 0ω B 、LC f 1 0= C 、LC 1 0=ω 5、在RLC 串联正弦交流电路，已知XL=XC=20欧，R=20欧，总电压有效值为220V ，电感上的电压为（ ）V 。 A 、0 B 、220 C 、 6、正弦交流电路如图所示，已知电源电压为220V ，频率f=50HZ 时，电路发生谐振。现将电源的频率增加，电压有效值不变，这时灯泡的亮度（ ）。 A 、比原来亮 B 、比原来暗 C 、和原来一样亮 7、正弦交流电路如图所示，已知开关S 打开时，电路发生谐振。当把开关合上时，电路呈 现（ ）。 A 、阻性 B 、感性 C 、容性 二、计算题 1、在RLC 串联电路中,已知L=100mH,R=Ω,电路在输入信号频率为400Hz 时发生谐振,求电容C 的电容量和回路的品质因数. 2、 一个串联谐振电路的特性阻抗为100Ω,品质因数为100,谐振时的角频率为1000rad/s,试求R,L 和C 的值. 3、一个线圈与电容串联后加1V 的正弦交流电压,当电容为100pF 时,电容两端的电压为100V 且最大,此时信号源的频率为100kHz,求线圈的品质因数和电感量。 4、已知一串联谐振电路的参数Ω=10R ，mH 13.0=L ，pF 558=C ， 外加电压5=U mV 。
交流电路的谐振 【实验目的】 1. 测量交流电路串联与并联的幅频特性； 2. 观测与分析交流电路的谐振现象； 3．学习并掌握交流电路谐振参数Q 值特性。 【实验原理】 1． 串联谐振电路： 如下所示电路图，取电流矢量方向为正向，可得如下矢量图： 由此，可看出在垂直方向电压矢量的分量为C L U -U ，水平分量为R U ，故总电压为： ()2 C L 2R U -U U U += （1） 总阻抗： 22 R C 1-L Z +??? ? ?=ωω （2） 总电压与电流矢量的位相差为： R C 1 -L arctan ωωψ= （3） 从以上各式可看出，阻抗Z 和相位差φ都是角频率ω的函数，所以有如下几条结论： 谐振频率：当LC 10==ωω时，Z 取最小值，这是电路发生共振，即谐振频率πω 20=f ， 电路呈现电阻性； 电压谐振：串联谐振电路中电感上电压超前电流 2π，而电容上电压比电流滞后2 π ，两者相
位差为π，故对于总电压来说相互抵消，并且此时两者大小是相等的。定义电路的品质因数： RC R L U U U U Q C L 001 ωω==== （4） 可见，串联谐振电路中电容和电感上的电压总是总电压的Q 倍，所以串联谐振又叫做电压谐振。 并联谐振电路： 如右图所示电路图，可以计算得L 和C 并联电路的总阻抗： 2 222 2)()1()(L L CR LC L R Z ωωω+-+= （5） L 和C 并联电路总电压和电流的相位差为： () [ ]L L R L R C L 22 arctan ωωωψ+-= （6） 由以上两式可看出： 谐振频率：使φ=0，计算出谐振频率： 2 01?? ? ??-= L R LC L ω （7） 当忽略电感元件的直流电阻时，并联谐振频率公式和串联谐振频率公式是一样的； 电流谐振：在并联电路谐振的情况下，将谐振频率代入（5）、（6）两式，可算出并联电路的两支路电流：L C U I I all L C == （8） 和总电流： C R L U I L all = （9） 可见，并联谐振时两支路电流大小相等，位相相反，定义品质因数： C R I I I I Q L C L 01 ω=== (10) 并联谐振时各支路电流为总电流的Q 倍，所以并联谐振又叫做电流谐振。 【实验仪器】 信号发生器，频率计，交流毫伏表，电阻箱，标准电感，十进电容箱，单刀双掷开关等。 【实验内容】 1. 测绘串联电路的谐振曲线（I-f 曲线）： 按上图接线，U=3v ，R=100Ω，L=0.1H ，C=0.5μF ，改变f （从200Hz 到1400Hz ）每100Hz 测量电阻R 俩端的电压U R ，并
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
【实验名称】 RLC 电路的谐振 【实验目的】 1、研究和测量RLC 串、并联电路的幅频特性； 2、掌握幅频特性的测量方法； 3、进一步理解回路Q 值的物理意义。 【实验仪器】 音频信号发生器、交流毫伏表、标准电阻箱、标准电感、标准电容箱。 【实验原理】 一、RLC 串联电路 1．回路中的电流与频率的关系（幅频特性） RLC 交流回路中阻抗Z 的大小为： () 2 2 '1??? ? ? -++= ωωC L R R Z （32-1） ???? ? ??????? +-=R R C L arctg '1ωω? （32-3） 回路中电流I 为： )1()'(2ω ωC L R R U Z U I - ++== （32-4） 当01 =- ω ωC L 时， = 0，电流I 最大。 令即振频率并称为谐振角频率与谐的角频率与频率分别表示与,,000=?ωf ： LC f LC πω21100= = （32-5） 如果取横坐标为ω，纵坐标为I ，可得图32-2所示电流频率特性曲线。 2．串联谐振电路的品质因数Q C R R L Q 2)'(+= （32-7） QU U U C L == （32-8） Q 称为串联谐振电路的品质因数。当Q >>1时，U L 和U C 都远大于信号源输出电 压，这种现象称为LRC 串联电路的电压谐振。 Q 的第一个意义是：电压谐振时，纯电感和理想电容器两端电压均为信号源电 压的Q 倍。 1 20 1 20f f f Q -= -= ωωω （32-12） 显然(f 2-f 1)越小，曲线就越尖锐。 Q 的第二个意义是：它标志曲线尖锐程度，即电路对频率的选择性，称 f （= f 0 / Q ）为通频带宽度。 3．Q 值的测量法
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）
电力系统谐振消除方法详解 电力系统铁磁谐振一直影响着电气设备和电网的安全运行,特别是对中性点不直接接地系统,铁磁谐振所占的比例较大,因此对此类铁磁谐振问题研究得较多。 本文针对电力系统谐振消除方法进行探讨和分析,并提出一些意见,为相关工 作者提供参考。 引言 电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电 压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变,负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中,谐振过电压出现频繁,其危害很大。 过电压一旦发生,往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明,中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现,在刮风、阴雨等特殊天气时,变电站35kV及以下系统发生间歇性接地的频率较高,当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振。 同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果:谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,影响各种电气设备的正常工作;导致继电保护和自动装置误动作,并会使电气测量仪表计量不准确;会对邻近的通信系统产生干扰,产生噪声,降低通信质量,甚至使通信系统无法正常工作。 谐振及铁磁谐振 谐振是一种稳态现象,因此,电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时 的过渡过程中产生,而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在,直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多,
这种过电压一旦发生,往往会造成严重后果。运行经验表明,谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生,尤其在35kV及以下的电网中,由谐振造成的事故较多,已成为系统内普遍关注的问题。 因此,必须在设计时事先进行必要的计算和安排,或者采取一定附加措施(如装设阻尼电阻等),避免形成不利的谐振回路,在日常工作中合理操作防止谐振 的产生,降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。在6~35kV系统操作或故障情况下,系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。 铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振,其共同特征是系统电压升高,引起绝缘闪络或避雷器爆炸;或产生高值零序电压分量,出现虚幻接地现象和不正确的接地指示;或者在PT中出现过电流,引起熔断器熔断或互感器烧坏;母线PT的开口三角绕组出现较高电压,使母线绝缘监视信号动作。各次谐波谐振不同特点主要在于:分次谐波谐振三相电压依次轮流升高,超过线电压,一般不超过2倍相电压,三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。 基波谐振时,两相电压升高,超过线电压,但一般不超过3倍相电压,一相电压降低但不等于零。 高次谐波谐振时,三相电压同时升高或其中一相明显升高,超过线电压,但不超过3~3.5倍相电压。 谐振事故解决方法 PT在正常工作时,铁芯磁通密度不高,不饱和;但如果在电压过零时突然合闸、分闸或单相接地消失,这时铁芯磁通就会达到稳态时的数倍,处于饱和状态,这时,某一相或两相的激磁电流大幅度增加,当感抗与容抗参数匹配恰当(满足谐振条件)时,即会发生谐振,即铁磁谐振。发生谐振时,会在电感和电容两端产生2~3.5倍
University of Science and Technology of China 96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China 交流谐振电路 李方勇 PB05210284 0510 第29组2号（周五下午） 实验题目 交流谐振电路 实验目的 研究RLC 串联电路的交流谐振现象，学习测量谐振曲线的方法，学习并掌握电路品质因素Q 的测量 方法及其物理意义。 实验仪器 电阻箱，电容器，电感，低频信号发生器以及双踪示波器。 实验原理 1． RLC 交流电路 由交流电源S ，电阻R ，电容C 和电感L 等组成 交流电物理量的三角函数表述和复数表述 ()() φ?φ?+=+=t j Ee t E e cos 式中的e 可以是电动势、电压、电流、阻抗等交流电物理量，?为圆频率，φ 为初始相角。电阻R 、电容C 和电感串联电路 电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π 。 电阻阻抗的复数表达式为 R Z R = 模R Z =
电容阻抗的复数表达式为 C j e C Z j C? ? π1 1 2= =- 模C Z C? 1 = 电感阻抗的复数表达式为 L j Le Z j L ? ? π = =2 模 L Z L ? = 电路总阻抗为三者的矢量和。由图，电容阻抗与电路总阻抗方向相反，如果满足 L c ? ? = 1 ， 则电路总阻抗为R，达到最小值。这时电流最大，形成所谓“电流谐振”。调节交流电源（函数发生器）的频率，用示波器观察电阻上的电压，当它达到最大时的频率即为谐振频率。电路如下图。 电路参数–电动势电压，电流，功率，频率 元件参数–电阻，电容，电感 实验内容 1．观测RLC串联谐振电路的特性 （1）按照上图连接线路，注意保持信号源的电压峰峰值不变，蒋Vi和Vr接入双踪示波器的CH1和CH2（注意共地） （2）测量I－f曲线，计算Q值 （3）对测得的实验数据，作如下分析处理： 1）作谐振曲线I－f，由曲线测出通频带宽 2）由公式计算除fo的理论值，并与测得的值进行比较，求出相对误差。
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。
电力系统谐振消除方法 电力系统铁磁谐振一直影响着电气设备和电网的安全运行，特别是对中性点不直接接地系统，铁磁谐振所占的比例较大，因此对此类铁磁谐振问题研究得较多。本文针对电力系统谐振消除方法进行探讨和分析，并提出一些意见，为相关工作者提供参考。 电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变，负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中，谐振过电压出现频繁，其危害很大。过电压一旦发生，往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现，在刮风、阴雨等特殊天气时，变电站35kV及以下系统发生间歇性接地的频率较高，当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振，同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果：谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，影响各种电气设备的正常工作；导致继电保护和自动装置误动作，并会使电气测量仪表计量不准确；会对邻近的通信系统产生干扰，产生噪声，降低通信质量，甚至使通信系统无法正常工作。 1.谐振及铁磁谐振
谐振是一种稳态现象，因此，电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时的过渡过程中产生，而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在，直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多，这种过电压一旦发生，往往会造成严重后果。运行经验表明，谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生，尤其在35kV及以下的电网中，由谐振造成的事故较多，已成为系统内普遍关注的问题。因此，必须在设计时事先进行必要的计算和安排，或者采取一定附加措施（如装设阻尼电阻等），避免形成不利的谐振回路，在日常工作中合理操作防止谐振的产生，降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。在6~35kV系统操作或故障情况下，系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振，其共同特征是系统电压升高，引起绝缘闪络或避雷器爆炸；或产生高值零序电压分量，出现虚幻接地现象和不正确的接地指示；或者在PT中出现过电流，引起熔断器熔断或互感器烧坏；母线PT的开口三角绕组出现较高电压，使母线绝缘监视信号动作。各次谐波谐振不同特点主要在于： ①分次谐波谐振三相电压依次轮流升高，超过线电压，一般不超过2倍相电压，三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。