28、电力系统过电压分几类?其产生原因及特点是什么?
答：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。
试述电力系统谐波对电网产生的影响？
答:谐波对电网的影响主要有:
谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加,此外谐波还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声,长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏。
谐波对线路的主要危害是引起附加损耗。
谐波可引起系统的电感、电容发生谐振,使谐波放大。当谐波引起系统谐振时,谐波电压升高,谐波电流增大,引起继电保护及安全自动装置误动,损坏系统设备(如电力电容器、电缆、电动机等),引发系统事故,威胁电力系统的安全运行。
谐波可干扰通信设备,增加电力系统的功率损耗(如线损),使无功补偿设备不能正常运行等,给系统和用户带来危害。
限制电网谐波的主要措施有:增加换流装置的脉动数；加装交流滤波器、有源电力滤波器；加强谐波管理。
7、何谓潜供电流?它对重合闸有何影响?如何防止?
答：当故障线路故障相自两侧切除后,非故障相与断开相之间存在的电容耦合和电感耦合,继续向故障相提供的电流称为潜供电流。
由于潜供电流存在,对故障点灭弧产生影响,使短路时弧光通道去游离受到严重阻碍,而自动重合闸只有在故障点电弧熄灭且绝缘强度恢复以后才有可能重合成功。潜供电流值较大时,故障点熄弧时间较长,将使重合闸重合失败。
为了减小潜供电流,提高重合闸重合成功率,一方面可采取减小潜供电流的措施:如对500kV中长线路高压并联电抗器中性点加小电抗、短时在线路两侧投入快速单相接地开关等措施；另一方面可采用实测熄弧时间来整定重合闸时间。
9、什么叫电力系统理论线损和管理线损?
答:理论线损是在输送和分配电能过程中无法避免的损失,是由当时电力网的负荷情况和供电设备的参数决定的,这部分损失可以通过理论计算得出。管理线损是电力网实际运行中的其他损失和各种不明损失。例如由于用户电能表有误差,使电能表的读数偏小；对用户电能表的读数漏抄、错算,带电设备绝缘不良而漏电,以及无电能表用电和窃电等所损失的电量。
10、什么叫自然功率？
答:运行中的输电线路既能产生无功功率(由于分布电容)又消耗无功功率(由于串联阻抗)。当线路中输送某一数值的有功功率时,线路上的这两种无功功率恰好能相互平衡,这个有
功功率的数值叫做线路的"自然功率"或"波阻抗功率"。
11、电力系统中性点接地方式有几种?什么叫大电流、小电流接地系统?其划分标准如何?
答：我国电力系统中性点接地方式主要有两种,即:1、中性点直接接地方式(包括中性点经小电阻接地方式)。2、中性点不直接接地方式(包括中性点经消弧线圈接地方式)。
中性点直接接地系统(包括中性点经小电阻接地系统),发生单相接地故障时,接地短路电流很大,这种系统称为大接地电流系统。
中性点不直接接地系统(包括中性点经消弧线圈接地系统),发生单相接地故障时,由于不直接构成短路回路,接地故障电流往往比负荷电流小得多,故称其为小接地电流系统。
在我国划分标准为:X0/X1≤4～5的系统属于大接地电流系统,X0/X1＞4～5的系统属于小接地电流系统
注:X0为系统零序电抗,X1为系统正序电抗。
12、电力系统中性点直接接地和不直接接地系统中,当发生单相接地故障时各有什么特点?
答:电力系统中性点运行方式主要分两类,即直接接地和不直接接地。直接接地系统供电可靠性相对较低。这种系统中发生单相接地故障时,出现了除中性点外的另一个接地点,构成了短路回路,接地相电流很大,为了防止损坏设备,必须迅速切除接地相甚至三相。不直接接地系统供电可靠性相对较高,但对绝缘水平的要求也高。因这种系统中发生单相接地故障时,不直接构成短路回路,接地相电流不大,不必立即切除接地相,但这时非接地相的对地电压却升高为相电压的1.7倍。
13、小电流接地系统中,为什么采用中性点经消弧线圈接地?
答:小电流接地系统中发生单相接地故障时,接地点将通过接地故障线路对应电压等级电网的全部对地电容电流。如果此电容电流相当大,就会在接地点产生间歇性电弧,引起过电压,使非故障相对地电压有较大增加。在电弧接地过电压的作用下,可能导致绝缘损坏,造成两点或多点的接地短路,使事故扩大。
为此,我国采取的措施是:当小电流接地系统电网发生单相接地故障时,如果接地电容电流超过一定数值(35kV电网为10A,10kV电网为10A,3～6kV电网为30A),就在中性点装设消弧线圈,其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流,使接地故障点电流减少,提高自动熄弧能力并能自动熄弧,保证继续供电。
14、什么情况下单相接地故障电流大于三相短路故障电流?
答:当故障点零序综合阻抗小于正序综合阻抗时,单相接地故障电流将大于三相短路故障电流。例如:在大量采用自耦变压器的系统中,由于接地中性点多,系统故障点零序综合阻抗往往小于正序综合阻抗,这时单相接地故障电流大于三相短路故障电流。
15、什么是电力系统序参数?零序参数有何特点?
答:对称的三相电路中,流过不同相序的电流时,所遇到的阻抗是不同的,然而同一相序的电压和电流间,仍符合欧姆定律。任一元件两端的相序电压与流过该元件的相应的相序电流之比,称为该元件的序参数(阻抗）
零序参数(阻抗）与网络结构,特别是和变压器的接线方式及中性点接地方式有关。一般情况下,零序参数(阻抗）及零序网络结构与正、负序网络不一样。
16、零序参数与变压器接线组别、中性点接地方式、输电线架空地线、相邻平行线路有何关系?
答：对于变压器,零序电抗与其结构(三个单相变压器组还是三柱变压器)、绕组的连接(△或Y)和接地与否等有关。
当三相变压器的一侧接成三角形或中性点不接地的星形时,从这一侧来看,变压器的零序
电抗总是无穷大的。因为不管另一侧的接法如何,在这一侧加以零序电压时,总不能把零序电流送入变压器。所以只有当变压器的绕组接成星形,并且中性点接地时,从这星形侧来看变压器,零序电抗才是有限的(虽然有时还是很大的）。
对于输电线路,零序电抗与平行线路的回路数,有无架空地线及地线的导电性能等因素有关。
零序电流在三相线路中是同相的,互感很大,因而零序电抗要比正序电抗大,而且零序电流将通过地及架空地线返回,架空地线对三相导线起屏蔽作用,使零序磁链减少,即使零序电抗减小。
平行架设的两回三相架空输电线路中通过方向相同的零序电流时,不仅第一回路的任意两相对第三相的互感产生助磁作用,而且第二回路的所有三相对第一回路的第三相的互感也产生助磁作用,反过来也一样.这就使这种线路的零序阻抗进一步增大。
18、采用单相重合闸为什么可以提高暂态稳定性?
答:采用单相重合闸后,由于故障时切除的是故障相而不是三相,在切除故障相后至重合闸前的一段时间里,送电端和受电端没有完全失去联系(电气距离与切除三相相比,要小得多）,这样可以减少加速面积,增加减速面积,提高暂态稳定性。
21、系统振荡事故与短路事故有什么不同？
答：电力系统振荡和短路的主要区别是:
1、振荡时系统各点电压和电流值均作往复性摆动,而短路时电流、电压值是突变的。此外,振荡时电流、电压值的变化速度较慢,而短路时电流、电压值突然变化量很大。
2、振荡时系统任何一点电流与电压之间的相位角都随功角的变化而改变；而短路时,电流与电压之间的角度是基本不变的。
3、振荡时系统三相是对称的；而短路时系统可能出现三相不对称。
22、引起电力系统异步振荡的主要原因是什么?
答：1、输电线路输送功率超过极限值造成静态稳定破坏；
2、电网发生短路故障,切除大容量的发电、输电或变电设备,负荷瞬间发生较大突变等造成电力系统暂态稳定破坏；
3、环状系统(或并列双回线)突然开环,使两部分系统联系阻抗突然增大,引启动稳定破坏而失去同步；
4、大容量机组跳闸或失磁,使系统联络线负荷增大或使系统电压严重下降,造成联络线稳定极限降低,易引起稳定破坏；
5、电源间非同步合闸未能拖入同步。
23、系统振荡时的一般现象是什么?
答：1、发电机,变压器,线路的电压表,电流表及功率表周期性的剧烈摆动,发电机和变压器发出有节奏的轰鸣声。
2、连接失去同步的发电机或系统的联络线上的电流表和功率表摆动得最大。电压振荡最激烈的地方是系统振荡中心,每一周期约降低至零值一次。随着离振荡中心距离的增加,电压波动逐渐减少。如果联络线的阻抗较大,两侧电厂的电容也很大,则线路两端的电压振荡是较小的。
3、失去同期的电网,虽有电气联系,但仍有频率差出现,送端频率高,受端频率低并略有摆动。
24、什么叫低频振荡？产生的主要原因是什么？
答:并列运行的发电机间在小干扰下发生的频率为0.2～2.5赫兹范围内的持续振荡现象
叫低频振荡。
低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应,常出现在弱联系、远距离、重负荷输电线路上,在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。
29、何谓反击过电压？
答:在发电厂和变电所中,如果雷击到避雷针上,雷电流通过构架接地引下线流散到地中,由于构架电感和接地电阻的存在,在构架上会产生很高的对地电位,高电位对附近的电气设备或带电的导线会产生很大的电位差。如果两者间距离小,就会导致避雷针构架对其它设备或导线放电,引起反击闪络而造成事故。
30、何谓跨步电压？
答：通过接地网或接地体流到地中的电流,会在地表及地下深处形成一个空间分布的电流场,并在离接地体不同距离的位置产生一个电位差,这个电位差叫做跨步电压。跨步电压与入地电流强度成正比,与接地体的距离平方成反比。
因此,在靠近接地体的区域内,如果遇到强大的雷电流,跨步电压较高时,易造成对人、畜的伤害。
作或发生故障时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,导致系统某些元件出现严重的过电压,这一现象叫电力系统谐振过电压。谐振过电压分为以下几种:
(1）线性谐振过电压
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）和系统中的电容元件所组成。
(2）铁磁谐振过电压
谐振回路由带铁芯的电感元件(如空载变压器、电压互感器）和系统的电容元件组成。因铁芯电感元件的饱和现象,使回路的电感参数是非线性的,这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时,会产生铁磁谐振。
(3）参数谐振过电压
由电感参数作周期性变化的电感元件(如凸极发电机的同步电抗在Kd～Kq间周期变化）和系统电容元件(如空载线路）组成回路,当参数配合时,通过电感的周期性变化,不断向谐振系统输送能量,造成参数谐振过电压。
36、避雷线和避雷针的作用是什么？避雷器的作用是什么？
答：避雷线和避雷针的作用是防止直击雷,使在它们保护范围内的电气设备(架空输电线路及变电站设备）遭直击雷绕击的几率减小。避雷器的作用是通过并联放电间隙或非线性电阻的作用,对入侵流动波进行削幅,降低被保护设备所受过电压幅值。避雷器既可用来防护大气过电压,也可用来防护操作过电压。
37、接地网的电阻不合规定有何危害？
答:接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则:
(1）发生接地故障时,使中性点电压偏移增大,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。
(2）在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备）带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。
什么是继电保护装置?
答:当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障或危及其安
全运行的事件时,需要向运行值班人员及时发出警告信号,或者直接向所控制的开关发出跳闸命令,以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套设备,一般通称为继电保护装置.
42 、继电保护在电力系统中的任务是什么?
答：继电保护的基本任务主要分为两部分:
1、当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的开关发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以最大限度地减少对电力元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。
2、反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整,或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。
43、简述继电保护的基本原理和构成方式？
答:继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等）的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置将包括测量部分(和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。
44、如何保证继电保护的可靠性?
答:可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。220kV及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立,并分别控制不同开关的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组开关拒绝动作时,能由另一套继电保护装置操作另一组开关切除故障。在所有情况下,要求这两套继电保护装置和开关所取的直流电源均经由不同的熔断器供电。
45 、为保证电网继电保护的选择性,上、下级电网继电保护之间配合应满足什么要求?
答:上、下级电网(包括同级和上一级及下一级电网)继电保护之间的整定,应遵循逐级配合的原则,满足选择性的要求,即当下一级线路或元件故障时,故障线路或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的继电保护整定值相互配合,以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。
46 、在哪些情况下允许适当牺牲继电保护部分选择性?
答：1、接入供电变压器的终端线路,无论是一台或多台变压器并列运行(包括多处T接供电变压器或供电线路),都允许线路侧的速动段保护按躲开变压器其他侧母线故障整定。需要时,线路速动段保护可经一短时限动作。
2、对串联供电线路,如果按逐级配合的原则将过份延长电源侧保护的动作时间,则可将容量较小的某些中间变电所按T接变电所或不配合点处理,以减少配合的级数,缩短动作时间。
3、双回线内部保护的配合,可按双回线主保护(例如横联差动保护)动作,或双回线中一回线故障时两侧零序电流(或相电流速断)保护纵续动作的条件考虑；确有困难时,允许双回线中一回线故障时,两回线的延时保护段间有不配合的情况。
4、在构成环网运行的线路中,允许设置预定的一个解列点或一回解列线路。
47、为保证灵敏度,接地保护最末一段定值应如何整定?
答:接地保护最末一段(例如零序电流保护Ⅳ段),应以适应下述短路点接地电阻值的接地
故障为整定条件:220kV线路,100Ω；330kV线路,150Ω；500kV线路,300Ω。对应于上述条件,零序电流保护最末一段的动作电流整定值应不大于300A。当线路末端发生高电阻接地故障时,允许由两侧线路继电保护装置纵续动作切除故障。对于110kV线路,考虑到在可能的高电阻接地故障情况下的动作灵敏度要求,其最末一段零序电流保护的电流整定值一般也不应大于300A,此时,允许线路两侧零序电流保护纵续动作切除故障。
49 、简述线路纵联保护的基本原理？
答：线路纵联保护是当线路发生故障时,使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置,是线路的主保护。
它的基本原理是:以线路两侧判别量的特定关系作为判据,即两侧均将判别量借助通道传送到对侧,然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此,判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。
50、什么是继电保护的"远后备"？什么是"近后备"？
答："远后备"是指:当元件故障而其保护装置或开关拒绝动作时,由各电源侧的相邻元件保护装置动作将故障切开。
"近后备"是指:用双重化配置方式加强元件本身的保护,使之在区内故障时,保护拒绝动作的可能性减小,同时装设开关失灵保护,当开关拒绝跳闸时启动它来切除与故障开关同一母线的其它开关,或遥切对侧开关。
51、简述方向高频保护有什么基本特点？
答：方向高频保护是比较线路两端各自看到的故障方向,以综合判断是线路内部故障还是外部故障。如果以被保护线路内部故障时看到的故障方向为正方向,则当被保护线路外部故障时,总有一侧看到的是反方向。其特点是:
1）要求正向判别启动元件对于线路末端故障有足够的灵敏度；
2）必须采用双频制收发信机。
52、简述相差高频保护有什么基本特点？
答:相差高频保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的高频保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁,两侧电流相位相反时保护动作跳闸。其特点是:1）能反应全相状态下的各种对称和不对称故障,装置比较简单；2）不反应系统振荡。在非全相运行状态下和单相重合闸过程中保护能继续运行；3）不受电压回路断线的影响；4）对收发信机及通道要求较高,在运行中两侧保护需要联调；5）当通道或收发信机停用时,整个保护要退出运行,因此需要配备单独的后备保护。
53、简述高频闭锁距离保护有什么基本特点？
答：高频闭锁距离保护是以线路上装有方向性的距离保护装置作为基本保护,增加相应的发信与收信设备,通过通道构成纵联距离保护。其特点是:
1、能足够灵敏和快速地反应各种对称与不对称故障；
2、仍保持后备保护的功能；
3、电压二次回路断线时保护将会误动,需采取断线闭锁措施,使保护退出运行。
4、不是独立的保护装置,当距离保护停用或出现故障、异常需停用时,该保护要退出运行。
54、线路纵联保护在电网中的主要作用是什么？
答:由于线路纵联保护在电网中可实现全线速动,因此它可保证电力系统并列运行的稳定性和提高输送功率、减小故障造成的损坏程度、改善后备保护之间的配合性能。
55、线路纵联保护的通道可分为几种类型?
答:1、电力线载波纵联保护(简称高频保护)。2、微波纵联保护(简称微波保护)。3、光
纤纵联保护(简称光纤保护)。4、导引线纵联保护(简称导引线保护)。
56、线路纵联保护的信号主要有哪几种?作用是什么？
答：线路纵联保护的信号分为闭锁信号、允许信号、跳闸信号三种,其作用分别是:
1、闭锁信号:它是阻止保护动作于跳闸的信号,即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时,保护才作用于跳闸。
2、允许信号:它是允许保护动作于跳闸的信号,即有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时,保护才动作于跳闸。
3、跳闸信号:它是直接引起跳闸的信号,此时与保护元件是否动作无关,只要收到跳闸信号,保护就作用于跳闸,远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。
57、相差高频保护为什么设置定值不同的两个启动元件?
答:启动元件是在电力系统发生故障时启动发信机而实现比相的。为了防止外部故障时由于两侧保护装置的启动元件可能不同时动作,先启动一侧的比相元件,然后动作一侧的发信机还未发信就开放比相将造成保护误动作,因而必须设置定值不同的两个启动元件。高定值启动元件启动比相元件,低定值的启动发信机。由于低定值启动元件先于高定值启动元件动作,这样就可以保证在外部短路时,高定值启动元件启动比相元件时,保护一定能收到闭锁信号,不会发生误动作。
59、线路高频保护停用对重合闸的使用有什么影响？
答:当线路高频保护全部停用时,可能因以下两点原因影响线路重合闸的使用:1、线路无高频保护运行,需由后备保护(延时段）切除线路故障,即不能快速切除故障,造成系统稳定极限下降,如果使用重合闸重合于永久性故障,对系统稳定运行则更为不利。2、线路重合闸重合时间的整定是与线路高频保护配合的,如果线路高频保护停用,则造成线路后备延时段保护与重合闸重合时间不配,对瞬时故障亦可能重合不成功,对系统增加一次冲击。
60、高频保护运行时,为什么运行人员每天要交换信号以检查高频通道？
答:我国电力系统常采用正常时高频通道无高频电流的工作方式。由于高频通道不仅涉及两个厂站的设备,而且与输电线路运行工况有关,高频通道上各加工设备和收发信机元件的老化和故障都会引起衰耗,高频通道上任何一个环节出问题,都会影响高频保护的正常运行。系统正常运行时,高频通道无高频电流,高频通道上的设备有问题也不易发现,因此每日由运行人员用启动按钮启动高频发信机向对侧发送高频信号,通过检测相应的电流、电压和收发信机上相应的指示灯来检查高频通道,以确保故障时保护装置的高频部分能可靠工作。
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。
电力系统的电压等级与规定 1、用电设备的额定电压 要满足用电设备对供电电压的要求，电力网应有自己的额定电压，并且规定电力网的额定电压和用电设备的额定电压相一致。为了使用电设备实际承受的电压尽可能接近它们的额定电压值，应取线路的平均电压等于用电设备的额定电压。 由于用电设备一般允许其实际工作电压偏移额定电压±5%，而电力线路从首端至末端电压损耗一般为10%，故通常让线路首端的电压比额定电压高5%，而让末端电压比额定电压低5%。这样无论用电设备接在哪一点，承受的电压都不超过额定电压值的±5% 2、发电机的额定电压 发电机通常运行在比网络额定电压高5%的状态下，所以发电机的额定电压规定比网络额定电压高5%。具体数值见表4.1-1的第二列。 表4.1-1 我国电力系统的额定电压 网络额定电压发电机额定电压 变压器额定电压 一次绕组二次绕组 3 6 103.15 6.3 10.5 3及3.15 6及6.3 10及10.5 3.15及3.3 6.3及6.6 10.5及11 13.8 15.75 18 20 13.8 15.75 18 20 35 110 220 330 500 35 110 220 330 500 38.5 121 242 363 550 3、变压器的额定电压 根据功率的流向，规定接收功率的一侧为一次绕组，输出功率的一侧为二次绕组。对于双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组；对于双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组。 ①变压器一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压，但当直接与发电机连接时，就等于发电机的额定电压。 ②变压器二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部的电压损耗，故当变压器的短
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。
国内电网电压等级划分 局民用电是220V，工业用电是380V，为什么同样是变电站出来的电，到了用户端就不同呢？高压与低压有什么不同呢？ 工业用电与居民用电 工业用电其实就是我们经常提到的三相交流电（由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差 120 °角的交流电路组成的电力系统），而民用电采用的是单相220V对居民供电。 三相交流电可以使电机转动，当三相交流电流通入三相定子绕组后，在定子腔内便产生一个旋转磁场。转动前静止不动的转子导体在旋转磁场作用下，相当于转子导体相对地切割磁场的磁力线，从而在转子导体中产生了感应电流(电磁感应原理)。这些带感应电流的转子导体在磁场中便会发生运动，因此工业用电都是三相交流电。 民用电的火线与零线之间电压为220V ，工业用电则是各相线间电压380V ，相地之间电压220V。民用电其实就是三相之中的一相。电厂到居民变电站都是3相5线，变电站的作用之一就是把电分成很多个1相3线给居民使用。 高压与低压的分界线 根据GB/T 2900.50-2008中定义2.1规定，高[电]压通常指高于1000V（不含）的电压等级，低[电]压指用于配电的交流电力系统中1000V及以下的电压等级；国际上公认的高低压电器的分界线交流电压则是1000V（直流则为1500V）。 在工业上也有另外一种说法，电压为380V或以上的称之为高压电，因此我们习惯上所说的220V、380V都是低压，高于这个电压都是高压；再之前的电业规程中规定分界线为250V，虽然新的《电业安全工作规程》已经出台，但很多地方执行的还是以前的标准。 高压电器的通俗分类 1、所谓的高压、超高压、特高压并无本质区别（随着电压增高，绝缘要求、安全要求会有不同），只是人们的叫法不同而已，其分界线也是约定俗成，并无明确规定。 2、电网就是指整个供配电系统，包括发电厂，变电站，线路，用电侧。
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
电力系统过电压复习重点内容 1. 过电压：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 2. 按其不同能量来源分类： 3.行波的折射与反射 212211221Z Z Z Z Z Z Z αβαβ?= ? +?-?=?+?? =+?? 4.串联电感 折射电压波 u2f 的陡度： /2f 1f 2d 2e d t T u u Z t L -= t = 0 时陡度有最大值： 21f 2 max d 2d t f u u Z t L ==
并联电容：在Z2线路中折射电压的最大陡度： 2f1f max1 d2 d t u u t Z C = = 5. 入口电容： T0000 000 1d1 () d x x Q u C K K U U U x U K α α = = ==== === 6.绕组初始电压分布不均匀的主要原因是电容链中对地电容的分流作用。 改善绕组初始电位分布，使之接近稳态电位分布的方法主要有两种：一是补偿对地电容的影响，并联补偿；二是增大纵向电容，采用纠结式绕组或内屏蔽式绕组。 7.冲击电压在变压器绕组间的传播包括静电感应，电磁感应 8.雷电放电过程：先导放电阶段，主放电阶段，余辉放电阶段 雷暴日Td 是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数，单位d/a 。 雷暴小时Th 雷暴小时是指平均一年内的有雷电的小时数，单位h/a。 雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。雷电流陡度 2.6 a I = 衡量输电线路防雷性能的重要指标是耐雷水平和雷击跳闸率。 （1）雷击输电线路时，线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值称为输电线路的“耐雷水平”，以kA为单位。 （2）输电线路的雷击跳闸率是指标准雷暴日数为40时，每年每100km长的线路因雷击引起的跳闸次数，单位为次/100km·年。 输电线路的直击雷过电压： （1）雷击杆塔塔顶或附近避雷线时的过电压（2）雷绕击导线时的过电压（3）雷击档距中央避雷线时的过电压 雷击杆塔时的耐雷水平I1为 50% 1 (1)()(1) 2.6 2.6 g a t c i t c U I h h L h k R k k h h ββ = -+-+- 当忽略避雷线与横担高度的差别，即ht≈ha、且hg≈hc时， 50% 1 (1)() 2.6 2.6 t c i U I L h k R β = ??-++ ?? ?? 9.为了防止避雷针与被保护的配电构架或设备之间的空气间隙Sa被击穿而造成反击事故，必须要求Sa大于一定距离，取空气的平均耐压强度为500kV／m；为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙Se被击穿，必须要求Se大于一定距离，取土壤的平均耐电强度为300kV／m，Sa和Se应满足下式要求: Sa≥0.2Ri＋0.1h Se≥0.3Ri 在一般情况下，间隙距离Sa不得小于5m；Se不得小于3m。 10. 构架避雷针注意事项： （1）严禁将照明线、电话线、广播线及天线等装在避雷针或其构架上； （2）如在避雷针的构架上设置照明灯，灯的电源线必需用铅护套电缆或将导线装在金属管内，并将引下的电缆或金属管直接埋入地中，其长度在10m以上，这样才允许与屋内低压配电装置相连，以免雷击构架上的避雷针时，威胁人身和设备的安全；
电力系统的电压等级 额定电压：各用电设备、发电机、变压器都是按一定标准电压设计和制造的。当它们运行在标准电压下时，技术、经济性能指标都发挥得最好。此标准电压就称为~。 一、电力系统的额定电压等级 1、电力系统的额定电压等级（输电线路的额定线电压） 220，kV 3，kV 6，kV 10，kV 35，kV 60，kV 110，kV 220，kV 330，kV 500，kV 750，kV 1000一般来说：110kv 以下的电压等级以3倍为级差：10kv 35kv 110kv 110kv 以上的电压等级，则以两倍为级差：110kv 220kv 500kv 确定额定电压等级的考虑因素： 三相功率S 和线电压U 、线电流I 的关系是UI S 3=。 当输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，导线等载流部分的截面积越小，投资越小；但电压越高，对绝缘的要求越高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也越大。所以，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。 但从设备制造的角度考虑，线路电压不能任意确定。规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的发展。 2、发电机、变压器、用电设备的额定电压的确定 1）用电设备的额定电压=线路额定电压 允许其实际工作电压偏离额定电压% 5±2）线路的额定电压： 指线路的平均电压（Ua+Ub ）/2， 线路首末端电压损耗为10%；因为用电设备允许的电压波动是±5%，所以接在始端的设备，电压最高不会超过5%；接在末端的设备最低不会低于-5%； 3）发电机的额定电压 总在线路始端，比线路额定电压高5%；3kv 的线路发电机电压为3.15kv。
4）变压器的额定电压 一次侧：相当于用电设备 A、直接与发电机相连，额定电压与发电机一致。 B、直接与线路相连，额定电压与线路额定电压相同； 二次侧：相当于电源 A、二次侧位于线路始端，比线路额定电压高5%。计及自身5%的电压损耗，总共比线路额定电压高10%。 B、二次侧直接接用电设备（负荷）时，只需考虑自身5%的电压损耗。
?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。
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）
电压等级（voltage class）电力系统及电力设备的额定电压级别系列。 额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。 电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能能正常运行。 在我国电力系统中，把标称电压1kV及以下的交流电压等级定义为低压，把标称电压1kV以上、330kV以下的交流电压等级定义为高压，把标称电压330 kV及以上、1000 kV以下的交流电压等级定义为超高压，把标称电压1000 kV及以上的交流电压等级定义为特高压，把标称电压±800 kV以下的直流电压等级定义为高压直流，把标称电压±800 kV及以上的直流电压等级定义为特高压直流。通常还有一个“中压”的名称，美国电气和电子工程师协会（IEEE）的标准文件中把2.4 kV至69 kV的电压等级称为中压，我国国家电网公司(SG)的规范性文件中把1 kV 以上至20 kV 的电压等级称为中压。 目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV、500kV。
电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。 通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。（35KV、60KV 线路为输电线路，110KV、220KV线路为高压线路，330KV以上线路称为超高压线路。把60KV以下电网称为地域电网，110KV、220KV电网称为区域电网，330KV以上电网称为超高压电网。把电力用户从系统所取用的功率称为负荷。） 10kV及其以下的电压线路称为配电线路。 将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。 我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。
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。
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。
电压等级划分 我国的电力网额定电压等级（KV）： 0.22，0.38，3，6，10，35，60，110，220，330，500。 习惯上称10KV以下线路为配电线路，35KV、60KV线路为输电线路，110KV、220KV线路为高压线路，330KV以上线路称为超高压线路。把60KV以下电网称为地域电网，110KV、220KV电网称为区域电网，330KV以上电网称为超高压电网。把电力用户从系统所取用的功率称为负荷。另外，通常把1KV以下的电力设备及装置称为低压设备，1KV以上的设备称为高压设备。 电压等级（voltage class）电力系统及电力设备的额定电压级别系列。额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍能正常运行。 我国最高交流电压等级是750KV（兰州---官亭线），其下有500、330、220、110、（60）、35、10KV，380/220V，国家电网公司正在实验1000KV特高压交流输电。 我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。
目前我国常用的电压等级：220V、380V、6KV、10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV。电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。通常35KV及以上的电压线路称为送电线路。10KV及以下的电压线路称为配电线路。将额定1KV以上电压称为“高电压”，额定电压在1KV以下电压称为“低电压”。我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。 我国规定的额定电压为：42V、36V、24V、12V、6V五种。 我国高压为：750KV、500Kv、220KV、110KV、35KV、10Kv、6KV。我国低压为：380V、220V、110V、36V、24V、12V。
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。