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
测量电压教学设计沪科版(精美教案) （一）复习引入。教师活动学生活动设计意图我们知道，水在水管中流动时，水管两端必须要有一定的压力差，简称“水压”。那么电流是怎样形成的呢？出示小黑板。学生思考。类比电流与水流。推出电压的概念。 （二）进行新课。 一、电压。教师活动学生活动设计意图、概念同样，电荷在电路中定向流动时，电路两端也需要电压。闭合开关，导体中的正电荷就在电压的作用下作定向运动形成电流。、提供电压的装置电源在电路中的作用就是提供电压，不同的电源在电路两端提供的电压不同。、符号电压用字母表示。、单位电压的单位名称是伏特，简称伏，符号是“”。比伏大的单位有千伏（），比伏小的单位有毫伏（）。它们之间的换算关系是：，。一节干电池的电压一般是，我国家庭电路的电压是。图几种常见的电压值。学生类比水压和电压理解新的概念电压。知道电源的作用。知道电压的符号。了解电压的单位。要求学生记住一节干电池的电压和我国家庭电路的电压。要求学生记住对人体的安全电压。类比电压和水压引入新的概念。了解电源的作用。了解几种电压值，这有利于对学生兴趣的激发和知识面的扩大。 二、怎样使用电压表。教师活动学生活动设计意图、电压表的符号电流表是测量电流大小的仪表。电压表是测量电压大小的
仪表，它在电路中的图形符号是。要求学生把外形相同的电压表和电流表区别开来。、电压表的使用方法对照电流表的使用规则，仔细观察电压表和阅读电压表的使用说明，了解电压表的使用规则。要特别注意电压表的量程，读数方法和连接方法。图是实验室常用的电压表。电压表的连接方法是什么？电压表的读数方法是什么？教师补充电压表指针调零的知识。若无法调到零位置时，读数要计入这个差值。请填空：图所示电压表使用的量程为，刻度盘上每大格表示，每小格表示，指针表示。图所示电压表使用的量程为，刻度盘上每大格表示，每小格表示，指针表示。、电压表和电流表的异同请大家分组讨论电压表和电流表的异同。学生记住电压表在电路图中的符号。主要区别是看表盘上的标志是还是。答：电压表的连接方法是：电压表与被测电路并联。电压表的读数方法是：先确认使用电压表的量程；然后根据量程确认刻度盘上每个大格和每个小格表示的电压值；最后根据指针稳定后所指的刻度读出被测电压的大小。学生了解电压表指针调零的知识。填空：、、、。填空：、、、。答：共同点：①都要选择量程；②都要弄分度值后再读数；③都要使电流从“”接线柱流进，从负接线柱流出。不同点：①电流表是串联在被测电路中，电压表要与被测电路并联；②电流表的两在接线柱不允许直接连到电源的两个极上，而电压表可作这样的连接。（只要电压不超过电压表的量程）类比电流表与电压表。对于电压表的连接方法，可在电路图上按教材顺序逐一说明，学生观察并总
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。
14.5测量电压 【教学目标】知识与技能：⒈知道电源的作用、电压的单位及其换算。 2了解一些常见电压及我国家庭电路电压。 3知道电压表的用途、符号，会正确将电压表接入电路中，并能正确选择量程和读数。 过程与方法：通过实验探究，总结出串联电路和并联电路中的电压关系，在探究过程中，能选择实验探究需要的器材，情感态度与价值观：培养学生的观察、分析、归纳能力和语言表达的能力。 【教学重点】电压的作用、单位及换算，电压表的用途及使用方法，串并联电路的电压特点。 【教学难点】电压表正确使用及对串、并联电路电压的特点的理解及分析电路中的一些问题 【教学方法】演示实验法，讲授法，讨论法，分组实验 【教学用具】演示用器材：教学电压表一只，电源一个，开关一个，实验室用电压表一只，小灯泡两只，1号电池三节，5号、7号电池各一节，纽扣电池一个，导线若 干，学生用电流表。 学生用器材：1号干电池三节，小灯泡两只，5 号、7号电池各一节，实验室用电压表一只、开 关一个，导线若干，纽扣电池一个，学生用电流
表。。 【教学过程】引入新课一、电压 演示：教师把一节干电池、小灯泡、开关在示教板上串成最简单的电路。 闭合开关，小灯泡发光，然后取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。 ①提出问题：为什么电路此时不能形成电流？电源的作用是什么？ ②上节课引入电流时用水流进行类比，这节课我们 还用类比的方法来研究电流的形成。 演示：向U形管左管内加水，使左管水面高出右管 （图096）。打开止水钳，水从左管向右管流动。 ③提问：为什么在连通器里的水面相平时，水不发 生流动，而在左管水面高时，水从左管流向右管呢？ U形管中的水能不能持续流动？ ④组织学生讨论，发表各自的见解，教师归纳。 水压（又叫水位差）是使水定向移动形成水流的原因。 ⑤教师利用电脑设计程序（如图097）表示水流动的动态过程。 如果用一台抽水机不断地把水从B处抽到A处，使A处的水总比B处水位高，由于水管两端总保持一定的水压，于是水管内有持续的水流。抽水机提供→水压形成→水流。
电缆电压降 对于动力装置，例如发电机、变压器等配置的电力电缆，当传输距离较远时，例如900m，就应考虑电缆电压的“压降”问题，否则电缆采购、安装以后，方才发觉因未考虑压降，导致设备无法正常启动，而因此造成工程损失。 一.电力线路为何会产生“电压降”？ 电力线路的电压降是因为导体存在电阻。正因为此，所以不管导体采用哪种材料（铜，铝）都会造成线路一定的电压损耗，而这种损耗（压降）不大于本身电压的10%时一般是不会对线路的电力驱动产生后果的。 二.在哪些场合需要考虑电压降? 一般来说，线路长度不很长的场合，由于电压降非常有限，往往可以忽略“压降”的问题，例如线路只有几十米。但是，在一些较长的电力线路上如果忽略了电缆压降，电缆敷设后在启动设备可能会因电压太低，根本启动不了设备；或设备虽能启动，但处于低电压运行状态，时间长了损坏设备。 较长电力线路需要考虑压降的问题。所谓“长线路”一般是指电缆线路大于500米。 对电压精度要求较高的场合也要考虑压降。 三.如何计算电力线路的压降？ 一般来说，计算线路的压降并不复杂，可按以下步骤： 1.计算线路电流I 公式：I= P/1.732×U×cosθ 其中： P—功率，用“千瓦”U—电压，单位kV cosθ—功率因素，用0.8～0.85 2 .计算线路电阻R 公式：R=ρ×L/S 其中：ρ—导体电阻率，铜芯电缆用0.01740代入，铝导体用0.0283代入
L—线路长度，用“米”代入 S—电缆的标称截面 3.计算线路压降 公式：ΔU=I×R 举例说明： 某电力线路长度为600m，电机功率90kW，工作电压380v，电缆是70mm2铜芯电缆，试求电压降。 解：先求线路电流I I=P/1.732×U×cosθ=90÷（1.732×0.380×0.85）=161(A) 再求线路电阻R R=ρ×L/S=0.01740×600÷70=0.149(Ω) 现在可以求线路压降了： ΔU=I×R =161×0.149=23.99（V） 由于ΔU=23.99V，已经超出电压380V的5%（23.99÷380=6.3%），因此无法满足电压的要求。 解决方案：增大电缆截面或缩短线路长度。读者可以自行计算验正。 例：在800米外有30KW负荷，用70㎜2电缆看是否符合要求？ I=P/1.732*U*COS?=30/1.732*0.38*0.8=56.98A R=ρL/S=0.018*800/70=0.206欧 △U=IR=56.98*0.206=11.72<19V (5%U=0.05*380=19) 符合要求。 电压降的估算 1．用途
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：
测量电压 【教学目标】 知识与技能： 1、知道电源的作用、电压的单位及其换算，了解生产、生活中常见 电压值； 2、知道电压表的用途、符号，会正确使用电压表测电压，并能正确 选择量程和读数。 过程与方法： 通过实验探究，分析归纳串联和并联电路中的电压关系；通过探究，经历探索科学规律的过程，培养同学们的观察、分析、归纳、交 流与表达等方面的能力。 情感态度与价值观： 让学生在探究过程中养成严谨的科学态度与协作精神。 【教学重点】 通过实验探究得出串、并联电路中电压的关系，学会电压表的使用及其读数。 【教学难点】 电压表的使用，电压表与电流表的使用区别。 【教学准备】 投影仪、演示电压表、实验室常用电压表、干电池三节、小灯泡两只、开关一只、导线若干。 【教学方法】 讲授法，实验探究法，对比与类比法。 【教学过程】 一、设置情景，引入新课： [演示实验] 1）闭合开关，小灯泡发光说明了什么？ 2 ）将电源正、负两极与灯泡两端断开，小灯泡不亮了，这现象说明了
什么？为什么？ [讲述]：灯泡的钨丝及导线里虽然都有大量的自由电子，但因为没有接通电源，它们只作无规则的热运动，并不发生定向移动形成电流。当灯泡与电源接通，灯泡里就有电流，这说明电源可以使电路中的自由电荷定向移动形成电流。为什么电源有这种作用呢？就因为电源的两极间有电压。 [板书]：第五节电压的测量 二、新课教学： （一）电压（用符号U表示） 1.采用类比法进行教学： （1）研究水流是怎样形成的。 水压是使水发生定向移动形成水流的原因。 抽水机的作用是：保持一定的水压，形成持续的水流。 （2）灯泡中的电流又是怎样形成的呢？（如图） 电压是使自由电荷定向移动形成电流的 原因。 电源的作用：保持一定的电压，使电路 中不断有电流通过。 电源是提供电压的装置。 2.电压的单位：伏特（V） 在国际单位制里，电压的单位是伏特，简称伏(V)。 此外，常用单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)等。
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 测量电压 【教学目标】 1、知识和技能 1）知道什么是电压，知道电源是提供电压的装置，知道电压的单位。 2）会使用电压表测量电压。 2、过程和方法 通过阅读电压表的使用说明书和实际操作，学会使用电压表。 3、情感、态度、价值观 通过对学生正确使用电压表技能的训练，使学生会阅读说明书，并养成严谨的科学态度。【教学重点】 1、电压的作用；电压表的正确使用。 2、电压表的读数。 【教学难点】 理解电压的概念、电压表的读数。 【教学过程】 一、创设情境，引入新课 我们可以用一个有抽水机和涡轮的闭合水路与一个有电源和灯泡的闭合电路作一对比： 在闭合水路中，抽水机不断把水从低处 抽到高处，使之保持有一定的水压（水位差）。 在闭合电路中，电源的作用就相当于水 路中的抽水机，灯泡就相当于涡轮机，电源 能不断搬运电荷，使正极上始终聚集着正电 荷，负极上始终聚集着负电荷，在电路两端 形成一定的电压。 水压（水位差）使水管中的水流动，形电路两端一定的电压，使电路中有持续 因此，电压是使自由电荷发生定向移动形成电流的原因。 二、新课教学 （一）电源与电压 1、电压是形成电流的原因，电源是提供电压的装置。 介绍常见的电源有：干电池、蓄电池、纽扣电池和发电机。 2、电压的字母表示：U 单位：伏特、简称伏（V） 常用单位千伏（kV），毫伏（mV） 换算：1 kV = 103 V 1 mV = 10-3 V 3、比一比,赛一赛 256kV= V， 220mV= V， 2.8×104μV= mV。 4、请学生说出常见的电压。 （二）怎样测量电压 1、认识电压表 1）学生结合前面所学电流表的使用，阅读电压表的使用说明书。 2）用多媒体播放电压表的使用录像。 3）强调电压表使用时的注意事项。 4）用多媒体flash动画练习电压表的使用。 2、练习电压表读数——根据量程和指针位置读数。 3、学生活动：用电压表测干电池的电压。 三、课堂小结 1、电压的概念 2、电压表的使用 3、电压表与电流表的区别 四、课堂练习 备课注意事项： 1、立足课本。 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 第五节《测量电压》教案（沪科版初三） (3) 教学目标： ⒈明白电源的作用、电压的单位及其换算。了解一些常见电压及我国家庭电路电压。 ⒉明白电压表的用途、符号，会正确将电压表接入电路中，并能正确选择量程和读数。 ⒊通过实验探究，总结出串联电路和并联电路中的电压关系，在探究过程中，能选择实验探究需要的器材，经历从物理实验中探究出科学规律的过程，培养学生的观看、分析、归纳能力和语言表达的能力。 重点、难点： 重点是实验探究得出串、并联电路中的电压关系，学会电压表的使用及其读数。难点是电压表的使用。 教学预备： 演示用器材：教学电压表一只，电源一个，开关一个，实验室用电压表一只，小灯泡两只，1号电池三节，5号、7号电池各一节，纽扣电池一个，导线假设干，学生用电流表。 学生用器材：1号干电池三节，小灯泡两只，5号、7号电池各一节，实验室用电压表一只、开关一个，导线假设干，纽扣电池一个，学生用电流表。 教学设计： 教师活动学生活动讲明 一、电压 演示：教师把一节干电池、小灯泡、开关在示教板 上串成最简单的电路。闭合开关，小灯泡发光，然后取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。 ①提出咨询题：什么缘故电路现在不能形成电流？电源的作用是什么？ ②上节课引入电流时用水流进行类比，这节课我们还用类比的方法来研究电流的形 成。 演示：向U形管左管内加水，使左 管水面高出右管〔图096〕。打开止 水钳，水从左管向右管流淌。观看 摸索 认真观看 用水流来 类比电 压，一定 结合实验 和图形展 现，增强 ③提咨询：什么缘故在连通器里的水面相平常，水不发生流淌，而在左管水面高时，水从左管流向右管呢？U形管中的水能不能连续流淌？ ④组织学生讨论，发表各自的见解，教师归纳。水压〔又叫水位差〕是使水定向移动形成水流的缘故。 ⑤教师利用电脑设计程序〔如图 097〕表示水流淌的动态过程。 假如用一台抽水机不断地把水 从B处抽到A处，使A处的水总 比B处水位高，由于水管两端总 保持一定的水压，因此水管内有连续的水流。 抽水机提供 →水压形成 → 水流。 ⑥指导学生看图098所示的电路〔示教板上接好的简单电路〕的情形。 教师讲解：电源正极集合大量的 正电荷，在电源正负极之间就产 生了电压。那个电压使电路中电 荷发生定向移动形成了电流，而 电流是提供电压的装置。 电源提供 →电压形成 → 电流。 板书： 1、电压 ⑦指导学生阅读〝信息窗〞，了解几种常见的电压值。摸索回答 讨论回答 观看领会 认真听讲 阅读、识记 直观性类 比的过程 中一定要 注意逻辑 性。 二、电压表 ①教师展现电压表，讲明是用来测量电压大小的外表，在电路中的图形符号是○V。与电流表盘对比不同点。 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 §13.5 测量电压第2课时 石狮第八中学卢侃侃 教学目标 1、知识与技能 ①会正确将电压表接入电路中，并能选择和连接正确的量程。 ②能准确的测量某一电路两端电压并正确读数。 知道串联电路和并联电路中电压的关系。 2、过程与方法 通过实验探究，分析串联电路和并联电路中的电压关系，在探究过程中经历探索科学规律的过程，培养学生的观察、分析、归纳能力和语言表达信息的能力。 3、情感态度与价值观 让学生在课堂中学习和养成严谨的科学态度与协作精神。 教学重点 ①会正确将电压表接入电路中，并能选择和连接正确的量程。 ②知道串联电路和并联电路中电压的关系。 教学难点 ①串联电路和并联电路的连接。 ②电压表的正确使用。 教学方式 讲授法、讨论法、实验探究法 教具准备 2个电池盒、2节干电池、电压表、小灯泡2个、导线若干、多媒体课件 教学过程 一、复习旧知 1、电压在电路中的作用是什么？ 2、1节干电池的电压是多少？ 3、电压表如何读数？ 二、新课教学 〖活动一、学会使用电压表〗 1、教师提问：现在老师要想得到一个电路中小灯泡的两端的电压，该如何使用电压表来测量？ 2、生生讨论 3、教师指导学生对照电流表的使用规则，仔细观察电压表和阅读电压表的使用说明，了解电压表的使用规则。特别提醒注意如何选择电压表的量程，读数方法和连接方法。 4、学生活动：测量简单电路中小灯泡的电压并记录数据。 5、生生交流讨论并请同学台前展示。 〖活动二、用电压表测量电池电压〗 1、教师引导：电压表的使用跟电流表的使用有所不同，同学也发现了电流表多出一条规则是不能把电流表直接接在电源的正负两极上，那电压表可以吗？ 2、生生讨论 3、学生活动：电压表测单节干电池两端的电压并记录。 4、教师总结可见电压表可以直接连接电源的正负两极，此时测出电源的电 空载长线路电容效应引起的工频过电压 一、实验目的 （1）了解空载长线路电容效应引起工频电压升高的原因 （2）掌握Probe Volt （节点电压测量仪）的设置和PlotXY 的使用方法 （3）掌握空载长线路的电容效应引起工频电压升高的仿真分析方法。 （4）了解并联电抗器对线路电容的补偿作用。 二、实验原理 （1）空载长线路的电容效应引起工频电压升高的原因 输电线路具有分布参数的特性，但在输送距离较短的情况下，工程上可用集中参数的电感L 、电阻r 和电容C 1、C 2所组成的π型电路来等值，如图1（a ）所示。一般线路等值的容抗远大于线路等值的感抗，则在线路空载（02=?I ）的情况下，在输电线路首端电压? 1U 的作用下，可列出如下电路回路方程为 ? ??????++=++=22221C L C L r I jX I r U U U U U 以?2U 为参考向量，可画出图1（b ）所示的相量图。由相量图分析可知，空载线路末端电压?2U 高于线路首端电压?1U ，这就是所谓空载线路的电容效应而引起的系统工频电压升高。 （a ） （b ） 图1 输电线路集中参数PI 型等值电路及其相量图 （a ）等值电路；（b ）相量图 若忽略r 的作用，则有 ) 221C L C L X X I j U U U －（? ???=+= L U U U +=12 即由于电感与电容上压降反相，且线路的容抗远大于感抗，使L U U ＞2，而造成线路末端的电压高于首端的电压。 随着输电线路电压等级的提高，输送距离变长。分析长线路的电容效应时，需要采用分布参数电路。（原理同前面相似，由于计算繁琐，此不再赘述） （2）并联电抗器的补偿作用 为了限制空载长线路的工频电压升高，在超、特高压系统中，通常采用并联电抗器的措施。这是因为其电感能补偿线路的对地电容，减小流经线路的电容电流，削弱了线路的电容效应。 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。随着安置地 第5章--工频过电压计算 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 第5章工频过电压计算 目录 5.1 空载长线路的电容效应 (6) 5.1.1 空载长线路的沿线电压分布 (6) 5.1.2 并联电抗器的补偿作用 (8) 5.2线路甩负荷引起的工频过电压 (11) 5.3单相接地故障引起的工频过电压 (13) 5.4自动电压调节器和调速器的影响 (16) 5.5限制工频过电压的其他可能措施 (17) 5.6工频过电压的EMTP仿真 (18) 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。 实验：用电压表测电压教案Experiment: teaching plan of measuring volta ge with voltmeter 实验：用电压表测电压教案 前言：小泰温馨提醒，物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，是当今最精密的一门自然科学学科。本教案根据物理课程标准的要求和针对教学对象是初中生群体的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划、并以启迪发展学生智力为根本目的。便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及打印。 1、掌握电压表的使用. 2、理解串联电路、并联电路的电压关系. 培养学生观察能力、动手实验能力. 培养认真细致的实验作风，实事求是的科学态度. 教学建议 从知识上看，这是一节探索性实验课，是电压、电压表知识的综合应用.通过该节课实验活动，进一步熟练掌握电压表的使用，对串联电路、并联电路有进一步认识，通过实验探究活动，发现串联电路、并联电路的电压关系.通过本节实验活动，达到培养学生探究意识、提高研究能力的目的. 从技能上看，本实验要求学生独立地识别电路和组成电路，选择量程，进行接线操作，读取数据，完成正确使用电压表的各 种技能训练.这些技能的训练，是初中电学实验共有的，它是电学 实验的基础. 从培养学生的科学态度和优良习惯来看，本实验是学生做的 第二个实验，对实验数据的采取实事求是的态度，不草率，不弄 虚作假；电路接线完毕，闭合开关之前，需要检查一遍电路；对 没有把握的电路接通，应采用瞬时试触的办法等，都应该养成良 好习惯. 本节课的任务很重，具有一定难度，在教学中要采取一些措施， 进行突破和落实. 一、课堂教学组织 1．做好组织工作.保持安静、有秩序的环境是商号实验课的 必要条件.在学生进入实验室之前，应对实验提出明确具体的要求，使上课一开始，便有一个良好秩序的开端.实验小组人数不宜过多，应该使每个学生有尽可能的动手机会. 2．对各小组的器材预先做好检查，要准备一些备用器材， 使教师不至于忙于排除器材的故障，而影响对学生的指导作用. 3．通过提问，对电压表的使用规则做一次简单回顾. 4．在学生动手实验之前，教师要进行示范操作，以减少学 生实验的盲目性.示范操作应做到：沪科初中物理九上《14第5节 测量电压》教案 (2)
基于单片机的工频电压(电流)表的设计
第五节《测量电压》教案(沪科版初三) (3)
第5章 工频过电压计算汇总
第五节 测量电压教案
(实验)空载长线路电容效应引起的工频过电压
第5章--工频过电压计算
实验：用电压表测电压教案
相关主题
文本预览