高电压论文

西北农林科技大学 高电压 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目：电力系统过电压的类型及其防护 学院：水利与建筑工程学院 专业：电气101班 姓名：李树壮 学号：2010011743 二零一二年十二月 试论电力系统过电压的类型及其防护 （西北农林科技大学 水建学院电气101班 李树壮 2010011743） 【内容提要】：在电力系统中，过电压的研究是与电力系统的发展联系到一起的。由于电网运行方式，故障类型，操作过程的复杂多样，以及其他各因素的影响，对于系统中过电压的分析与保护带来较多麻烦。本文主要针对电力系统中各过电压的类型，雷电过电压，工频过电压，操作过电压，谐振过电压等等，对其产生原因，产生过程，及其如何对其进行有效的防护做简单的探讨和分析. 【Abstract】: In the electric power system, the overvoltage is with the development of electric power system contact together. Due to the power grid operation mode, fault type, the operation process is complicated, and other various factors, for the system overvoltage analysis and protect and bring more trouble. This paper mainly in the electric power system, the type of the overvoltage, lightning overvoltage, power frequency overvoltage, operating overvoltage, resonance overvoltage, etc., the causes, producing process, and how to carry on the effective protection to do simple discussion and analysis. 关键词 过电压 类型 保护 电力系统过电压类型 1.1雷电过电压 1.1.1雷电过电压的产生 在雷雨季节里，太阳使地面水分部分化为蒸气，同时地面空气受到热地面的作用变热上升，成为热气流。上述的热气流遇到高空的冷空气，水蒸汽凝成小水滴，形成热雷云。雷电是带一般情况下，带负电荷的雷云较多。肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导。这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”。而每次闪击通常可以分为先导放电、主放电和余辉放电三个阶段 1.1.2直击雷过电压 a、雷直击于地面上接地良好的物体 这时流过雷击点的电流即为雷电流i。采用电流源彼得逊等效电路，相对于雷道波阻抗Z（约为300Ω），接地良好的被击物在雷电作用下的接地电阻R较小（一般小于30Ω），Z=R可以忽略不计，则累积电流i=Z/Z。+Z*2i=2i 可见沿雷道波阻抗Z下来的雷电入射波的幅值i=0.5I， b、雷直击于输电线路的导线 如图1所示雷击线路后，电流向线路两边流动，如果电流电压均以幅值表示导线被击点A的过电压幅值为 若取导线的波阻抗Z=400Ω，Z0=300Ω，当雷电电流幅值I=30kA，被击点直击雷过电压Ua=120I=3600kV。在近似计算取导线的波阻抗Z=400Ω，被击点直击雷过电压计算式所以当雷击电流幅值I=30kA，过电压Ua=100I=3000kV，可见，雷击中导线后，在导线上产生很高的过电压，会引起绝缘子闪络，需要采用防护措施，架设避雷线可有效的减少雷直击导线的概率。 图1-2 1.1.3感应雷过电压 雷击于线路附近大地或接地的线路杆塔顶部等，在绝缘的导线上引起感应过电压。在先导放电阶段，虽然有束缚电荷的存在，但是由于负电荷移动较慢，故线路上产生的的电流较小，相应的电压也较小，可忽略。主放电阶段，负电荷迅速被中和，束缚的正电荷产生的电场使导线对地形成一定电压，而雷电流产生的磁通在导线也感应出一定电压。这两者之和就是感应雷击过电压，分别称为雷击过电压的静电分量和电磁分量。 1.2工频过电压 1.2.1空载长线路中的电容效应 所谓电容效应，是指在电感，电容的串联电路中， 当容抗大于感抗时，在电源电动势的作用下，容性电流在感抗上的压降把容抗压降抬高的一种现象。主要分为三种：1。无限大电源和空载长线相连。2.有限大的电源与空载长线相连3.有限大电源与带有并联电抗器的长线相连。在这三中情况下，要根据不同的情况，进行讨论 1.2.2不对称短路引起的工频电压升高 不对称短路时输电线路中最常见的故障形式。在单相或两相不对称短路时，非故障相的电压一般说会增大，其中单相接地时非故障相的电压可达到较高的数值。特殊情况下，两相短路接地也会出现较高的工频电压，但概率很小。由不对称短路引起的工频电压升高也分为三种情况：1.中性点不接地系统。当线长在1500km以内时，其零序电抗必为负值，其正序电抗必为正值。2.中性点经消弧电圈接地。所谓消弧线圈就是接于系统中性点于地之间的一个电感线圈，用以补偿零序电容。3.中性点直接接地或经低阻抗接地。中性点直接接地或经低阻抗接地系统的零序电抗是感抗。因此，k是正值。 1.2.3突然甩负荷引起的工频电压升高 除了上述空长线的电容效应和不对称短路之外，在输电线路传输中负荷时，线路末端断路器跳闸，突然甩去负荷，时造成线路工频电压身高的另一个原因。 1.3谐振过电压 内部过电压包括谐振过电压和操作过电压，其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大。 谐振过电压引起的事故是很频繁的，它在各级电网中都可能发生 系统中许多元件是属于电感性的或电容性的，例如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，补偿用的并联或串联电容器组，高压设备的寄生电容为电容元件。而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容。这些元件组成复杂的L-C振荡回路，在一定的能源作用下，特定参数配合的回胳中会出现谐振现象，引起电压的异常升高。 谐振常属于稳态现象，因此其持续时间比操作过电压长得多，可以稳定地存在，直至进行新的操作破坏原回路的谐振条件为止。 正是由于谐振过电压的持续时间长，所以其危害也大、在电力系统中，谐振过电压不仅危及电气设备的绝缘，还可能产生持续的过电流而烧断熔丝或设备，同时还会影响到过电压保护装置的工作条件，普通避雷器常因在谐振过电压下动作而又不能灭弧的情况下会遭到毁坏。 虽然在不同电压等级以及不同结构的电力系统中会产生情况各异的谐振过电压．但按其性质而言大致分为三种： a、线性谐振过电压 线性谐振回路中的L和C都是常量，它们不随元件上的电流、电压而变化。主要指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含铁芯电感元件(如消弧线园，其铁芯磁路中通常留有空气隙)和系统中的电容元件所引起的串联谐振回路。它在正弦交流电源的作用下，若电源频率和L-C自振频率相等或接近时，即会产生强烈的谐振现象，导致元件上产生很高的过电压。 b、铁磁谐振过电压 铁磁谐振往往和铁芯电感的饱和性相联系，由于铁心电感的磁通和电流之间的非线性关系，其电感值不再是常量，从而区别于线性谐振的许多特点，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。电力系统中的铁磁谐振回路一般由空载变压器或电压互感器和系统的电容元件组合而成。 c、参数谐振过电压 参数谐振过电压是因为系统中的某些元件的参数在外力的作用下，发生周期性变化而诱发的。通常是由于电机旋转时电感大小的周期变化，如果该电机接有一定值的电容性负荷(如空载线路)，当参数在一定的配合下，变化的电感周期使地把能量引入谐振系统，形成过电压。 过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。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都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。 1.4操作过电压 由于操作(如断路器的合闸和分闸)、故障或其他原因，使系统参数突然变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压。 电网的操作过电压一般由下列原因引起（1）线路合闸和重合闸； （2）.空载变压器和并联电抗器分闸； （3）.线路非对称故障分闸和振荡解列； （4）空载线路分闸。 线路合闸和重合闸过电压对电网设备绝缘配合有重要影响，应采用有合闸电阻的断路器对该过电压加以限制。避雷器可作为变电所电气设备操作过电压的后备保护装置，该避雷器同时是变电所的雷电过电压的保护装置。 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时对（1）（3） 类过电压，应结合电网条件加以预测。 主要分为 a.线路合闸和重合闸操作过电压 空载线路合闸时，由于线路电感-容的振荡将产生合闸过电压。线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。因此断路器应安装合闸电阻，以有效地降低合闸及重合闸过电压。 b.分断空载变压器和并联电抗器的操作过电压 由于断路器分断这些设备的感性电流时强制熄弧所产生的操作过电压， c.线路非对称故障分闸和振荡解列操作过电压 电网送受端联系薄弱，如线路非对称故障导致分闸，或在电网振荡状态下解列，将产 生线路非对称故障分闸或振荡解列过电压。 电力系统过电压的防护 2.1雷电过电压的防护措施 2.1.1雷电的防护 由于雷电现象极为频繁，产生的雷电过电压可达数千千伏，足以使电气设备绝缘结构发生闪络和损坏，引起停电事故，因此有必要对输电线路发电厂和变电所的电气装置采取防雷保护措施。基本防护措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。 2.1.2避雷针和避雷线 当雷云放电接近地面时会使地面电场发生畸变，在避雷针（线）的顶端形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引人大地从而使放保护物体免受雷击．避雷针（线）只能改变周围局部的地面电场，对雷云大地这个大电场的影响有限，而且雷云的漂移和先导放电的发展都存在随机性，所以只有先导放电发展到一定的高度H以后才会在一定的范围内受到避雷针（线）的影响，从而对避雷针（线）放电。H称为定向高度，与避雷针（线）高度有关。根据模拟实验，当避雷针线高度h≤30m时．H≈20hI当h>30m时．H≈600m，如图3所示。 图3接地物体时雷电先导发展的影响 (a)雷电先导很高时无影响（b）先导高度较低时有影响 2.1.3避雷针（线）的保护范围 避雷针（线）的保护范围是指被保护物体再次空间范围内不致遭受雷击。我国 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中的保护范围是按照保护慨率99.9%（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）确定的。 2.1.4单根避雷针的保护范围 单根避雷针的保护范围如图4所示，设避雷针的高度为h，被保护物体的高度为 ，则避雷针的有效高度 =h一 ．在 高度上避雷针的保护范围半径 计算公式为 当 ≥ 时． =(h- )p= p 当 ＜ 时． = (1. 5h-2 )p 式中p为高度影响系数，是考虑避雷针高度影响的校正系数，当h<30m时，p=l；当30m120m时，按120m计算．保护范围可以用图4所示的几何图来表示，从避雷针顶点向下做 斜线，此斜线旋转而成的锥体，即构成 图2—2 单根避雷针的保护范围 ≥h／2的保护范围。而从地平面距避雷针1.5h处向避雷针0. 75h高度做连线，此连线旋转而成的锥体构成了 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，经反复试算得出最优方案。 2.1.7避雷器的种类和原理 避雷器是连接在导线和地之间的一种防止雷击的设备，通常与被保护设备并联。避雷器可以有效的保护电力设备，一旦出现不正常电压，避雷器产生作用，起到保护作用。当被保护设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，将高电压冲击电流导向大地，从而限制电压幅值，保护电气设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使系统能够正常供电。避雷器的主要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值，从而达到保护电力设备的作用。避雷器不仅可用来防护大气高电压，也可用来防护操作高电压。如果出现雷雨天气，电闪雷鸣就会出现高电压，电力设备就有可能有危险，此时避雷器就会起作用，保护电力设备免受损害。避雷器的最大作用也是最重要的作用就是限制过电压以保护电气设备。避雷器是使雷电流流入大地，使电气设备不产生高压的一种装置，主要类型有管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等。每种类型避雷器的主要工作原理是不同的，但是他们的工作实质是相同的，都是为了保护点了设备不受损害。 避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙——是最简单形式的避雷器；管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器——利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。 2.2工频过电压的防护措施 A. 利用并联高压电抗器补偿空载线路的电容效应； B. 利用静止无功补偿器SVC补偿空载线路电容效应； C 变压器中性点直接接地可降低由于不对称接地故障引起的工频电压升高； D 发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置,使发电机突然甩负荷时能抑制容性电流对 电机的助磁电枢反应,从而防止过电压的产生和发展。 2.3谐振过电压的保护措施 为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以避免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。 2.4操作过电压的保护措施 2.4.1线路合闸和重合闸操作过电压 　应按电网预测条件，求出空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸(如运行中使用时)的过电压分布，求出包括线路受端的相对地及相间统计操作过电压。预测这类操作过电压的条件如下： A.空载线路合闸，线路断路器合闸前，电源母线电压为电网最高电压； B.成功的三相重合闸前，线路受端曾发生单相接地故障；非成功的三相重合闸时，线路受端有单相接地故障。 空载线路合闸、单相重合闸和成功的三相重合闸(如运行中使用时)，在线路受端产生的相对地统计操作过电压，不应大于2 2UXG 2.4.2分断空载变压器和并联电抗器的操作过电压 由于断路器分断这些设备的感性电流时强制熄弧所产生的操作过电压，应根据断路器结构、回路参数、变压器(并联电抗器)的接线和特性等因素确定。该操作过电压一般可用安装在断路器与变压器(并联电抗器)之间的避雷器予以限制。对变压器，避雷器可安装在低压侧或高压侧，但如高低压电网中性点接地方式不同时，低压侧宜采用磁吹阀型避雷器。当避雷器可能频繁动作时，宜采用有高值分闸电阻的断路器。 2.4.3 线路非对称故障分闸和振荡解列操作过电压 预测线路非对称故障分闸过电压，可选择线路受端存在单相接地故障的条件，分闸时线路送受端电势功角差应按实际情况选取。 有分闸电阻的断路器，可降低线路非对称故障分闸及振荡解列过电压。当不具备这一条件时，应采用安装于线路上的避雷器加以限制。 参考文献： ［1］解广润《过电压及保护》北京：电力工业出版社，1980． ［2］陈维贤《电网过电压教程》北京：电力工业出版社，1996. [3]武汉理工大学《Lighting 的研究和防护方法》，2012 图1-1 图1-3 图2--1 - 1 -