69国内精品一区二区三区 工频电压击穿实验的工频过电压

内过电压和工频过电压概况：

由于电力系统中某些内部的原因引起的过 电压 称为内过 电压 。引起电力系统中出现内过 电压 的主要原因有：系统中断路器 (开关)的操作、系统中的故障(如接地)以及系统中电感、电容在特定情况下的配合不当。根据过 电压 特点和产生原因的不同，电力系统的内过 电压 包括两类，即暂时过 电压 和操作过 电压 。

操作过 电压 是在电网从一种稳态向另一新稳态的过渡过程中产生的，其持续时间较短，而暂时过 电压 基本上与电路稳态相联系，其持续时间较长。

暂时过 电压 包括工频过 电压 和谐振过 电压 。

由于电力系统中存在储能元件的电感和电容，所以出现内过 电压 的实质是电力系统内部电感磁场能量与电容电场能量的振荡、互换与重新分布，在此过程中系统中出现高于系统正常运行条件下最高 电压 的各种内过 电压 。既然内过 电压 的能量来源于电网本身，所以它的幅值与电网的工频 电压 大致上有一定的倍数关系。一般将内过 电压 的幅值 U _m 表示成系统的最高运行相 电压 幅值(标么值p.u.)的倍数，即 U _m =Kp.u. 。

习惯上就用此过 电压 倍数来表示内过 电压 的大小。例：某空载线路合闸过 电压 为 1.9倍。这就表明合闸过 电压 的幅值为U _m =-1.9p.u.。

K值与系统电网结构、系统运行方式、操作方式、系统容量的大小、系统参数、中性点运行方式、断路器性能、故障性质等诸多因素有关，并具有明显的统计性。我国电力系统 绝缘 配合要求内过 电压 倍数不大于表8-1所示数值。

表 8-1                  要求限制的内过电压倍数

在正常或故障时，电力系统中所出现的幅值超过最大工作相 电压 、频率为工频 (50Hz)的过 电压 称为工频过 电压 ，也称工频 电压 升高，因为此类过 电压 表现为工频 电压 下的幅值升高。

工频过 电压 就其本身过 电压 倍数的大小来讲，对系统中正常 绝缘 的 电气 设备一般是不构成危险的，但是考虑到下列情况，对工频过 电压 须予以重视。

(1)工频 电压 升高的大小将直接影响操作过 电压 的实际幅值。伴随工频 电压 升高，若同时出现操作过 电压 ，那么操作过 电压 的高频分量将迭加在升高的工频 电压 之上，从而使操作过 电压 的幅值达到很高的数值。

(2)工频 电压 升高的大小影响保护电器的工作条件和保护效果。例如避雷器的最大允许工作 电压 就是由避雷器安装处工频过 电压 值的大小来决定的，如工频过 电压 较高，那么避雷 器的最大允许 电压 也要提高，这样避雷器的放电 电压 和残压也将提高，相应被保护设备的 绝缘 水平亦要随之提高。

(3)工频 电压 升高持续时间长(甚至可持续存在)，对设备 绝缘 及其运行性能有重大影响。例如引起油纸 绝缘 内部游离，污秽 绝缘 子闪络、铁芯过热、电晕等。

在各 电压 等级系统中工频过 电压 都存在，也都会带来上述三个影响作用，但是对于超高压系统，工频过 电压 显得尤为重要，这是因为在超高压系统中：目前在限制与降低和操作过 电压 方面有了较好的措施；输电线路较长，工频 电压 升高相对比较高。因而持续时间较长的工频 电压 升高对于决定超高压系统 电气 设备的 绝缘 水平将起愈来愈大的作用。

常见的几种工频过 电压 为：空载线路电容效应引起的工频 电压 升高；不对称短路时，在正常相上的工频 电压 升高；甩负荷引起的工频 电压 升高。

上述第二种工频过 电压 已在《电力系统分析》中有关非全相状态下过 电压 的章节中作了阐述。而一般发电机都有快速灭磁保护，所以发电机突然甩负荷引起的工频过 电压 是非主要的工频过 电压 。

空载线路电容效应引起的工频过电压：

输电线路具有分布参数，线路有感性阻抗，还有对地电容。在距离较短的情况下，工程上可用集中参数的感性阻抗 L、r和电容C ₁ 、C ₂ 所组成的 π 型电路来等值，如图8-1(a)所示。一般线路的容抗远大于 线路的感抗，故在线路末端空载 ( )的情况下，在首 端 电压 的作用下，回路中流过的电流为电容性电流 。由于线路感性阻抗中 L上的 电压 和电容C ₂ 上 电压 分别超前和滞后 90°，r上压降与 同相， 又 ，由此可得到如 图 8-1(b)所示的相量图。

由图 8-1 (b)所示的柑量图可以看到：空载线路木端 电压 值 较线路首端 电压 值 有较大的升高，这就是空载线路的电容效应(空载线路总体表现为电容性阻抗)所引起的工频 电压 升高或工频过 电压 。

对于距离较长的线路，一般需要考虑它的分布参数特性，输电线路就需要采用如图 8-2所示的 π 型链式电路来等值。图中L ₀ 、C ₀ 分别表示线路单位长度的电感和对地电容， X为线路上某点到线路末端的距离, 为 系统电源 电压 ， X _S 为系统电源等值电抗。

根据如图 8-2所示的分布参数 π 型链式等值电路，我们可以求得线路上距末 端 X处的 电压 为

        (8-1)

式中 ——系统电源 电压 ；

Z——线路导线波阻抗；

ω ——电源角频率；

v——光速。

由式 (8-1)可见：

(1)沿线路的工频 电压 从线路末端开始向首端按余弦规律分布，在线路末端 电压 最高。线路末端 电压 为

将此式代入式 (8-1)就得

           (8-2)

这表明 为 α x的余弦函数，且在x=0(即线路末端)处达到最大。

(2)线路末端 电压 升高程度与线路长 度 有关。线路首端 电压 U ₁ 为

(8-3)

这表明线路长度 l越长，线路末端工频压比首端升高得越历害。对架空线路， α 约为

0 .06°/km，当 α l=90 ° ，即 U ₂ = ∞ 此时线路恰好处于谐振状态。实际的情况是， 这种 电压 的升高受到线路电阻和电晕损耗的限制，在任何情况下，工频 电压 升高将不会超过 2.9倍。

(3)空载线路沿线路的 电压 分布。通常已知的是线 路首端 电压 。根据式 (8-2)及式(8-3)可得

           (8-4)

线路上各点 电压 分布如图 8-3所示 .

( 4) 工频 电压 升高与电源容量有关。将式（ 8 -1 ）中 cos ( α l+ θ ) 展开，并以 代入

由式 (8-5)可看出，X _S 的存在使线路首端 电压 升高从而加剧了线路末端工频 电压 的升高。电源容量越小(X _S 越大)，工频 电压 升高越严重。当电源容量为无穷大时， ， 工频 电压 升高为最小。因此为了估计最严重的工频 电压 升高，应以系统最小电源容量为依据。在单电源供电的线路中，应取最小运行方式时的X _S 为依据。在双端电源的线路 中 ，线路两端的断路器必须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，先切电源容量较小的一侧，后切电源容量较大的一侧。这样的操作能减弱电容效应引起的工频过 电压 。

既然空载线路工频 电压 升高的根本原因在于线路中电容性电流在感抗上的压降使得电容上的 电压 高于电源 电压 ，那么通过补偿这种电容性电流，从而削弱电容效应，就可以降低这种工频过 电压 。超高压线路，由于其工频 电压 升高比较严重，常采用并联电抗器来限制工频过 电压 。并联电抗器视需要可以装设在线路的末端、首端或中部。并联电抗器降低工频过 电压 的效果，我们通过一具体例子加以说明。

【例 8-1】 某500kV线路，长度为250km，电源电抗X _S =263.2 Ω ，线路每单位长度电感和电容分别为L ₀ =0.9 μ H/m，C ₀ =0.0127nF/m，求线路末端开路时末端的 电压 升高。若线路末端接有X _L =1837 Ω 的并联电抗器，求此时开路线路末端的 电压 升高。

不接并联电抗器时，末端线路 电压 为

接入并联电抗器后，末端线路 电压 可用下列公式计算

可见并联电抗器接入后可大大降低工频过 电压 。但是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因素。因而，并联电抗器容量及安装位置的选择需综合考虑。