2.5 限制措施

断路器带并联合闸电阻
辅助触头 B2 先接通，并联电阻 R 串入回路，经过 12 个工频周 期后，主触头 B1 闭合，并联电 阻短接，完成了合闸过程
合闸过程的等值电路
利用避雷器限制合闸
避雷器动作后有工频电源的作用，对避雷器的 通流容量要求较高
3. 切除空载线路过电压

I 2 I 3 3CU ph
I 3I 2 3CU ph
产生过电压的机理
Ijd 有两个分量：工频电流（强制）分量和高
频电流（自由）分量
通常认为，油中电弧可能在过渡过程中高频
过零熄弧，空气中的开放电弧大多在工频电 流过零时熄弧，前者称为高频熄弧理论，过 电压值较高，后者称为工频熄弧理论，过电 压值较低
3.3 影响因素

断路器的性能
自能式断路器（如多油断路器和老式的少油断路器）开断 小电流时，灭弧室压力低，熄弧后介质强度恢复慢，易发生 多次重燃（ 6 ～ 7 次），恢复电压低时重燃过电压低，但重燃 次数多增加了高幅值过电压出现的可能性
断路器触头重燃、熄弧具有明显的随机性

分闸时，不一定每次都重燃，即使重燃也不一定在 电源到达最大值并与线路残压极性相反时发生。如 果重燃提前发生，振荡振幅和相应的过电压随之降 低，当重燃在断弧后的1/4工频周期内产生，则不会 引起过电压 熄弧不一定在高频电流第一次过零时发生，在第二 次或更后的时间才被切断，线路上残余电压大大降 低，断路器触头间的恢复电压和重燃过电压都大大 减小
采用选相合闸，使断路器在两触头电位极性相同 或电位差接近于零时完成合闸操作


2.5 限制措施

合理装设并联电抗器，降低因线路电容效应等引 起的工频电压的升高
采用单相自动重合闸，避免线路残压的影响 故障相被切除后，线路上没有残余电荷，而且系 统零序回路的阻尼作用大于正序回路，甚至会使 单相重合闸过电压低于正常合闸过电压

220kV切空线过电压倍数K的统计曲线
3
2
1
１－无电磁式电压互感器 ２－有电磁式电压互感器
3.5 限制措施
改进断路器结构

切电容负载时产生过电压的根本原因是断路 器的重燃，改进断路器结构，提高触头间介 质强度的恢复速度，避免重燃，可从根本上 消除这种过电压 采用外能式方法灭弧（采用SF6，压缩空气， 带压油活塞的少油断路器），切除空载线时 可做到不重燃，老式的少油断路器或多油断
原因：断路器分闸过程中的重燃现象
切除空载线路，断路器切除的是较小的容 性电流（几十 ~ 几百安），比短路电流小 得多 取决于触头间恢复电压上升速度与介质强 度恢复速度

3.1 开断空载线路等值电路
L1：电源等值漏感 L2： 线路电感 C1： 母线侧对地电容 C2： 线路电容 e(t)：电源电势 e(t)=Emcos(t+0)
影响因数
回路损耗
电源内阻抗，线路阻抗中的电阻损耗，电弧 本身的弧阻损耗，使高频振荡很快衰减， 过电压降低
5.4 限制措施
中性点直接接地
中性点采用消弧线圈
5.5 消弧线圈的应用

中性点不接地的 360kV 电网中，在单相接 地电流超过30A（310kV电网）或者10A（ 35kV 及以上电网），需要在电网中性点和 地之间接入消弧线圈 作用：减小单相接地电流，缓减接地故障 点恢复电压的上升速度，从而增大接地故 障点自熄的概率，以防止发展成相间短路 或烧伤导线
2.3 合闸过电压倍数

可能出现的最大过电压值

过电压倍数
为工频电压升高系数， 为操作冲击系数
正常合闸 ，
2.4 自动重合闸

发生单相接地故障， DL2 三相跳闸，线路成为带 接地故障的空载线路， DL1 三相跳闸后，健全相 分别在电容电流过零时熄弧，线路上留有残余电 压，数值为

约 0.5 秒后， DL1 自动重合闸，如果线路上的残余 电荷没有释放掉，且健全相中有一相的电源电势 达最大、极性与残余电压相反，则该相将出现的 过电压幅值为
3560kV及以下系统（非直接接 地） 110~154kV系统（非直接接地） 110~220kV系统（直接接地） 330kV系统（直接接地） 500kV系统（直接接地）
1.5 规程规定选择绝缘时
计算用操作过电压倍数
相间绝缘

35~220kV 的相间操作过电压可 取 相 对地 的 1.3~1.4倍
补偿度K和脱谐度

补偿度k
当 k1、0，即ILIC时，


脱谐度

为过补偿状态
当k1、0 ，即ILIC时， 为欠补偿运行状态

当k=1、=0，即IL=IC时，
为全补偿运行状态
中性点位移电位

为中性点不接地（无消弧线圈）电网 ，因三相对地电容不等而引起的电网中性点位移 电位，称电网不对称电压 U0 的大小主要决定于KC及，以KC=1.5%为例，无 消弧线圈，Ubd=0.015EA，接消弧线圈，若=3%， 则U0=0.5EA，中性点电位移电压增大33倍。若=0 ，电网处于谐振状态，但电网存在损耗电阻，所 以U0不趋于无穷大
1.1 操作过电压的特点

与工频电压升高和谐振过电压相比：

过电压幅值高 强阻尼、高振荡性 持续时间短

由于操作过电压的能量来源于系统本身，故其 幅值与额定电压大致有一定倍数关系，通常以 系统最高运行相电压的幅值 Uphm作为基值来计 算过电压倍数Kn
1.2 操作过电压的特点

操作过电压的幅值，持续时间与电网结构参 数，断路器性能，系统接线，操作类型等因 素有关，其中很多因素具有随机性，因此过 电压幅值持续时间也具有统计性

在超高压、特高压系统中，是决定 电网绝缘水平的重要因素
2.2 产生合闸过电压的物理过程
正常合闸
采用集中参数的型等值电路进行计算分析
单相集中参数等值电路
单相简化电路
正常合闸时电路方程的解
如忽略回路电阻， = 0， 设 ，则
稳态分量最大值 Ucm，反映空载线路的电容效应
0 / 在1.5～3的范围内
5. 间歇电弧接地过电压
中性点不接地电网中，10kV电网，l 1000km， Ijd30A；35kV电网， l 100km， Ijd 10A，接地 电弧在几秒至几十秒内自熄，继续增大，电弧不 能自熄，且不形成稳定电弧（几百安），此时出 现时燃时灭的不稳定状态，产生间歇性电弧接地 过电压
5.1 间歇性电弧的产生

氧化锌避雷器作为后备保护
4. 切除电感性负荷过电压
4.1 过电压产生原理

切除空载变压器、消弧线圈、并联电抗器、电动机等电感 性负荷是常见的操作，产生过电压的原因是分断感性小电 流时，发生截流现象。由于截流流在电感中的磁场能量转 化为电容上的电场能量，从而产生过电压

超高压系统中的断路器采用外能式方法灭弧，且灭弧能力 是按切断短路电流来设计的，分断这样的电流时，电弧被 迅速拉长，弧阻剧增，发生不稳定现象，在工频电流过零 前发生强制熄弧，有时甚至在电流的最大值时电流突然截 断，称为截流
t1 第一次熄弧，t2 第一次重燃，t3 第二次熄弧 T4 第二次重燃，t5 第三次熄弧
3.2 切空线过电压发展过程
每隔半个工频周期就重燃一次和熄弧一次，过 电压将按7Em，-9 Em ….. 逐次增加，直到触头 间已有足够的绝缘强度，电弧不再重燃为止
发生了两次重 燃，最大过电 压倍数为2.72 少油断路器切切除220kV 330km长线 路时的实测波形

路器还存在重燃
3.5 限制措施

采用并联电抗器
降低重燃后的工频稳态分量，并使断弧后线路上 残压不再是直流电压，而是交流衰减正弦电压 ，恢复电压上升速度大为降低 ,可避免电弧重燃
3.5 限制措施
装分闸并联电阻

先断主触头DL1，将R串入回路：一是泄放残余电 荷，二是降低触头间电压，此过程希望R值小 经1.5～2周波，再断开辅助触头DL2，此过程希望 R大，电容上分压小，恢复电压小，不易重燃
断路器触头间恢复电压

断路器的工频电流（容性电流），过零电弧熄灭， 此时电容C上的电压为最大值 ，不考虑线 路上残余电荷泄漏，断路器触头间恢复电压Ur(t)为

经过半个周期，恢复电压达 2Em，此时，如果断路 器断口处介质强度恢复很快，电弧从此弧灭，分闸 过程结束，不会产生过电压，否则可能重燃
3.2 切空线过电压发展过程


理论分析和数值计算
模拟试验、现场测试、运行纪录，暂态网络分析仪 （TNA）、数字模拟混合实时仿真系统以及先进的 仪器仪表 本课程主要介绍几种典型的操作过电压形成的原理 ，影响因素及主要防护措施

2. 合闸空载线路的过电压
2.1 产生合闸过电压的物理过程

正常合闸:零初始条件
自动重合闸: 非零初始条件

330kV 的 相 间 操 作 过 电 压 可 取 相 对 地 的 1.4~1.45倍
500kV的相间操作过电压可取相对地的1.5倍

1.6 限制操作过电压措施


线路上装设并联电抗器，限制工频电压升高
改进断路器性能，采用带有并联电阻的断路器
采用氧化锌避雷器限制过电压
1.7 研究操作过电压方法
随着系统电压的提高，操作过电压的问题就突出出 来，若不采取限压措施，将导致设备绝缘费用的迅 速增加，因此330kV及以上超高压、特高压系统操 作过电压绝缘时
计算用操作过电压倍数

相对地绝缘
系统 过电压倍数
4.0 3.5 3.0 2.75 2.0或2.2

电网接线方式