330kV系统
≯
≯
3.0
2.75
500kV系统
750kV及1000kV系统
≯
≯
2.0（或2.2）
1.6
限制操作过电压措施： 带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
12.2
合空载线路过电压
合空线及重合闸产生的过电压是系统中常见的操作过电压 由于断路器灭弧能力的提高，切空线时现基本上不发生重 燃，故切空线过电压最大过电压只测到1.19倍，而合空线 最大过电压达2.03倍，自动重合闸时更高 ∴超高压系统中合（包括重合）空线过电压是选择绝缘水 平的决定因素
（5－50个周波）
2－3s
稳态
稳态工频电压升高
空载长线容升效应 工频电压升高 甩负荷 不对称短路
暂时过电压
谐振过电压 内部过电压
线性谐振 非线性谐振
参数谐振
切、合空载长线过电压 操作过电压 切空载变压器过电压 弧光接地过电压
断路器
单相接地
12.1 空载长线的电容效应 工频电压升高对系统中正常运行的电气设备一般没有危 险，但在超高压远距离输电确定绝缘水平时，起着主要的
统计和表明： 10kV线路长<1000km Ic ≯30A 单相接地电容 电流过零熄灭 不再重燃
35kV线路长<100km Ic ≯10A 若 单相接地电容电流过零熄灭但可 Ic >30A（10kV） 能重燃，不能形成稳定燃烧的电 Ic >10A（35kV） 弧，故时燃时灭犹如不断开合的 开关，会产生幅值很高的弧光接 地过电压 故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是 工频电流过零时也可能是高频电流过零时 工频熄弧理论 分析出的过电压水平较低
作用
1）工频电压升高再叠加操作过电压 过电压幅值高
2）影响避雷器的最大允许工作电压 频电压
灭弧电压>最高工
游离、
3）持续时间长，对绝缘及运行性能有重大影响 老化、污闪、干扰等
我国500kV电网:要求母线的暂态工频电压升高不超过工频 电压的1.3倍（420kV），线路不超过1.4倍（444kV），空 载变压器允许1.3倍工频电压持续1min
U2 Ix j sin x zc
.
线路长为 l 时首末端电压关系
U1 U2 cos l
. .
沿线电压与首端电压关系 可见沿线电压分布呈余弦规律
越靠近线路末端电压越高 .
Ux
.
U1 Ux cos x cos l
.
传递系数
K1x
U1
cosx cosl
xs：电源感抗 xL：高压并联电抗器感抗
L R2 C
过渡过程是振荡的 阻尼作用使衰减很快，过电压
若 R大
断路器加并联电阻及一对辅助触头，使合闸、分闸过程
在两个阶段进行，并联电阻起到减小稳态和自由分量、
阻尼作用 过电压
R合闸电阻
我国：500kV
330kV
R＝400Ω
R＝800Ω
国外：500kV
R＝400－1200Ω
12.3 切除空载线路过电压 切空线操作是常见的一种操作，如检修线路 断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速 度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在 线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率 越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长 （0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑 过电压时，主要以切空线过电压为依据。
最高运行相电压幅值＝ (1.1 1.15)
2 3
Ue
我国第一条500kV线路合 空载线路试验电压波形 线路长336km，断路器合 闸电阻400Ω，首末端接 高压并联电抗器 0－0.1s （五个周波） 0.1－1s 幅值高、强阻尼、高频振荡、时间短 操作过电压 幅值低、弱阻尼、无高频振荡、时间长 暂态工频电压升高
一般 工频试验电压
（一分钟）
最严重情况考虑（作用时间长） 方便
架空线路的绝缘水平：
绝缘子片数的确定、空气间隙的确定
第12章 内部过电压
电力系统中，因为断路器的操作、事故或其它原因，系统 参数发生变化，引起电磁能量振荡转换或传递所出现的超 过正常运行电压的电压升高称为内部过电压 由于引起内部过电压的电磁能量来自电力系统内部，其幅
值与额定电压成正比，工程上内部过电压的大小用内部过
电压倍数kn表示
过电压幅值 kn 最高运行相电压幅值
空载长线电容效应引起的工频电压升高
一、电容效应
1 如果回路固有振荡频率 0 LC , C L . . 回路电流 I 呈容性 UC UL , U E U C L 1
二、空载均匀无损输电线的容升效应及限制
. cos x Ux sin x . j Ix z c
. cosl E 1 jx s sin l . 0 1 j z I c
jz c sin l 1 1 cosl jx L
' 电流 I2 0 .
0 . ' U2 1 . ' I2
操作引起暂态过程，电磁能量发生转化，出现过电压
由于操作过电压幅值与系统额定电压有关，因此电压等级 越高的系统操作过电压值越高 雷电过电压 220kV及以下 系统的绝缘水平 主要 操作过电压 330kV及以上 我国规程规定： 操作过电压倍数 35－60kV及以下（非直接接地）系统 ≯ 4.0
110－220kV（直接接地）系统
正常运行时：UN 0 A相对地短路后：
.
UA 0, UN UA U3 UCA , U2 UBA I2 I3 3c Uxg I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos300
. . . .
.
.
.
Uxg为最高运行相电压
流过故障点的电流为单相接地电容电流
合闸
计划性合闸
重合闸
线上无残余电压
线上有残余电压 存在起始值
过电压更高
三相重合闸过电压理论上可达 3 倍，但实际中过电压受很
多因素影响： 合闸相位、回路损耗、残压电压的变化、并联电抗器、 断路器的不同期性 限制措施： （一）带并联电阻的断路器（二）MOA 利用带并联电阻的断路器限制操作过电压 操作过电压出现在操作或故障引起的电磁暂态过渡过程中
线路上过电压＋3、－5、＋7、－9…
重燃次数越多，过电压越高。实际中过电压一般在2.5倍 以下，但测量到过4.8倍
切空线过电压产生的根本原因是断路器重燃 影响因素： 断路器的灭弧性能 线路泄漏损耗 中性点运行方式
系统参数
限制措施：
改善断路器灭弧性能
采用带并联电阻的断路器
采用MOA
12.4 切除空载变压器过电压 是一种常规操作，如果DL和T配合不当，可能产生很高的 过电压 断路器通常是按能开断强大（几－几十 kA）的短路电流 设计的，灭弧能力很强 外能式断路器 灭弧能力与开断的电流大小有关
jz c sin x . U2 cos x . I2
相位系数 特性阻抗
L 0C0 0.060 / km Zc L0 C0
空载线路末端边界条件
电流 I2. 0 .
.
.
U x U 2 cos x
.
沿线电压、电流与末端电压的关系
220kV及以下 系统的绝缘水平
雷电过电压
具有正常绝缘水平的电气设备应能承受内部过电压的作用
330kV及以上 额定电压高，内部过电压可能比现有防雷
措施下的雷电过电压高 系统的绝缘水平
主要
内部过电压
电气设备的绝缘水平就是指该电气设备可能承受的（不 发生闪络、击穿或其它损坏）的试验电压值 试验电压包括：工频试验电压（外绝缘还规定了干、湿 状态的工频放电电压）、雷电冲击试验电压，对超高压系 统还规定了操作冲击试验电压 产品型式试验
.
Ux与U1关系
沿线最高电压
zc sin x . . z cos(x ) . xL Ux U1 U1, tg c z cos(l ) xL cos l c sin l xL U1 Um x cos x
cos(l ) 出现在距末端
处
可见：电源感抗会升高线路首端电压故升高整条线路电压 可用高压并联电抗器降低沿线电压
变压器特性阻抗
如果激磁电流最大值（电容电压为零）时截断 过电压最高 影响因素： Ucm=ILmZT 预期过电压
断路器性能
变压器参数
过电压幅值较高但持续时间短，能量低（比雷电过电压作 用下的能量小一个数量级） 两侧中性点接地方式相同低压侧装 限制措施：阀型避雷器 两侧中性点接地方式不同两侧装
12.5 间歇电弧接地过电压 实际工程中，单相接地是系统主要故障形式（60％） 中性点不接地系统中，单相接地时，非故障相（健全相） 电压升高为线电压，中性点升为相电压，由于电源仍然对 称，不必立即跳闸，允许带故障运行0.5－2小时 （1）可大大提高供电可靠性 （2）故障时电压的升高对电压等级较低的系统投资影响 不大 一般我国60kV及以下都采用中性点不接地的运行方式 但如果接地故障不能自动消失，存在 （1）相间短路立即跳闸 （2）时燃时灭电弧可能产生幅值很高、持续时间较长的 弧光接地过电压
自能式断路器
灭弧能力与开断的电流大小关系不大
如压缩空气断路器、有压油活塞的少油断路器
用灭弧能力很强的断路器开断空载变压器的激磁电流（一 般为额定电流的0.5－4％，即几－几十A）时，电流就可 能在过零前被强迫切断（截流） 产生切空变过电压的根本原因是断路器的截流现象
1 2 1 1 2 2 LiL0 Cu C0 Cu m 初始能量： 2 2 2 L 2 2 2 ucm uC0 iL0 ZT , Z C