范文一：配电网的内部过电压防护

配电网的内部过电压防护

Xia Zhen-Fei1

Longyuan Inner Mongolia Wind Power Co., Ltd. , Inner Mongolia

Hohhot 010080; 摘要：配电网通常是指63kV 及以下的电压等级，直接向广大用户馈电的电力网。 配电网的过电压问题与高压、超高压电网是有区别的。在内部过电压方面，要注意特有的内部过电压问题，以及与高压电网相比，易发生的断线引起的谐振过电压问题。这些过电压问题严重地威胁着电气设备的绝缘和电网的安全性。因此，只有系统地分析这些过电压问题的形成过程及其影响因素，才能合理有效地采取防护措施，保证电网安全可靠运行。

关键字：配电网；过电压；内部过电压；防护措施 Abstract: Distribution network usually refers to the 63 kV and under voltage levels, and directly feeds to the broad masses of users of the network. Compared with the high voltage and ultrahigh voltage power grid, the overvoltage problems are different. At the internal overvoltage aspects ,we should pay attention to special overvoltage problems, as well as compared with high voltage power grid, being vulnerable to break causes resonance overvoltage. These overvoltage problems seriously threaten the electrical equipment insulation. Only the system analyses the formation process of the overvoltage and the influencing factors, and can it reasonably take protective measures to ensure the safe operation of the power grid.

Key words: distribution network; overvoltage; internal overvoltage; protective measures

0引言

配电网具有设备多和分布广的特点，它直接担负着向广大用户供电的任务。如配电网中发生过电压事故，不但会影响用户用电，而且还可能威胁人身安全。电力系统的工作可靠性是和过电压的大小密切相关的。如果发生了过电压，可能会造成电力系统绝缘或保护设备损坏。一般来说，过电压分为外部过电压和内部过电压，内部过电压包括操作过电压，谐振过电压和工频过电压。下面作介绍，

并提出相应的防护措施。

1 配电网操作过电压

在电力系统中，常用的储能元件是电感和电容元件。操作过电压是指，当工作状态由于操作事故而发生变化时，将发生振荡过程，在这个过渡的过程中，由于电感中的磁场能会在某一瞬间转化为电容中的电场能，从而产生几倍于电源额定电压的过电压。操作过电压一般会在几ms 至几十ms 后就会消失的。

形成操作过电压主要取决于电力系统的本身属性。因此，这种过电压的幅值大小一般与其电源额定电压成正比关系。过电压的幅值大小主要是由高相电压幅值的倍数来表示。操作过电压的幅值与电气设备的本身属性，以及系统本身的结构参数、运行操作和故障类型等因素都有着关系，因此，它是随机的。在不接地的电力系统中，操作过电压主要分为弧光接地过电压，开断感性负载引起的过电压和投切容性负载引起的过电压等[1]。

目前，城市与农村的电网改造已经在我国大范围的推广。特别是网络的结构参数以及运行参数，它们都发生了变化。其主要表现在线路中的电容电流增大，电缆线路增多，配变容量增大，输电线路的条数增加，每条线路的负荷电流减小，以致一部分线路在低峰时段，成为了空载运行的线路和空载运行的配变。

1.1 分闸空载线路过电压

切空线是电力系统中常有的操作。在开断过程中，若断路器发生重燃，使线路积累了电荷，并引起电磁振荡，会出现过电压。这种过电压不止幅值高，且持续时间长，可达0.5～1个工频周期以上，是220kV 及以下电网确定操作绝缘水平的依据。

限制空载线路分闸过电压的措施：

（1）、提高断路器的灭弧性能，特别是提高切断小电流或者是电容电流的性能，减少电弧重燃的可能性；

（2）、在线路末端和电缆分支箱中加装避雷器降低过电压的倍数。

1.2 合闸空载线路过电压

空载运行的线路引起的合闸过电压是决定超高压电网绝缘水平的重要因素。空载线路的合闸过电压有两种形式：一是具有计划的合闸运行，合闸后，在线路上，各节点电压由初始零值变到工频稳态电压值，这个工频稳态值主要取决于电容效应，这个过程出现了振荡过电压。另一种是重合闸运行，由于残余电压的存

在，三相重合闸引起的过电压要比计划性合闸运行下的过电压更为严重[2]。

1.3 空载变压器分闸过电压

在电力系统运行中，常有电感性负载的分闸操作，在这些操作过程中可能会出现幅值较高的过电压。

在电力系统中，感性负载主要是空载运行的配变和电源变压器。当切断感性负载时，就会引起内部过电压，这其中缘由主要取决于开关的截流，正是因为分段开关的这种作用，使得线路电感上储存的磁场能转变为线路电容中储存的电场能，从而产生分空变过电压。尤其对中性点不接地的空载配变被切断时，所产生的过电压要到达4～7倍的高电压。

因为切断空载运行的配变引起的过电压频率高，能量小，较易限制。因此其常采用的限制措施为，投入运行能够防止引起大气压过电压的避雷器，一般情况下它是不允许退出运行的。

1.4 间歇性接地过电压

在中性点非接地的系统中，当发生单相接地短路时，经常会有电弧出现。因为系统中电容和电感的存在，使得一部分输电线路之间发生振荡的情况。只有当过振荡零点和工频稳态零点时，电弧才可能达到瞬时熄弧。当故障相的电压升高时，电弧又将重新燃起，这样就会在各相中发生内部过电压。目前，我国电力行业的标准——DL\T620一1997“交流电气装置的过电压保护和绝缘配台”中规定：3～lO kV 的系统是不允许直接和发电机连接的，而是由架空线构成的。当发生单相接地短路时，其电容电流大于10A ，并且又需要在接地短路下运行时，中性点需要通过消弧线圈进行接地。当单相接地短路发生时，特别容易转变成为两相接地故障和三相接地故障[3]。

在中性点非接地系统中，由弧光接地引起的过电压事故发生的概率高，事故持续发生的时间长，引起的内部过电压的幅值倍数达3．5倍。由于其电容电流过大，以致电弧不能熄弧。

根据运行的经验可以得到：弧光接地过电压和其他谐振过电压都会可能得ZnO 避雷器被击穿而损坏。

限制由弧光接地引起的过电压的措施主要是在中性点上采用消弧线圈接地的方式。在中性点上采用消弧线圈接地，能够实现故障的快速切除，过电压持续时间得到缩短．从而达到弧光接地过电压得到抑制的目的，这样就避免了事故扩

大发生。同时，与中性点经小电流接地相比，经消弧线圈接地时，当发生单相接地短路时，电弧电流将大大减小，而且还不会出现不稳定的过电压。总的来说，运行的优势是明显的。

1.5 解列过电压

在多电源供电系统中，由于某种原因(如线路发生接地故障) 而失去稳定时，线路两侧电源的电动势将产生相对摆动(失步) 。为了避免事故扩大而将系统解列，则可能会在单端的空载线路上出现解列过电压。

2 配电网工频过电压

工频过电压是形成操作过电压的基础，工频过电压发生振荡后能够产生操作过电压。工频过电压幅值越大，操作过电压就越大。由于避雷器的额定电压取决于工频过电压，所以工频过电压的幅值越大，则避雷器的额定电压就越大，其相应的残压值也就越大。因此，工频过电压也就决定了配电网的操作水平和雷电绝缘水平[4]。

常见的几种重要的工频过电压有：空载线路电容效应引用的电压升高；不对称短路时正常相上的工频电压升高；甩负荷引起发电机加速而产生的电压升高等。

2.1 电容效应

线路上的电容效应是指在电源电动势的作用下，在电感元件和电容元件的串联回路中，当线路上的电容值高于电感值时，线路上的容性电流在电感上产生的电压将会抬高电容上的电压的一种现象。

2.2 不对称接地引起的工频过电压

当线路中发生不对称接地时，可能使键全相的工频电压有所升高。统计表明，单相接地是主要的故障形式，所引起的电压升高一般最为严重，仍是选择避雷器额定电压的主要依据。

3 配电网谐振过电压

在电力系统中，存在着很多电感元件和电容元件，主要的电感元件有变压器，电抗器，互感器，消弧线圈，发电机和输电线路等，而主要的电容是线路对地和相间电容，并联电容器组提供的电容，串联电容器组提供的电容以及高压设备上的杂散电容。当电力系统发生操作故障或者发生短路故障时，这些电感元件和电

容元件要形成振荡的回路，在电源电动势的作用下，会发生谐振的情况，从而导致谐振过电压在电力系统中发生。与操作过电压相比，谐振过电压的持续时间要相对较长些，有可能到谐振的条件被破坏后，接着才进行不稳定运行。其次，谐振过电压的幅值很大，理论值是无穷大的[5]。

3.1 线性谐振

发生线性谐振的回路是由不带铁芯的电感元件或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件和电容元件构成的. 在具有正弦信号的电源电动势作用下，当系统的谐振频率与电源的额定频率相等或相接近时，将会发生线性谐振。在消弧线圈中产生的线性谐振是类似于弧光接地过电压。对于接消弧线圈的系统，只要让消弧线圈处于脱谐度不大的工作状态，或者是事故时断路器处于非全相运行状态，使得容抗大于感抗，谐振条件不满足，线性谐振过电压就不会发生。

3.2 非线性的铁磁谐振过电压

在电力系统中，发生铁磁谐振过电压往往是由于线路的折断，断路器发生非全相的运行等工作状态，并且这些都属于谐振过电压。若系统中发生中性点移动、负载变压器的相位方向发生反转、电流的大小突增、绕组铁芯中发出响声、电流流过导线时发出微弱的电晕声等现象时，很大程度上发生了传递过电压。发生非全相动作时，可以组成各式各样的谐振回路。由空载或轻载运行的负荷变压器的电感和消弧线圈的电感为谐振回路提供电感参数。回路的电容是由线路对地或相间电容以及绕组的杂散电容等提供。在不同的参数条件下，可能会出现基频谐振、分频谐振以及高频谐振的现象。

当发生的是基频谐振时，将会产生三相对地的不平衡电压，将可能会出现两相降低、一相升高，或者是一相降低、两相升高，或者是三相升高的情况。在变压器的负载侧，由于三相绕组的负序电压是主要的部分，以致三相的相序出现反倾的现象。实践证明，有可能产生高次谐波。谐振过电压的理论幅值一般到无穷大。

当发生分频谐振时，频率值是工频的二分之一倍，互感器的励磁阻抗变为原值的二分之一，以致铁芯中的励磁电流增幅很大，互感器出现过度饱和的现象，这样过电压的幅值倍数被限制到了2倍以下，这样就不可能出现危险的情况了。

谐振过电压事故在各种电压的电网中都会产生，在不少电网中曾严重地影响安全运行。 谐振过电压的持续时间长，一般可达十分之几秒以上，甚至长期存

在。但是运行经验表明，只要能够正确掌握这种过电压的规律。认真做好预防工作，这种事故是完全可以避免的。

对中性点不直接接地系统中的分频谐振过电压，提出了以下几点措施：

（1）、采用励磁特性优良，铁芯不易饱和的电压互感器。电容式的电压互感器可考虑采用。

（2）、对中性点经消弧线圈接地的10-35千伏系统，做到合理补偿，正确布置，避免出现孤立运行的情况。

（3）、选用分频继电器。当发生谐振时，利用分频继电器将电压互感器的二次侧开口三角经电阻短接。

（4）、电压互感器的二次开口三角形处串联接入500W 的白炽灯或分频继电器，并加装消谐器。

（5）、对于10千伏及以下的用电户，电压互感器的中性点应采用不接地的方式。

（6）、采用零序互感器的接线方案。具体情况是：将三台单相电压互感器的一次侧接成星形接线，其中性点经一台零序互感器接地，而对于单相电压互感器的二次开口三角处不做任何处理。这种方法可以达到消除三次谐波的目的。

（7）、一般情况下，中性点需采用经消弧线圈接地的方式。

（8）、在电压互感器的一次侧的中性点上串以10—20 千欧电阻后再接地。 为了解决非线性的铁磁谐振问题，需要从改善电压互感器的励磁特性出发，尽快生产处励磁特性好的电压互感器，为保证电力系统安全运行创造有利的条件。

4 结论

上述是配电网中存在的内部过电压问题，本文对其做了简单的介绍。分别叙述了几种配电网中特有的内部过电压情况，并对相应的问题提出了几种防护措施，以保证电网能够安全可靠地运行。

参考文献

[1] 鲁铁成. 电力系统过电压[M].北京：中国水利水电电力出版社,2009：23-29.

[2] 方瑜. 配电网过电压[M].北京：水利电力出版社，1994：35-46.

[3] 平绍勋. 电力系统内部过电压保护及实例分析[M].北京：中国电力出版社，

2006：25-36.

[4] 周泽存. 高电压技术[M].北京：中国电力出版社，2007：106-121.

[5] 陈维贤. 内部过电压基础[M].北京：电力工业出版社，1981：37-42.

范文二：配电网过电压故障分析论文

配电网过电压故障分析

摘要 :从两方面论述了配电网过电压故障的原因及其后果 , 提出 一些较为有效的解决措施。

关键词 :配电网 , 过电压、故障。

1前言

在电力系统中 , 配电设备的过电压故障比较普遍、尤其以大气过电 压 (雷击 ) 最为突出 , 变电变压器烧损、导线断线直接影响用户用电 , 威胁人身安全。本文主要着重分析配电变压器及线路。

2配电变压器雷击故障

根据国内许多单位的研究 , 一致认为配电变压器雷害事故主要是 由正逆变换过电压引起的。正逆变换过电压幅值的大小与下列因素 有关 :

1) 三相进波比单相或两相进波所引起的过电压高。

2) 线路绝缘水平越高 , 过电压也越高。

3) 进波波长越长 , 振荡过程可以得到充分发展 , 过电压也越高。

4) 进波幅值越高 , 过电压越高。

5) 变比越大 , 过电压越大。

6) 逆变换过电压与低压侧线路的波阻抗 z 有关。

7) 对于逆变换 , 接地电阻越大 , 过电压幅值就越高。对于正变换 , 接 地电阻越小 , 过电压幅值越高。

配电变压器雷击损坏的其他原因

1) 避雷器接地电阻偏高 , 当雷电流流过接地电阻时 , 导致变压器外

范文三：配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究

配电网间歇性电弧接地过电压

抑制措施的仿真研究

Artif icial R esearch of R estrain Measurement of

Intermittency Electric Arc ’ s E arthing Over -voltage of Distribution N et

兰州电力高级技工学校 　 周燕莉 (730046)

【摘 　 要】 　

抑制措施的限压效果 ,

【关键词】 　 　 中性点接地方式 　 仿真

【 Abstract 】 artificial data of development process of intermittency electric arc ’ s earth 2 ing over -voltage of distribution network , the paper researches limited voltage ’ s effect of over -voltage ’ s restrain measurement , and analyses influence of neutral point earthing style on over -voltage.

【 K eyw ords 】 　 Distribution Net 　 Intermittency electric arc ’ s earthing over -voltage 　 Neutral point earthing style 　 Artificial

1　 前言

长期以来 , 依据现行的 《电力设备过电压保护

技术规程》 (DL/T620-1997) , 我国中压配电网一

直采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式 。 近

些年来 , 由于配电网络发展迅速 , 城市电网 、 厂用

电系统的电缆线路急剧增加 , 所占线路比重越来

越大 。 特别是沿海地区 , 许多企业进口了高压电

缆 、 GIS 组合电器等设备 , 由于引进设备的技术指

标与现有规程的绝缘配合不相适应等原因 , 出现

了很多问题 。 这些情况使原有的中性点接地方式

已显得不适应形势 , 从而对配电网绝缘配合和中

性点接地方式提出了新的研究课题 。

配电网的过电压有其特殊性 , 因为电缆线路

几乎无雷击闪络

, 故外过电压并不是主要方面 。

对配电网而言 , 由于其本身含较多的绝缘薄弱环 节如绝缘强度较差的旧式电气设备 、 电缆接头 、 旋 转电机和配电变压器等 , 以及污秽也是一个威胁 因素 , 因此 , 内过电压水平问题才是主要的问题所 在 , 况且在某些情况下还不得不将其限制到很低 水平 。实践证明 ,6~35kV 中压配电系统存在主 要的内过电压是间歇性电弧接地过电压和铁磁谐 振过电压 , 而许多研究表明 , 在所有的操作过电压 中 , 间歇性电弧接地过电压由于持续时间长 , 遍及 全网 , 危害性更大 。为适应对中性点接地方式研 讨的需要 , 适应配电网接地方式以及有效地抑制 电弧接地过电压 , 本文对配电网间歇性电弧接地 过电压进行了数值仿真研究及实例计算分析 , 它 为电弧接地过电压的计算和对中性点接地方式的 研讨提供了有利的分析工具 。

2　 过电压的仿真计算

2. 1　 等值计算网络

1986年以后 , 广州地区 10kV 配电网发展很 快 , 有的城市中心区的配电网大量敷设电缆 , 如中 山港变电站 10kV 配电网电缆线路占全站馈电线 路长度的 60%以上 , 单相接地电容电流显著增 大 ,10kV Ⅰ 段母线电容电流 25. 56A , Ⅱ 段母线为 9

配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究

48. 69A 。 运行中发生单相接地故障时往往发展

成两相短路 , 强大的故障电流将接地引线熔断 , 为 了避免电弧接地过电压的发生 , 该站决定将中性 点接地方式改造为通过自动调谐及接地选线成套 装置接地 。为此 , 本文利用 Saber 数值仿真软件 对改造前后的过电压进行了计算 。

本文的过电压仿真计算以广东中山港 110kV 变电站 10kV Ⅱ 段母线上架空线和电缆的间歇性

电弧接地故障为例进行分析 。每段 10kV 母线配

置 1台接地变压器以取得人工中性点 , 由于接地 变压器对限制单相接地故障电流不起作用 , 主要 靠消弧线圈的补偿 , 为分析问题方便 , 忽略接地变 压器的影响 。 以 A 相对地开关 K 的断和合来表 征熄和燃弧状态 。单相接地点的选取原则是 :最 长架空线和最长电缆出线的末端 。 中山港变电站 的系统网络图如图 1

。

图 1　 中山港变电站 10kV 配电网接线示意图 　　 对用于 Saber 计算的主变 110kV 侧电源系统 阻抗 X q 、 主变等值参数 、 架空线和电缆等值参数 、 自动调谐接地补偿装置参数进行了计算 , 计算过 程及结果从略 。 2. 2　 两种理论对应的计算模型 2. 2. 1　 燃熄弧计算条件

本文的 Saber 数值仿真软件对 Petersen 高频 熄弧理论及 Peters &Slipian 工频熄弧理论所描 述的过电压瞬态发展过程进行了真实的模拟 。 模拟配电网中电弧接地电压数值仿真的全过

程为

:

　　 熄弧条件有二 :Petersen 理论 (高频熄弧理 论 ) 以及 Peters 和 Slepian 理论 (工频熄弧理论 ) 。 以重燃时间来区分两个理论 , 每隔工频半个周波 重燃一次 , 对应于高频熄弧理论 ; 每隔一个工频周 波重燃一次 , 对应于工频熄弧理论 。

(1) 高频燃熄弧计算条件

① 故障条件

从严考虑 , 在 A 相电源电压为正或负峰值时 刻 ,A 相发生单相接地故障 。在 A 相对地之间设

置一个接地开关 , 开关闭合模拟接地故障 , 开关断 开模拟故障消除或电弧熄灭 。

② 熄弧条件

接地短路电流中含有高频分量和工频分量 , 在短路初始阶段电流以高频分量为主 , 因此 , 短路 后电流的第一个过零点认为是高频电流过零 , 过 零时接地开关断开以模拟电弧熄灭 。

③ 燃弧条件

熄弧之后在故障相 (A 相 ) 的第一个电压峰值

1《青 　 海 　 电 　 力》 2002年 1第 4期

时刻电弧重燃 , 此时接地开关合 。 从时间上来看 , 高频熄弧是每隔半个工频周波重燃一次 。

(2) 工频燃熄弧计算条件

① 故障条件

同高频熄弧的故障条件 。

② 熄弧条件

接地短路电流在半个工频周波附近高频分量 已经衰减到了很小 , 此处的电流过零认为是工频 电流过零 , 过零时接地开关断开模拟电弧熄灭 。

③ 燃弧条件

熄弧之后在故障相 (A 相 )

的第一个电压峰值 时刻电弧重燃 , 此时 , 接地开关闭合 。 从时间上来 看 , 工频熄弧是每隔一个工频周波重燃一次 。 2. 2. 2　 仿真的数学模型

, 图 2　 等值计算电路模型

注 :r— — — 系统电源和线路等效电阻

L — — — 系统电源漏电感和线路电感 L H — — — 消弧线圈的电感 g — — — 线路泄漏电导 C — — — 线路对地电容 Z — — — 线路负荷 K — — — 接地开关

3　 过电压抑制措施的仿真分析及计算

就所建立的等值计算电路模型利用 Saber 软 件进行电弧接地过电压的计算 。

从最严的条件考虑

:无相间电容 、 接地电阻 R d =0、 考虑重燃 。

3. 1　 配电网中性点对地绝缘

当开关 K 1断开时 , 即为中性点对地绝缘方 式 , 试验结果见表 1及图 3(高频 10次燃熄弧 , 工 频 5次燃熄弧 ) 。

表 1　　　　　 母线上出现的最大过电压倍数

单位 :p.u

熄弧方式 健全相电压 2. 618901741. 83152. 4698高 　 频

电缆 2. 38732. 15303. 0427架空线

2. 3812

2. 3267

2. 8704

　　 从表 1和图 3可以得出如下结论 :3. 1. 1　 电网中性点绝缘时 , 按照高频熄弧理论计 算的过电压值比按照工频熄弧理论计算的过电压 值要高 。 应当补充的是 , 按照高频熄弧理论计算 出来的过电压并不是最严重的 。事实上 , 当发生 闪络时 , 如 A 相的电压较最大值稍微偏早或偏 迟 , 健全相的过电压将更大 。 3. 1. 2　 在电弧的点燃和熄灭过程中 , 系统中积聚 的能量是产生严重电弧接地过电压的重要原因 。 在图 3中的 U 0(中性点电压 ) 就反映了这种积聚 能量 。 第一次接地电弧熄灭之后 , U 0即可达 ≥ 1p. u ; 然后 , 随着重燃次数的增加而增加 , 使故障 相的恢复电压和健全相的稳态电压明显增大 , 产 生严重的电弧接地过电压 , 最大可达 3. 0427p. u 。

健全相电压波形

1

1配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究

故障相电压波形

(a ) 高频熄弧电压波形 　　　 中性点电压波形 　　　 (b ) 工频熄弧电压波形

图 3　 弧光接地的电压波形

3. 1. 3　 计算该 10kV 变电站中性点绝缘时的过 电压 , 母线上相电压可达 3. 042p. u , 中性点电压 达 2. 387p. u 。 3. 2　 配电网中性点经消弧线圈接地

当开关 K 1闭合时 , 既为中性点经消弧线圈 接地方式 , 试验结果见表 2及图 4(高频 4次燃熄 弧 , 工频 2次燃熄弧 ) 。

　　 表 2　

母线上出现的最大过电压倍数 单位 :p.u

熄弧方式

故障线路 脱谐度 (γ) γ=-10%

γ=-5%

γ=0

γ=5%

γ=10%

工频

电缆

中性点电压

1. 96331. 96731. 96061. 94501. 9716健全相电压 2. 47952. 57702. 57122. 44922. 4492架空线 中性点电压 1. 95371. 95771. 95101. 96231. 9710健全相电压 2. 14872. 23452. 21192. 21632. 1492高频

电缆

中性点电压 1. 96331. 96731. 96061. 96501. 9716健全相电压 2. 57222. 57702. 57122. 57392. 5752架空线

中性点电压 1. 95371. 95771. 95101. 96231. 9710健全相电压

2. 3211

2. 3259

2. 3119

2. 3228

2. 3241

　　 从表 2和图 4可以得出如下结论 :3. 2. 1　 在补偿网络中发生电弧重燃时 , 健全相过 电压幅值与中性点绝缘时的过电压相比有所减 小 。 但采用消弧线圈后 , 出现这种严重情况的重 燃率很低 。 因此 , 消弧线圈的作用主要并不是降 低电弧接地过电压 , 而是由于它在易于熄弧和防 止重燃方面的有利作用 , 使重燃次数大为降低 , 过 电压持续时间大为缩短 , 从而降低了高幅值过电

压出现的概率 , 间接地减小了高倍过电压出现的 概率 。 所以在系统发生弧光接地故障时 , 可以有 效地限制过电压倍数 。 3. 2. 2　 消弧线圈不仅在极大程度上补偿了短路 点的接地电流 , 而且熄弧后故障相恢复电压上升 速度小于没有消弧线圈的情况 , 正是这两个重要 因素促使电弧熄灭及抑制重燃的发生 。

2

1《青 　 海 　 电 　 力》 2002年 1第 4期

健全相电压波形

(a ) 高频熄弧电压波形 　　 中性点电压波形 　　 (b ) 工频熄弧电压波形

图 4　 弧光接地的电压波形 (

γ=0) 　　 图 5是电弧间隙恢复电压波形图 , 由图 5可

见 , 脱谐度对故障相恢复电压最大上升速度有重 要影响 。 故障相弧隙恢复电压上升速度与脱谐度 γ是成正比的 , γ增加 ,U hf 的上升速度也增大 , 弧 道间介质绝缘恢复强度的增长速度会降低 , 这将 增大电弧重燃的可能性 ; 当 γ减小 ,U hf 的上升速 度减小 , 对抑制重燃 、 促使电弧熄灭很有利 。 通常 脱谐度不大 , 恢复电压上升是较慢的 , 因此 , 不易 发生重燃 。 但当 γ很小时 , 正常运行条件下也会

造成中性点电压长期偏移较大而使设备绝缘不允 许 。 因此应根据运行经验和实算结果来合理选择 脱谐度 。

全补偿 (

γ=0) 时 , 恢复电压 U hf (t ) 仅由于泄 漏损耗的作用而逐渐上升到相电压 , 见图 5(a ) ,

系统储能呈指数衰减而逐渐消失 。 γ≠ 0时 , 系统

自振频率与电源频率不同 , 自由振荡和稳态电压 迭加而使恢复电压具有脉振特性 , 既 “ 拍频” 形状 ,

见图 5(b ) 。拍 频 周 期 为 ω-ω0

, 其 中 ω0=ω

-

γ。

(a ) 全补偿

(b ) 过补偿

图 5　 电弧间隙恢复电压波形图

3

1配电网间歇性电弧接地过电压抑制措施的仿真研究

3. 2. 3　 从表 2的数据可以看出 , 在同样条件下脱 谐度值在 ±10%之间变化 , 对健全相的过电压无 明显影响 , 均未超过 2. 58p. u 。完全调谐时 (γ= 0) , 过电压幅值降至 2. 571p. u 。此时 , 无论应用 工频熄弧理论还是高频熄弧理论 , 所得结果基本 相同 。

3. 2. 4　 计算该 10kV 变电站接消弧线圈后过电 压 , 母线上相电压在 2. 58p. u 以下 , 中性点电压在 1. 97p. u 以下 。

以上研究中 , 通过对中性点接地方式改造前 后的过电压的计算 , 从计算结果看 , 经消弧线圈接 地系统 , 在系统发生弧光接地故障时 , 可以有效地 限制过电压倍数 。

置后 ,

直良好 , 提高了

4　 结束语

4. 1　 从过电压情况看 , 中性点绝缘电弧接地过电 压较高 , 对电气设备的绝缘有较大威胁 ; 采用消弧 线圈接地方式后 , 可减小严重过电压出现的概率 。 4. 2　 消弧线圈对减小故障点接地电流和降低熄 弧后故障相恢复电压上升速度有十分显著的作 用 , 正是这两个重要因素促使电弧熄灭及抑制重 燃的发生 。

4. 3　 目前我国已研制出一系列消弧线圈自动跟 踪补偿成套装置 , 并且正在逐步改进和完善 。现 从在网运行的成套装置运行效果来看 , 中压配电 网采用消弧线圈自动跟踪补偿是比较合理的运行 方式 , 值得推广应用 。

4. 4　

。

:

1. . 中国工业出版社 ,1965. . 电力系统过电压 . 水利电力出版社 ,1985.

3. 曾祥君 , 尹项根 , 陈德树 , 张哲 . 配电网中性点接地方式 改造探讨 . 电工技术杂志 ,2000;10:5~8.

收稿日期 :2001-11-27

(上接第 62页 ) 务和报修 、 投诉举报等多种服务 。 目前 , 该系统正在与各供电局的业扩子系统 、 用电 管理系统进行集成 。同时 , 青海省电力公司网站 也已建成 。 供电企业完全可以考虑将负荷管理系 统也集成到该系统中 , 使负荷管理系统所辖大 、 中 型电力客户也可通过该系统的语音 、 人工 、 Inter 2 net 网络对自己的用电情况进行查询 , 获取相关信 息 。

我们可以利用现有资源 , 将负荷管理系统采 集来的用户用电数据上传到互联网 , 并提供相关 的用电分析 、 用电图表 、 用电政策查询 。 需要查询 用电情况的查询者可以直接通过互联网访问系统 主页 , 在网页上选择输入查询的用户及日期 。电 力客户可以不受地域 、 时间的限制 , 随时随地进行 用电查询及用电分析 , 还可将自己的意见 、 建议及 时反馈给电力企业 , 架起了又一座电力企业与电 力客户沟通的桥梁 。

通过互联网 , 不但电力企业领导和营销人员 能够进行用户用电情况的查询 , 了解本企业的供 电情况 、 分析负荷特性 , 也为用电客户有关人员提 供了一个了解本厂 、 本行业生产情况的窗口 。可 以通过授予用户一定的权限 , 使领导者可以在网 上直接看到本厂的有功电量 、 无功电量 、 最大电 流 、 电压 、 最大需量 、 最大负荷以及本周与上周 、 本 月与上月 、 上半年与下半年用电情况 。 同时 , 还可 以看到本行业全部用户的用电情况 , 进行统计分 析 , 为领导者 、 经营者 、 决策者提供决策依据 。

5　 结束语

充分利用电力负荷管理系统现有资源 , 把准 确 、 可靠的用电数据 、 科学的用电分析提供给供电 企业 , 把经济 、 合理的用电方案提供给用电客户 , 帮助电力客户改变不合理的用电方式 , 充分利用 现行的分时电价政策 , 帮助他们减少不必要的电 力消耗 , 降低生产成本 , 以获取最佳经济效益 。 而 电力客户获益后 , 生产经营也会进入良性的循环 轨道 , 必将进一步扩大再生产 , 最终反而会增加用 电量 , 从而扩大了电力企业在能源终端市场的占 有率 , 真正实现双赢局面 。

收稿日期 :2002-03-21

4

1《青 　 海 　 电 　 力》 2002年 1第 4期

范文四：配电网过电压在线检测系统的开发与研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

配电网过电压在线检测系统的开发与研究 作者:吉正

来源:《科技传播》 2013年第 01期

摘要 在我们国家配电网中,经常会出现一些对于内外过电压的情况发生,会影响并同时 产生各种各样的事故,为了准确的去分析事故原因,需要通过对于在线检验系统查验对于配电 网中出现的内部电压过大与外部电压问题。本文就单纯的介绍下对于在线监测过电压的问题提 出开发与研究。

关键词 过电压;监测系统;配电网

中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2013) 82-0059-02

0引言

配电网过电压问题是国际国内的难点问题,其中对于过电压的在线监测系统也是国际上正 在开发研究的一项比较新兴的课题研究。本文就事故的产生与如何去解决等等问题提出了思考 跟回答。

1事故产生

配电网的组成是由于配电线路、配电提供所、配电用户等三方面所产生的,那么对于配电 网的功效就是成功的把电力给安全的输送给用户,通常对于 10kV 以下的电压,一般都是由配 电线路直接对配电用户来提供电压的。但是其中对于配电网有着一个极其大的漏洞,那就是其 绝缘水平低下,所以特别容易产生绝缘事故。

对于电力的产生一般是有着两点,外过电压跟内过电压。外过电压与内过电压是产生各种 各样事故的一个较大的引发点,当我们的配电系统中出现了绝缘脏污等较恶劣的环境下来对其 运行,那么你就要充分的知道内过电压会对其产生的伤害,其中可能会引起单相对的闪络,情 况比较严重的话还会影响到我们其他的设备。如果我们暂停断路器的话,那么就会导致保护距 动的失灵,对其导致配电间的烧损。如果是雷电对其造成的伤害来说,因为雷电是比较大的高 电压,它会直接作用到网络设备上,对其造成巨大的损害。 2008年~2011年间,我们国家对 于闪电造成的配电装置的损害已经有了 45起,其中直接对我们造成的财产损害就高达 250万,其中间接的造成的财产损害那就已经是无法估计。

笔者认为对于防治外过电压损害因为要好好优化起来,要对我们安放的位置,还有技术质 量等等有着过硬的技术,这样才可以取得比较优良的防护效果,由于电力配置缺少实过电波的 真实材料,缺少对于外过电压对设备造成伤害的技术数据,所以很难去判别这些材料该如何的 修复,我们要尽可能的去抓住一手数据,这样才可以对于外过电压的分析提供最大的帮助 [1]。近年来对于 10kV 的过电压系统事故还是比较高的,虽然我们有在实际的电网系统中去安

范文五：分布式电源对配电网过电压的影响

分布式电源对配电网过电压的影响

摘要:随着分布式电源 (DG) 的引入 , 配电网从原来辐射型无源电网变成了有 源环网 , 给系统安全运行带来了新的挑战。 文中对配电网引入 DG 后可能出现的各 种过电压问题进行了比较全面的分析与讨论 ; 利用 PSCAD 软件对某变电所 10 kV 配电网进行了仿真验证 , 并对各种参数配置下的过电压水平进行比较分析。结果 表明 , 所接入 DG 的类型与容量、 负荷水平及配电网参数对产生配电网过电压有着 重大的影响。

0 引言

近年来 , 分布式电源 (DG) 成为电力系统中一个新的研究热点。 DG 与公共电网 相联 , 使得电力系统尤其是配电系统变得更加分散 , 用户对大型发电厂和输电线 路的依赖将减少 , 大大提高了电力系统的稳定性和灵活性。但同时也会对电力系 统运行的安全性和可靠性产生一系列影响 , 因此研究 DG 及其在电力系统的应用 受到了越来越多的关注。在对 DG 并网后对配电网过电压影响的研究中 , 提出 DG 接入配电网后 , 其引入的电容和非线性阻抗会改变电网的参数以及电网发生过电 压的条件。 DG 接入电网运行 , 还会因为开关脱落、 断路器跳闸等事故与主网解列 , 形成孤岛电网。孤岛电网中 DG 本身的发电机电抗、变压器非线性电感和孤岛电 网中的电容可能满足参数匹配条件 , 引发各种形式的谐振过电压 。 DG 与主网发 生解列形成孤岛系统后 , 异步发电机可能会发生自激过电压。上述大多是基于理 论分析 , 迫切需要与实际配电网相结合 , 开展进一步的研究工作。 本文主要讨论了 DG 对配电网过电压的影响 , 着重对电压互感器 ( TV) 引起的铁磁谐振过电压、 单 相接地故障过电压以及孤岛网络中异步发电机的自激过电压与 DG 支持的配电网 铁磁谐振过电压进行了机理分析。

1 电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振

在配电网中接入 DG 后 , 为了监测、 控制 DG 输出端的电压 , 通常在 DG 接入点 引入 TV (10 kV 配电网中通常采用电磁式电压互感器 ) 。在特定条件下 , TV 的 非线性励磁电感会与线路上的对地杂散电容发生铁磁谐振。 根据回路参数及外界 激发条件的不同 , 可能造成分频、工频、高频谐振。随着 DG 的引入 , 会造成多台 TV 并联的局面 , 励磁电抗变小 , 在发生单相接地或突然合闸时 , 更容易引起铁磁 谐振;另一方面 ,DG 也为铁磁谐振的激发和发展提供了谐波能量。故 DG 接入配 电网后 ,TV 更容易产生各种铁磁谐振。 本文以某 10 kV 配电网为例 , 如图 1 所示 , 根据负荷分布特点与配电网实际状况 , 分别在 G1 ,G2 处接入 DG 。考虑到目前的 DG 主要是柴油机 (异步发电机 ) 和小水电 (同步发电机 ) ,所以在仿真中设定 G1 为同步发电机 (SG) ,G2 为异步发电机 ( IG) (本文后面所涉及的仿真都采用这一 模型 ) 。铁磁谐振是在零序回路中产生的 , 故所研究的 TV 发生铁磁谐振时的简 化接线图见图 2 ,其中 C 是线路对地电容。 TV 采用 4 TV 接线方式 , 这是杭仿真 中 , 单相接地故障在 011 s 后消除 , 故障消除瞬间发生了铁磁谐振 , 接入 DG 前后 的仿真结果见图 3 。比较可知 , 配电网在接入 DG 前 , 即使发生铁磁谐振 , 也会逐 渐减弱至消失 , 而在接入 DG 后 , 一旦发生铁磁谐振现象 , 随着时间的增长 , 谐振 不但不会自动消除 , 还会越来越严重 , 这在零序电压上表现得尤为明显。因此 , 在 DG 接入配电网时 , 必须采取更为有效的预防措施以抑制铁磁谐振过电压。

2 异步发电机自激过电压

异步发电机由于投入运行方便、迅速、可靠性高 , 常被作为一种 DG 并入电

网运行。图 4 为异步发电机自激模型 , 其中 C 为就地无功补偿电容。若 DG 和线 路上的部分负载与主网脱离 , 形成孤岛网络 , 受到负荷水平和无功补偿容量的影 响 , 发电机运行情况以及机端电压、频率可能会发生变化。

为了分析简便但不失一般性 , 本文采用异步发电机的简化等值电路如图 5 所示 , 忽略励磁回路中的电阻 r1 , rm ,并取 σ1 = 1 。图 5 中 A 点满足 KCL 电 流定理 ,

取 U ·1 作为参考相量 , 令 U ·1 = U1 ∠ 0°, 并考虑转差 s 为负值 , 从式 (1) 可 得到 :

从式 (2) 、式 (3) 可知 , 负荷降低 , 即 xL 增大 , 对应的 I0 / U1 也增大 , 即 ω

C 增大 , 相应的端电压 U1升高 ; 相应地 rL 增大 , | s| 减小 , 励磁转速 n1 增大 , 频率 f 亦增大。

由上文可知 , 处在孤岛系统的异步发电机 , 如果配电网中无功补偿容量足够 而负荷水平不高 , 配电网中就会产生异步发电机的自激过电压。 仿真中 , 异步发电 机所在的分线与主网解列 , 形成孤岛网络 , 并对该分线上的负载变压器从空载到 满载之间进行调整。下面给出 3 种负荷状态下的仿真结果。

1) 系统运行于重负荷状态 (取 S = 0195 SN ) ;机端频率维持在 49. 3 Hz ,机端电压逐渐减小直至停机。

2) 系统运行于平均负荷状态 (取 S = 017 SN ) ;机端频率维持在 4918 Hz ,机端电压保持不变。

3) 系统运行于轻负荷状态 (取 S = 0145 SN ) ;机端频率维持在 50125 Hz ,机端电压逐渐增大。其中 SN 是该分线处负载变压器的总容量 , 并设定所有负荷 呈现感性 , 其功率因数为 0.19。

实际运行中 , 孤岛网络所带的负载类型通常有所不同 ,DG 的运行状况也因此 受到影响。图 6 中给出了所带负载功率因数变动对发电机运行状况影响的仿真 结果。 显然 , 在配电网负荷相同的情况下 , 功率因数越高 (即感性负载越小 ) , 异步 发电机与主网解列后的自激过电压幅值就越高。结果表明 :在系统负荷等于或接 近于发电机出力时 , 发电机还能继续稳定运行一段时间 ; 系统在重负荷运行状态 下 , 发电机出力不足 , 会逐渐停机 ; 轻负荷时 , 发电机会发生自激谐振 , 产生过电压。 实际运行中 , 负荷通常会上下波动 , 当发生孤岛现象后 , 异步发电机会发生自激过 电压或是停机 ; 即使系统运行在状态 2 下 , 由于电压值保持不变 , TV

监测显示正

常 , 但频率可能已经发生变化 , 此时 , 若负荷开关重合闸 , 会因为非同步而对电网、 发电机产生一定冲击。 可见 , 在 DG 并入配电网后 , 合理选择无功补偿容量 , 配置有 效的孤岛保护措施是至关重要的。

3 单相接地故障引起谐振过电压

配电网引入 DG 后 , 当线路发生单相接地故障 , 发电机内部电抗会与补偿电容 发生谐振。为分析方便又具有代表性 , 图 7 给出同步发电机单相接地故

障的模型。发电机附近发生单相接地故障引起主网侧保护装置跳闸 , 使得 DG 连 同接地故障部分与主网解列 , 处于孤岛状态。 系统空载或轻载情况下 , 根据配电网 的三序网络等效电路和单相接地故障的边界条件 , 得到如图 8 所示的复合序网 图。考虑到 R1 , R2 , R0 都远小于 X1 , X2 , 可简化得到戴维南等效电路 , 如 图 9 所示。取 ωC0- 1 = X1 K1 + X2 K2 , 其中 ,

K1 = ( 1 -ω0 X1 C1 ) - 1 , K2 = (1 - ω0 X2 C2 ) - 1 ,显然 , C 取适当 时会发生串联谐振。 同步发电机作为 DG 并入配电网时 , 用户为提高发电效率 , 通 常就地接入进行无功补偿以提高同步发电机运行的功率因数。在图 7 所示的配 电网模型中 , 同步发电机的额定容量是 625 kVA ,无功补偿电容容量在 0125 Mvar ~2150 Mvar 变动。仿真发现 , 在负荷变压器空载的条件下 , 无功补偿取 1125 Mvar 时 , 系统的铁磁谐振最严重 , 产生的谐振过电压峰值可在 5 个周期内 达到 21 (假设未配置避雷针 , 也不考虑饱和效应 ) 。若保持补偿电容容量不变 , 而改变同步发电机的发电容量时 , 发生单相接地故障后系统产生的谐振过电压峰 值也会发生变化 , 如图 10 所示。显然 ,DG 容量、电机参数与线路电容越匹配 , 产 生谐振过电压的峰值就越大。 若负载变压器带有负荷 , 由于负荷的阻尼作用 , 谐振 现象有所减弱 , 但在负荷接近于或小于发电机容量时 , 仍会产生高幅值的谐振过 电压 , 如表 1 所示 (表中仅给出 5 个周期所达到的最大过电压峰值 ) 。从仿真结 果可知 , 单相接地故障引起的谐振通常会产生很高的过电压 , 虽然 DG 侧通常会 配备保护装置 , 但由于这种过电压能在很短的时间内引发高幅值过电压 , 特别是 在负载变压器空载或轻载时 , 在故障发生后的几个周期内引发 10 多倍甚至数十 倍幅值的过电压 , 对发电机及其他电网设备都会造成极大的危害。

4 DG 支持的孤岛电网铁磁谐振

当 DG 与主网解列形成孤岛网络后 , 在系统电容和 DG 的激励下 , 若孤岛网络的 电压水平超过变压器的饱和电压值 (通常在 112 左右 ) ,变压器的励磁电抗会由 于饱和效应急剧下降 , 与线路上的补偿电容发生谐振引发铁磁谐振过电压。这种 铁磁谐振不需要单相接地等网络事件触发 , 在一个 DG 支撑的三相平衡孤立网络 都可能发生 , 而且采用任何 DG 的专用变压器接线方式都可能引发上述铁磁谐振。 考虑到本文所研究的 10 kV 配电网中的变压器绕组都是采用 D ,y0 接法 , 故仿真 中也采用这种接线方式。研究表明 , 孤岛网络发生上述铁磁谐振必须具备如下 4 个条件 : ①与主网发生解列 ,DG 运行在孤岛状态下 ; ②孤岛网络存在一定数值 的补偿电容 , 通常可选在 DG 额定发电功率的 30 %~ 400 %;③配电网中存在具有 励磁饱和效应的变压器 , 充当非线性电感作用 ; ④发电机的出力必须大于孤岛网 络中的负荷。 在这种铁磁谐振中 , 负荷水平很重要 , 因为它能起到吸收能量和消谐 作用。特别是在负荷水平较高的情况下 , 配电网的电压水平未超过变压器的饱和 电压值 , 不足以产生励磁饱和效应 , 因此也就不会发生铁磁谐振。配电网引入 DG 后 , 接有 DG 处的负荷开关跳闸 ,DG 与主网发生解列 , 构成一个含补偿电容、变压 器、部分负荷的孤岛网络 , 如图 11 所示。受 DG 容量与类型、负荷水平及其他配 电网参数的影响 , 此孤岛网络可能会发生铁磁谐振。为验证上述结论的正确性 ,

本文对不同参数下的谐振过电压进行了仿真对比。仿真表明 DG 分别为同步发电 机与异步发电机时 , 配电网中因变压器饱和而产生的谐振过电压也有所差别。图 12 给出了 DG 容量发生变化时配电网产生的谐振过电压波形图 (仿真中采用异步 发电机 ) 。 表 2 给出了不同补偿电容与负荷水平下产生铁磁谐振过电压的峰值。 从仿真中可知 , 当 DG 容量相同时 , 异步发电机用做 DG 电源时发生铁磁谐振的程度 明显大于同步发电机。 另一方面 ,DG 容量、 无功补偿电容大小以及负荷水平对产 生孤岛电网铁磁谐振有着重大影响。

5 结语

本文主要探讨了 DG 对配电网过电压的影响。利用 PSCAD 软件 , 对 DG 接入 配电网后引起的各种过电压进行了理论分析和仿真验证 , 并对各种参数配置下的 过电压水平进行了数值比较。 因此 , 在 DG 运行过程中设立适当的监测和保护措施 , 能有效地解决上述问题。本文的研究结果表明 , 在设计和安装 DG 时应考虑以下 几个因素 :

1)DG 可选在负荷较为集中处 , 这样可以有效地抑制过电压的发生 , 尽量避免 配电网中发生故障时 DG 处于空载或轻载状态。

2) 在配置 DG 的补偿电容时 , 其补偿容量要尽量避免落在易发生谐振的区 域内。

3) 在接有 DG 的配电网中 , 安置反孤岛继电监控设备 , 也能较为有效地抑制 过电压。

4) 为 DG 配置频率、电压监测器 , 一旦检测到 DG 端的频率、电压偏差超出 规定标准 , 就停止供电。

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