【文章內(nèi)容簡介】 原因:切除空載線路時過電壓的根源是電弧重燃及線路上的殘余電壓。空載線路的合閘過電壓是由于在合閘瞬間的暫態(tài)過程中,回路發(fā)生高頻振蕩造成的。在中性點不接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相金屬接地將引起正常相的電壓升高到線電壓。如果單相通過間歇燃燒的電弧接地,在系統(tǒng)正常相合故障相都會產(chǎn)生過電壓(稱電弧接地過電壓),其實質(zhì)是高頻振蕩的過程。切除空載變壓器引起的過電壓。原因是當(dāng)變壓器空載電流突變時變壓器繞組的磁場能量全轉(zhuǎn)化為電場能量對變壓器等值電容充電,導(dǎo)致過電壓。在切除感性負載可能在電容器和斷路器上出現(xiàn)過電壓。限制操作過電壓的措施有:選用滅弧能力強的高壓斷路器，提高斷路器動作的同期性，斷路器斷口加裝并聯(lián)電阻，采用性能較好的避雷器，電網(wǎng)中性點接地運行。第五章 特高壓電網(wǎng)的雷電過電壓與保護雷電放電是雷云對大地或雷云之間或雷云內(nèi)部的放電現(xiàn)象。在地球上，平均每天約發(fā)生800萬次雷擊。對電力系統(tǒng)而言，雷擊輸電線路仍然是導(dǎo)致其跳閘的主要原因之一。雷電放電通道的形狀主要是線狀的，有時在云層中能見到片狀雷電，個別極為罕見的情況下會出現(xiàn)球狀雷電。雷云與地之間的線狀雷電可能從雷云向下開始，叫下行雷，下行雷又可分為正下行雷與負下行雷；最常見的（約90%）是帶負電的雷云向下放電即負下行雷的線狀雷電，球雷則極為罕見。 雷云中電荷密集處的電場強度達到2500～3000kV/km時，將首先出現(xiàn)向下發(fā)展的放電，這種放電稱為先導(dǎo)放電。先導(dǎo)每極發(fā)展的速度約為107m/s，延續(xù)時間約為1μs，總的平均速度為（1～8）105m/s。當(dāng)先導(dǎo)接近地面時，地面較突出的部分會開始迎著它發(fā)出向上的放電，這稱放電稱為迎面先導(dǎo)。迎面先導(dǎo)可以是一個，也可以有幾個。當(dāng)迎面先導(dǎo)的一個與下行先導(dǎo)的一支相遇時，就會產(chǎn)生強裂的中和效應(yīng)，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十到數(shù)百kA），并伴隨著雷鳴和閃光，這就是雷云放電的主放電階段。直擊雷過電壓雷直擊于輸電線路的導(dǎo)線時(),近似于沿主放電通道襲來一個幅值為I的電流波,由于輸電線路的過電壓,為導(dǎo)線的波阻抗,.如則當(dāng)時,過電壓可達6000K?？梢?即使,對絕緣子強度很高的特高壓輸電線路而言,雷擊中導(dǎo)線后,仍然很容易引起絕緣子的閃絡(luò)。因此,在我國110KV以上的架空輸電線輸電線路為了防止雷直擊導(dǎo)線,幾乎全部采用懸掛避雷線的措施。 雷電直擊線路導(dǎo)線感應(yīng)雷過電壓 在雷云放點先導(dǎo)階段,先導(dǎo)通道中充滿了電荷,。這些電荷對導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng),在負先導(dǎo)附近的導(dǎo)線上積累了異號的正束縛電荷,而導(dǎo)線上的負電荷則被排斥到導(dǎo)線的遠端。當(dāng)先導(dǎo)到達附近地面時主放電開始,先導(dǎo)通道中的電荷被中和,與之相應(yīng)的導(dǎo)線上的異號束縛電荷得到解放,以波的形式向?qū)Ь€兩端流動,如所示。a)為先導(dǎo)階段。 b)為主放電階段 感應(yīng)雷過電壓的形成特高壓架空輸電線路采用的絕緣子片數(shù)多（48片）和空氣間隙距離大，雷電沖擊放電電壓很高，采用雙避雷線保護，當(dāng)雷擊塔頂或其附近避雷線反擊時的雷電流(耐雷水平)幅值大、出現(xiàn)概率小，一般無需采取其他措施加以防護。特高壓架空輸電線路桿塔較高，雷電流流經(jīng)桿塔時在懸掛絕緣子串的桿塔橫擔(dān)處形成的桿塔感應(yīng)電壓降分量較大，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的分量也高。特高壓架空輸電線路桿塔較高，雷電波由塔頂傳播到塔腳再負反射到塔頂?shù)臅r間變長，桿塔接地電阻對雷擊時塔頂電位的降低作用減弱。桿塔高度增加是影響反擊耐雷水平降低的因素，但電壓等級越高，沖擊放電電壓越高，反擊耐雷水平亦高，針對220kV、500kV、750kV、1000kV架空線路典型桿塔進行了反擊耐雷性能計算。 表51 各電壓等級線路絕緣雷電沖擊50%放電電壓（kV）22050075010001200213835005000特高壓輸電線路桿塔高度很高、導(dǎo)線上工作電壓幅值很大比較容易由導(dǎo)線上產(chǎn)生向上先導(dǎo)，這些因素會使避雷線屏蔽性能變差。前蘇聯(lián)的1150kV特高壓架空輸電線路在累計6年的運行期間，發(fā)生雷擊跳閘21次。跳閘的基本原因是在耐張轉(zhuǎn)角塔處雷電繞擊導(dǎo)線。前蘇聯(lián)研究人員認為提高特高壓輸電線路耐雷性能的主要措施是采用更小的避雷線對導(dǎo)線的保護角。日本1000kV特高壓架空輸電線路東西線所在地區(qū)年雷暴日數(shù)為25，在降壓至500kV運行期間。盡管其避雷線采用了負保護角，但據(jù)分析認為是線路桿塔很高遭到線路側(cè)面雷擊導(dǎo)線引起了絕緣子閃絡(luò)特高壓配電裝置的直擊雷保護根據(jù)我國大量變電所多年來的運行經(jīng)驗，對特高壓變電所采用敝開式高壓配電裝置(AIS) 時，可直接在變電所構(gòu)架上安裝避雷針或避雷線作為直擊雷保護裝置。對特高壓變電所采用半封閉組合電器(HGIS)或全封閉組合電器(GIS)，則其GIS部分的引入、引出套管尚需有直擊雷保護裝置保護。GIS本身僅將其外殼接至變電所接地網(wǎng)即可。特高壓變電所的侵入波保護主要靠兩種途徑：一是設(shè)置進線保護段，以減少危險雷電侵入波；二是在變電站內(nèi)安裝避雷器，以限制雷電過電壓的幅值。特高壓變電所的侵入波保護 與高壓、超高壓變電所一樣，特高壓變電所電氣設(shè)備也需考慮由特高壓架空輸電線路傳入的雷電侵入波過電壓的保護。而對雷電侵入波過電壓保護的根本措施在于在變電所內(nèi)適當(dāng)位置安裝金屬氧化物避雷器(MOA)。由于限制線路上操作過電壓的要求，在變電所線路斷路器的線路側(cè)必然安裝有MOA。變壓器回路也要求安裝MOA。至于變電所母線上是否要安裝金屬氧化物避雷器以及各避雷器距被保護設(shè)備的距離則需要通過數(shù)字仿真計算予以確定。結(jié)果表明：由于雷電反擊引起特高壓變電站的危險概率較低，即變電所的安全運行年數(shù)很高。由于雷電繞擊引起特高壓變電站的危險概率相對較高，減小進線保護段避雷線的保護角后可大大降低這一危險概率。斷路器斷開時，線路入口的避雷器距斷路器之間的距離為172m，難以有效保護斷路器，應(yīng)在斷路器間隔中部加裝一組避雷器或?qū)⒛妇€避雷器移至斷路器間隔中部。第六章 特高壓電網(wǎng)的絕緣與絕緣配合現(xiàn)代電網(wǎng)應(yīng)具有安全、不間斷運行的基本功能。衡量電網(wǎng)安全運行的可靠性指標，則由故障次數(shù)和故障的停電時間來決定。實踐證明，全部的停電事件中電網(wǎng)電氣裝置的絕緣閃絡(luò)或擊穿，為最主要原因。因此為了保證電網(wǎng)具有一個可靠性指標，合理選擇電網(wǎng)電氣裝置的絕緣水平至關(guān)重要。電網(wǎng)中電氣裝置的絕緣，在運行中會收到以下各種電壓的作用：（1）正常運行時的工頻電壓，是設(shè)備正常運行時，長期作用于設(shè)備絕緣上的工作電壓。工頻電壓的作用隨著電壓等級的提高顯得越來越重要。設(shè)備絕緣和無間隙金屬氧化物避雷器等保護裝置的長期運行性能以及絕緣的壽命取決于此。過電壓標幺值的基準值是用設(shè)備最高運行相電壓表示的。工頻過電壓(kV，有效值)諧振過電壓和操作過電壓(kV，峰值)　　(2) 暫時過電壓和操作過電壓。兩者都是由于電網(wǎng)內(nèi)部故障或操作引起電網(wǎng)運行參數(shù)的變動，在此過程中由于電磁能量振蕩而產(chǎn)生過電壓，因此又統(tǒng)稱為內(nèi)部過電壓。暫時過電壓是在一定位置上的相對地或者相間過電壓，具有一定的振蕩頻率，由于無阻尼或弱阻尼，因此持續(xù)時間較長。暫時過電壓包括工頻電壓升高及諧振過電壓，操作過電壓是由于系統(tǒng)運行狀態(tài)突然發(fā)生變化的過渡過程而產(chǎn)生的過電壓，持續(xù)時間短。(3) 雷電過電壓。由于雷擊在輸電線路和發(fā)變電所引起的各種過電壓。絕緣子在工作中受各種大氣環(huán)境的影響，并可能受到工作電壓、內(nèi)部過電壓和大氣過電壓的作用。因而要求在這三種電壓作用以及相關(guān)的環(huán)境之下能夠正常工作或保持一定的絕緣水平。三種電壓以工作電壓數(shù)值為最低。但是，工作電壓一年四季長期作用于絕緣子，當(dāng)絕緣子表面被污染，特別是積了導(dǎo)電污穢又受潮時，在工作電壓長時間作用下絕緣子可能因表明污穢不均勻發(fā)熱、局部烘干后烘干帶被擊穿、泄漏電流加大導(dǎo)致熱游離而發(fā)生污閃。污閃電壓和污穢性質(zhì)、程度有關(guān)，和受潮狀況等因素有關(guān)。為了防止污閃的發(fā)生，目前采用的主要方法是保持絕緣子串有一定的泄漏距離。根據(jù)污染程度、性質(zhì)的不同，把污穢地區(qū)分成等級，按不同的污穢區(qū)規(guī)定不同的泄漏距離。單位泄漏距離也叫泄漏比距，它表示線路絕緣或設(shè)備外絕緣泄漏距離與線路額定線電壓的比值。 我國的規(guī)定值見表6－1所示。表51　不同污穢等級的泄漏比距污穢等級污穢情況泄漏比距(cm/KV)0級一般地區(qū)，無污染源1級空氣污穢的工業(yè)區(qū)附近，鹽堿污穢，爐煙污穢~2級空氣污穢較嚴重地區(qū)，沿海地帶及鹽場附近，重鹽堿污穢，空氣污穢又有重霧的地帶，距化學(xué)性污染源300m以外的污穢較嚴重地區(qū)~3級導(dǎo)電率很高的空氣污穢地區(qū)，發(fā)電廠的煙窗附近且附近有水塔，嚴重的鹽霧地區(qū)，距化學(xué)性污染源300m以內(nèi)的地區(qū)≥絕緣子串的泄漏距離應(yīng)滿足下式 式中　D―絕緣子串的泄漏距離，cm； 　　　U―線路額定電壓，KV；　　　d―泄漏比距，cm/KV。知道每片絕緣子的泄漏電流距離，即可決定絕緣子的片數(shù)n，絕緣子的泄漏電流距離（指兩極間沿絕緣件外表面輪廓的最短距離），則直線桿塔每串絕緣子片數(shù)為：　n＝D/S　式中　D—絕緣子串應(yīng)有的泄漏距離，cm　　　S—每片絕緣子的泄漏距離，cm；　　　n—直線桿絕緣子串的絕緣子片數(shù)。 絕緣子串在內(nèi)部過電壓下不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò)，概率應(yīng)很低。因此要求絕緣子串的操作沖擊濕閃電壓大于操作過電壓的數(shù)值。在大氣過電壓下，并不要求線路絕緣不發(fā)生閃絡(luò)，而是要求線路絕緣具有一定的耐雷水平。這樣，可以把線路的跳閘率限制到較低的數(shù)值。耐雷水平除了和絕緣水平有關(guān)外，還和桿塔接地電阻、桿塔電感、避雷線根數(shù)等因素有關(guān)。在一般情況下，不采取增加絕緣子片數(shù)的方法滿足耐雷水平的要求。但對于高桿塔應(yīng)考慮防雷的要求，適合增加絕緣子片數(shù)。全高超過40m有避雷線的桿塔，高度每增加10m應(yīng)增加一片絕緣子。全高超過100m的桿塔，絕緣子數(shù)可以根據(jù)計算結(jié)合運行經(jīng)驗來確定。耐張桿塔絕緣子串的絕緣子數(shù)量應(yīng)比懸垂絕緣子的同型號絕緣子多一個。慣用法 慣用法是根據(jù)作用于絕緣的最大過電壓和最小絕緣強度的概念來配合的，即首先確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險的過電壓，然后根據(jù)經(jīng)驗乘上一個考慮各種影響因素和具有一定裕度的配合系數(shù)，從而決定絕緣應(yīng)耐受的電壓水平。統(tǒng)計法統(tǒng)計法是根據(jù)過電壓幅值和絕緣的耐電強度都是隨機變量的實際情況，在已知過電壓幅值和絕緣閃絡(luò)電壓的概率分布后，用計算的方法求出絕緣閃絡(luò)的概率和線路的跳閘率，在技術(shù)經(jīng)濟比較的基礎(chǔ)上，正確的選擇絕緣水平。利用統(tǒng)計法進行絕緣配合時，絕緣裕度不是選定的某個固定數(shù)，而是一個與絕緣故障率相聯(lián)系的變數(shù)。 實際工程中嚴格采用統(tǒng)計法的主要困難在于隨機因素較多，而且各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的概率分布有時并非已知，因而實際上采用得更多的是對某些概率進行一些假定后的簡化統(tǒng)計法。工作電壓下的空氣間隙距離選擇時考慮以下因素：(1) 最大工作電壓；(2) 100年一遇的最大風(fēng)速；(3) 多間隙(m=100)并聯(lián)對放電電壓的影響；按照國網(wǎng)電力科學(xué)研究院《1000kV同塔雙回線路輸電系統(tǒng)絕緣配合》專題結(jié)論，要求的單間隙的50％放電電壓U50%按下式計算： 式中Um——最高運行電壓，kV；Z—— ；σ1——單間隙的變異系數(shù)，；σm——多間隙的變異系數(shù)。所以線路空氣間隙工頻電壓統(tǒng)計配合系數(shù)kc：