§7-1工频过电压

要求：理解工频过电压的概念以及防止措施

1、工频过电压

（1）概念

电力系统在正常或者故障运行的时候可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或者接近工频的电压升高，统称为工频电压升高或者工频过电压。

这种过电压对系统正常绝缘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的时候，却起着重要的作用。

（2）讨论工频过电压的必要性

1）工频电压升高将直接影响操作过电压的幅值

因为工频电压升高大都在空载或者轻载的条件下发生，与多种操作过电压的发生条件相同或者相似，所以它们有可能同时出现，相互叠加，也可以说多种操作过电压往往就是在工频电压升高的基础上发生和发展的，所以在设计高压电网的绝缘时，应计及它们的联合作用。

2）工频电压升高将影响保护电器的工作条件和效果

如避雷器额定电压的确定问题。

3）工频电压升高持续时间长，对设备绝缘及其运行性能有重大的影响

在我国超高压系统中，要求线路侧工频过电压不大于最高运行相电压的1.4倍，母线的工频过电压不大于最高运行相电压的1.3倍。

（3）空载长线路电容效应引起的工频过电压

1）概念

在一般的L、C串联电路总，如果容抗大于感抗，电路中将流过容性电流，由于它在电感上的压降与电容上的压降相反，从而使得电容上的电压高于电源电压。

空载长线路可看成是无数个串联连接的L、C回路，每个L、C回路的容抗一般远大于感抗，故线路上的电压高于电源电压，而且离线路首端的距离越远（此处的首端指的是电源附近），电压越高，这就是空载长线路的电容效应所引起的工频电压升高。

2）分析

设三相线路均匀、对称，并不考虑大地回路的影响，再略去线路电阻r₀，对地电导g₀，因此，长距离输电线路具有分布参数特征中，只保留线路电抗L₀，对地电容C₀。则可以得出线路首端电压与末端电压的关系。

l  示意图

如图11.1所示。

图11.1 空载长线路

在示意图中，以线末为距离起点，，表示距离线末x距离处的电流和电压。

l  ，的表达式

对于离线路末端x距离处的，而言，其表达式为：

，

为线路末端的电压矢量；α为线路相位系数：（为工频频率，v为光速）；Z为线路波阻抗，，L₀、C₀为线路单位长度的电感和电容。

l  与的关系

如果线路长度为l，则有：

同时也有：

l  由，的表达式可知，均匀无损空载线路沿线电压分布呈余弦规律，线路各段导线中的电容电流值不同，沿线电压升高不均匀，线路末端电压最高，如图11.2所示。

l  与电源电动势的关系

引入线路末端开路（空载）时的入口阻抗的概念（从线路首端看进去的阻抗），则可得到与电源电动势的关系：

其中，X_S为电源电感。

l  由与的表达式可知，如果为无穷大电源，X_S=0，此时，较小；而如果为有限大电源，，则较大。或者说，X_S的存在，犹如增加了线路的长度，使得线路末端电压升高得越多。

3）注意点

l  在单独电源供电线路中，估算最严重的工频电压升高，应取最小运行方式时的X_S值为依据（即是X_S较大）

l  对双电源供电线路，线路两侧断路器必须遵循一定的操作程序：线路合闸时，先合上电源容量较大的一侧，后合上电源容量较小的一侧；线路切除时，先切除容量较小的一侧，后切除容量较大的一侧。

4）限制措施

为了限制长线路的工频电压升高，在超高压系统中，通常采用并联电抗器补偿线路电容电流，削弱线路的电容效应。

线路末端并联有电抗器X_L的示意图如图11.3所示。

图11.3  线路末端并联有电抗器X_L的示意图

此时，与的关系为：

由此表达式可知，线路末端有X_L之后，线路末端电压明显下降。其限压效果与有关，认为调节X_L的大小，可满足预订的限压要求。且X_L的安装位置可按照需要设置在线路末端，线路两侧或者线路中间。

（4）不对称接地引起的工频过电压

在不对称接地故障中，以单相接地时非故障相的电压升高最为严重，而且，单相接地时的工频电压升高值是确定阀型避雷器额定电压的依据。

其依据如下：

1）中性点不接地系统中，非故障相对地电压会升高，接近运行线电压的1.1倍，故我国6-10kV电网中避雷器额定电压大于1.1。

2）中性点经消弧线圈接地的系统中，避雷器额定电压大于。

3）中性点直接接地或者经低阻抗接地系统中，110-220kV中性点直接接地系统，避雷器额定电压大于（0.75-0.8）；对超高压系统，如果线路长度大于200km，则对电站型避雷器额定电压大于0.8，线路型大于0.9。

（5）甩负荷引起的工频过电压

甩负荷前传输的功率愈大，的值愈大，甩负荷后的工频电压愈高。