課程設計
設計題目: 電力系統過電壓與接地裝置
班級：電氣化鐵道技術1132
姓名：劉浩
學號：201108023211
指導教師：趙永君
二〇一三年六月十九日
摘要本課程設計中和運用高電壓技術、電力系統過電壓、接地技術等知識，採用理論與實踐相結合的方法，研究電力系統各種過電壓防護措施研究接地裝置的測量方法和降阻方式，設計電力系統的接地裝置等。
關鍵詞:內部過電壓雷電過電壓接地保護
前言電力系統在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓公升高，屬於電力系統中的一種電磁擾動現象。電工裝置的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地執行。研究各種過電壓的起因，**其幅值，並採取措施加以限制，是確定電力系統絕緣配合的前提，對於電工裝置製造和電力系統執行都具有重要意義。
為了保護電力系統、用電裝置和人員的安全，往往採用接地的方式來保證裝置和人員的安全。本課程設計根據《高電壓技術》簡單的對電力系統的過電壓與接地裝置進行研究。
電力系統過電壓與接地裝置
一、電力系統過電壓
在電力系統中，由於雷電、電磁能量的轉換會使系統電壓產生瞬間公升高，其值可能大大超過電氣裝置的最高工頻執行電壓。其對電力系統的危害是很大的。電力系統過電壓主要分以下幾種型別:
雷電過電壓、工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓。
1內部過電壓
1.1工頻過電壓
系統中在操作或接地故障時發生的頻率等於工頻(50 hz)或接近工頻的高於系統最高工作電壓的過電壓。特點是持續時間長,過電壓倍數不高,一般對裝置絕緣危險性不大,但在超高壓、遠距離輸電確定絕緣水平時起重要作用當系統操作、接地跳閘後的數百毫秒之內，由於發電機中磁鏈不可能突變，發電機自動電壓調節器的慣性作用，使發電機電動勢保持不變，這段時間內的工頻過電壓稱為暫時工頻過電壓。隨著時間的增加，發電機自動電壓調節器產生作用，使發電機電動勢有所下降並趨於穩定，這時的工頻過電壓稱為穩態工頻過電壓。
產生工頻過電壓的主要原因是：空載長線路的電容效應，不對稱接地引起的正序、負序和零序電壓分量作用，系統突然甩負荷使發電機加速旋轉等。限制工頻過電壓應針對具體情況採取專門的措施，常用的方法有：
採用併聯電抗器補償空載長線的電容效應，選擇合理的系統中性點執行方式，對發電機進行快速電壓調整控制等等。
1.2操作過電壓
操作過電壓:由於操作(如斷路器的合閘和分閘)、故障或其他原因，使系統引數突然變化，系統由一種狀態轉換為另一種狀態，在此過渡過程中系統本身的電磁能振盪而產生的過電壓。特點是具有隨機性,但最不利情況下過電壓倍數較高。
（1） 電網的操作過電壓一般由下列原因引起
a.線路合閘和重合閘； b.空載變壓器和併聯電抗器分閘；c.
線路非對稱故障分閘和振盪解列；d.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過電壓對電網裝置絕緣配合有重要影響，應採用有合閘電阻的斷路器對該過電壓加以限制。
避雷器可作為變電所電氣裝置操作過電壓的後備保護裝置，該避雷器同時是變電所的雷電過電壓的保護裝置。 設計時對a、c 類過電壓，應結合電網條件加以**。
（2） 線路合閘和重合閘操作過電壓
空載線路合閘時，由於線路電感電容的振盪將產生合閘過電壓。線路重合時，由於電源電勢較高以及線路上殘餘電荷的存在，加劇了這一電磁振盪過程，使過電壓進一步提高。因此斷路器應安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過電壓。
應按電網**條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如執行中使用時)的過電壓分布，求出包括線路受端的相對地及相間統計操作過電壓。**這類操作過電壓的條件如下：a.
空載線路合閘，線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網最高電壓；b.成功的三相重合閘前，線路受端曾發生單相接地故障，非成功的三相重合閘時，線路受端有單相接地故障。空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如執行中使用時)，**路受端產生的相對地統計操作過電壓大小。
（3） 分斷空載變壓器和併聯電抗器的操作過電壓
由於斷路器分斷這些裝置的感性電流時強制熄弧所產生的操作過電壓，應根據斷路器結構、迴路引數、變壓器(併聯電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(併聯電抗器)之間的避雷器予以限制。對變壓器，避雷器可安裝在低壓側或高壓側，但如高低壓電網中性點接地方式不同時，低壓側宜採用磁吹閥型避雷器。
當避雷器可能頻繁動作時，宜採用有高值分閘電阻的斷路器。
（4） 線路非對稱故障分閘和振盪解列操作過電壓
電網送受端聯絡薄弱，如線路非對稱故障導致分閘，或在電網振盪狀態下解列，將產生線路非對稱故障分閘或振盪解列過電壓。 **線路非對稱故障分閘過電壓，可選擇線路受端存在單相接地故障的條件，分閘時線路送受端電勢功角差應按實際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線路非對稱故障分閘及振盪解列過電壓。
當不具備這一條件時，應採用安裝於線路上的避雷器加以限制。
限制操作過電壓的措施有：選用滅弧能力強的高壓開關；提高開關動作的同期性；開關斷口加裝併聯電阻；採用效能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器；使電網的中性點直接接地執行。
1.3諧振過電壓
電力系統中一些電感、電容元件在系統進行操作或發生故障時可形成各種振盪迴路,在一定的能源作用下,會產生串聯諧振現象,導致系統某些元件出現嚴重的過電壓。諧振過電壓分為以下幾種:
(1) 線性諧振過電壓諧振迴路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統中的電容元件所組成。
(2) 鐵磁諧振過電壓諧振迴路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象,使迴路的電感引數是非線性的,這種含有非線性電感元件的迴路在滿足一定的諧振條件時,會產生鐵磁諧振。
(3) 引數諧振過電壓由電感引數作週期性變化的電感元件(如凸極發電機的同步電抗在xd ～ xq間週期變化)和系統電容元件(如空載線路)組成迴路,當引數配合時,通過電感的週期性變化,不斷向諧振系統輸送能量,造成引數諧振過電壓。
限制諧振過電壓的主要措施有:
(1) 提高開關動作的同期性由於許多諧振過電壓是在非全相執行條件下引起的,因此提高開關動作的同期性,防止非全相執行,可以有效防止諧振過電壓的發生。
(2) 在併聯高壓電抗器中性點加裝小電抗，用這個措施可以阻斷非全相執行時工頻電壓傳遞及串聯諧振。
(3) 破壞發電機產生自勵磁的條件,防止引數諧振過電壓
2外部過電壓
2.1雷電過電壓
由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統中，使電氣裝置所承受的電壓遠遠超過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。電力系統遭受大氣過電壓後，可使輸配電線路及電氣裝置的絕緣發生擊穿或閃絡，造成停電以致危害人的生命安全。
特點是持續時間短暫,衝擊性強,與雷擊活動強度有直接關係,與裝置電壓等級無關。 防止大氣過電壓，通常採取裝設避雷針、避雷線、避雷器，合理提高線路絕緣水平，採用自動重合閘裝置等措施。
二、電力系統接地裝置
接地為防止觸電或保護裝置的安全,把電力電訊等裝置的金屬底盤或外殼接上地線;利用大地作電流迴路接地線。在電力系統中，將裝置和用電裝置的中性點、外殼或支架與接地裝置用導體作良好的電氣連線叫做接地。最大功用為保護使用者，和電氣裝置的安全。
1接地的種類
1.1工作接地
在正常或異常情況下，為了保證正常且可靠地執行，必須將供電系統中的某點與地做可靠的金屬連線，稱為工作接地。如變壓器的中性點與接地裝置的可靠金屬連線等。
其作用：降低人體的接觸電壓，在中性點對地絕緣的系統中，當一相接地，而人體又觸及另一相時，人體將受到線電壓，但對中性點接地系統，人體受到的為相電壓；迅速切斷故障裝置。在中性點絕緣的系統中，一相接地時，接地電流僅為電容電流和洩漏電流，數值很小，不足以使保護裝置動作以切斷故障裝置。
在中性點接地系統中，發生碰地時將引起單相接地短路，能使保護裝置迅速動作以切斷故障；減輕高壓竄人低壓的危險。
1.2保護接地
在正常工作狀態下，各種電器的外殼是不帶電的。但由於某些原因，造成裝置絕緣損壞後可能使外殼帶電，人或動物一旦接觸到這種外殼帶電的裝置就有觸電的危險。為了防止這種現象出現時危及人身安全，將電器裝置正常時不帶電的金屬外殼、配電裝置的金屬部分同大地做良好的電氣連線，稱作保護接地。
變電所中需要保護接地的的部分一般有變壓器及各種電器裝置的底座和外殼、開關電器的操作機構、互感器副邊繞組、配電屏與控制屏的框架、屋外配電裝置的金屬架構、鋼筋混凝土架構、電纜金屬支架以及靠近帶電部分的金屬遮欄、金屬門等。
1.3防雷接地
為了使雷電流安全地向大地洩放，以保護被擊建築物或電力裝置而採取的接地，稱為防雷接地。
1.4等電位接地
在電力系統中，通常有許多不同型號不同效能的電氣裝置同時工作。由於這些裝置的工作狀態不同，當發生故障時，不同的裝置，其外露金屬部分可能有不同的電位，因此當人體同時接觸這些裝置時，會產生一定的接觸電壓，從而造成觸電事故。所謂等電位接地，就是用金屬導線將上述裝置的外露金屬部分相互連線在一起，並將它們進行共同接地。
這樣，當人體同時接觸不同的裝置時，就不會產生危險電壓，即將各裝置的電位等電位化了。
2接地電阻降阻方法
接地系統的好壞與接地電阻的大小有著很大的關係，若接地電阻過大，故障電流不能順利的流向大地，對電氣裝置照成損害。
2.1敷設水平外延接地
因為水平敷設施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低衝擊接地電阻
2.2利用接地電阻降阻劑
在接地極周圍敷設了降阻劑後，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質配製而成的化學降阻劑，是具有導電性能良好的強電解質和水分。這些強電解質和水分被網狀膠體所包圍，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致於隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導電作用。
而降阻劑的主要作用是降低與地網接觸的區域性土壤電阻率,換句話說,是降低地網與土壤的接觸電阻,而不是降低地網本身的接地電阻。
電力系統過電壓知識
電力系統過電壓主要分以下幾種型別 大氣過電壓 工頻過電壓 操作過電壓 諧振過電壓。大氣過電壓 由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統中，使電氣裝置所承受的電壓遠遠超過其額定值。大氣過電壓可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。電力系統遭受大氣過電壓後，可使輸配電線路及電氣裝置的絕緣發生擊穿或閃絡，造成停電以...
電力系統過電壓知識 1
北極星電力網技術頻道作者 2012 1 19 11 10 01 閱446次 所屬頻道 電網關鍵詞 過電壓諧振過電壓大氣過電壓 電力系統過電壓主要分以下幾種型別 大氣過電壓 工頻過電壓 操作過電壓 諧振過電壓。大氣過電壓 由直擊雷或雷電感應突然加到電力系統中，使電氣裝置所承受的電壓遠遠超過其額定值。大...
電力系統過電壓的產生及限制措施
電力系統正常執行時,電氣裝置的絕緣處於電源額定電壓下,當雷擊 操作 故障 或引數配置等原因使系統中某部分電壓公升高大大超過正常執行的數值此稱過電壓。過電壓分為大氣過電壓和內部過電壓,其中大氣過電壓又分直擊雷過電壓 感應雷擊過電壓和侵入雷電波過電壓,特點是持續時間短暫,衝擊性強,與雷電活動強度有直接關...