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  • 从能量角度理解过电压-电力系统过电压概述之一

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  • 大家都知道,电力系统过电压对于电力设备的保护的配置、绝缘的设计都具有非常重要的意义。然而,过电压发生的过程较为抽象和复杂,以往对于电力系统过电压我们主要是从路的角度去对它进行一些分析,但仅从路的角度分析有往往是不够的,必然要涉及电磁场及波过程。为了让大家对过电压有一个简单而全面的认识,这里笔者提出几个理解过电压的基础观点。

    输电线路包括架空线和电缆,它们主要是用来传输能量的。这里的能量包括磁场能量和电场能量两个部分,这些能量存储在传输线周围媒质中,例如对于架空线来说,它的电场磁场能量都存储在周围空气中,电场能量主要存储在线路的分布电容中,磁场能量主要存储在线路的分布电感中。

    当电场能量发生变化时,就会表现为输电线路电压的变化。而磁场的能量的变化就表现为线路电流的变化。如果输电线路的电压或者电流发生了一些非正常的变化,就说明系统的能量发生了变化,这种变化主要包括两个方面:一个就是外来能量的注入,第二就是系统内部能量的再分配。对于我们一个稳定运行电力系统来讲,外部能量的注入主要是指雷击;而内部能量的再分配,根据电路知识,如果把电力系统看成是一个电路拓扑,那么当这个系统它的接线方式发生变化或者系统元器件的参数发生变化的时候它的能量就需要进行再分配。当这个能量由外界注入或者由于系统拓扑发生变化而进行再分配的时候,系统里面的电压和电流都会相应的发生一些变化。

    在系统正常运行的时候我们认为三相的参量是基本对称的,这些参量包括电压,电流以及它的结构参数。而在能量从外界注入或者内部能量重新分配过程中,三相参量往往表现出不对称的形式。例如雷击某一相导线,那么从这时候从三相系统角度来讲它就其实就产生了零序参量,也就意味着原来的三相平衡已经被打破了。从绝大多数过电压产生的机理来看,过电压或过电流都具有零序性质,因此三相参量都是不对称的。

    那么在过电压产生过程中要对它的幅值进行抑制,需要从两个角度进行考虑,一个是要主动去消耗外部注入的能量。因为从外部注入的能量基本对系统来讲是过剩的能量;二是在系统内部能量再分配的过程中,可以考虑采用一些能量平衡的方法,也就是说在感性和容性两种能量之间采取一些平衡的措施才可以有效的限制过电压的幅值。

    综上所述,从输电线路传输能量的角度对过电压的理解要点如下:

    1、输电线路的能量包括电场和磁场能量,电场能量由电容存储,表现为电压;磁场能量由电感存储,表现为电流。

    2、过电压的产生原因有二:系统外部能量的注入(雷电);系统接线方式或设备参数的突变从而导致能量的再分配。

    3、抑制过电压的方法有二:主动消耗外部注入的能量(雷电);在内部能量再分配过程中采取平衡感性和容性两种能量的必要措施。


    李江涛

    教授  博士 

    研究方向:

    1)电力设备的在线监测;

    2)脉冲功率技术;

    3)电力设备电场、磁场计算及其优化设计;

    4)硬盘电磁设备的仿真计算和优化设计。 简介:

    一、学习工作简历:

    1994.9~1998.7 西安交通大学 高电压工程与绝缘技术专业本科毕业 学士学位

    1998.9~2001.4 西安交通大学 电气工程学院 硕士学位

    2001.7~2006.6 新加坡国立大学电气及计算机工程学院 博士学位

    2001.7~2005.6 新加坡数据存储研究所附属研究员

    2002.9~2004.1 新加坡国立大学电气及计算机工程学院研究生助教

    2005.7~2006.7 电磁设计研发工程师, MMI Holdings LTD., Singapore

    2006.10~今 西安交通大学电气学院高压教研室 

    二、学术及科研成果

    1) 电力系统过电压在电力变压器绕组中的暂态分析,包括一个软件分析包 (2000~2001)

    2) 数据存储工业电磁设计和制造中的协作系统(2001~2003)

    3) 特高存储密度硬盘中使用的垂直记录磁头的设计和分析(2002~2005)

    4) 硬盘中使用的高性能永磁电机的结构设计和分析 (2001~2005)

    5) 高密度硬盘中的声圈电机的电磁设计分析,包括一个有限元软件的开发(2005~2006)

    6)青海电网110kV变压器中性点过电压分析(2007)

    7)安康高电阻率土壤接地网的优化设计(2007)

    近几年共发表论文近40篇,其中SCI检索8篇,EI检索21篇。

    本文由“鲜椒微电气”合作提供,特此感谢!


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