切削时，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力称为切削力。进给力是总切削力F 在进给运动方向上的分力，车削外圆时与主轴轴线方向一致，又称轴向力。总切削力F 与三个分力Fc、Ff、Fp 的关系为2.切削力、切削功率的计算切削力的计算。主偏角对切削力的影响主要是通过切削厚度和刀尖圆弧曲线长度的变化来影响变形，从而影响切削力的。刀具、工件材料之间的摩擦系数因影响摩擦力而影响切削力的大小。......
2023-06-29
空载线路合闸过电压计算及影响因素分析
【摘要】：（一）合闸过电压的计算空载线路的合闸有两种情况，即正常合闸和自动重合闸。以图4-19简单单相模型分析空载线路合闸产生过电压的物理过程。空载线路合闸时，产生过电压的根本原因是电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在工频稳态电压上所致。由于电容效应和不对称短路的影响，在空载线路切除时，非故障相上的残余电压Uc0可大于相电压。因此空载线路合闸过电压的大小与合闸电阻值的关系呈一条V形曲线，如图4-21所示。
前面已经说过，线路合闸是电力系统常见的操作。对于超高压输电系统，合闸和重合闸过电压最为重要，因为在超高压电网中切除空载线路过电压已被限制，而合闸和重合闸空载线路过电压就成了主要矛盾，它对选择高压电网绝缘水平起决定作用。我国已把250/2500μs操作过电压的波形作为标准操作冲击波，取代了以往用工频试验代替操作波的试验方法。
（一）合闸过电压的计算
空载线路的合闸有两种情况，即正常合闸和自动重合闸。由于两者初始条件的差异，如电源电势的幅值及线路上的残余电荷，使上述两种产生的过电压幅值有较大的差异。正常合闸操作时，线路不存在接地故障，线路各点电压由零值过渡到考虑电容效应后的工频稳态电压值，因为线路有损耗，所以由工频恢复稳态分量和无限多个逐渐衰减的谐波分量组成的振荡电压的最大值一般小于2倍工频恢复电压，通常为1.70～1.90倍。而对于发生接地故障的合闸操作，即重合操作，因为当断路器在电流过零时电弧熄灭，非故障相将留有残余电压，假定为-Um。大约0.5s以后，断路器自动重合闸，若线路上（-Um）没有泄漏衰减，并在电源正极性最大值时重合，于是非故障相线路上各点要从（-Um）过渡到考虑电容效应后的工频稳态值，在此振荡过程中会出现接近3倍的暂态电压。显然，重合闸过电压较为严重。
以图4-19简单单相模型分析空载线路合闸产生过电压的物理过程。设电源电压为Umcosωt。为简化分析，线路图用T型电路来等值，LT、CT分别为线路总的电感、电容，电源电感为LS，忽略线路及电源的电阻。作上述简化后，合闸空载线路的等值电路为图4-19（b），其中L=LS+LT/2。
由电路微分方程，根据初始条件，可求得电容上的电压为
uc（t）=Ucm（cosωt-cosω0t） （4-9）
式中 ω——电源频率；
为电容上电压的振幅；
ω0——等值回路自振荡频率，且
。
若ω0远大于电源频率ω，在电源电压到达峰值时合闸，可认为在振荡初期电源电压Um保持不变，这样电容上电压可达2Ucm。
在超高压系统中，ω0通常等于1.5～3.0ω，实际上式（4-9）中，由于线路的电容效应Ucm＞Um，因此线路上的电压要超过电源电势的2倍。若计及损耗，但忽略损耗对ω0的影响，则式（4-9）可写成
uc（t）=Ucm（cosωt-eδtcosω0t）
式中，δ为衰减系数，我国330kV及500kV电网实测结果δ为30，与国外同级电网实测结果相同。
图4-19 空载线路合闸简化电路
如果是重合闸，线路上有残余电荷，相当于图4-19b电容上有初始电压，同样可得到电容上电压的表达式为
uc（t）=Ucm（cosωt-A0cosω0t）
式中
，A0值在0～2之间；
Uc0——重合闸线路上的残余电荷在线路电容上建立的电压。
在这种情况下，线路过电压的最大值可达3Ucm，若计算损耗，则低于此值。
空载线路合闸时，产生过电压的根本原因是电容、电感的振荡，其振荡电压叠加在工频稳态电压上所致。
（二）影响过电压的因素
合闸过电压的大小与电源容量、系统接线方式、线路长度、合闸相位、开关性能、故障类别及限压措施等因素有关，并且各因素相互影响，较为复杂，下面简要述之。
1.合闸相位
前面讨论的是最严重的合闸情况，实际上无论是合闸还是重合闸，合闸相位均是随机的，不可能总是在最大时刻合闸，它有一定的概率分布，这与断路器合闸过程的预击穿特性及断路器合闸速度有关。
2.残余电荷
线路上残余电压Uc0的极性和大小，对合闸过电压幅值影响甚大，这是重合闸过电压的重要特点。由于电容效应和不对称短路的影响，在空载线路切除时，非故障相上的残余电压Uc0可大于相电压。其后，在自动重合闸的无电流间隔时间Δt内，残余电荷将通过线路泄漏电阻入地，残余电压按指数规律下降。图4-20为国外110～220kV线路中实测残余电压与泄漏时间的关系曲线。因残余电压按指数规律下降的速度与线路绝缘子的污秽状况、大气湿度、雨雪等情况有关，所以其变动范围很宽。从图上看出，在0.3～0.5s时间内，残余电压下降10%～30%。另外，线路上若有电磁式电压互感器，可泄放残余电荷；线路若装设并联电抗器，对重合闸而言，当断路器开断后，线路电容和电抗器形成衰减振荡回路，不但会影响残余电荷的幅值，而且会影响残余电荷的极性。
图4-20 残余电压与泄漏时间的关系
3.断路器合闸的不同期
由于断路器的不同期动作，使线路处于瞬间不对称运行状态，通过相间电容的耦合，合闸相过渡过程电压使未合闸相孤立导线感应出同极性的电压波形，若该相合闸时，电源电压极性若与感应电压相反，过电压就会升高。
4.回路损耗
实际输电线路中，能量损耗会引起振荡分量的衰减。损耗来源主要有两个方面：一是输电线路及电源的电阻；二是当过电压较高时，线路上出现的电晕，这些都会使过电压降低。
5.电容效应
合闸空载长线时，由于电容效应使线路稳态电压增高，导致了合闸过电压增高。
除上述原因外，还有电网结构，母线出线数等因素也可影响合闸过电压。
（三）限制合闸过电压的措施
1.降低工频稳态电压
空载线路上的操作过电压是在工频稳态电压的基础上由振荡产生的，降低工频电压会使操作过电压降低。合理地装设并联电抗器是降低工频稳态电压的有效措施，其主要作用是削弱电容效应。
2.消除线路残余电荷（电压）
在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部残余电荷通过互感器泄放掉。
3.断路器装设合闸电阻
这是目前限制合闸过电压的主要措施。将线路合闸分两个阶段进行，第一阶段带电阻R合闸，即将R与辅助触头串联。由于R对振荡回路起阻尼作用，使过渡过程中的过电压降低。大约经过8～15ms，主触头闭合，将R短接，电源直接与线路相连，完成合闸操作，这是合闸的第二个阶段。
断路器合闸的两个阶段中，为降低过电压，对R值的选取是有矛盾的。合闸的第一阶段，要求R值较大，使阻尼效果较好。而在第二阶段则要求R值较小，使短接时，回路振荡程度较弱。因此空载线路合闸过电压的大小与合闸电阻值的关系呈一条V形曲线，如图4-21所示。由图可找出一个最佳值，使过电压值限制到最低。对500kV线路的断路器，国外大多采用400Ω，国内由于电阻的热容量的原因，大多取1000Ω左右。
图4-21 空载线路合闸过电压大 小与合闸电阻值的关系
4.采用同步关合技术
同步关合技术是指控制断路器的动、静触头在电力系统电压波形的指定相角处闭合，一般使开关主触头在零电压时关合。近年来，对研究投切并联电容器组过电压时得出结论：只有同步关合技术才能从根本上解决这一问题。同步关合的技术关键是操动精度，其控制精度要达到微秒级。传统的操动机构是难以实现的，只有依赖电子操动才有可能。近几年国内外研制开发的永磁操动机构由于运动部件很少，采用电子操动，大大减小了动作时间的分散性，为同步关合技术创造了物质条件。断路器的同步分断可以大大提高其分断能力，选相合闸可以避免系统的不稳定，克服容性负载的合闸涌流与过电压。
5.装设避雷器
在线路首端和末端装设避雷器，当出现较高的过电压时，避雷器能可靠动作，将过电压降制在允许的范围内。
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