特高压输电线路过电压保护与控制系统研究

陈兴

摘要：文章对特高压输电线路的工频过电压进行了探讨，对操作过电压进行了理论上的剖析，研究了过电压发生的缘由，给出了抑制过电压、保护特高压输电线路的方法。

关键词：特高压输电线路；过电压保护；过电压控制；工频过电压；操作过电压 文献标识码：A

中图分类号：TM862 文章编号：1009-2374（2015）23-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.074

特高压输电线路过电压的维护与控制系统的探究钻研是增强特高压电网的主干网络的必要步骤，它不但会关系到变压器、断路器等特高压专用装置绝缘强度的数值，还能够直接影响到电力系统是否能够安全可靠地运行。本文对特高压输电线路的工频过电压和操作过电压发生的缘由进行了充分的理论剖析，还给出了一些对于过电压系统的维护与控制的方法。

1 过电压

电源电压超过其额定值的电压就叫做过电压，外部过电压和内部过电压就组成了特高压输电线过电压。

1.1 外部过电压

外部过电压是指因为大气环境中的雷雨云放电从而引发的电力系统的电压升高，故而它也称为大气过电压或雷电过电压。顾名思义，外部过电压是由大气环境等外部因素造成的，带有很明显的不可预知性。限定电力系统的雷电过电压的方法很多，一般人们利用避雷针和避雷线，有些地方则会使用专门的避雷器来限定雷电过电压。

1.2 内部过电压

电力系统产生故障和/或开关操作而造成的电网中的电磁能量的转化，从而造成瞬时或非常短的时间的高于电网规定许可电压并能对电网中的各种专用设备造成威胁的升高的部分电压叫做内部过电压。内部过电压是一种电磁暂态状态，在电力系统中很常见，暂时性过电压和操作性过电压两大类过电压基本就可以包括所有内部过电压状况了。

1.3 暂时过电压

在暂态过渡进程完结后至少可以在0.1秒内保持不变的过电压才可以称为暂时过电压。把暂时过电压继续分类，又可以细分为工频过电压和谐振过电压这两大类。因为特高压系统线路的特点是容量非常大、距离非常远，从而使得本身的无功功率也非常大，这造成了其在甩负荷时也许会致使系统本身严重的暂时过电压；在正常运行的时候，负荷的转变将会给无用功调节、电压的控制和故障时的单相重合闸潜供电流熄灭等造成一系列困难。

1.4 操作过电压

操作过电压就是在发生故障和/或操作时那一瞬时发生的、一般情形下会在几十毫秒以内的基本保持不变的过渡进程中的过电压，与雷电过电压非常单一的发生缘由不一样，内部过电压表现出其发生缘由和发展进程中影响要素的多样性，还具备了种类异常繁复、机理现象各不相同的特征，从过电压保持不变化的时间上来看，外部过电压保持不变的时间最短，操作电压保持不变的时间处于中间位置，暂时过电压保持时间最久，乃至一些特殊的暂时过电压会长时间存在。

2 工频过电压及其控制系统

2.1 工频过电压

空载长线的电容效应、不对称接地故障引发的正常相位的电压升高还有甩负荷等都是造成工频过电压发生的原因，它不仅与体系的构造、容量等因素有关，还与系统的各个参数、系统的运行状态有关联，其频率一定是等于或非常接近工程规定的额定频率。

2.1.1 空载线路的电容效应。若是输电线路忽然从负荷这一侧断开，那么电路就处于了开路状态下。此时，线路上，尤其是尾端，会呈现出较高的电压升高状态的情况。在系统发生并车现象以前，若是先从电源这一端投入线路时，也可能会呈现出相同的情况，这些过电压便是由空载线路的电容效应引发的。

2.1.2 不对称短路。短路的时候，健全相上呈现出工频电压会升高，这是由电流中的零序分量引起的，通常这类状态会被我们常称为不对称效应，最为常见也最为严重的障碍就是以单相接地这样的故障。

2.1.3 线路甩负荷效应。甩负荷效应就是因某种缘由位于已经处于重负荷状态运行一段时间的输电线路的尾端处的断路器忽然跳闸就甩掉负荷，造成工频电压忽然升高。这个时候影响工频产生过电压的原因有四点：（1）甩负荷这个状态发生之前，线路运送的无用功潮流的大小决定了电源的电动势的大小；（2）电源的容量。电源的容量变得越小，电源换算出来的阻抗就变得越大，那么能呈现出来的工频过电压就表现得越高；（3）线路长度。线路延伸得越长，充电的容性无功就会变得越大，这时的工频过电压就表现得越高；（4）发电机组调速器等特高压输电网专用设备拥有不同程度的惰性。

2.2 控制工频过电压

在特高压输电体系中，让系统面临的问题变得更严重的是工频过电压的过高问题。那么，降低工频过电压的方法有哪些呢？

2.2.1 并联高压电抗器。控制减小特高压输电线工频过电压的最主要方法就是利用并联高压电抗器，它能补偿特高压输电线路的对地方面的电容，减小特高压电流的容性电流，削弱电容效应。适合恰当的选择电抗器，使得电感量正好可将工频过电压控制在特高压输电线路许可的范围内。不同情况下的电抗器可以安装在线路的不同位置，比如首段末端等。

2.2.2 可调或可控高抗。利用可控或者可调高抗时，可以使特高压输电线路网在重载状态下运行状态获得在低补偿度，如此从电源出发送往别处的电压就会降低，使得电源的电动势不至于像利用可控高抗之前那么高，还能在不同程度上有利于无功平衡，甚至能够让电源运送本领有不同程度的提升

2.2.3 用特殊的避雷器。利用金属氧化物避雷器（MOA）能抑制很短时间内拥有高幅值的工频过电压，但这会对MOA能量方面提出很高的要求。一般情况不予考虑，仅特殊时使用。

3 操作过电压及其控制系统

操作过电压能够很好地衡量系统的绝缘程度，当因为开关或者别的问题引发系统内部特殊结构转变时，系统中的能储存能量的电子元件发生的电磁能量转换就会造成操作过电压。

3.1 跳闸过电压

断路器跳闸会发生电弧的重燃，这时就有可能造成过电压了。断路器可以断开几十安到几百安不等的比短路电流还要小得多的容性电流。然而可以切除庞大短路电流的开关却不一定能够不重燃地断开空载线路。这是因为在跳闸早期，断路器触头间恢复电压也许会比过介质恢复强度的上升速率快，从而电弧重燃，电磁振荡，呈现电压。经验说明，断路器的灭弧的本领越差，电弧重燃的概率越大，过电压的幅值越高。

3.2 合闸过电压

合闸于空载线路是电力系统中比较常见的一种操作，但却可分为两种情形：一是正常有计划的合闸，如线路检查修理以后投入运行，依照调度的需要对送电线路的合闸操作等，这类情形之下合闸前没异常。但合闸后问题就来了，一般就会出现合闸过电压；另一种合闸操作是运行线路发生故障导致继电维护系统跳闸，继而又出现自动合闸现象。

抑制合闸过电压的方法很多，用得比较多的是在线路上并联电抗器，给断路器加装合闸电阻也是最常见的方法之一，用金属氧化物避雷针则很容易地可以抑制合闸过电压。

4 结语

随着我国经济飞速的发展，电力方面的需求也开始了急剧的增大，故而我国的主干电网必须满足大容量长距离和稳定等要求。建设特高压输电线可以加强电网、提升输电线运送电力的能力，优化资源的分配，是加强主干网架经济有效的途径。但过电压造成的危害很多，光绝缘破坏这一项就能给国家造成庞大的经济损失。因此，基础条件的过电压的相关探究钻研必须进行，也就是必须要对特高压输电线路过电压及维护与控制系统展开探究钻研。

参考文献

[1] 杨志刚.特高压输电线过电压抑制与维护[J].电气工程应用，2010，（2）.

[2] 李雅洁，谭建成.基于PSCAD/EMTDC仿真平台的特高压直流输电控制系统探究钻研[J].电气开关，2014，（6）.

（责任编辑：蒋建华）endprint