电力系统故障恢复过程中的过电压控制

周传超

摘要：电力系统故障恢复过程中电压会产生一定的波动，文章主要对当前电力系统过电压的整体情况进行分析，并以电力系统故障为背景，探讨故障恢复过程中过电压的控制方法。

关键词：电力系统;故障恢复;电力故障;过电压

电力系统发生局部故障或全停后的恢复控制一直是电力系统安全运行的一个重要问题。由于停电发生后的系统网络结构与正常情况的有很大不同，为确保快速、可靠地恢复供电，需要事先对恢复过程中可能遇到的各种问题进行全面分析研究，以确保所规定的操作顺序正确无误，在保证系统设备安全的前提下顺利执行系统恢复的任务。

1 过电压

过电压是指电力系统在特定条件下所出现的超过正常电压，出现电压异常升高的情况，这种现象的出现多是由于电力系统中受到电磁干扰现象。电力系统设备绝缘长时间耐受着电压，与此同时还要长时间承受一定的过电压，只有这样才可以保障电力系统稳定安全运行。过电压分为外过电压和内过电压两类。第一，外过电压。外过电压又称雷电过电压、大气过电压，

是大氣中的雷云对地面放电而引起电力系统电压升高的现象。雷电是一种自然现象，它除了会对人身安全造成损害外，还会对电子设备、电力系统造成巨大的破坏。由于夏季雷电活动频繁，所以，夏季是雷电高发期，雷电落在电线路上被称为直击雷，落在输电线附近和至电线上称为感应雷，它们会在输电线路上形成短暂状态过电压，并沿着线路向各个发配电力系统和用电设备侵袭，严重危害设备安全。在实际生活中，限制外过电压的方法很多，比如安装避雷针、避雷线、避雷器等[1]。第二，内过电压。内过电压是指由于电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压现象，这种线在电力系统中非常普遍，内过电压分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压。

2 电力系统故障恢复过程中的过电压控制

2.1 无功功率控制（RPC）

特高压直流输电系统在传输有功功率的同时，换流器在换相过程中也将消耗大量的无功功率，其消耗总量约为直流系统传输容量的 40%～60%。无功功率的变化又将直接影响换流站交流系统电压稳定，因此换流站均配备了大量的无功补偿设备。但当直流系统传输功率减小时，换流器相应消耗的无功功率也将减小，若此时投入系统的无功功率依然不变，将会导致部分未能消耗的无功功率由换流站注入其所连接的交流电网系统，从而引起站内交流母线电压的迅速升高，因此对无功补偿设备的投退进行控制是十分必要的。无功功率控制（RPC）的主要控制对象是全站的交流滤波器、低压电抗器，其主要目的是根据当前直流的运行模式和工况计算全站的无功消耗，通过控制所有无功设备的投切，保证全站与交流系统的无功交换在允许范围之内或者交流母线电压在安全运行范围之内。同时，交流滤波器设备的安全和对交流系统的谐波影响也是无功控制必须实现的功能。另外，RPC 功能需要根据直流系统不同运行方式下换流站的无功交换量或交流母线电压值判断是否进行滤波器投切，并根据控制优先级排序，决定投切滤波器的组数及类型[2]。

2.2 工频过电压控制

现阶段电力系统恢复过程中工频过电压控制主要有分闸操作过电压、500kV 变电站过电压等静态控制方式。其中 500kV 变电站过电压主要是在其输电线路运行过程中，某个线路故障的发生会导致相关线路小电抗工频过电压增加，而随着小电抗抗阻值的增加其工频电压的增加速度逐步趋于稳定，现阶段 500kV 变电站大多采用自耦变压器，由于发电设备大多采用升压变压器中性点直连的方式造成变电站周边零序电抗降幅增大，从而造成220kV 侧单相短路电流高于三相短路电流，但是由于过电压大小并不是由重燃次数单独决定的，因此这种控制方法有较大的风险。断路器性能、母线其他出线、中性点接地方式等分闸操作也可以控制过电压现象的发生。其中母线上有其他出现会导致母线电容的增加，而电弧重燃后电荷的重新分配则导致电压初始值发生变化，从而促使过电压发生变化;而断路器灭弧能力的缺失也导致其在进行分闸操作时重燃现象发生频发，优化断路器的灭弧能力可以有效降低过电压幅度;在实际运行中也可采用中性点有效接地的模式的优化降低过电压幅度，以往中性点非有效接地方式主要是由于三相断路器分闸时间的错位导致电路之间的不对称，从而导致中性点偏移、过电压升高等现象，而在中性点有效接地时将空载线路进行切除，或者在线路上进行电磁式电压互感器等设备的安装，可以有效降低过电压升高幅度。

2.3 系统恢复初期的谐波过电压

系统中存在谐波时，设某一母线输入端等效阻抗的模值为Z（h），谐波注入电流为 I（h），其中 h 为谐波次数，则该母线的谐波电压模值为 U（h）=Z（h）I（h）。当系统在某一谐波频率下发生并联谐振时，该频率下的阻抗值将突然上升，该阻抗值在特定谐波电流源的作用下将会产生很大的谐波过电压。在系统故障恢复初期，投入空载或轻载变压器时，由于变压器铁心的饱和，将产生数值很大的励磁涌流，它包含大量的高次谐波分量，这是系统中主要的谐波电流源。如系统阻抗和线路电容在某次谐波频率附近发生并联谐振，该频率下的系统阻抗值将突然增大，在变压器励磁涌流的作用下会产生很高的电压，变压器端电压的升高导致铁心饱和程度进一步加大，致使励磁涌流的各次谐波分量也随之增大，过电压现象也更严重。通常系统在故障恢复初期易发生谐波过电压，由于此时系统的阻尼较小，谐波过电压的持续时间很长，谐波过电压过于严重时会引起继电保护动作，甚至造成避雷器的损坏和系统故障，从而拖延了恢复进程，因此必须对谐波过电压问题进行全面的分析和研究[3]。

结语：总而言之，通过科学的方法能判断过电压的相关信息，并结合现场情况分析相应的控制方法，有效控制变量，保证控制过电压所需操作数目降至最低。以此提高电力故障恢复的效果。

参考文献：

[1]曾祥君，胡京莹，王媛媛，等.基于柔性接地技术的配电网三相不平衡过

电压抑制方法[J].中国电机工程学报，2014，34（4）：678-684.

[2]傅玉洁，沈扬，丁健，等.±800kV 重庆特高压直流换流站操作过电压机理及仿真[J].电力建设，2013，34（9）：48-54.

[3]郑超，汤涌，马世英，等.直流整流站动态无功特性解析及优化措施[J].中国电机工程学报，2014，34（28）：4886-4896.