特高壓輸電線路過電壓保護與控制系統研究

陳興

摘要：文章對特高壓輸電線路的工頻過電壓進行了探討，對操作過電壓進行了理論上的剖析，研究了過電壓發生的緣由，給出了抑制過電壓、保護特高壓輸電線路的方法。

關鍵詞：特高壓輸電線路；過電壓保護；過電壓控制；工頻過電壓；操作過電壓 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）23-0147-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.074

特高壓輸電線路過電壓的維護與控制系統的探究鉆研是增強特高壓電網的主干網絡的必要步驟，它不但會關系到變壓器、斷路器等特高壓專用裝置絕緣強度的數值，還能夠直接影響到電力系統是否能夠安全可靠地運行。本文對特高壓輸電線路的工頻過電壓和操作過電壓發生的緣由進行了充分的理論剖析，還給出了一些對于過電壓系統的維護與控制的方法。

1 過電壓

電源電壓超過其額定值的電壓就叫做過電壓，外部過電壓和內部過電壓就組成了特高壓輸電線過電壓。

1.1 外部過電壓

外部過電壓是指因為大氣環境中的雷雨云放電從而引發的電力系統的電壓升高，故而它也稱為大氣過電壓或雷電過電壓。顧名思義，外部過電壓是由大氣環境等外部因素造成的，帶有很明顯的不可預知性。限定電力系統的雷電過電壓的方法很多，一般人們利用避雷針和避雷線，有些地方則會使用專門的避雷器來限定雷電過電壓。

1.2 內部過電壓

電力系統產生故障和/或開關操作而造成的電網中的電磁能量的轉化，從而造成瞬時或非常短的時間的高于電網規定許可電壓并能對電網中的各種專用設備造成威脅的升高的部分電壓叫做內部過電壓。內部過電壓是一種電磁暫態狀態，在電力系統中很常見，暫時性過電壓和操作性過電壓兩大類過電壓基本就可以包括所有內部過電壓狀況了。

1.3 暫時過電壓

在暫態過渡進程完結后至少可以在0.1秒內保持不變的過電壓才可以稱為暫時過電壓。把暫時過電壓繼續分類，又可以細分為工頻過電壓和諧振過電壓這兩大類。因為特高壓系統線路的特點是容量非常大、距離非常遠，從而使得本身的無功功率也非常大，這造成了其在甩負荷時也許會致使系統本身嚴重的暫時過電壓；在正常運行的時候，負荷的轉變將會給無用功調節、電壓的控制和故障時的單相重合閘潛供電流熄滅等造成一系列困難。

1.4 操作過電壓

操作過電壓就是在發生故障和/或操作時那一瞬時發生的、一般情形下會在幾十毫秒以內的基本保持不變的過渡進程中的過電壓，與雷電過電壓非常單一的發生緣由不一樣，內部過電壓表現出其發生緣由和發展進程中影響要素的多樣性，還具備了種類異常繁復、機理現象各不相同的特征，從過電壓保持不變化的時間上來看，外部過電壓保持不變的時間最短，操作電壓保持不變的時間處于中間位置，暫時過電壓保持時間最久，乃至一些特殊的暫時過電壓會長時間存在。

2 工頻過電壓及其控制系統

2.1 工頻過電壓

空載長線的電容效應、不對稱接地故障引發的正常相位的電壓升高還有甩負荷等都是造成工頻過電壓發生的原因，它不僅與體系的構造、容量等因素有關，還與系統的各個參數、系統的運行狀態有關聯，其頻率一定是等于或非常接近工程規定的額定頻率。

2.1.1 空載線路的電容效應。若是輸電線路忽然從負荷這一側斷開，那么電路就處于了開路狀態下。此時，線路上，尤其是尾端，會呈現出較高的電壓升高狀態的情況。在系統發生并車現象以前，若是先從電源這一端投入線路時，也可能會呈現出相同的情況，這些過電壓便是由空載線路的電容效應引發的。

2.1.2 不對稱短路。短路的時候，健全相上呈現出工頻電壓會升高，這是由電流中的零序分量引起的，通常這類狀態會被我們常稱為不對稱效應，最為常見也最為嚴重的障礙就是以單相接地這樣的故障。

2.1.3 線路甩負荷效應。甩負荷效應就是因某種緣由位于已經處于重負荷狀態運行一段時間的輸電線路的尾端處的斷路器忽然跳閘就甩掉負荷，造成工頻電壓忽然升高。這個時候影響工頻產生過電壓的原因有四點：（1）甩負荷這個狀態發生之前，線路運送的無用功潮流的大小決定了電源的電動勢的大小；（2）電源的容量。電源的容量變得越小，電源換算出來的阻抗就變得越大，那么能呈現出來的工頻過電壓就表現得越高；（3）線路長度。線路延伸得越長，充電的容性無功就會變得越大，這時的工頻過電壓就表現得越高；（4）發電機組調速器等特高壓輸電網專用設備擁有不同程度的惰性。

2.2 控制工頻過電壓

在特高壓輸電體系中，讓系統面臨的問題變得更嚴重的是工頻過電壓的過高問題。那么，降低工頻過電壓的方法有哪些呢？

2.2.1 并聯高壓電抗器。控制減小特高壓輸電線工頻過電壓的最主要方法就是利用并聯高壓電抗器，它能補償特高壓輸電線路的對地方面的電容，減小特高壓電流的容性電流，削弱電容效應。適合恰當的選擇電抗器，使得電感量正好可將工頻過電壓控制在特高壓輸電線路許可的范圍內。不同情況下的電抗器可以安裝在線路的不同位置，比如首段末端等。

2.2.2 可調或可控高抗。利用可控或者可調高抗時，可以使特高壓輸電線路網在重載狀態下運行狀態獲得在低補償度，如此從電源出發送往別處的電壓就會降低，使得電源的電動勢不至于像利用可控高抗之前那么高，還能在不同程度上有利于無功平衡，甚至能夠讓電源運送本領有不同程度的提升

2.2.3 用特殊的避雷器。利用金屬氧化物避雷器（MOA）能抑制很短時間內擁有高幅值的工頻過電壓，但這會對MOA能量方面提出很高的要求。一般情況不予考慮，僅特殊時使用。

3 操作過電壓及其控制系統

操作過電壓能夠很好地衡量系統的絕緣程度，當因為開關或者別的問題引發系統內部特殊結構轉變時，系統中的能儲存能量的電子元件發生的電磁能量轉換就會造成操作過電壓。

3.1 跳閘過電壓

斷路器跳閘會發生電弧的重燃，這時就有可能造成過電壓了。斷路器可以斷開幾十安到幾百安不等的比短路電流還要小得多的容性電流。然而可以切除龐大短路電流的開關卻不一定能夠不重燃地斷開空載線路。這是因為在跳閘早期，斷路器觸頭間恢復電壓也許會比過介質恢復強度的上升速率快，從而電弧重燃，電磁振蕩，呈現電壓。經驗說明，斷路器的滅弧的本領越差，電弧重燃的概率越大，過電壓的幅值越高。

3.2 合閘過電壓

合閘于空載線路是電力系統中比較常見的一種操作，但卻可分為兩種情形：一是正常有計劃的合閘，如線路檢查修理以后投入運行，依照調度的需要對送電線路的合閘操作等，這類情形之下合閘前沒異常。但合閘后問題就來了，一般就會出現合閘過電壓；另一種合閘操作是運行線路發生故障導致繼電維護系統跳閘，繼而又出現自動合閘現象。

抑制合閘過電壓的方法很多，用得比較多的是在線路上并聯電抗器，給斷路器加裝合閘電阻也是最常見的方法之一，用金屬氧化物避雷針則很容易地可以抑制合閘過電壓。

4 結語

隨著我國經濟飛速的發展，電力方面的需求也開始了急劇的增大，故而我國的主干電網必須滿足大容量長距離和穩定等要求。建設特高壓輸電線可以加強電網、提升輸電線運送電力的能力，優化資源的分配，是加強主干網架經濟有效的途徑。但過電壓造成的危害很多，光絕緣破壞這一項就能給國家造成龐大的經濟損失。因此，基礎條件的過電壓的相關探究鉆研必須進行，也就是必須要對特高壓輸電線路過電壓及維護與控制系統展開探究鉆研。

參考文獻

[1] 楊志剛.特高壓輸電線過電壓抑制與維護[J].電氣工程應用，2010，（2）.

[2] 李雅潔，譚建成.基于PSCAD/EMTDC仿真平臺的特高壓直流輸電控制系統探究鉆研[J].電氣開關，2014，（6）.

（責任編輯：蔣建華）endprint