空載線路合閘過電壓產生機理及抑制措施

龔琪

摘 ? 要：隨著超高壓、遠距離輸電線路的建立和發展，合閘空載線路（包括重合閘）過電壓比切空線過電壓的出現概率更大且更為嚴重。現階段，人們重點關注合閘空載線路（包括重合閘）過電壓。分析了空載線路合閘過電壓的產生機理及相應抑制措施，為實際工程提供理論依據。

關鍵詞：空載線路 ?過電壓 ?單相重合閘 ?三相重合閘 ?STP

中圖分類號：TM 86 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0059-02

abstract：Recent years， because of the development of extra high voltage and the construction of long distance transmission lines， the of over voltage and the probability arising over voltage of switching off lines of no-load operation are reduced obviously， so that switching in lines of no-load operation， and so as the reclosing， becomes one of the most typical and serious switching surges in the extra and ultra high vo1tage grid， and the most important research target. The generation mechanism and corresponding restraining measures of switching over voltage in unloaded line are analyzed. It provides theoretical basis for practical engineering.

Key Words：Unloaded line; Overvoltage; Single-phase reclosing; Three phase reclosing; STP

高壓電力設備中，斷路器具有很強的滅弧能力，斷路器開斷后電弧基本不會重燃，因此切空線過電壓已被限制，而合閘過電壓就成為需要考慮的首要問題。在電網線路正常運行中，合閘和分閘空載線路均為常規操作，其中分合閘空載線路操作分為正常（計劃性）合閘與自動重合閘。重合閘過電壓是合閘過電壓中較為嚴重的情況，它是選擇高壓電網絕緣水平的決定性因素[1-4]。

1 ?空載線路合閘過電壓

1.1 產生機理

1.1.1 正常合閘過電壓

合閘前，線路不存在接地故障，三相對稱，為零初始狀態。其單相集中參數T型等值電路如圖1所示。

在合閘初瞬間的暫態過程中，回路中發生高頻振蕩，其頻率為（（Ltotal=Ls+L/2））。在一般線路中振蕩頻率遠大于工頻50Hz，故可認為此時電壓e（t）恒定，若合閘時電源電壓為幅值Em，電壓變化如圖2（a），合閘過電壓的幅值=穩態值+（穩態值-初始值）=2Em。實際電路中，過電壓幅值低于2Em，我國實測到的過電壓最大倍數為1.9～1.96p.u.[2]。

1.1.2 自動重合閘過電壓

重合閘過電壓的產生過程如下：正常運行線路發生接地故障后，繼電保護系統動作，根據系統的合閘整定時間，斷路器再次動作合閘。

自動重合閘過電壓作為合閘過電壓的一種，與合閘空載線路的根本區別在于，線路上是否存在殘余電荷，初始電壓是否為零。自動重合閘時由于存在殘余電荷、初設電壓不為零，其振蕩將更加劇烈。在500kV電網中多為單相重合閘，較三相自動重合閘要小一些。

自動重合閘時故障相線路合閘時，操作前線路的殘余電荷沒有被泄放掉，相當于電容C上有起始電壓，得到合閘過電壓值為：

（1）

式中，uc為合閘過電壓，Em為電源電壓幅值，t為時間，ur為重合閘時電容C上的殘余電壓。

當ur=-Em時線路上過電壓的最大值可達3Em，如圖2（b）所示。實際中由于電弧接地后能泄放掉一部分電荷，以及其他出線的降壓作用等因素的存在，單相重合閘過電壓不會很高。同時，由于潛供電流和恢復電壓的存在，單相重合閘的合閘時間設置也要結合實際情況來考慮，一般來說要比三相重合閘時間要長。

1.2 抑制措施

（1）控制合閘相角。

合空線過電壓最危險的情況是反相合閘，實際情況則具有一定的隨機性。監測斷路器兩端電位，在電位差最小時合閘。

（2）消除和削弱線路殘壓。

影響單相重合閘過電壓大小的因素主要是線路殘余電壓的大小。對于單相接地故障，由于弧光接地的影響，電荷可以較好的泄漏到大地中去，因此殘余電壓不是很大。若線路側裝有電磁式電壓互感器，可以泄放電路上的殘余電荷，也有助于減小這種過電壓[2]。

（3）斷路器主觸頭上并聯合閘電阻。

裝設合閘電阻是限制這種過電壓的最有效的措施[6]。合閘操作時，輔助觸頭K2先接通，并聯電阻R串入回路，電阻R削弱了過電壓;經過1～2個工頻周期后，主觸頭K1閉合，并聯電阻短接，完成了合閘過程。閉合K2時，R越大，阻尼作用越強，因此過電壓越低;閉合K1時，R越小，R兩端的電壓越低，因此主觸頭K1閉合后回路中的振蕩過程越弱，過電壓越低。

兼顧兩階段的最佳電阻值約在（0.5～2.0）ZC的范圍內（ZC為線路波阻抗），通常為400～600Ω[2]，稱低值并聯電阻，接入時間通常為8～15ms。

氧化鋅避雷器有可能將過電壓倍數限制在1.5～1.6p.u.，此時可不必再安裝合閘電阻（設備安裝在線路首末兩端。

（4）利用并聯電抗器限制合空線過電壓。

并聯電抗器可以降低線路工頻穩態電壓（超高壓長線路一般裝設有并聯電抗器），其進一步限制了合閘過電壓。

2 ?結論

（1）三相斷路器合閘動作的不同期，會使過電壓有所增高。當一相或者兩相先合閘時，由于相間電容的耦合作用，未合閘的導線上將感應出同極性的暫態過電壓。如果未合閘相觸頭電源側電壓與線路側感應電壓相反，這就相當于具有殘余電壓時的自動重合，過電壓因之升高。

（2）采用斷路器加裝合閘電阻、線路加裝并聯電抗器、避雷器等方法均能限制空載線路合閘過電壓。

參考文獻

[1] 解廣潤.電力系統過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2] 林福昌.高電壓工程[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 丘凌.500kV超高壓交流系統操作過電壓仿真研究[D].浙江大學，2010.

[4] 羅日成，劉從法，楊冰.基于EMTP/ATP的輸電線路合閘過電壓仿真分析[J].電力科學與技術學報，2011，26（3）：63-67.

[5] GB/T 50064-2014. 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2014.