李治國（內(nèi)蒙古送變電有限責(zé)任公司，010020）

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高壓輸電線路過電壓及保護(hù)與控制

李治國
（內(nèi)蒙古送變電有限責(zé)任公司，010020）

摘要：本文簡要闡述高壓輸電線路的內(nèi)部過電壓與外部過電壓，分析線路過電壓產(chǎn)生的原因，并提出高壓輸電線路過電壓的保護(hù)與控制措施。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；內(nèi)部過電壓；外部過電壓；防護(hù)措施

高壓輸電線路的“過電壓”在電網(wǎng)運(yùn)行中是一個關(guān)鍵的技術(shù)問題。其不僅關(guān)乎變壓器及斷路器等設(shè)備絕緣性能高低，更直接影響著整個高壓輸電網(wǎng)能否安全平穩(wěn)運(yùn)作運(yùn)行。本文基于高壓輸電線過電壓問題的重要性出發(fā)，介紹高壓輸電線路過電壓的基本狀況及產(chǎn)生原因，著重分析高壓輸電線路過電壓的保護(hù)與控制。

1　過電壓概述

1.1輸電線路外部過電壓。外部過電壓受外界環(huán)境（雷云對地面放電）而產(chǎn)生，分直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。外部過電壓受外界環(huán)境影響較大，有一定的不可抗性，因此在施工過程中，必須安裝避雷針及接地裝置等防護(hù)設(shè)備。

1.2輸電線路內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓由電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行異常所致，主要表現(xiàn)在電網(wǎng)中電磁能力的轉(zhuǎn)變，其主要原因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)內(nèi)部故障或者斷路器開關(guān)操作問題。內(nèi)部過電壓主要分為暫時(shí)過電壓和操作過電壓。

（1）暫時(shí)過電壓

暫時(shí)過電壓是在電力系統(tǒng)歷經(jīng)過渡過程以后，達(dá)到某種暫時(shí)平穩(wěn)狀態(tài)下，出現(xiàn)高于額定電壓的情況。持續(xù)時(shí)間以數(shù)秒或數(shù)小時(shí)不等。由于特高壓輸電線路有著大容量、遠(yuǎn)距離、無功功率巨大的特殊性，甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)致暫時(shí)過電壓的可能性極大，即使在正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)無功、控制電壓、質(zhì)量檢修存在相應(yīng)的難度。

（2）操作過電壓

操作過電壓在操作故障或者線路故障影響下，產(chǎn)生的瞬時(shí)過電壓，會在極短的時(shí)間內(nèi)，一般為幾十毫秒內(nèi)電壓保持平穩(wěn)。

2　線路過電壓產(chǎn)生原因

2.1線路空載的電容效應(yīng)。特定條件下，如果線路末端處于空載狀態(tài)，在電容效應(yīng)的作用下，線路首末兩端電壓均高于電源電動勢，并且末端電壓高出首端電壓。這時(shí)，空載電壓高于電源電壓。在這種情況下，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)防護(hù)措施失去效能，變電系統(tǒng)及其輔助設(shè)備受到損害，甚至導(dǎo)致整個高壓輸電網(wǎng)受到影響。

2.2短路故障。短路故障為高壓輸電網(wǎng)中常見故障形式，其表現(xiàn)為一相或多相導(dǎo)體接地，或者為經(jīng)過負(fù)荷而接觸到一起。短路電流中的不對稱無序分量會使單相線路出現(xiàn)工頻電壓升高（常稱為不對稱效應(yīng)）。系統(tǒng)中的不對稱短路故障，在單相中接地故障中最為常見，往往引起的工頻電壓升高也最為嚴(yán)重。

3　高壓輸電線路過電壓的保護(hù)與控制措施

3.1在線路中并聯(lián)高壓電抗器。高壓電抗器并聯(lián)過程中，在高壓輸電線的末端和地之間進(jìn)行，其主要目的是無償無功。電網(wǎng)類型為750 kV、500 kV 、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV時(shí)，高壓電抗器的功效主要表現(xiàn)在吸收充電容性無功。運(yùn)行電壓的調(diào)整可通過電抗器的數(shù)量來把控。

并聯(lián)高壓電抗器對緩解操作過電壓也有顯著作用。當(dāng)高壓輸電線路中斷路器接連或斷開元件時(shí)，斷口處便會出現(xiàn)操作過電壓，安裝高壓電抗器后，操作空載線路時(shí)，線路上的剩余電荷隨電抗器排入地下，電路口電壓上升，避免斷路器發(fā)生重燃現(xiàn)象，從而降低操作電壓。

3.2合理使用避雷器。避雷器的選用，首要考慮其絕緣性能。阻容保護(hù)器便是其中一種，選擇合適的阻容，可降低電壓上升的幅度，減少其對高壓輸電線路及設(shè)備的損耗。據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)而言，選擇時(shí)應(yīng)以吸收電阻：100-200 Ω/相，功率大于等于100 w為最合適參數(shù)。同時(shí)避雷器的選擇要考慮其尺寸、重量等因素。氧化鋅避雷器（或稱為MOA）在正常狀態(tài)下，電流通過量僅有幾百微安，基于此優(yōu)勢，將其設(shè)計(jì)為無間隙形式。當(dāng)過電壓產(chǎn)生時(shí)，電阻片吸收的電流迅速增加，在此過程中釋放過電壓的能量，使高壓輸電系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.3加強(qiáng)繼電保護(hù)。為確保高壓輸電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低過電壓對整個系統(tǒng)的危害，可以安裝接有觸點(diǎn)的繼電器。當(dāng)高壓輸電系統(tǒng)出現(xiàn)短路時(shí)，繼電器迅速將其切斷，避免過電壓發(fā)生。安裝繼電器有利于提供及時(shí)消除隱患，在運(yùn)行過程中縮短過電壓的時(shí)間，為后續(xù)防護(hù)工作提供先決條件。繼電器主要由測量部件、邏輯運(yùn)行環(huán)節(jié)、執(zhí)行任務(wù)輸出三個組件組成（如下圖所示），既可以將有故障的元件從電力系統(tǒng)中隔離，又可以檢測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的信號，避免過電壓對系統(tǒng)造成的不必要的損害。

圖1　繼電保護(hù)裝置原理圖

3.4跳閘過電壓控制。要控制跳閘過電壓，必須要先控制斷路器觸頭發(fā)生回燃現(xiàn)象。過電壓產(chǎn)生的主要原因之為斷路器跳閘過程中接頭出現(xiàn)重燃，重燃現(xiàn)象發(fā)生后，電磁波震蕩，從而產(chǎn)生過電壓。從實(shí)踐工中可知，滅弧能力與重燃幾率及過電壓幅度成正比，只有提高滅弧能力，才能降低重燃幾率，進(jìn)而從根本上降低過電壓的幅度，減少對高壓輸電系統(tǒng)的危害。因此，對跳閘過電壓進(jìn)行有效控制，可完善斷路器的配置，提高滅弧能力。同時(shí)，上文所提到的安裝高壓電抗器及阻容保護(hù)器，都能有效控制跳閘過電壓的發(fā)生頻率與幅度。

3.5合閘過電壓控制。合閘是高壓輸電系統(tǒng)中常用的操作手段之一。具體分為兩種形式，一種是正常運(yùn)作中計(jì)劃范圍內(nèi)的合閘，另一種是運(yùn)行線路發(fā)生故障，造成單相接地，繼電保護(hù)裝置跳閘預(yù)警，經(jīng)過一段時(shí)間之后恢復(fù)合閘。前者在合閘之前處于正常現(xiàn)象，但是合閘之后，電壓由零經(jīng)電容效應(yīng)，產(chǎn)生合閘過電壓；而后者則是由于線路故障所造成的過電壓。

提高滅弧能力，降低重燃幾率使跳閘過電壓的發(fā)生率得以控制。因此，合閘過電壓便成為高壓輸電系統(tǒng)中過電壓產(chǎn)生的主要原因。如何控制合閘過電壓成為保障高壓輸電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重中之重。降低合閘過電壓可從以下兩點(diǎn)做起；1、采取電抗器并聯(lián)的措施。在輸電線路中，電容量較大的一端先于電容量較小的一端進(jìn)行合閘；2、給斷路器安裝合閘電阻，可以削弱合閘前線路的殘余電壓，并且結(jié)合避雷器，最終降低合閘過電壓。

4　結(jié)論

在電力需求急劇增長的前提下，為確保高壓輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而確保整個電網(wǎng)的安全可靠，必須采取措施保護(hù)并控制過電壓，具體可以采取并聯(lián)高壓電抗器，安裝繼電裝置，合理使用避雷器等措施，以此達(dá)到控制跳閘電壓和合閘電壓，保護(hù)整個高壓輸電線路的目的。

參考文獻(xiàn)

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INNER MONGOLIC POWER TRANSMISSON AND TRANSFORMATION CO.LTD

Li Zhiguo
（Inner Mongolia power transmission & Distribution Co.， Ltd. 010020）

Abstract：Internal overvoltage and external overvoltage of high-tension transmission line were expounded，and the reason of overvoltage was investigated. Based on the investigation， protection and control measures of high-tension transmission line were presented.

Keywords：high-voltage transmission lines； internal over-voltage； external overvoltage； protective measures

作者簡介

李治國，學(xué)歷：大學(xué)本科。工作單位：內(nèi)蒙古送變電有限責(zé)任公司。職務(wù)：安全監(jiān)督部部長。工作專業(yè)：電力。