龔琪

摘 ? 要：隨著超高壓、遠(yuǎn)距離輸電線路的建立和發(fā)展，合閘空載線路（包括重合閘）過(guò)電壓比切空線過(guò)電壓的出現(xiàn)概率更大且更為嚴(yán)重。現(xiàn)階段，人們重點(diǎn)關(guān)注合閘空載線路（包括重合閘）過(guò)電壓。分析了空載線路合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生機(jī)理及相應(yīng)抑制措施，為實(shí)際工程提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：空載線路 ?過(guò)電壓 ?單相重合閘 ?三相重合閘 ?STP

中圖分類號(hào)：TM 86 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(shè)備中，斷路器具有很強(qiáng)的滅弧能力，斷路器開(kāi)斷后電弧基本不會(huì)重燃，因此切空線過(guò)電壓已被限制，而合閘過(guò)電壓就成為需要考慮的首要問(wèn)題。在電網(wǎng)線路正常運(yùn)行中，合閘和分閘空載線路均為常規(guī)操作，其中分合閘空載線路操作分為正常（計(jì)劃性）合閘與自動(dòng)重合閘。重合閘過(guò)電壓是合閘過(guò)電壓中較為嚴(yán)重的情況，它是選擇高壓電網(wǎng)絕緣水平的決定性因素[1-4]。

1 ?空載線路合閘過(guò)電壓

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

1.1.1 正常合閘過(guò)電壓

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

在合閘初瞬間的暫態(tài)過(guò)程中，回路中發(fā)生高頻振蕩，其頻率為（（Ltotal=Ls+L/2））。在一般線路中振蕩頻率遠(yuǎn)大于工頻50Hz，故可認(rèn)為此時(shí)電壓e（t）恒定，若合閘時(shí)電源電壓為幅值Em，電壓變化如圖2（a），合閘過(guò)電壓的幅值=穩(wěn)態(tài)值+（穩(wěn)態(tài)值-初始值）=2Em。實(shí)際電路中，過(guò)電壓幅值低于2Em，我國(guó)實(shí)測(cè)到的過(guò)電壓最大倍數(shù)為1.9～1.96p.u.[2]。

1.1.2 自動(dòng)重合閘過(guò)電壓

重合閘過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)程如下：正常運(yùn)行線路發(fā)生接地故障后，繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，根據(jù)系統(tǒng)的合閘整定時(shí)間，斷路器再次動(dòng)作合閘。

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

自動(dòng)重合閘時(shí)故障相線路合閘時(shí)，操作前線路的殘余電荷沒(méi)有被泄放掉，相當(dāng)于電容C上有起始電壓，得到合閘過(guò)電壓值為：

（1）

式中，uc為合閘過(guò)電壓，Em為電源電壓幅值，t為時(shí)間，ur為重合閘時(shí)電容C上的殘余電壓。

當(dāng)ur=-Em時(shí)線路上過(guò)電壓的最大值可達(dá)3Em，如圖2（b）所示。實(shí)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(guò)電壓不會(huì)很高。同時(shí)，由于潛供電流和恢復(fù)電壓的存在，單相重合閘的合閘時(shí)間設(shè)置也要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)考慮，一般來(lái)說(shuō)要比三相重合閘時(shí)間要長(zhǎng)。

1.2 抑制措施

（1）控制合閘相角。

合空線過(guò)電壓最危險(xiǎn)的情況是反相合閘，實(shí)際情況則具有一定的隨機(jī)性。監(jiān)測(cè)斷路器兩端電位，在電位差最小時(shí)合閘。

（2）消除和削弱線路殘壓。

影響單相重合閘過(guò)電壓大小的因素主要是線路殘余電壓的大小。對(duì)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(cè)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(guò)電壓[2]。

（3）斷路器主觸頭上并聯(lián)合閘電阻。

裝設(shè)合閘電阻是限制這種過(guò)電壓的最有效的措施[6]。合閘操作時(shí)，輔助觸頭K2先接通，并聯(lián)電阻R串入回路，電阻R削弱了過(guò)電壓;經(jīng)過(guò)1～2個(gè)工頻周期后，主觸頭K1閉合，并聯(lián)電阻短接，完成了合閘過(guò)程。閉合K2時(shí)，R越大，阻尼作用越強(qiáng)，因此過(guò)電壓越低;閉合K1時(shí)，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(guò)程越弱，過(guò)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(nèi)（ZC為線路波阻抗），通常為400～600Ω[2]，稱低值并聯(lián)電阻，接入時(shí)間通常為8～15ms。

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

（4）利用并聯(lián)電抗器限制合空線過(guò)電壓。

并聯(lián)電抗器可以降低線路工頻穩(wěn)態(tài)電壓（超高壓長(zhǎng)線路一般裝設(shè)有并聯(lián)電抗器），其進(jìn)一步限制了合閘過(guò)電壓。

2 ?結(jié)論

（1）三相斷路器合閘動(dòng)作的不同期，會(huì)使過(guò)電壓有所增高。當(dāng)一相或者兩相先合閘時(shí)，由于相間電容的耦合作用，未合閘的導(dǎo)線上將感應(yīng)出同極性的暫態(tài)過(guò)電壓。如果未合閘相觸頭電源側(cè)電壓與線路側(cè)感應(yīng)電壓相反，這就相當(dāng)于具有殘余電壓時(shí)的自動(dòng)重合，過(guò)電壓因之升高。

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

參考文獻(xiàn)

[1] 解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過(guò)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(guó)電力出版社，2006.

[3] 丘凌.500kV超高壓交流系統(tǒng)操作過(guò)電壓仿真研究[D].浙江大學(xué)，2010.

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

[5] GB/T 50064-2014. 交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.