高壓輸電線路過電壓及保護與控制

李治國（內蒙古送變電有限責任公司，010020）

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高壓輸電線路過電壓及保護與控制

李治國
（內蒙古送變電有限責任公司，010020）

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

關鍵詞：高壓輸電線路；內部過電壓；外部過電壓；防護措施

高壓輸電線路的“過電壓”在電網運行中是一個關鍵的技術問題。其不僅關乎變壓器及斷路器等設備絕緣性能高低，更直接影響著整個高壓輸電網能否安全平穩運作運行。本文基于高壓輸電線過電壓問題的重要性出發，介紹高壓輸電線路過電壓的基本狀況及產生原因，著重分析高壓輸電線路過電壓的保護與控制。

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境（雷云對地面放電）而產生，分直擊雷過電壓和感應雷過電壓。外部過電壓受外界環境影響較大，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設備。

1.2輸電線路內部過電壓。內部過電壓由電力系統內部運行異常所致，主要表現在電網中電磁能力的轉變，其主要原因為電力系統內部故障或者斷路器開關操作問題。內部過電壓主要分為暫時過電壓和操作過電壓。

（1）暫時過電壓

暫時過電壓是在電力系統歷經過渡過程以后，達到某種暫時平穩狀態下，出現高于額定電壓的情況。持續時間以數秒或數小時不等。由于特高壓輸電線路有著大容量、遠距離、無功功率巨大的特殊性，甩負荷時導致暫時過電壓的可能性極大，即使在正常負荷運行時，調節無功、控制電壓、質量檢修存在相應的難度。

（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，產生的瞬時過電壓，會在極短的時間內，一般為幾十毫秒內電壓保持平穩。

2　線路過電壓產生原因

2.1線路空載的電容效應。特定條件下，如果線路末端處于空載狀態，在電容效應的作用下，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，空載電壓高于電源電壓。在這種情況下，有可能導致系統防護措施失去效能，變電系統及其輔助設備受到損害，甚至導致整個高壓輸電網受到影響。

2.2短路故障。短路故障為高壓輸電網中常見故障形式，其表現為一相或多相導體接地，或者為經過負荷而接觸到一起。短路電流中的不對稱無序分量會使單相線路出現工頻電壓升高（常稱為不對稱效應）。系統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重。

3　高壓輸電線路過電壓的保護與控制措施

3.1在線路中并聯高壓電抗器。高壓電抗器并聯過程中，在高壓輸電線的末端和地之間進行，其主要目的是無償無功。電網類型為750 kV、500 kV 、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV時，高壓電抗器的功效主要表現在吸收充電容性無功。運行電壓的調整可通過電抗器的數量來把控。

并聯高壓電抗器對緩解操作過電壓也有顯著作用。當高壓輸電線路中斷路器接連或斷開元件時，斷口處便會出現操作過電壓，安裝高壓電抗器后，操作空載線路時，線路上的剩余電荷隨電抗器排入地下，電路口電壓上升，避免斷路器發生重燃現象，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備的損耗。據筆者經驗而言，選擇時應以吸收電阻：100-200 Ω/相，功率大于等于100 w為最合適參數。同時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）在正常狀態下，電流通過量僅有幾百微安，基于此優勢，將其設計為無間隙形式。當過電壓產生時，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，使高壓輸電系統恢復正常運轉狀態。

3.3加強繼電保護。為確保高壓輸電系統正常運轉，降低過電壓對整個系統的危害，可以安裝接有觸點的繼電器。當高壓輸電系統出現短路時，繼電器迅速將其切斷，避免過電壓發生。安裝繼電器有利于提供及時消除隱患，在運行過程中縮短過電壓的時間，為后續防護工作提供先決條件。繼電器主要由測量部件、邏輯運行環節、執行任務輸出三個組件組成（如下圖所示），既可以將有故障的元件從電力系統中隔離，又可以檢測系統運行狀態，發出相應的信號，避免過電壓對系統造成的不必要的損害。

圖1　繼電保護裝置原理圖

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生回燃現象。過電壓產生的主要原因之為斷路器跳閘過程中接頭出現重燃，重燃現象發生后，電磁波震蕩，從而產生過電壓。從實踐工中可知，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，進而從根本上降低過電壓的幅度，減少對高壓輸電系統的危害。因此，對跳閘過電壓進行有效控制，可完善斷路器的配置，提高滅弧能力。同時，上文所提到的安裝高壓電抗器及阻容保護器，都能有效控制跳閘過電壓的發生頻率與幅度。

3.5合閘過電壓控制。合閘是高壓輸電系統中常用的操作手段之一。具體分為兩種形式，一種是正常運作中計劃范圍內的合閘，另一種是運行線路發生故障，造成單相接地，繼電保護裝置跳閘預警，經過一段時間之后恢復合閘。前者在合閘之前處于正常現象，但是合閘之后，電壓由零經電容效應，產生合閘過電壓；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生率得以控制。因此，合閘過電壓便成為高壓輸電系統中過電壓產生的主要原因。如何控制合閘過電壓成為保障高壓輸電系統正常運轉的重中之重。降低合閘過電壓可從以下兩點做起；1、采取電抗器并聯的措施。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，并且結合避雷器，最終降低合閘過電壓。

4　結論

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

參考文獻

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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，學歷：大學本科。工作單位：內蒙古送變電有限責任公司。職務：安全監督部部長。工作專業：電力。