高压输电线路过电压及保护与控制

李治国（内蒙古送变电有限责任公司，010020）



高压输电线路过电压及保护与控制

李治国
（内蒙古送变电有限责任公司，010020）

摘要：本文简要阐述高压输电线路的内部过电压与外部过电压，分析线路过电压产生的原因，并提出高压输电线路过电压的保护与控制措施。

关键词：高压输电线路；内部过电压；外部过电压；防护措施

高压输电线路的“过电压”在电网运行中是一个关键的技术问题。其不仅关乎变压器及断路器等设备绝缘性能高低，更直接影响着整个高压输电网能否安全平稳运作运行。本文基于高压输电线过电压问题的重要性出发，介绍高压输电线路过电压的基本状况及产生原因，着重分析高压输电线路过电压的保护与控制。

1　过电压概述

1.1输电线路外部过电压。外部过电压受外界环境（雷云对地面放电）而产生，分直击雷过电压和感应雷过电压。外部过电压受外界环境影响较大，有一定的不可抗性，因此在施工过程中，必须安装避雷针及接地装置等防护设备。

1.2输电线路内部过电压。内部过电压由电力系统内部运行异常所致，主要表现在电网中电磁能力的转变，其主要原因为电力系统内部故障或者断路器开关操作问题。内部过电压主要分为暂时过电压和操作过电压。

（1）暂时过电压

暂时过电压是在电力系统历经过渡过程以后，达到某种暂时平稳状态下，出现高于额定电压的情况。持续时间以数秒或数小时不等。由于特高压输电线路有着大容量、远距离、无功功率巨大的特殊性，甩负荷时导致暂时过电压的可能性极大，即使在正常负荷运行时，调节无功、控制电压、质量检修存在相应的难度。

（2）操作过电压

操作过电压在操作故障或者线路故障影响下，产生的瞬时过电压，会在极短的时间内，一般为几十毫秒内电压保持平稳。

2　线路过电压产生原因

2.1线路空载的电容效应。特定条件下，如果线路末端处于空载状态，在电容效应的作用下，线路首末两端电压均高于电源电动势，并且末端电压高出首端电压。这时，空载电压高于电源电压。在这种情况下，有可能导致系统防护措施失去效能，变电系统及其辅助设备受到损害，甚至导致整个高压输电网受到影响。

2.2短路故障。短路故障为高压输电网中常见故障形式，其表现为一相或多相导体接地，或者为经过负荷而接触到一起。短路电流中的不对称无序分量会使单相线路出现工频电压升高（常称为不对称效应）。系统中的不对称短路故障，在单相中接地故障中最为常见，往往引起的工频电压升高也最为严重。

3　高压输电线路过电压的保护与控制措施

3.1在线路中并联高压电抗器。高压电抗器并联过程中，在高压输电线的末端和地之间进行，其主要目的是无偿无功。电网类型为750 kV、500 kV 、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV时，高压电抗器的功效主要表现在吸收充电容性无功。运行电压的调整可通过电抗器的数量来把控。

并联高压电抗器对缓解操作过电压也有显著作用。当高压输电线路中断路器接连或断开元件时，断口处便会出现操作过电压，安装高压电抗器后，操作空载线路时，线路上的剩余电荷随电抗器排入地下，电路口电压上升，避免断路器发生重燃现象，从而降低操作电压。

3.2合理使用避雷器。避雷器的选用，首要考虑其绝缘性能。阻容保护器便是其中一种，选择合适的阻容，可降低电压上升的幅度，减少其对高压输电线路及设备的损耗。据笔者经验而言，选择时应以吸收电阻：100-200 Ω/相，功率大于等于100 w为最合适参数。同时避雷器的选择要考虑其尺寸、重量等因素。氧化锌避雷器（或称为MOA）在正常状态下，电流通过量仅有几百微安，基于此优势，将其设计为无间隙形式。当过电压产生时，电阻片吸收的电流迅速增加，在此过程中释放过电压的能量，使高压输电系统恢复正常运转状态。

3.3加强继电保护。为确保高压输电系统正常运转，降低过电压对整个系统的危害，可以安装接有触点的继电器。当高压输电系统出现短路时，继电器迅速将其切断，避免过电压发生。安装继电器有利于提供及时消除隐患，在运行过程中缩短过电压的时间，为后续防护工作提供先决条件。继电器主要由测量部件、逻辑运行环节、执行任务输出三个组件组成（如下图所示），既可以将有故障的元件从电力系统中隔离，又可以检测系统运行状态，发出相应的信号，避免过电压对系统造成的不必要的损害。

图1　继电保护装置原理图

3.4跳闸过电压控制。要控制跳闸过电压，必须要先控制断路器触头发生回燃现象。过电压产生的主要原因之为断路器跳闸过程中接头出现重燃，重燃现象发生后，电磁波震荡，从而产生过电压。从实践工中可知，灭弧能力与重燃几率及过电压幅度成正比，只有提高灭弧能力，才能降低重燃几率，进而从根本上降低过电压的幅度，减少对高压输电系统的危害。因此，对跳闸过电压进行有效控制，可完善断路器的配置，提高灭弧能力。同时，上文所提到的安装高压电抗器及阻容保护器，都能有效控制跳闸过电压的发生频率与幅度。

3.5合闸过电压控制。合闸是高压输电系统中常用的操作手段之一。具体分为两种形式，一种是正常运作中计划范围内的合闸，另一种是运行线路发生故障，造成单相接地，继电保护装置跳闸预警，经过一段时间之后恢复合闸。前者在合闸之前处于正常现象，但是合闸之后，电压由零经电容效应，产生合闸过电压；而后者则是由于线路故障所造成的过电压。

提高灭弧能力，降低重燃几率使跳闸过电压的发生率得以控制。因此，合闸过电压便成为高压输电系统中过电压产生的主要原因。如何控制合闸过电压成为保障高压输电系统正常运转的重中之重。降低合闸过电压可从以下两点做起；1、采取电抗器并联的措施。在输电线路中，电容量较大的一端先于电容量较小的一端进行合闸；2、给断路器安装合闸电阻，可以削弱合闸前线路的残余电压，并且结合避雷器，最终降低合闸过电压。

4　结论

在电力需求急剧增长的前提下，为确保高压输电线路稳定运行，进而确保整个电网的安全可靠，必须采取措施保护并控制过电压，具体可以采取并联高压电抗器，安装继电装置，合理使用避雷器等措施，以此达到控制跳闸电压和合闸电压，保护整个高压输电线路的目的。

参考文献

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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

作者简介

李治国，学历：大学本科。工作单位：内蒙古送变电有限责任公司。职务：安全监督部部长。工作专业：电力。