Trans. Tianjin Univ. 2008, 14:222-225
DOI 10.1007/s12209-008-0040-8
copy; Tianjin University and Springer-Verlag 2008
特高压输电线路的过电压抑制研究*
LI Yongli(李永丽)1, LIU Taihua(刘太华)1, LI Zhongqing(李仲青)1, JING Lei(景 雷)2, LONG Ying(龙 英)2, FAN Jianzhong(范建忠)2
(1. Key Laboratory of Power System Simulation and Control of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. ABB (China) Research Ltd., Beijing 100016, China)
摘要：本文基于EMTDC / PSCAD仿真软件，对特高压输电线路的过电压现象进行研究分析和验证. 本文参考了中国中国在超高压输电线路方面、俄罗斯和日本在特高压输电线路方面的理论研究和实际操作经验， 讨论了通过保护和控制策略来抑制特高压输电线路的内部过电压的方法。 通过继电器、并联电抗器、跳闸和关闭电阻、金属氧化物变阻器之间的合作，可以使过电压水平维持在一个可以接受的范围内。
关键词：过电压; 合闸; 继电保护; 并联电抗器; 抑制; 特高压输电线路
随着输电线路电压等级的提高, 对安全稳定运行的要求越来越高. 因为在特高压输电线路中，绝缘子对过电压的裕度小于超高压输电线路 [1,2], 对继电保护和自动化设备而言，通过协调动作时间来降低或者避免过电压峰值也是一项重要的任务。具体地分析特高压输电线路过电压的起因和影响因素，对继电保护及合闸装置设置适当的动作时间，对于降低过电压是非常有必要的。 [3]. 本文分析了特高压输电线路中过电压的成因，包括工频过电压和操作过电压，通过特高压输电线路中继电保护、重合闸和相关的控制装置之间的配合，讨论了抑制过电压的策略, 并提出了抑制和限制特高压输电线路过电压的措施和方法。.
1 工频过电压
特高压输电线路被用于远距离、大容量电能传输. 随着输电线路长度的增加，线路的充电功率更加显著，工频过电压更加重要。
[4]. 工频过电压的振幅和他的周期决定于特高压系统中电气设备的绝缘水平。 [5].根据中国的特高压输电线路试验工程，工频暂态过电压倍数必须小于1.3倍。 [6,7]. 在特殊情况下，小于1.4倍是可以接受的（周期小于0.1秒）。参考中国的超高压系统和俄罗斯日本的特高压系统，主要采用两种方法来抑制工频过电压. 一种是在特高压输电线路上加装并联电抗器，另一种是通过对断路器的动作协调来限制工频过电压的持续时间。
在特高压输电线路中，电容效应尤其显著，因为特高压输电线路中分布式容性阻抗小于超高压输电线路. 在图一中，, 曲线A表示空载状态下，输电线的电压增长。曲线B说明该情况下，电源阻抗较大。阻抗越大，就会在线路末端产生更严重的工频过电压。因此，为了抑制工频过电压，线路两端的断路器需要以正确的方式开通或关断。也就是说，当输电线路开通时，线路末端具有较大容量的的断路器应该随着小容量电容一起被切断
Accepted date: 2007-12-20.
- Supported by ABB (China) Research Ltd. and National Natural Science Foundation of China(No.50477037). LI Yongli, born in 1963, female, Dr, Prof.
Correspondence to LI Yongli, E-mail: lyl519@sohu.com.
LI Yongli et al: Overvoltage Suppression for UHV Transmission Lines
当一端的断路器被手动切断，信号必须自动传输到线路另一端以切断断路器。
图1.不同电源阻抗下，空载输电线路的电压分布
并联电抗器的电感可以补偿线路的接地电容。其结果是，在线路的电容电流被减小，并且电容效应被削弱。在特高压输电线路上加装并联电抗器是抑制工频过电压的主要措施。它不仅可以降低线路的充电功率，而且可以通过适当选择并联电抗器的电感和安装位置来抑制电源频率在允许范围内的电压上升。
2 操作过电压
在特高压输电线路中，操作过电压是决定绝缘水平的重要因素。操作过电压可能是由故障和断路器的开关操作引起的[10].
- 故障引起的过电压
由于电流通过电感的电容两端电压不能突变, 一个较高的暂态过电压可能随着故障的出现而发生于线路两末端。仿真结果表明，该电压的最大值一般发生在故障产生后第一周期。(特高压输电系统的仿真模型可以在附录中找到). 最严重的故障时两相故障的情况，故障的位置会影响过电压的幅值和持续时间。
- 跳闸过电压
无论断路器跳闸发生在空载线路或断路器故障后跳闸, 过电压都会发生在断路器靠近输电线路的一端。
当断路器在空载线路跳闸时, 过电压的幅值受到线路长
度、线路电容参数、负载电流、自由振动频率等等的影响。在线路的一端进行跳闸操作时，过电压变严重，因为这是在单电源空载状态下长时间跳闸。当线路中没有并联电抗器时，仿真发现，过电压的瞬时最大值发生于单相跳闸后的线路一端，达到2.412倍，稳定于1.966倍。
三相断路器跳闸后的单相接地故障时，会出现过电压。在非故障相的模拟电压波形如图2所示。
Fig.2三相断路器跳闸后的跳闸过电压
对于相间故障，跳闸过电压一般发生在故障相。仿真波形如图3所示。
Fig.3三相断路器跳闸后的跳闸过电压
对于两相接地故障，通常发生在非故障相的跳闸过电压。这是因为线路两端的断路器不能在同一时间跳闸，当一端断路器跳闸时，线路是空载状态，无故障相的跳闸过电压随故障位置和跳闸时间的变化而变化。
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Transactions of Tianjin University Vol.14 No.3 2008
对于三相故障而言，当一端的断路器开通时，过电压会发生在线路中靠近断路器的一端。
严重的过电压是由于断路器跳闸时，电弧反复重燃， 所以避免重燃电弧与断路器接触是抑制过电压的主要措施。 通过提高断路器的性能，提高断路器的性能，提高触头的恢复能力和电弧熄灭的能力，可以有效地抑制过电压。 此外，在断路器中，在断路器上加装阻阻器可以抑制跳闸过电压. 当线路上安装变压器时，跳闸过电压能被有效抑制，因为剩余的电量能够通过变压器立即跳闸得到释放。在确定断路器是否安装跳闸电阻时，应该考虑综合因素，比如断路器的制造能力和跳闸过电压的损坏程度。
如果断路器在零电流的瞬间切断线路，一般不会有更高的过电压。但继电保护和自动装置的工作所产生的不同工作模式会会引起很大的影响。当故障发生时，继电器迅速识别故障并发出跳闸命令, 而在同一时间，开关的信号应发送到跳闸的并联电抗器。并联电抗器的接通时间应比断路器的跳闸时间短。如果并联电抗器没有安装在断路器的同一侧，传递信息时通道就很重要，传递时间也应该考虑。并联电抗器的安装不仅有利于抑制跳闸过电压，而且不再需要跳闸电阻。并实现了对故障的随意切换的目的。并联电抗器应投入到重合闸。如果系统恢复稳定，则可重新启动并联电抗器。
- 合闸或重合闸过电压
在电力系统中，有两种开关方式，包括空载线路合闸和故障后自动重合闸，因为重合闸瞬间，线路中有残余电压，所以过电压严重 。
若是瞬时故障，重合闸中残余电压的极性和幅值会对合闸过电压的幅值产生很大影响。T
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当残余电压和电源电压极性相反时，会发生最严重的的过电压。 采用三相重合闸引起的过电压远高于空载线路切换硬气的过电压。 这是重合闸过电压的重要特征。 模拟三相跳闸和三相重合闸单相接地故障后，过电压的最大值可以达到1.961 7 p.u.即使跳闸和重合闸时间改变， 重合闸暂态过电压仍达1.5 p.u. 故障越接近电源，过电压越严重。 所以必须采取措施来抑制合闸过电压。对三相跳闸和三相重合闸操作后的相间故障而言， 过电压的最大值可以达到1.969 2 p.u.三相重合闸的过电压非常严重。 仿真波形如图4和图5。 重合闸时间对三相重合闸过电压影响很大。
图四 三相重合闸 BC相间故障后A相的过电压
图五 三相重合闸 BC相间故障后BC相间电压
有许多措施来抑制合闸或重合闸过电压[9]。 比如，在断路器中加装开关电阻可以抑制过电压。此外，采用金属氧化物压敏电阻也是一种抑制过电压的重要措施。
LI Yongli et al: Overvoltage Suppression for UHV Transmission Lines
考虑重合闸电压衰减时间和三相断路器的异步操作，在特高压线路中，线路两端的三相重合闸时间差应大于0.2或0.3秒。 对于单相重合闸的条件下， 时间差可小于三相重合闸 ，因为非故障相并没有切断而且单相重合闸过电压较低，衰减更快. 理论分析和仿真结果表明, 无论是三相重合闸成功与否，最严重的过电压会引起三相跳闸和三相重合闸的单相接地故障。所以必须采取有效措施来加快线路中三相重合闸中的放电 。750千伏和特高压输电线路的运行经验表明 ，如果单相重合闸能避免谐振过电压，那么发生单相故障后采用单项重合闸可以有效抑制过电压。
3 结论
本文对特高压输电线路的过电压特性进行了讨论。由于电容电流的影响，空载长线上会发生工频过电压。为了抑制工频过电压，应安装并联电抗器。此外，可以采用开关断开和开关操作序列的断路器安装在在线路两端。还分析了故障、跳闸和过电压的特点。最严重过电压的发生在重合闸操作期间。可以看出，并联电抗器的综合运用，跳闸或合闸电阻和压敏电阻可以有效地抑制过电压
附录
对特高压输电线路的仿真模型的参数显示在图a1。 线路长度500公里。 并联电抗器的安装在两侧的线路，补偿程度是90%。700Ω的并联电阻安装在两侧的主断路器的接触点。
Fig.A1 Parameters of simulation model
致谢
本人衷心感谢Wang Jianping, Li Bin, Liu Dongchao对本文的贡献及建议。
References
［1］ He Yiyan. Brief introduction of research, manufacture of UHV transmission and transformation equipment and its transmission system in Italy, Japan, Russia and Ukraine ［J］． Transformer , 2003, 40(1): 26-30(in Chi-nese).
［2］ Han Qiye, Zhang Xiangnan. 1 000 kV ultrahigh voltage transmission system in Tokyo electra power system
［J］． Center China Electric Power, 1999, 12(4): 63-65(in Chinese).
［3］ Dong Xinzhou, Su Bin, Bo Zhiqian. The study of spe-cial problems on protective relaying of UHV transmis-sion line ［J ］．Automation of Electric Power Systems, 2004, 28(22): 19-22(in Chinese).
［4］ Gu Dingxie, Zhou P
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