龚琪
摘 要：随着超高压、远距离输电线路的建立和发展，合闸空载线路（包括重合闸）过电压比切空线过电压的出现概率更大且更为严重。现阶段，人们重点关注合闸空载线路（包括重合闸）过电压。分析了空载线路合闸过电压的产生机理及相应抑制措施，为实际工程提供理论依据。
关键词：空载线路 过电压 单相重合闸 三相重合闸 STP
中图分类号：TM 86 文献标识码：A 文章编号：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
高压电力设备中，断路器具有很强的灭弧能力，断路器开断后电弧基本不会重燃，因此切空线过电压已被限制，而合闸过电压就成为需要考虑的首要问题。在电网线路正常运行中，合闸和分闸空载线路均为常规操作，其中分合闸空载线路操作分为正常（计划性）合闸与自动重合闸。重合闸过电压是合闸过电压中较为严重的情况，它是选择高压电网绝缘水平的决定性因素[1-4]。
1 空载线路合闸过电压
1.1 产生机理
1.1.1 正常合闸过电压
合闸前，线路不存在接地故障，三相对称，为零初始状态。其单相集中参数T型等值电路如图1所示。
在合闸初瞬间的暂态过程中，回路中发生高频振荡，其频率为（（Ltotal=Ls+L/2））。在一般线路中振荡频率远大于工频50Hz，故可认为此时电压e（t）恒定，若合闸时电源电压为幅值Em，电压变化如图2（a），合闸过电压的幅值=稳态值+（稳态值-初始值）=2Em。实际电路中，过电压幅值低于2Em，我国实测到的过电压最大倍数为1.9～1.96p.u.[2]。
1.1.2 自动重合闸过电压
重合闸过电压的产生过程如下：正常运行线路发生接地故障后，继电保护系统动作，根据系统的合闸整定时间，断路器再次动作合閘。
自动重合闸过电压作为合闸过电压的一种，与合闸空载线路的根本区别在于，线路上是否存在残余电荷，初始电压是否为零。自动重合闸时由于存在残余电荷、初设电压不为零，其振荡将更加剧烈。在500kV电网中多为单相重合闸，较三相自动重合闸要小一些。
自动重合闸时故障相线路合闸时，操作前线路的残余电荷没有被泄放掉，相当于电容C上有起始电压，得到合闸过电压值为：
（1）
式中，uc为合闸过电压，Em为电源电压幅值，t为时间，ur为重合闸时电容C上的残余电压。
当ur=-Em时线路上过电压的最大值可达3Em，如图2（b）所示。实际中由于电弧接地后能泄放掉一部分电荷，以及其他出线的降压作用等因素的存在，单相重合闸过电压不会很高。同时，由于潜供电流和恢复电压的存在，单相重合闸的合闸时间设置也要结合实际情况来考虑，一般来说要比三相重合闸时间要长。
1.2 抑制措施
（1）控制合闸相角。
合空线过电压最危险的情况是反相合闸，实际情况则具有一定的随机性。监测断路器两端电位，在电位差最小时合闸。
（2）消除和削弱线路残压。
影响单相重合闸过电压大小的因素主要是线路残余电压的大小。对于单相接地故障，由于弧光接地的影响，电荷可以较好的泄漏到大地中去，因此残余电压不是很大。若线路侧装有电磁式电压互感器，可以泄放电路上的残余电荷，也有助于减小这种过电压[2]。
（3）断路器主触头上并联合闸电阻。
装设合闸电阻是限制这种过电压的最有效的措施[6]。合闸操作时，辅助触头K2先接通，并联电阻R串入回路，电阻R削弱了过电压;经过1～2个工频周期后，主触头K1闭合，并联电阻短接，完成了合闸过程。闭合K2时，R越大，阻尼作用越强，因此过电压越低;闭合K1时，R越小，R两端的电压越低，因此主触头K1闭合后回路中的振荡过程越弱，过电压越低。
兼顾两阶段的最佳电阻值约在（0.5～2.0）ZC的范围内（ZC为线路波阻抗），通常为400～600Ω[2]，称低值并联电阻，接入时间通常为8～15ms。
氧化锌避雷器有可能将过电压倍数限制在1.5～1.6p.u.，此时可不必再安装合闸电阻（设备安装在线路首末两端。
（4）利用并联电抗器限制合空线过电压。
并联电抗器可以降低线路工频稳态电压（超高压长线路一般装设有并联电抗器），其进一步限制了合闸过电压。
2 结论
（1）三相断路器合闸动作的不同期，会使过电压有所增高。当一相或者两相先合闸时，由于相间电容的耦合作用，未合闸的导线上将感应出同极性的暂态过电压。如果未合闸相触头电源侧电压与线路侧感应电压相反，这就相当于具有残余电压时的自动重合，过电压因之升高。
（2）采用断路器加装合闸电阻、线路加装并联电抗器、避雷器等方法均能限制空载线路合闸过电压。
参考文献
[1] 解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1985.
[2] 林福昌.高电压工程[M].北京：中国电力出版社，2006.
[3] 丘凌.500kV超高压交流系统操作过电压仿真研究[D].浙江大学，2010.
[4] 罗日成，刘从法，杨冰.基于EMTP/ATP的输电线路合闸过电压仿真分析[J].电力科学与技术学报，2011，26（3）：63-67.
[5] GB/T 50064-2014. 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2014.
