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摘要：高压交流输电线路具有分布电阻和电感小、分布电容大、输电线路长等特点，其过电压影响较大，而过电压倍数是确定系统绝缘水平的重要依据。因此抑制过电压能降低绝缘水平，减少建设投资，降低过电压对各种电力设备损害等。
关键词：高压；过电压；输电线路
作者简介：梁竞雷（1978-），男，广东东莞人，广东电网公司东莞供电局，电气工程师。（广东 东莞 523008）
中图分类号：TM8 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0114-01
随着我国输电电压等级的提高，输电量的增大，输电距离的增加对输电线路及设备绝缘水平的要求也随之提高，其投资占电网总投资的比例也相应增大。设备的绝缘水平需要按照线路的各种过电压和保护装置的特性来确定，要全面考虑设备造价、维护费用及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。为了降低输电线路及保护设备的绝缘投资，必须对高压输电系统的过电压进行抑制，以达到安全、可靠运行又经济可行的目标。
一、高压线路过电压分析
1.过电压按产生原因分类
过电压按产生原因可分为雷电过电压和内过电压。
（1）雷击过电压分类。雷击过电压可分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压。
（2）内过电压分类。内过电压可分为暂时过电压和操作过电压。其中暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压；操作过电压包括操作电容负荷过电压、操作电感负荷过电压、解列过电压和间歇电弧过电压。
2.绝缘配合的要求
架空送电线路的绝缘配合设计要解决杆塔上和档距中各种可能的放电途径的绝缘选择和相互配合。[1]按正常运行电压、操作过电压、雷电过电压确定杆塔上的绝缘配合；按雷电过电压确定中央导线与地线的绝缘配合；按照雷电及操作过电压确定导线对地的绝缘配合；按照正常运行电压确定导线间绝缘配合。
二、雷电过电压的限制和保护措施
1.雷电过电压的特点
雷电过电压分为直接雷击过电压、反击过电压和感应过电压。
雷击架空线路导线产生的直接雷击过电压，可按U＝100I（I：雷电流幅值）确定。此过电压易导致线路绝缘闪洛。
雷击架空线路产生的反击过电压与雷电流大小、线路杆塔的塔型、接地电阻大小及高度有关。
雷击架空线路产生的感应过电压，可按式U＝25Ih/S（h：导线平均高度；S：雷击点与线路距离）确定。
2.雷电过电压的限制措施
（1）送电线路最基本的防雷措施之一就是架设地线。在东莞一般110kV线路沿全线架设地线，220kV、500kV沿全线架设双地线。
（2）通过降低接地电阻可以有效提高线路耐雷水平。
（3）架设耦合地线可以有效提高线路的防雷水平，降低线路的雷击跳闸率。
三、操作过电压的限制和保护措施
1.操作过电压的特点
线路中的电容、电感等储能元件，在工作状态发生突变时，将产生能量转换的过渡过程，电压的强制分量叠加暂态分量形成操作过电压，其持续时间一般在几毫秒到数十毫秒之内，倍数一般不超过4倍。
操作过电压的大小与线路的运行、故障的类型及操作方式和对象有关。一般由接地、空载分合闸、故障及系统振荡解列引起。
2.操作过电压的限制措施
220kV及以下系统中，由于绝缘水平较高，一般不采取限制措施。220kV以上系统中，应采用限制措施。
（1）限制线路合闸重合闸过电压最有效的措施是在断路器上安装合闸电阻。当系统工频过电压满足表1的条件时，可仅用安装于线路两端上的金属氧化物避雷器来限制过电压。
表1 仅用MOA限制过电压条件
标称电压（kV） 发电机容量（WM） 线路长度（km）
330 200
300 <100
<200
500 200
300
≥500 <100
<150
<200
（2）采用不重击穿的断路器限制开断空载架空线路和电缆线路的分闸过电压。
（3）可以在线路两端安装金属氧化物避雷器限制线路非对称故障分闸及振荡解列过电压。
（4）66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时，一般最大过电压不超过下列数值：
不接地 3.5p.u.
消弧线圈接地 3.2p.u.
电阻接地 2.5p.u.
对这种系统根据负荷性质和工程的重要程度，可进行必要的过电压预测，以确定保护方案。
（5）采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时，避雷器应能承受操作过电压作用的能量。
四、暂时过电压的限制和保护措施
1.暂时过电压的特点
暂态过电压是在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于O.1s甚至数小时的持续性过电压，其频率为工频或者接近工频，幅值不高。工频过电压产生的原因包括线路空载、不对称接地故障以及负荷突变等。它和系统结构、容量、参数、运行方式及各种安自装置特性有关，一般持续时间较长。
2.暂时过电压的限制措施
工频过电压、谐振过电压与系统结构、容量、参数、运行方式以及各种安全自动装置的特性有关。
（1）在线路两端装设高补偿度的并联电抗器。此时线路中部的过电压较严重，所以一般的特高压输电线路长度不超过500kM，[3]或将长线路分段，在线路中部设置开关站，布置并联电抗器进行分段补偿，以限制工频过电压在允许的范围之内。
（2）在500kV的线路中可能产生以2次谐波为主的高次谐波振荡过电压。应尽量避免产生该过电压的运行、操作及接线方式。确实无法避免时，可在线路保护中增加过电压速断保护。
（3）在500kV线路上架设避雷线降低工频过电压。此法需通过技术经济比较加以确定，系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值：
线路断路器的变电站侧：1.3p.u.
线路断路器的线路侧：1.4.p.u.
（4）对可能形成局部不接地系统、低压侧有电源的110kV及220kV不接地的中性点应装设间隙。当线路发生接地故障形成局部不接地系统时，该间隙应该动作，系统以有效接地方式运行，发生单相接地故障时间隙不应动作。
五、结论
高压输电线路具有分布电阻和电感小、分布电容大、输电线路长等特点，其过电压影响较大，而过电压倍数是确定系统绝缘水平的重要依据。综合考虑设备造价、维护费用及故障损失这三方面因素，降低线路过电压有很现实的意义：随着过电压的降低可以降低设备的绝缘水平，减少设备的投资造价；降低过电压可以减小对各种电力设备的损害，从而降低设备的维护费用及故障损失。
由于本文所研究的课题是一个很有实际运行意义的问题，具有较大的应用前景。但受本人水平和研究时间所限，本课题还有许多问题需要进一步研究和探讨，需要进一步研究探讨其可行性与可操作性。
参考文献：
[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2002.
[2]纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社,1995.
[3]張维钹,高玉明,等.电力系统过电压与绝缘配合[M].北京:清华大学出版社,1987.
（责任责任：刘辉）
关键词：高压；过电压；输电线路
作者简介：梁竞雷（1978-），男，广东东莞人，广东电网公司东莞供电局，电气工程师。（广东 东莞 523008）
中图分类号：TM8 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0114-01
随着我国输电电压等级的提高，输电量的增大，输电距离的增加对输电线路及设备绝缘水平的要求也随之提高，其投资占电网总投资的比例也相应增大。设备的绝缘水平需要按照线路的各种过电压和保护装置的特性来确定，要全面考虑设备造价、维护费用及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。为了降低输电线路及保护设备的绝缘投资，必须对高压输电系统的过电压进行抑制，以达到安全、可靠运行又经济可行的目标。
一、高压线路过电压分析
1.过电压按产生原因分类
过电压按产生原因可分为雷电过电压和内过电压。
（1）雷击过电压分类。雷击过电压可分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压。
（2）内过电压分类。内过电压可分为暂时过电压和操作过电压。其中暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压；操作过电压包括操作电容负荷过电压、操作电感负荷过电压、解列过电压和间歇电弧过电压。
2.绝缘配合的要求
架空送电线路的绝缘配合设计要解决杆塔上和档距中各种可能的放电途径的绝缘选择和相互配合。[1]按正常运行电压、操作过电压、雷电过电压确定杆塔上的绝缘配合；按雷电过电压确定中央导线与地线的绝缘配合；按照雷电及操作过电压确定导线对地的绝缘配合；按照正常运行电压确定导线间绝缘配合。
二、雷电过电压的限制和保护措施
1.雷电过电压的特点
雷电过电压分为直接雷击过电压、反击过电压和感应过电压。
雷击架空线路导线产生的直接雷击过电压，可按U＝100I（I：雷电流幅值）确定。此过电压易导致线路绝缘闪洛。
雷击架空线路产生的反击过电压与雷电流大小、线路杆塔的塔型、接地电阻大小及高度有关。
雷击架空线路产生的感应过电压，可按式U＝25Ih/S（h：导线平均高度；S：雷击点与线路距离）确定。
2.雷电过电压的限制措施
（1）送电线路最基本的防雷措施之一就是架设地线。在东莞一般110kV线路沿全线架设地线，220kV、500kV沿全线架设双地线。
（2）通过降低接地电阻可以有效提高线路耐雷水平。
（3）架设耦合地线可以有效提高线路的防雷水平，降低线路的雷击跳闸率。
三、操作过电压的限制和保护措施
1.操作过电压的特点
线路中的电容、电感等储能元件，在工作状态发生突变时，将产生能量转换的过渡过程，电压的强制分量叠加暂态分量形成操作过电压，其持续时间一般在几毫秒到数十毫秒之内，倍数一般不超过4倍。
操作过电压的大小与线路的运行、故障的类型及操作方式和对象有关。一般由接地、空载分合闸、故障及系统振荡解列引起。
2.操作过电压的限制措施
220kV及以下系统中，由于绝缘水平较高，一般不采取限制措施。220kV以上系统中，应采用限制措施。
（1）限制线路合闸重合闸过电压最有效的措施是在断路器上安装合闸电阻。当系统工频过电压满足表1的条件时，可仅用安装于线路两端上的金属氧化物避雷器来限制过电压。
表1 仅用MOA限制过电压条件
标称电压（kV） 发电机容量（WM） 线路长度（km）
330 200
300 <100
<200
500 200
300
≥500 <100
<150
<200
（2）采用不重击穿的断路器限制开断空载架空线路和电缆线路的分闸过电压。
（3）可以在线路两端安装金属氧化物避雷器限制线路非对称故障分闸及振荡解列过电压。
（4）66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地故障时，一般最大过电压不超过下列数值：
不接地 3.5p.u.
消弧线圈接地 3.2p.u.
电阻接地 2.5p.u.
对这种系统根据负荷性质和工程的重要程度，可进行必要的过电压预测，以确定保护方案。
（5）采用无间隙金属氧化物避雷器限制各类操作过电压时，避雷器应能承受操作过电压作用的能量。
四、暂时过电压的限制和保护措施
1.暂时过电压的特点
暂态过电压是在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于O.1s甚至数小时的持续性过电压，其频率为工频或者接近工频，幅值不高。工频过电压产生的原因包括线路空载、不对称接地故障以及负荷突变等。它和系统结构、容量、参数、运行方式及各种安自装置特性有关，一般持续时间较长。
2.暂时过电压的限制措施
工频过电压、谐振过电压与系统结构、容量、参数、运行方式以及各种安全自动装置的特性有关。
（1）在线路两端装设高补偿度的并联电抗器。此时线路中部的过电压较严重，所以一般的特高压输电线路长度不超过500kM，[3]或将长线路分段，在线路中部设置开关站，布置并联电抗器进行分段补偿，以限制工频过电压在允许的范围之内。
（2）在500kV的线路中可能产生以2次谐波为主的高次谐波振荡过电压。应尽量避免产生该过电压的运行、操作及接线方式。确实无法避免时，可在线路保护中增加过电压速断保护。
（3）在500kV线路上架设避雷线降低工频过电压。此法需通过技术经济比较加以确定，系统的工频过电压水平一般不宜超过下列数值：
线路断路器的变电站侧：1.3p.u.
线路断路器的线路侧：1.4.p.u.
（4）对可能形成局部不接地系统、低压侧有电源的110kV及220kV不接地的中性点应装设间隙。当线路发生接地故障形成局部不接地系统时，该间隙应该动作，系统以有效接地方式运行，发生单相接地故障时间隙不应动作。
五、结论
高压输电线路具有分布电阻和电感小、分布电容大、输电线路长等特点，其过电压影响较大，而过电压倍数是确定系统绝缘水平的重要依据。综合考虑设备造价、维护费用及故障损失这三方面因素，降低线路过电压有很现实的意义：随着过电压的降低可以降低设备的绝缘水平，减少设备的投资造价；降低过电压可以减小对各种电力设备的损害，从而降低设备的维护费用及故障损失。
由于本文所研究的课题是一个很有实际运行意义的问题，具有较大的应用前景。但受本人水平和研究时间所限，本课题还有许多问题需要进一步研究和探讨，需要进一步研究探讨其可行性与可操作性。
参考文献：
[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2002.
[2]纪雯.电力系统设计手册[M].北京:中国电力出版社,1995.
[3]張维钹,高玉明,等.电力系统过电压与绝缘配合[M].北京:清华大学出版社,1987.
（责任责任：刘辉）