摘要：随着我国电力工业的发展，发展特高压输电己经势在必行。我国已经确定了未来以特高压作为骨干输电网架，其安全可靠性对于全系统的安全可靠性起着决定性的作用，`故对其继电保护、自动控制和可靠性等性能要求极高。特高压设备所能承受的过电压裕度比超高压要小，从而发生过电压造成设备损失非常巨大，特高压输电线路过电压的大小及其限制措施成为发展特高压输电技术所必须研究的课题。
关键词：特高压；输电线路；过电压；仿真
1. 特高压交流输电系统过电压研究的意义
我国电力将在未来几十年内保持快速增长，根据我国电力发展规划，预测2020年我国发电装机容量将达到1100GW。根据世界各电网的发展规律，容量每番两翻就必须引进一个新的电压等级。另外，我国能源与地理分布极不平衡，能源集中在西部和北部地区而负荷又集中在东部和南部地区，从而需要利用特高压进行远距离、大容量输送电力。因此要解决世纪国民经济发展的能源供应问题，就必须在大力开发西南、西北水电和“三西”山西，陕西，内蒙古西部火电的同时，建设全国能源传输通道，实现远距离大容量的“西电东送，北电南送”。而我国现有的超高压输电电网因输电走廊布置困难，输送能力不足，开关断开容量不够等多方面的问题，已明显不能满足重大的电力输送任务。
在我国将逐渐开展特高压输电建设的背景下，对特高压输电线路所涉及的相关问题进行深入细致的研究具有重大的现实意义和指导意义。从技术角度看，采用特高压输电技术是实现提高电网输电能力的主要手段之一，还能取得减少占用输电走廊，改善电网结构等方面的优势。从经济方面的角度看，根据目前的研究成果，输送水电条件下，与其它输电方式比较，特高压交流输电有竞争力的输电范围能够达到一公里，如果输送距离远、输送容量大，特高压的竞争优势更加明显。在特高压输电系统中，过电压水平是关系到设备绝缘设计的关键因素，直接影响设备制造成本和系统的运行性能，所以尽可能降低过电压水平对特高压输电技术的应用具有非常重要的意义。
2. 特高压交流输电系统过电压理论分析
电力系统过电压分为内部过电压和外部过电压，内部过电压是指由于电力系统故障和或开关操作而引起电网中电磁能量的转化，从而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并对电气装置可能造成威胁的电压升高。内部过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，它可分为暂时过电压和操作过电压两大类。在故障和或操作时，瞬时发生的过渡过程产生的过电压称为操作过电压，其持续时间一般在几十毫秒之内。在暂态过渡过程结束以后出现持续时间大于秒至数秒甚至数小时的持续性过电压称为暂时过电压，暂时过电压又可分为工频过电压和谐振过电压。外部过电压是指雷电过电压，雷电过电压与内部过电压在产生机理上与限制方法上都有很大的不同，本文当中主要研究的是内部过电压的相关问题。
2.1输电线路工频过电压的产生机理
电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频过电压。工频过电压产生的原因主要考虑空载长线路的电容效应、不对称接地故障引起的正常相电压升高、突然甩负荷等，过电压的大小和系统结构、容量及运行方式等因素有关。
2.2输电线路操作过电压的产生机理
电力系统是由电源、电阻、电感、电容等元件组成的复杂系统。当开关操作或事故状态引起系统拓扑结构发生改变时，系统中各储能元件之间的电磁能量相互转换就会产生操作过电压。与工频过电压相比，操作过电压具有幅值高，存在高频振荡，强阻尼及持续时间短等特点。
操作过电压是决定特高压输电系统绝缘水平的最重要依据。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在特高压输电系统中主要考虑三种类型的操作过电压分别是合闸包括单相重合闸，分闸和接地短路过电压。接地短路过电压在正常相上产生的过电压，除了靠线路两端限制外，一般没有什么特别的办法。因此在特高压的操作过电压的研究中，以它作为限制操作过电压的底线，将合闸和分闸过电压限制到与其相当的范围内。
3. 特高压输电线路工频过电压的研究与仿真分析
3.1仿真软件
PSCAD/EMTDC是目前世界上电力系统中广泛使用的一种电磁暂态仿真软件。EMTDC是一套电磁暂态模拟程序，PSCAD是其用户界面。PSCAD是一个功能强大并且完全集合的绘图界面，是用户与EMTDC功连接的窗口。在这个界面上我们可以模拟实际系统绘出仿真系统，并且对其进行仿真。结果分析，可以采用曲线或者测量表对结果进行输出，从仿真界面上可以直观的看到仿真结果。EMTDC是PSCAD/EMTDV仿真的核心程序，它采用FORTRAN77和FORTRAN90承认的模型编写，当使用FORTRAN90模型时，可自动分配网络尺寸来满足仿真的需要。当我们实际需要某一个模型时，如果元件库中没有，我们也可以采用FORTRAN语言进行编写。在仿真电路模型建立完成后，运行时是通过FORTRAN编译器进行编译、连接，运行结果可以随着程序的进度PLOT在中实时生成曲线，以效验结果是否合理。当我们使用FORTRAN90编译器时，可以与MATLAB接口，MATLAB是数学模型包，PSCAD/EMTDC是暂态分析程序，他们之间具有互补性，通过两者之间的接口可以把他们的优点结合起来。
3.2单电源带空载长线路采用并联电抗器补偿方式工频过电压的仿真研究
（1）空载线路由于电容效应而发生的工频电压升高在装设并联电抗器后会受到一定程度的抑制。并且电抗器的补偿度越大，电压升高越小。
（2）并联电抗器的安装位置对补偿效果也有影响。在相同补偿度下，装设在线路末端时对电压升高的抑制效果最好，但在局部感性无功过多的情况下会影响周围系统的无功潮流，引起无功的流动。而从电力系统功率和电压稳定的角度出发，希望无功潮流流动尽可能小，且大多数采取就地补偿的方法平衡局部无功。因此应在满足经济性的前提下尽可能考虑在沿线多处装设并联电抗器来限制空载线路电容效应引起的电压升高。
3.3无补偿双端电源与长线相连系统工频过电压的仿真研究
（1）当传输功率小于自然功率时，线路沿线电压高于额定值，并且中点产生的过电压最大
（2）当传输功率大于自然功率时，线路沿线电压低于额定值，并且中点电压最低
（3）为了改善特高压输电线路沿线电压质量，在轻载时需吸收部分无功功率降低线路电压，在重载时需补偿部分无功升高线路电压。
3.4带并联电抗器补偿双端电源与长线相连系统工频过电压的仿真研究
对于特高压长输电线路来说，当输送功率较小时，通过采用并联电抗器补偿系统，可以有效的改善线路沿线的电压。但是采用并联电抗器不能灵活调节无功，当重载运行时，系统无功不足，并联电抗器必须退出运行，否则线路电压将会低于额定值。从理论上讲可调节或可控高抗是协调过电压和无功平衡问题的好方法，但是实际应用中由于可调节或可控高抗造价高，短期内不会大量使用，但应积极开展研究。
参考文献：
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论文作者:张景沛,郑博,阎晨阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：过电压论文; 电压论文; 特高压论文; 线路论文; 系统论文; 操作论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第30期论文;