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摘要：电缆供电作为一种新型供电方式，不仅具有互感系数大、吸流效果好、能有效抑制通信干扰、供电距离长等优点，在电缆牵引供电系统中，电缆空载线路的电容效应会引起牵引网线路沿线电压的抬升，产生工频过电压。该电压不仅对确定牵引网线路沿线设备的绝缘水平起着重要作用，而且在其基础上会产生操作过电压，2种电压共同作用会造成沿线电力设备的破坏，不利于线路正常运营和维护。因此，有必要弄清电缆供电过电压的相关优化控制方式。
关键词：电力系统；工频过电压；控制
变电站与系统联络线路越少，小电抗的工频过电压和电流越大。小电抗的阻值会影响小电抗的工频过电压和电流的计算结果。随着小电抗阻值的增大，小电抗的工频电压逐步增大，增大的趋势逐渐变慢；随着小电抗阻值的增大，小电抗的工频电流逐步较小，同样变化率越来越小。下面文章将对其具体内容进行分析和阐述，仅供参考。
1 电力系统工频过电压概述
工频过电压是电力系统中的一种电磁暂态现象，属于暂时过电皮的一种，电力系统在正常状态下或发生故障时可能出现的幅值超过最大相电压的过电压，这种过电压的频率等于或近似为工频，称为工频过电压。而其产生的原因包含空载长线路电容效应，不对称接地故障引起的正常相电压的升髙，负荷突然増减等等，工频过电压的大小与系统结构，容量，参数，及运行方式有关。通常来说，工频过电压具有幅值不髙，持续时间较长等一系列的特点，因此对220kVW下，绝缘正常的电气设备一般没有严重的威胁。但工频过电压这种类型的过电压可Ｗ作为确定超窩压乃至特高压远距离传输系统绝缘水平的关键性依据，原因有如下Ｈ点，首先，工频过电压的幅值与操作过电压的幅值之间有紧密的联系，其次，避雷器额定电压的确定往往要依据工频过电压的幅值，最后，工频过电压还是存在威胁电气设备的可能性的。
2 工频过电压控制中存在的问题
2.1 分闸操作过电压
（1）断路器的性能
为了达到避免在切空载线路产生过电压，关键在于改善断路器的灭弧性能，使断路器在执行分闸操作时不重燃。通常来说，现代断路器中不少灭弧性能优秀的品种，通过在实际运行中使用它们，能够有效预防重燃或减少重燃次数，最终达到使过电压幅值降低的作用。不过，重燃次数不是决定过电压大小的唯一依据，有时也会出现一次重燃过电压的幅值高于多次重燃过电压幅值的情况。
（2）母线上有其他出线
当母线上有其他出线，相当于加大母线电容，电弧重燃时残余电荷迅速重新分配，改变了电压的起始值使其更接近于稳态值，使得过电压减小。
（3）在线路上安装电磁式电压互感器等电气设备
它们的存在将使线路上的剩余电荷有了附加的释放路径，降低线路上的残余电压，从而降低了重燃过电压。
（4）中性点的接地方式
中性点非有效接地的系统中，三相断路器分闸时间的不同会产生瞬间不对称电路，一般会产生中性点偏移等现象，会造成更高电压等级的过电压；一般情况下比在中性点有效接地的情况下切除空载线路产生的过电压幅值高出约20%o另一方面，当过电压幅值较高时，空载线路的分闸过电压幅值也会由于线路上出现电晕损耗而降低。
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2.2 500kV变电站过电压问题
研究500kV变电站中性点加装小电抗后其工频暂态过电压及电流，利用电力系统暂态及电力电子的全数字仿真软件（EMTPE）进行了详细计算分析，主要分析系统运行方式和小电抗阻值与中性点小电抗工频电压及电流相关性?最后得出系统“N-1”运行方式下小电抗的工频过电压和电流大于正常运行方式下?投产初期为2台主变，在考虑主变“N-1”运行方式下（单台主变），小电抗的工频过电压和电流会增大；500kV线路或220kV线路“N-1”运行方式下，相关侧发生故障时，小电抗的工频过电压和电流会增大?另外随着小电抗阻值的增大，小电抗的工频电压逐步增大，增大的趋势逐渐变慢；小电抗的工频电流逐步较小，变化率越来越小?
随着电网技术的高速发展，地区间的相互联系更加紧密?目前，由于500kV电压等级普遍采用自耦变压器，发电厂多台升压变压器中性点直接接地等原因，导致本站或附近变电站的零序电抗急剧下降，使变电站220kV 侧单相短路电流不断增大，出现单相短路电流高于三相短路电流，甚至超过220kV断路器开断电流的现象，这已成为限制电网运行和发展的主导因素之一?为了降低220kV电网单相短路电流，除采用分区供电等措施外，从500kV主变压器安全及社会经济效益等角度考虑，主变压器中性点经小电抗接地成为首选方案?
3 优化控制工频过电压动态
3.1提升分闸过电压水平
（1）分闸过电压水平分析
对于计算分闸过电压的大小，通过建立仿真模型，借助通用电磁暂态EMTP在计算机上获得。利用ATPD~对仿真模型进行仿真。以开断SOOkV空载线路为例，架空线路LCC模型中利用JMarti模型来进行开关操作研究。从上述仿真结果结合现有理论可以看出：在线路三相分闸过电压中，至少会先有其中一相脱离电力系统时，且其中一相的最大幅值达460kV（即相当于电源电压的1.13倍，线路已经考虑了电阻损耗），当第二相脱离电力系统时，第三相一般此时仍带有系统电压，由此电压祸合到第一、二相的线路直流侧电压。而通常情况下，祸合因素值取决于铁塔结构和电路设计，通常取值为0.2-0.4。电容性祸合会使切断设备触头上的暂态恢复电压随祸合因素增大而增加。
（2）分闸过电压展望
在实际断路器分闸，断路器触头分离时，触头间会发生电弧重燃现象。当线路同样没有装设电抗器时，通常在触头断开后经过半个周期，电弧会发生重燃，电压会发生高频振动，最大幅值已完全超过之前仿真的A相最大幅值，接近3倍。在这之后，断路器触头间若接连又发生重燃的话，最大幅值将会比第一次发生重燃的过电压幅值还大，其中通常那个还会发生类似反极性重合闸，即仿真电压会经历一次从正幅值陡降为负幅值，并且过电压幅值绝对增大，之后再陡升回正幅值，幅值绝对值依然增大。通常仿真计算中，会考虑线路的电阻损耗，故实际仿真数值比不考虑电阻时的理想数值要小。
3.2 中性点避雷器参数的选取
主变中性点小电抗上经受的操作和雷电过电压与中性点避雷器的额定电压等级有关，避雷器的选择既要保证被保护设备的安全，又要保证避雷器自身的安全?根据500kV变压器中性点的最高工频电压的计算结果，考虑确保避雷器能够承受工频过电压并有一定裕度，决定采用何种额定电压等级的金属氧化物避雷器，避雷器的使用条件?保护水平和中性点运行条件如下：在正常状态下，变压器中性点电压基本为零?在故障条件下，变压器中性点的最高工频电压低于避雷器的额定电压?对设备进行绝缘配合时，需要考虑设备的额定雷电冲击耐受电压与避雷器的保护水平间的安全裕度系数（KS），避雷器紧靠被保护设备时KS≥1.25?例如选择额定电压为96kV 的避雷器时，其雷电冲击电流下的残压为260kV（峰值）（1.5kA 等级），66kV设备的雷电冲击耐受电压为325kV，其安全系数为1.25，才满足绝缘配合要求?
本文主要针对电缆供电空载线路的工频过电压进行了理论分析及仿真验证，得出：针对包括工频过电压和操作过电压在内的电力系统中可能出现常见的过电压类型。在工频过电压中，主要研究空载长线路的电容效应，操作过电压主要研究分闸过电压和合闸过电压这两种过电压类型。
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论文作者:高立群
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：过电压论文; 电抗论文; 电压论文; 线路论文; 避雷器论文; 电流论文; 断路器论文; 《电力设备》2016年第15期论文;