超高压电网内过电压的特点分析

　　
　　在超高压电网中，送电线路往往很长，因此线路的“电感——电容”效应显著增大，它导致空载线路末端工频电压的严重升高，而且在这个基础上会引起幅值很高的空线拉、合闸过电压。为解决这一问题，此时需要在线路上装设并联电抗器，以补偿线路电容电流的作用，达到限制工频电压升高的目的。并联电抗器的无功功率PL对空线电容无功功率Pc的比值（PL/Pc）叫补偿度。通常补偿度选在 66~100%。
　　并联电抗器L的存在是超高压电网最突出的特点，它使得一系列内过电压问题变得与一般电网不同。
　　首先，对切空线过电压来说，L的存在大有好处。在没有L时，断路器断弧后空线将保持直流电压（严重时其值等于相电压），而电源电压按工频变化，所以在过了半个周波后，断路器断口所受电压可达2Uxp，断口可能重燃，于是引起过电压。在有L时，如果补偿度是100%，这意味着当断路器断弧后，空线电容与并联电抗器L的自振频率恰为工频，因此在断口两侧的电压变化都是工频的，所以断口上的恢复电压将为0，这样断路器就不会重燃。可见，即使断路器的灭弧能力较差，此时也不会发生重燃，于是就不会产生切空线过电压了。对补偿度为80%或66%的电抗器来说，空线自振频率为工频的90%或80%，此时断路器所受恢复电压上升速度比无电抗器时要缓慢得多，分析表明，过0.1秒或0.5秒以后，断口电压才达到最大值。在这段时间内，去游离作用加强，断口中的介质耐压能够得到恢复，所以断路器切空线时不难做到不发生重燃。我国某330KV送电线路切空线试验未发生过重燃（所用空气断路器有并联电阻）。可见，有并联电抗器后，切空线过电压已经不成为问题，上述线路切空线过电压倍数最大仅为1.19。
　　其次，对合空线过电压来说，由于并联电抗器的存在使空线末端工频电压升高不少，所以合空线过电压也就“水落船低”了。此外，超高压变压器的绕组导线必定长，绕组的电阻较大，对合闸过电压有一定阻尼作用，再加上超高压线路用的是分裂导线，它的波阻Z=L/C较小，因此，在这种电路中所需要的临界阻尼电阻就比较小，所以大地电阻对合闸振荡的作用相对来说比一般电网大。因此，合空线过电压有可能降低到2Uxg。上述线路合空线试验中最大过电压仅为2.03Uxg。
　　第三，并联电抗器对自动重合闸过电压也可以起作用。为此，需要在电抗器的中性点与大地之间串入一个小电阻R。为降低自动重合闸过电压需要将导线上的电荷尽快 “泄掉”，而在电抗器中性点上串入电阻R，加大了电抗器这个“泄流”通道的阻抗，从而延缓了“泄流”。当R=0时，线路电容上的电荷经L放电时是呈往复振荡性的，这个振荡能维持相当长的时间，如果不是100%补偿，在重合闸时断口两侧电压的极性可能相反，从而引起严重的重合闸过电压。当接入适当的R后，线路电容上的电荷经L和R放电时，电流很快就会衰减到很小，此后在重合闸时就接近于空线合闸的情况，于是重合闸过电压就不严重了，R的值一般约为感抗值的 3%~5%。附带指出，R还能对很多种过电压（例如铁谐振，参数谐振等）起抑制作用。为了不使R在平时耗能，可以用低压断路器平时将R短路，只在需要R起作用时继电保护才打开它。
　　并联电抗器还有一个额外的好处，即为单相自动重合闸的顺利工作创造了条件。当任何内外过电压万一引起线路单相接地电弧时，该相断路器就要跳闸，跳闸后接地电弧如果能够自动熄灭，重合闸才能成功，于是保证了供电，消灭了事故。但实际上无电抗器时超高压线路的对地电弧根本不能在单相断路器跳闸后自熄。当线路C相近电源端发生接地电弧时，在C相两端断路器跳闸后，由于电源中性点是接地的，此时A相和B相电源经过该两相导线对C相导线的互部分电容对C相接地电弧供电，这叫潜供电流的横分量。同时，A 相和B相导线电流经过该两相导线与C相导线间的互感在C相导线上感应出电势，这个电势通过C相导线电容向接地点的接地电弧供电，这叫潜供电流的纵分量。于是接地电弧将不能自熄。为消除潜供电流的横分量，在线间加一组合适的△连接的电抗器将线间互部分电容补偿掉就可以了，也可以用一组中性点不接地的Y连接的等值电抗器来代替。为消除潜供电流的纵分量，在各项导线的首末端对地间各加一组合适的Y0连接的电抗器将线对地的自部分电容补偿掉就可以了。这些Y连接的和Y0连接的电抗器又可以简化合并成为Y连接的电抗器中性点对地加装小电抗器的办法，这样就能解决单向快速自动合闸的问题。
　　综上所述，并联电抗器应采用中性点加小电抗及小电阻的方式。并联电抗器宜做成两组装在线路中间及首末两端。
　　在超高压电网中，切空载变压器过电压根本不成问题。因为现代超高压变压器都采用冷轧硅钢片和纠结式绕阻。在这种情况下切空变的过电压很小。我国切空载330千伏变压器的试验结果，过电压仅为1.49Uxg。
　　空载变压器合闸时，由于电源的电感和变压器的电感与变压器电容和套管电容等形成了振荡回路，所以也会有过电压出现。我国330千伏空载变压器实测过电压最大为1.78Uxg，GO国外超高压电网测得这种过电压最大在1.65Uxg~1.85Uxg范围内。
　　并联电抗器合闸时也有些过电压。我国实测330千伏电抗器合闸过电压最大仅1.15Uxg。
　　并联电抗器拉闸时，由于电流很大，所以电流难以突然下降到零，因之此时过电压不高。我国实测330千伏电抗器拉闸过电压最大为1.52Uxg。国外试验，这种过电压一般不大，个别有较大的可以用避雷器加以限制。
　　在超高压电网中，如电网参数选择不当，也可能产生铁谐振过电压，在设计时应尽量避免这种参数组合。如果无法避开，则在运行中应力求避免并联电抗器及变压器非全相拉合闸的机会。
　　综上所述，可见在超高压电网中只要将并联电抗器按以上所述方式选择，便可以将内部过电压限制到很低的数值。如果在加以使用磁吹避雷器和断路器加并联电阻等办法，超高压电网的安全运行将更令人满意。
　　附带指出，在超高压电网中对磁吹避雷器的要求是：磁吹避雷器应能限制某些种类的过电压，而万一在某些能量较大的过电压下避雷器动作后不能灭弧时，应允许其击穿损坏以保护其他电气设备。在超高压电网中对待断路器并联电阻的要求是：力求其数值与导线的波阻为同一数量级并且质量可靠，但只要并联电抗器运用适当，不用并联电阻也是可以的。