朱家骝
（中国电力科学研究院，北京市100085）摘要：文章对将要建设的交流特高压电网的过电压及绝缘配合问题进行了研究，提出了限制过电压的主要措施、避雷器参数和绝缘水平的建议。主要内容包括：工频暂时过电压，潜供电流，操作过电压，金属氧化物避雷器主要参数，特高压电气设备的绝缘水平等。关键词：特高压；过电压；避雷器；绝缘水平　　　　截止到2004年底，中国的装机容量已达440GW，西北电网800kV（最高运行电压）超高压线路2005年内将要投运，在国民经济快速发展的情况下，我国近年来出现了电力供应紧缺的局面，除了加强电源的建设外，建设特高压电网，提高电网输运能力是必然的选择。我国已决定开始筹建特高压电网。

　　特高压线路电压高，输送容量大，限制过电压、降低绝缘水平、提高运行可靠性，无论在技术上和经济上都是重要的课题。

　　国家电网公司前不久讨论了有关特高压工程的可行性，拟建的工程有陕北—晋东南—南阳—荆州—武汉1100kV（最高运行电压）输变电工程，中国电科院和武汉高压研究所等单位结合该工程，对过电压和绝缘配合问题进行了初步研究，取得了部分中间结果。
1特高压系统的工频暂时过电压
1.1三峡向华东送电特高压方案

　　避雷器的额定电压取决于工频暂时过电压的大小，并影响操作过电压的幅值，因此工频暂时过电压的研究对特高压系统的绝缘配合有十分重要的意义。

　　工频过电压主要由长线的电容效应、不对称接地时健全相的电压升高以及甩负荷后发电机电势不能突变等原因而引起。特高压线路的无功容量很大，每100
km可达530MVar，因此无功平衡是一个很突出的问题。

　　1993年结合三峡电站向华东送电，曾研究过特高压送电方案的过电压和绝缘配合问题，研究所用的系统接线如图1所示。


图1三峡向华东送电特高压方案接线图
　　如果在每一线段的首末端都配置一组3×300MVar的并联电抗器，在开关站—苏南段的开关站侧发生单相接地跳闸时，工频暂时过电压最高，达到1.48
p.u.。如果线路输送大容量时，将线路并联电抗器的补偿度降低，可以降低送端系统向线路提供的无功，从而降低了送端的等值电势，有利于降低工频过电压。各线段配置的电抗器容量经调整后相应的工频过电压计算结果见表1和表2所示。
表1输送大容量时，各线段配置的电抗器容量MVar



运行

方式
三峡—武汉
武汉—开关站
开关站—苏南

三峡
武汉
武汉
开关站
开关站
苏南

丰水

大方式
（3×300）

×2
（3×150）

×2
3×300
3×150
3×150
3×150



表2输送大容量时，各线段的工频暂时过电压p.u.



运行

方式
故障及

操作方式
三峡—武汉
武汉—开关站
开关站—苏南

三峡
武汉
武汉
开关站
开关站
苏南

丰水

大方式
无故障

跳闸

1.01
1.059
1.034
1.075
0.996
0.958

单相接

地跳闸
1.0
1.409
1.102
1.461
1.318
1.01


　　从表2中可以看出开关站—苏南段，开关站侧的工频过电压此时可降至1.318p.u.。

1.2陕北向华中送电特高压方案

　　我国将要建设陕北—晋东南—南阳—荆州—武汉的特高压电网示意图如图2所示。

　　中国电力科学研究院和武汉高压研究所对该工程的过电压问题进行了初步研究。在特高压电网中配置高压并联电抗器是限制工频过电压的主要措施。


图2拟建的特高压工程网络示意图
　　武汉高压研究所的报告对陕北—晋东南—南阳—荆州—武汉线路并联电抗器的配置及相应的最大工频暂时过电压计算结果见表3。
表3陕武线路并联电抗器配置及最大工频暂时过电压



线路
陕晋段
晋南段
南荆段
荆武段

并联电抗器容量

/MVar
2×1080
2×720
2×720
2×540

最大工频暂时过电压

/p.u.
1.405/1.244
1.303/1.297

　　
注：斜线上方为2008年大方式时工频过电压倍数，斜线下方为2008年小方式时的倍数。

　　中国电力科学研究院的研究表明：合理使用常规并联电抗器，线路补偿度在80％～90％，工频过电压可以限制在1.3p.u.以下（持续时间≤5
s），个别情况线路侧可短时允许在1.4p.u.以下（持续时间≤0.35s）。

1.3工频暂时过电压的持续时间

　　限制特高压电网中工频暂时过电压的持续时间，对于电气设备的绝缘和热稳定、对于金属氧化物避雷器的热容量以及耐受工频过电压的能力都是十分重要的。

　　因故障而引起的工频电压升高，若继电保护动作正确，持续时间较短，如采用高频保护，两侧断路器差不多同时动作，电压升高持续在0.02～0.15
s之间；距离保护或后备保护则在0.3～0.5s之间。变压器开关的切除时间小于0.5s。

　　前苏联、日本、意大利等国对特高压系统工频暂时过电压持续时间都提出了要求，并采取了措施。建议我国的特高压电网应通过继电保护措施，在0.5
s以内将仍留在首端的线路切除。

1.4对我国特高压系统限制工频过电压的建议

　　（1）使用高压并联电抗器，目前仍然是限制工频过电压的主要措施。由于特高压线路的无功容量很大，在输送不同负荷时，应考虑采用不同容量的高压并联电抗器。陕武工程的陕北—晋东南段线路较长，高压并联电抗器的容量首、末端各为1080
Mvar。可以考虑分为两组（一组为3×200Mvar，另一组为3×160Mvar），分别采用负荷开关与线路相连，在不同运行方式下，可根据需要投入不同容量的电抗器。在小方式运行时采用高补偿度，在大方式运行时降低补偿度。

　　在变压器的第三绕组应考虑装设静止无功补偿设备调节无功，对于无功的平衡和降低工频暂时过电压是有效的措施之一。

　　（2）对特高压电网要重视对工频暂时过电压持续时间的限制，采用完善的继电保护措施，限制工频暂时过电压持续的时间不超过0.5s。工频过电压的幅值在母线侧应不超过1.3
p.u.，线路侧不超过。

　　（3）可控电抗器在输送大容量时运行在低补偿度，可减少电源向线路输送的无功，降低电源电势；当断路器跳闸后，可以快速提高补偿度，这样既有利于无功平衡，也有利于降低工频过电压。可控电抗器应作为今后特高压电网限制工频过电压的重要措施之一，需要尽快安排开发和研制。
2潜供电流
　　为了提高电网运行的稳定性，特高压线路需要采用单相重合闸，此外单相合闸的过电压倍数比三相重合闸低，因此为了提高单相重合闸的成功率，应对潜供电流和恢复电压加以限制，以加快潜供电弧的熄灭。

　　常规的方法是在高压并联电抗器的中性点加装小电抗器再接地，用它来补偿线路的相间电容，以降低潜供电流和恢复电压，加快潜供电弧的自灭。电科院对晋东南—南阳—荆州UHV线路的[1][2][3]下一页