電力系統(tǒng)故障恢復(fù)過程中的過電壓控制

周傳超

摘要：電力系統(tǒng)故障恢復(fù)過程中電壓會產(chǎn)生一定的波動，文章主要對當(dāng)前電力系統(tǒng)過電壓的整體情況進(jìn)行分析，并以電力系統(tǒng)故障為背景，探討故障恢復(fù)過程中過電壓的控制方法。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);故障恢復(fù);電力故障;過電壓

電力系統(tǒng)發(fā)生局部故障或全停后的恢復(fù)控制一直是電力系統(tǒng)安全運行的一個重要問題。由于停電發(fā)生后的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與正常情況的有很大不同，為確保快速、可靠地恢復(fù)供電，需要事先對恢復(fù)過程中可能遇到的各種問題進(jìn)行全面分析研究，以確保所規(guī)定的操作順序正確無誤，在保證系統(tǒng)設(shè)備安全的前提下順利執(zhí)行系統(tǒng)恢復(fù)的任務(wù)。

1 過電壓

過電壓是指電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過正常電壓，出現(xiàn)電壓異常升高的情況，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)多是由于電力系統(tǒng)中受到電磁干擾現(xiàn)象。電力系統(tǒng)設(shè)備絕緣長時間耐受著電壓，與此同時還要長時間承受一定的過電壓，只有這樣才可以保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。過電壓分為外過電壓和內(nèi)過電壓兩類。第一，外過電壓。外過電壓又稱雷電過電壓、大氣過電壓，

是大氣中的雷云對地面放電而引起電力系統(tǒng)電壓升高的現(xiàn)象。雷電是一種自然現(xiàn)象，它除了會對人身安全造成損害外，還會對電子設(shè)備、電力系統(tǒng)造成巨大的破壞。由于夏季雷電活動頻繁，所以，夏季是雷電高發(fā)期，雷電落在電線路上被稱為直擊雷，落在輸電線附近和至電線上稱為感應(yīng)雷，它們會在輸電線路上形成短暫狀態(tài)過電壓，并沿著線路向各個發(fā)配電力系統(tǒng)和用電設(shè)備侵襲，嚴(yán)重危害設(shè)備安全。在實際生活中，限制外過電壓的方法很多，比如安裝避雷針、避雷線、避雷器等[1]。第二，內(nèi)過電壓。內(nèi)過電壓是指由于電力系統(tǒng)內(nèi)部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓現(xiàn)象，這種線在電力系統(tǒng)中非常普遍，內(nèi)過電壓分為工頻過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。

2 電力系統(tǒng)故障恢復(fù)過程中的過電壓控制

2.1 無功功率控制（RPC）

特高壓直流輸電系統(tǒng)在傳輸有功功率的同時，換流器在換相過程中也將消耗大量的無功功率，其消耗總量約為直流系統(tǒng)傳輸容量的 40%～60%。無功功率的變化又將直接影響換流站交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，因此換流站均配備了大量的無功補償設(shè)備。但當(dāng)直流系統(tǒng)傳輸功率減小時，換流器相應(yīng)消耗的無功功率也將減小，若此時投入系統(tǒng)的無功功率依然不變，將會導(dǎo)致部分未能消耗的無功功率由換流站注入其所連接的交流電網(wǎng)系統(tǒng)，從而引起站內(nèi)交流母線電壓的迅速升高，因此對無功補償設(shè)備的投退進(jìn)行控制是十分必要的。無功功率控制（RPC）的主要控制對象是全站的交流濾波器、低壓電抗器，其主要目的是根據(jù)當(dāng)前直流的運行模式和工況計算全站的無功消耗，通過控制所有無功設(shè)備的投切，保證全站與交流系統(tǒng)的無功交換在允許范圍之內(nèi)或者交流母線電壓在安全運行范圍之內(nèi)。同時，交流濾波器設(shè)備的安全和對交流系統(tǒng)的諧波影響也是無功控制必須實現(xiàn)的功能。另外，RPC 功能需要根據(jù)直流系統(tǒng)不同運行方式下?lián)Q流站的無功交換量或交流母線電壓值判斷是否進(jìn)行濾波器投切，并根據(jù)控制優(yōu)先級排序，決定投切濾波器的組數(shù)及類型[2]。

2.2 工頻過電壓控制

現(xiàn)階段電力系統(tǒng)恢復(fù)過程中工頻過電壓控制主要有分閘操作過電壓、500kV 變電站過電壓等靜態(tài)控制方式。其中 500kV 變電站過電壓主要是在其輸電線路運行過程中，某個線路故障的發(fā)生會導(dǎo)致相關(guān)線路小電抗工頻過電壓增加，而隨著小電抗抗阻值的增加其工頻電壓的增加速度逐步趨于穩(wěn)定，現(xiàn)階段 500kV 變電站大多采用自耦變壓器，由于發(fā)電設(shè)備大多采用升壓變壓器中性點直連的方式造成變電站周邊零序電抗降幅增大，從而造成220kV 側(cè)單相短路電流高于三相短路電流，但是由于過電壓大小并不是由重燃次數(shù)單獨決定的，因此這種控制方法有較大的風(fēng)險。斷路器性能、母線其他出線、中性點接地方式等分閘操作也可以控制過電壓現(xiàn)象的發(fā)生。其中母線上有其他出現(xiàn)會導(dǎo)致母線電容的增加，而電弧重燃后電荷的重新分配則導(dǎo)致電壓初始值發(fā)生變化，從而促使過電壓發(fā)生變化;而斷路器滅弧能力的缺失也導(dǎo)致其在進(jìn)行分閘操作時重燃現(xiàn)象發(fā)生頻發(fā)，優(yōu)化斷路器的滅弧能力可以有效降低過電壓幅度;在實際運行中也可采用中性點有效接地的模式的優(yōu)化降低過電壓幅度，以往中性點非有效接地方式主要是由于三相斷路器分閘時間的錯位導(dǎo)致電路之間的不對稱，從而導(dǎo)致中性點偏移、過電壓升高等現(xiàn)象，而在中性點有效接地時將空載線路進(jìn)行切除，或者在線路上進(jìn)行電磁式電壓互感器等設(shè)備的安裝，可以有效降低過電壓升高幅度。

2.3 系統(tǒng)恢復(fù)初期的諧波過電壓

系統(tǒng)中存在諧波時，設(shè)某一母線輸入端等效阻抗的模值為Z（h），諧波注入電流為 I（h），其中 h 為諧波次數(shù)，則該母線的諧波電壓模值為 U（h）=Z（h）I（h）。當(dāng)系統(tǒng)在某一諧波頻率下發(fā)生并聯(lián)諧振時，該頻率下的阻抗值將突然上升，該阻抗值在特定諧波電流源的作用下將會產(chǎn)生很大的諧波過電壓。在系統(tǒng)故障恢復(fù)初期，投入空載或輕載變壓器時，由于變壓器鐵心的飽和，將產(chǎn)生數(shù)值很大的勵磁涌流，它包含大量的高次諧波分量，這是系統(tǒng)中主要的諧波電流源。如系統(tǒng)阻抗和線路電容在某次諧波頻率附近發(fā)生并聯(lián)諧振，該頻率下的系統(tǒng)阻抗值將突然增大，在變壓器勵磁涌流的作用下會產(chǎn)生很高的電壓，變壓器端電壓的升高導(dǎo)致鐵心飽和程度進(jìn)一步加大，致使勵磁涌流的各次諧波分量也隨之增大，過電壓現(xiàn)象也更嚴(yán)重。通常系統(tǒng)在故障恢復(fù)初期易發(fā)生諧波過電壓，由于此時系統(tǒng)的阻尼較小，諧波過電壓的持續(xù)時間很長，諧波過電壓過于嚴(yán)重時會引起繼電保護(hù)動作，甚至造成避雷器的損壞和系統(tǒng)故障，從而拖延了恢復(fù)進(jìn)程，因此必須對諧波過電壓問題進(jìn)行全面的分析和研究[3]。

結(jié)語：總而言之，通過科學(xué)的方法能判斷過電壓的相關(guān)信息，并結(jié)合現(xiàn)場情況分析相應(yīng)的控制方法，有效控制變量，保證控制過電壓所需操作數(shù)目降至最低。以此提高電力故障恢復(fù)的效果。

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