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摘要： 在500kV超高压、长距离输电线路中，离输电线路运行的安全稳定是电网系统的重要任务。针对超高压输电线路的保护问题进行分析研究，论述一些较为可行的设计处理方法。
关键词： 同杆双回线路；并联电抗器；超高压防雷
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0710092－01
1 500kV同杆双回线路防雷保护
影响500kV同杆双回线路反击性能的主要因素：随冲击接地电阻的增大，输电线路双回同时跳闸率以及总反击跳闸率都会增大；如果在双地线中间再增加一根地线，由于增加了分流和耦合作用，有利于降低绝缘子串过电压水平和降低上导线绝缘子串的过电压。由于铁塔电位的差异，上导线最容易发生反击闪络，在塔顶中央架第三根地线对降低反击跳闸率有较大作用。杆塔越高，送电线路截获的雷电越多：杆塔高度越高，引雷面积增大，着雷次数增加；雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间增加，使塔顶或横担电位增高，易造成反击，增加雷击跳闸率。
同杆双回线路防雷保护措施。输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷性能，降低线路的雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统线路的电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点等自然条件，参考当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果，采取架设避雷线是最基本的防雷措施，此外还包括：① 利用多相重合闸限制双回同时闪络对输电线路系统的危害。同杆双回线路比较突出的问题是双回同时闪络可能引起双回同时跳闸。为了解决此问题，在继电保护上采用多相重合闸，可有效限制双回闪络对系统的危害，从根本上解除同杆双回线路双回同时跳闸的威胁。② 安装线路型避雷器。加装避雷器后，当输电线路遭雷击时，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定数值后，避雷器动作就加入分流。③ 采取不平衡高绝缘。④ 依据击距法优化选择杆塔。绕击率取决于导线的尺寸、布置以及导线的波阻抗，导线和避雷线的位置不当，导线就得不到有效保护。⑤ 架设耦合地线。在降低杆塔接地电阻有困难时，通过取架设耦合地线，具有分流和加强避雷线对导线的耦合的作用，可使线路绝缘上的过电压降低。⑥ 逆相序排列导线。
2 感应电压电流的防护
500kv双回线路同杆并架架设导线间的距离较近，导线之间、导线与大地之间都存在很强的静电耦合和电磁耦合。当Ⅰ回线路已停运，Ⅱ回线路正常运行时，由于两条存在静电耦合和电磁耦合，停运线路上会产生感应电压和感应电流，尤其是高电压同杆并架双回线路，其感应电压高达数十千伏。考虑到安全作业，研究如何设计减小停运线路的感应电压和感应电流具有重要的实际意义。
影响感应电压和电流的主要因素：平行线路长度、回路间距离及线路的换位方式等。不考虑运行线路的暂态时，静电感应电流、电磁感应电压随线路长度明显增加，而线路长度的增加幅度变化很小。由于接地线位置和接地电阻大小对电磁耦合和电场耦合影响较大，要考虑接地线位置和接地电阻。不同挂接地线的位置和接地线电阻对沿线的静电感应电压有影响，而对流过接地线的电流基本无影响。通常在距离源端1km处挂接地线比全线不挂接任何地线源端感应电压值几乎可以降低99%，接电线处的静电感应电压也是如此。
设计时通过在停运线路首末端及中间挂接地线，可有效降低停运线路沿线的感应电压，而在检修点加接地线对减小该点的感应电压尤为有效。运行线路空载时停运线路沿线的静电感应电压比运行电路负载时候停运线路的静电感应电压大。当两端接到变电站地网时，运行线路负载时停运线路接地电流就大于运行线路空载时停运线路接地电流。当停运线路末端接地时，运行线路负载时停运线路的感应电压小于运行线路空载时停运线路的感应电压。当源端、负载端接地后，换位后对接地电流的改善比较显著，一次换位后的感应电流比换位前的电流小，而且换位次数越多，改善效果越好。
3 500kV并联电抗器防护
超高压线路中并联电抗器的功能：吸收容性无功功率、限制系统的工频过电压和操作过电压，对单相重合闸线路，限制潜供电容电流、提高重合闸的成功率。并联电抗器相比同电压等级的其它设备，故障率较高，而并联电抗器对整个系统的安全稳定又起着至关重要的影响。因此，必须对超高压并联电抗器采取合适的保护方案，进行可靠而灵敏的保护。
零序功率方向匝间短路保护。电抗器匝间短路和接地故障时，有零序故障分量产生。依据零序电流的出处，可分为零序电流取自电抗器高端和取自电抗器中性点侧两种情况。将零序电流的正方向定为电抗器中性点流向电抗器高压侧引线端，零序电压取自电抗器高端，则可得到匝间短路、内部接地及外部接地故障后零序电流和电压相量。规定了零序电流正方向，当匝间短路、内部接地故障时，零序电压超前零序电流90°。而外部接地故障时，零序电压则落后零序电流90°。依据零序电压、电流之间的相位关系，对电抗器匝间短路、内部接地及外部故障进行判断。
当电抗器一匝短路时，所产生较小的三相不平衡电流，电压互感器测得零序电压也很小。为提高电抗器匝间保护的灵敏度，可引入一个补偿电压。经补偿后的零序电压与补偿电压比相，在匝间短路和内部接地时，零序电压与补偿电压方向相同，能够起到助增作用，可提高保护的灵敏度；在外部接地故障时，零序电压与补偿电压方向相反，起相减作用。
当电抗器发生匝间短路和内部接地短路两种故障时，电压互感器测得零序电压就是零序电流在系统等效零序阻抗上的压降，由于实际系统的零序阻抗因为含有电阻成分，所以阻抗角不是完全的90°。当零序电压取自电抗器高端，零序电流取自电抗器引出端，且规定电流正方向为由电抗器中性點流向电抗器，电抗器匝间短路和内部接地短路判断为同一类型，从而扩大了该保护的功能，但内部接地的保护主要由差动保护来完成。
负序功率方向匝间短路保护。当并联电抗器发生匝间短路、内部接地故障和外部故障后，系统中有零序分量和负序分量产生。因此，考虑采用负序分量对并联电抗器实施保护。在规定了负序电流正方向及负序电压的高位后，匝间短路和内部接地故障时，负序电压均超前于负序电流90°，而外部接地短路后，负序电压则落后负序电流90°。依据负序电压和负序电流之间的相位关系，就可对电抗器匝间短路、内部短路和外部短路判断。
参考文献：
[1]Dlefanti Maurizo ， Granelli Gianpiet ro P ， Marannino P ， et al. Optimal capacitor placement using deterministic and genetic algorithms [J].IEEE Trans on Power System，2000，15（3）：1041-1046.
[2]韩彦华、黄晓民、杜秦生，同杆双回线路感应电压和感应电流测量与计算[J].高电压技术，2007，33（1）：140-143.
关键词： 同杆双回线路；并联电抗器；超高压防雷
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0710092－01
1 500kV同杆双回线路防雷保护
影响500kV同杆双回线路反击性能的主要因素：随冲击接地电阻的增大，输电线路双回同时跳闸率以及总反击跳闸率都会增大；如果在双地线中间再增加一根地线，由于增加了分流和耦合作用，有利于降低绝缘子串过电压水平和降低上导线绝缘子串的过电压。由于铁塔电位的差异，上导线最容易发生反击闪络，在塔顶中央架第三根地线对降低反击跳闸率有较大作用。杆塔越高，送电线路截获的雷电越多：杆塔高度越高，引雷面积增大，着雷次数增加；雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间增加，使塔顶或横担电位增高，易造成反击，增加雷击跳闸率。
同杆双回线路防雷保护措施。输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷性能，降低线路的雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统线路的电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点等自然条件，参考当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果，采取架设避雷线是最基本的防雷措施，此外还包括：① 利用多相重合闸限制双回同时闪络对输电线路系统的危害。同杆双回线路比较突出的问题是双回同时闪络可能引起双回同时跳闸。为了解决此问题，在继电保护上采用多相重合闸，可有效限制双回闪络对系统的危害，从根本上解除同杆双回线路双回同时跳闸的威胁。② 安装线路型避雷器。加装避雷器后，当输电线路遭雷击时，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定数值后，避雷器动作就加入分流。③ 采取不平衡高绝缘。④ 依据击距法优化选择杆塔。绕击率取决于导线的尺寸、布置以及导线的波阻抗，导线和避雷线的位置不当，导线就得不到有效保护。⑤ 架设耦合地线。在降低杆塔接地电阻有困难时，通过取架设耦合地线，具有分流和加强避雷线对导线的耦合的作用，可使线路绝缘上的过电压降低。⑥ 逆相序排列导线。
2 感应电压电流的防护
500kv双回线路同杆并架架设导线间的距离较近，导线之间、导线与大地之间都存在很强的静电耦合和电磁耦合。当Ⅰ回线路已停运，Ⅱ回线路正常运行时，由于两条存在静电耦合和电磁耦合，停运线路上会产生感应电压和感应电流，尤其是高电压同杆并架双回线路，其感应电压高达数十千伏。考虑到安全作业，研究如何设计减小停运线路的感应电压和感应电流具有重要的实际意义。
影响感应电压和电流的主要因素：平行线路长度、回路间距离及线路的换位方式等。不考虑运行线路的暂态时，静电感应电流、电磁感应电压随线路长度明显增加，而线路长度的增加幅度变化很小。由于接地线位置和接地电阻大小对电磁耦合和电场耦合影响较大，要考虑接地线位置和接地电阻。不同挂接地线的位置和接地线电阻对沿线的静电感应电压有影响，而对流过接地线的电流基本无影响。通常在距离源端1km处挂接地线比全线不挂接任何地线源端感应电压值几乎可以降低99%，接电线处的静电感应电压也是如此。
设计时通过在停运线路首末端及中间挂接地线，可有效降低停运线路沿线的感应电压，而在检修点加接地线对减小该点的感应电压尤为有效。运行线路空载时停运线路沿线的静电感应电压比运行电路负载时候停运线路的静电感应电压大。当两端接到变电站地网时，运行线路负载时停运线路接地电流就大于运行线路空载时停运线路接地电流。当停运线路末端接地时，运行线路负载时停运线路的感应电压小于运行线路空载时停运线路的感应电压。当源端、负载端接地后，换位后对接地电流的改善比较显著，一次换位后的感应电流比换位前的电流小，而且换位次数越多，改善效果越好。
3 500kV并联电抗器防护
超高压线路中并联电抗器的功能：吸收容性无功功率、限制系统的工频过电压和操作过电压，对单相重合闸线路，限制潜供电容电流、提高重合闸的成功率。并联电抗器相比同电压等级的其它设备，故障率较高，而并联电抗器对整个系统的安全稳定又起着至关重要的影响。因此，必须对超高压并联电抗器采取合适的保护方案，进行可靠而灵敏的保护。
零序功率方向匝间短路保护。电抗器匝间短路和接地故障时，有零序故障分量产生。依据零序电流的出处，可分为零序电流取自电抗器高端和取自电抗器中性点侧两种情况。将零序电流的正方向定为电抗器中性点流向电抗器高压侧引线端，零序电压取自电抗器高端，则可得到匝间短路、内部接地及外部接地故障后零序电流和电压相量。规定了零序电流正方向，当匝间短路、内部接地故障时，零序电压超前零序电流90°。而外部接地故障时，零序电压则落后零序电流90°。依据零序电压、电流之间的相位关系，对电抗器匝间短路、内部接地及外部故障进行判断。
当电抗器一匝短路时，所产生较小的三相不平衡电流，电压互感器测得零序电压也很小。为提高电抗器匝间保护的灵敏度，可引入一个补偿电压。经补偿后的零序电压与补偿电压比相，在匝间短路和内部接地时，零序电压与补偿电压方向相同，能够起到助增作用，可提高保护的灵敏度；在外部接地故障时，零序电压与补偿电压方向相反，起相减作用。
当电抗器发生匝间短路和内部接地短路两种故障时，电压互感器测得零序电压就是零序电流在系统等效零序阻抗上的压降，由于实际系统的零序阻抗因为含有电阻成分，所以阻抗角不是完全的90°。当零序电压取自电抗器高端，零序电流取自电抗器引出端，且规定电流正方向为由电抗器中性點流向电抗器，电抗器匝间短路和内部接地短路判断为同一类型，从而扩大了该保护的功能，但内部接地的保护主要由差动保护来完成。
负序功率方向匝间短路保护。当并联电抗器发生匝间短路、内部接地故障和外部故障后，系统中有零序分量和负序分量产生。因此，考虑采用负序分量对并联电抗器实施保护。在规定了负序电流正方向及负序电压的高位后，匝间短路和内部接地故障时，负序电压均超前于负序电流90°，而外部接地短路后，负序电压则落后负序电流90°。依据负序电压和负序电流之间的相位关系，就可对电抗器匝间短路、内部短路和外部短路判断。
参考文献：
[1]Dlefanti Maurizo ， Granelli Gianpiet ro P ， Marannino P ， et al. Optimal capacitor placement using deterministic and genetic algorithms [J].IEEE Trans on Power System，2000，15（3）：1041-1046.
[2]韩彦华、黄晓民、杜秦生，同杆双回线路感应电压和感应电流测量与计算[J].高电压技术，2007，33（1）：140-143.