操作过电压之二——合空载线路（电容性元件）

空载线路的合闸分为两种情况，即正常合闸和自动重合闸。这时出现的操作过电压称为合空线过电压或合闸过电压，重合闸过电压是合闸过电压中最严重的一种。

线路简化图如下所示:

首先分析正常合闸，现在介绍一种简便求法：

过电压幅值=稳态值+振荡幅值=稳态值+（稳态值-起始量）

此电路稳态值为Em，起始值为零。

由于回路中存在损耗，我国实测的过电压最大倍数为1.9倍至1.96倍。

其波形图如下所示：

物理解释：当合闸时，电源对电容电感同时充能，当电容电压为Em，充电电流为0，但由于自感效应，电感会保持原方向电流，继续对Em充电，直至电感中的能量消耗殆尽。此时电容上电压达到2Em。

然后是故障后的自动重合闸

①三相自动重合闸

线路出现故障保护跳闸，经自动重合闸装置进行合闸操作，此时线路上存在残存电压，产生过电压比计划合闸更严重。

当线路C相接地时的示意图如下所示：

当C相接地时K2先跳闸，K1后跳闸，且当K1健全相容性电流为零、电源电压达到最大值（因电流电压相位差90°）时，开关熄弧。

经过0.5s左右，K1或K2自动重合闸，考虑最不利的情况，A、B相中的电压在合闸时达到幅值，且极性与该相导线上残存电压相反，那么重合闸时的过渡过程使导线上出现最大过电压。

中性点接地系统，健全相电压达到1.3~1.4Em，重合闸以前由于泄漏电荷经线路泄漏电阻入地（与污秽潮湿程度有关），经实测在较大范围内变化，假设经一定时间间隔残余电压下降了30%，即

在最严重情况下根据简便求法：

过电压幅值=稳态+（稳态-初态）=-Em+（-Em-0.98Em）=2.98Em≈3Em

其波形图如下所示：

重合闸不一定正好在电源电压最大值的时刻，电压电压也不一定和残存电荷反相，故实际值往往比理论值会低些。

②单相自动重合闸

只切除故障相，而健全相不与电源电压相脱离，那么当故障相重合闸时，因该相导线上不存在残余电荷和初始电压，就不会出现高幅值重合闸过电压。

影响因素如下：

a、合闸相位

合闸相位是随机的，有一定的概率分布，与断路器合闸过程中的预击穿特性及断路器合闸速度有关。

b、残余电荷（大小与极性直接决定了与过电压幅值）

c、断路器的合闸不同期

由于三相线路之间有耦合，先合一相时，相当于在另外两相上产生残余电荷。

d、回路损耗

实际输电线路中，能量损耗（电阻、电晕）会引起振荡分量的衰减，使过电压降低。

e、电容效应（使得线路的稳态电压增高，导致了合闸过电压幅值的增高）

限制措施：

⑴、针对e，可以装设并联电抗器和静止补偿装置（SVC）。

⑵、针对d，可使用带并联电阻的断路器，来增大回路损耗使过电压降低。

其原理图如下所示：

先合辅助触头，电阻接入回路中，对高频振荡起阻尼作用，降低振荡幅值。在此过程中R越大，阻尼作用越大，产生的过电压越低。

经过8~15ms，主触头闭合，将R短接，电源直接与线路相连。此过程中R越小，主触头两端电压（稳态电压）越低，产生的过电压也越低。

综上，并联电阻的选择要合适，才能尽最大限度的使过电压降低。

其过电压倍数与电阻大小的关系图如下：

所以在上图中选择400-600Ω的合闸电阻，其过电压往往能限制在1.5Em左右。

⑶、同电位合闸

针对b，通过特殊装置自动选择在断路器触头两端的电位极性相同，甚至电位也相等的瞬间完成合闸操作，以降低甚至消除合空载回路过电压。

⑷、消除线路上的残余电荷

同样是针对b，在线路侧接电磁式电压互感器，可在几个工频周波内，将全部残余电荷泄放掉。

⑸、装设避雷器

在线路首端和末端装设磁吹避雷器或金属氧化物避雷器，当出现较高过电压时，避雷器应能可靠动作，将过电压限制在允许范围之内。作为断路器并联电阻的后备保护。

⑹、采用单相重合闸技术。