【摘 要】高压直流输电技术在现代电网长距离、大容量输电中扮演关键角色，但其系统复杂性与高电压运行特性导致其易受瞬态过电压威胁，严重危害设备绝缘与系统稳定运行。文章深入探讨并构建了包括优化控制策略、无源过电压保护装置配置、串联主动抑制装备应用在内的综合防护体系。通过仿真验证，所提策略能显著降低瞬态过电压幅值30%～50%，同时提升系统故障清除率及恢复速度，为实际高压直流工程建设与运行提供了理论依据与实用方案。有效抑制瞬态过电压对保障电网安全及提升高压直流技术经济竞争力至关重要。

【关键词】高压直流输电；瞬态过电压；换相失败；避雷器配置；过电压抑制

引言

电力系统朝着大电网、高电压、远距离的方向飞速发展，高压直流输电技术凭借其在远距离大容量输电、异步联网及新能源消纳等方面的独特优势，已在我国能源战略布局中占据极为重要的位置，成为国家实现能源资源优化配置的关键技术手段。然而，高压直流输电系统在运行过程中不可避免地会受到各类故障或操作引起的暂态过电压冲击，这类瞬态过电压具有幅值高、上升速率快、能量集中的典型特征，其持续时间虽短，却对设备绝缘构成了严峻考验，极易导致关键部件如换流阀、换流变压器、直流滤波器及直流母线等发生击穿损坏，甚至引发系统闭锁等重大运行事故，造成巨大的经济损失与社会影响。因此，深入探析高压直流输电系统中瞬态过电压的产生机理，系统研究并提出行之有效、适应性强、经济可靠的抑制措施，确保系统运行的安全性与可靠性，已成为业界研究的热点与工程应用中的迫切需求。

一、高压直流输电系统瞬态过电压抑制概述

（一）高压直流输电系统瞬态过电压基本概念

瞬态过电压是高压直流输电系统在遭受暂态过程干扰时，由于系统中能量与参数的急剧变化而在特定节点或线路上瞬时形成的远超正常工作电压的现象，持续时间通常仅为微秒至毫秒量级。它区别于由系统参数引起的工频过电压及谐振过电压等，具有最显著的高幅值、高波前陡度两大特征。在高压直流输电系统中，这类过电压的来源可主要归因于两大类。第一类是系统外部或内部发生的各种故障，如交直流线路上的雷击、短路接地故障、换流站内部的交流侧单相接地或直流极线接地故障等。这些故障将系统从稳态运行的平衡点急剧拉离，引发强烈的电磁暂态振荡过程。第二类是换流站关键设备的常规或故障隔离操作，尤其是直流断路器的开断动作以及交流断路器的分合闸操作，其本质是开关触头动作产生的强阻尼振荡过程，会在系统中激起快速的电压冲击。

（二）瞬态过电压的危害与抑制必要性

瞬态过电压对高压直流输电系统构成的危害是多层次且严重的，它直接威胁着系统物理设备的绝缘完整性，特别是对于耐受水平相对较低的设备如控制保护系统二次设备、电缆终端接头以及高度集成化的换流阀内部元器件，一次严重的瞬态过电压冲击就可能直接导致其内部绝缘击穿、局部放电加剧乃至永久性破坏，从而引起昂贵的设备维修或更换费用。更为严重的是，设备损坏可能导致整条高压直流输电线路被迫退出运行，即发生系统闭锁，这将中断巨大的电力输送容量，对于西电东送等重要骨干输电通道而言，可能引发电网频率波动、电压失稳甚至区域电网解列等一系列连锁性系统事故，造成难以估量的社会经济损失及电力供应危机。

二、瞬态过电压成因剖析

（一）换流站开关操作引发的瞬态过电压

各种开关装置在换流站内的动作是产生瞬态过电压的一个主要原因，其实质是开关装置在开断时燃弧熄灭过程中的截流过电压或重燃过电压现象，同时它取决于该开断装置的分布电容、邻近的开关柜的电气暂态参量的影响，由此产生衰减阻尼振动过程。具体来说，在直流系统中，直流断路器在电流过零之前就中断电流的作用，尤其是在采用混合式直流断路器开断大电流的瞬间，快速开断开关器件强制关断的电流变化率可达几十个千安每毫秒，而该过程就使系统本身的固有电感中存储的磁场能量快速向系统释放转换能量，在回路中产生一个陡峭的电压波，这个过电压将叠加在原先的运行电位上产生一个极高幅值的脉冲冲击。换流站内的交流断路器断开电感负荷，如交流滤波电容器组时会发生多次重燃的现象，每一次重燃过程都会产生一次重燃过电压。