同塔雙回輸電線路一回運行時互感參數測量的仿真研究

張志剛，鄭雄偉，劉曉冬，左曉節

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.石家莊供電公司，石家莊 050011)

0 引言

隨著電網和城市建設的快速發展，土地資源變得越來越寶貴，為節約線路走廊及建設費用，同塔雙回或多回架設的高壓輸電線路在電網中的應用越來越廣泛[1]。這些雙回和多回輸電線路的首端或末7端可能不在同一網絡節點(發電廠或變電站母線)上，同時停電將對供電可靠性造成較大影響[2]。采用傳統方法測量雙回輸電線路互感參數時，必須將雙回線路同時停電，將線路構成零序電流回路后，在一回線路上施加零序電流，測量待測線路零序電壓后計算得到二者互感參數[3]。文獻[4]中提出一種一回停電、一回運行的帶電測量互感參數的方法，其核心思想是在停電線路上接入試驗電源，施加零序電流后，測量運行線路產生的零序電壓，進而計算互感參數，但采用該方法測量時，運行線路產生的感應電壓和感應電流會對操作人員的安全構成較大威脅，同時該方法對試驗電源的容量要求較高。

以下通過ATP軟件對220 kV同塔雙回輸電線路進行仿真計算，采用運行線路短時非全相運行產生的零序電流作為試驗電源，停運線路首端三相短路，末端三相短路接地，測量停運線路產生的感應電壓后計算得出互感參數。

1 仿真模型的建立

利用ATP軟件建立220 kV同塔雙回輸電線路仿真模型。線路的物理參數，包括桿塔幾何結構及尺寸、導線物理參數等，見圖1和表1[5]。

圖1 220 kV同塔雙回輸電線路桿塔尺寸(單位：mm)

考慮現有220 kV電網密集程度，線路長度分別取5 km、10 km、20 km，設220 kV線路負荷功率因數為0.85，大地電阻率取100 Ω·m。

表1 220 kV同塔雙回輸電線路導地線技術參數

利用ATP軟件可對耦合多導線輸電線路建立3類仿真模型：分布參數(包括均勻和非均勻換位)的長線路模型；集中參數的線路模型，包括π型等值電路模型、RL 耦合電路和系統阻抗(零序、正序、負序阻抗)模型，分別適用于長線路和短線路的仿真，但工程計算中通常可將長線路分段建立π型電路模型，這樣也可在工程精度范圍內模擬暫態波過程；LCC(即線路/電纜模塊)線路模型，較為復雜，適用于外部過電壓作用下電力系統暫態過程的仿真，由于該模型須考慮線路的頻變因素，因此它是最準確的線路模型，包括Bergeron、PI、JMarti、Noda和Semlyen 5種算法模型[6]。

文章重點分析線路工頻互感參數，因此采用LCC模型中的PI型線路模型，其優點在于只需要輸入輸電線路的結構參數，即自動導出運算所需的電納和阻抗變換矩陣。根據220 kV電網實際情況，不考慮線路換位，線路仿真接線見圖2。

圖2 220 kV同塔雙回輸電線路仿真接線

2 帶電測量方法

a.在仿真模型的運行線路末端接入電流測量模塊，以測量零序電流。

b.將仿真模型停運線路首端三相短路，末端三相短路接地，并在首端接入電壓測量模塊，以測量感應電壓。

c.通過運行線路單相短時“分-合”閘操作，模擬運行線路短時非全相運行，同時測量運行線路末端產生的零序電流和停運線路首段產生的感應電壓，經計算后得出互感參數。

3 線路互感參數的仿真結果分析

設定負荷電流為10 A、20 A、40 A，仿真結果見表2。

表2 線路互感參數的仿真結果

由表2可看出，互感參數與負荷電流大小無關。運行線路產生的零序電流和停電線路首段零序電壓波形(線路長度10 km，零序電流20 A)分別見圖3、圖4。

圖3 運行線路零序電流波形

圖4 停電線路首段零序電壓波形

4 仿真數據與實測結果對比

采用以上仿真模型，對220 kV廉化雙回輸電線路、220 kV華姚雙回輸電線路、220 kV武景雙回輸電線路的桿塔物理參數進行仿真計算，將得出的互感參數與采用傳統方法停電實測的雙回路互感參數進行對比，見表3。

表3 實際輸電線路仿真及實測結果比較

由表3可看出，仿真結果與停電測量結果之間的相對誤差最大的是220 kV廉化

雙回輸電線路，誤差為3.09%，最小的是220 kV華姚雙回輸電線路，為0.57%。這是由于220 kV廉化雙回輸電線路位于500 kV廉州變電站和220 kV石化變電站之間，附近的500 kV及220 kV輸電線路比較密集，實際測試時受其它運行線路的影響較大，而在仿真中無法具體量化這些干擾因素，因此二者會有一定誤差。而220 kV華姚雙回輸電線路附近的高壓輸電線路較少，實際測試時的干擾也較小，仿真結果和實測結果較為接近。

5 結論

a.仿真結果及與實測數據對比表明，采用運行線路短時“分-合”閘操作產生零序電流，在停電線路首段測量零序電壓計算雙回輸電線路互感參數的方法切實可行，且仿真結果與雙回線路停電測量的結果較為接近，可滿足實際工程需要。

b.雙回線路互感參數帶電測量的結果與運行線路所帶負荷無關，在實際操作時，為減小對電網的沖擊，可選擇負荷較小時進行測量。

[1] 張嘉旻，葛榮良．同塔多回輸電技術特點及其應用分析[J]．華東電力，2005，33(7)：23-26.

[2] 盧 明，寧玉紅，馬扶予，等．架空輸電線路工頻參數的測量及分析[J]．高壓電器，2004，40(3)：218-220，226.

[3] 李建明，朱 康．高壓電氣設備試驗方法[M]．北京：中國電力出版社，2001.

[4] 李澍森 ，陳曉燕 ，吳彥皎，等．多回平行輸電線路參數帶電測量[J]．電力系統自動化，2009，33(22)：84-87.

[5] 劉振亞.國家電網公司輸變電工程典型設計 220 kV及以下輸電線路分冊[M]．北京：中國電力出版社，2005.

[6] 馮光亮，侯 俊，李建明，等．輸電線路工頻參數測量中干擾的仿真研究[J]．高電壓技術，2005，31(6)：9-11.

本文責任編輯：齊勝濤