超高壓交流線路對平行架設特高壓直流線路的電磁感應

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隨著輸電線路的不斷建設，輸電線路走廊資源越來越緊缺。交流輸電線路與直流輸電線路平行架設共用走廊有時不可避免[1-3]。交流線路與特高壓直流線路平行架設時，由于兩者之間存在的電磁耦合，交流輸電線路會在平行架設的特高壓直流輸電線路中產生工頻感應電壓和電流。而工頻電流通過直流輸電線路進入兩端換流站后，在換流器的作用下會在換流變壓器閥側產生直流偏磁電流[4-9]。若變壓器處在直流偏磁工作狀態，將導致變壓器的損耗、溫升及噪音增大，甚至影響使用壽命。

根據云廣±800 kV特高壓直流線路參數，建立交/直流輸電系統的仿真模型。在不同平行架設長度、不同接近距離(文中接近距離為線路桿塔中心之間的距離)、不同土壤電阻率、不同桿塔接地電阻的條件下，對特高壓直流線路上的感應電壓、電流以及換流變壓器閥側的直流偏磁電流進行了仿真計算。對比分析了平行架設時超高壓緊湊型線路和常規型線路對特高壓直流線路的電磁影響。

1 超高壓交流線路對平行架設特高壓直流線路的工頻電磁感應

1.1 系統概況及線路參數

以圖1所示的超高壓交流輸電線路和云廣±800 kV特高壓直流輸電線路并行為例，分析超高壓交流線路對平行架設特高壓直流線路的工頻電磁感應影響[10-11]。超高壓交流輸電線路輸送功率為1 000 MW,云廣特高壓直流線路全長1 446 km，雙極輸送功率為5 000 MW。交/直流線路參數和桿塔布置見表1、2和圖1。

表1 ±800 kV直流線路導線和地線參數

表2 600 kV超高壓交流線路導線和地線參數

圖1 交/直流線路平行架設的桿塔布置

1.2 超高壓交流線路與特高壓直流線路平行架設的仿真計算

特高壓直流線路單獨架設時整流側的直流電壓、電流波形如圖2所示。交/直流線路平行架設時(平行長度為100 km、接近距離為50 m)，特高壓直流線路整流側的直流電壓、電流波形如圖3所示。

圖2 特高壓直流單獨架設運行時線路電流、電壓

對比圖2、3可以看出，交/直流平行架設后，特高壓直流線路電壓、電流中的工頻分量明顯增加。超高壓交流線路在平行架設特高壓直流線路上感應出穩定的工頻電壓、電流。

圖3 交/直流平行架設時特高壓直流線路電流、電壓

2 交流線路對平行架設特高壓直流線路電磁感應的影響因素

2.1 交/直流線路平行長度和接近距離

2.1.1 工頻感應電壓、電流

在接近距離為50 m時，不同平行架設長度下特高壓直流線路上感應工頻電壓、電流如圖4所示。平行長度100 km，不同接近距離下特高壓直流線路上感應工頻電壓、電流如圖5。

由圖4、5可見，工頻感應電壓、電流隨著交/直流線路平行架設長度的增加而增大，兩者基本呈線性關系。工頻感應電壓、電流隨著交/直流線路接近距離的增加而減小，當交/直流線路接近距離較近時，工頻感應分量隨著距離的增大衰減得很快，但當接近距離大于100 m時，工頻感應分量的衰減幅度越來越小。

2.1.2 直流偏磁電流

工頻感應電流通過直流輸電線路進入兩端換流站后，在換流器的作用下會在換流變壓器閥側產生直流偏磁電流。直流偏磁電流進入換流變壓器后，可能導致換流變壓器偏磁。特高壓直流線路整流側和逆變側換流變壓器閥側直流偏磁電流如表3、4所示。

從表3、4可知，整流站與逆變站的換流變壓器閥側直流偏磁電流隨著平行長度的增大而增加；隨著接近距離的增大而逐漸衰減。交直流線路的平行長度和接近距離會受到換流變壓器所承受的最大直流偏磁電流的制約。

圖4 不同平行架設長度下的電磁耦合影響

圖5 不同接近距離下的電磁耦合影響

表3 整流站換流變壓器閥側直流偏磁電流 /A

表4 逆變站換流變閥側直流偏磁電流 /A

2.2 土壤電阻率和桿塔接地電阻

圖6、7為不同土壤電阻率、桿塔接地電阻下，直流系統中電磁感應參量的變化情況。

由圖6可知，平行段土壤電阻率對直流線路工頻感應電壓、電流以及直流偏磁電流的影響很小。由圖7可知，隨著平行段桿塔接地電阻的增大，直流線路工頻感應電壓、電流以及直流偏磁電流也有所增加，但增加幅度較小。

圖6 電磁感應參量隨土壤電阻率的變化趨勢

3 超高壓緊湊型、常規線路對平行架設特高壓直流線路的電磁影響

超高壓緊湊型線路和常規線路的導線布置以及導線參數如圖8、表2、5所示。

表5 超高壓緊湊型線路的導線和地線參數

超高壓常規線路的輸送功率控制在1 000 MW，由于緊湊型線路自然功率大，將其輸送功率控制在1 500 MW。那么，直流線路上的感應參量見表6。

圖7 電磁感應參量隨桿塔接地電阻的變化趨勢

圖8 超高壓緊湊型線路及常規線路導線布置

表6 超高壓線路對平行架設特高壓直流線路的電磁影響

由計算結果可知，由于緊湊型線路減小了交流三相線路對直流線路電磁耦合影響的不平衡，交流緊湊型線路要比常規線路對特高壓直流線路的電磁影響明顯減小。

5 結 論

(1)交/直流平行架設后，特高壓直流線路電壓、電流中的工頻分量明顯增加。超高壓交流線路會在平行架設特高壓直流線路產生工頻感應電壓、電流。特高壓直流線路換流變壓器閥側產生直流偏磁電流。

(2)特高壓直流線路工頻感應電壓、電流和換流變壓器閥側直流偏磁電流隨著交/直流線路平行架設長度的增加而增大，兩者基本呈線性關系；隨著交/直流線路接近距離的增加而減小，呈非線性關系。

(3)并行段土壤電阻率和桿塔接地電阻對特高壓直流線路工頻感應電壓、電流以及直流偏磁電流的影響很小。

(4)對平行段特高壓直流線路的電磁影響，超高壓交流緊湊型線路比常規線路明顯減小。

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