750kV/330kV混壓同塔四回路輸電線路電流不平衡度計算與分析

烏小鋒

（陜西省電力設計院，陜西 西安 710054）

雙回750 kV與雙回330 kV交流輸電線路同塔架設，可增大單位輸電走廊的輸送容量，節省占地和工程投資，是解決線路通道問題的優選方案，尤其在走廊緊張地區優勢更加突出。但是不同電壓等級四回同塔架設，由于導線的間距及對地位置不對稱，會造成每個回路三相導線參數不平衡，在線路運行時產生不對稱電流和不對稱電壓[1-2]。當系統電壓、電流的不平衡度超過允許水平時，會產生巨大危害[3-6]。輕者增加損耗，降低供電質量，重者影響變壓器的出力和變壓器的安全運行。因此開展750 kV與330 kV混壓同塔四回路輸電線路的電流不平衡度計算與分析，通過合理布置相序降低電流不平衡度[7-11]，對正在建設的750 kV西安南輸變電工程而言是十分必要的。

1 計算參數

1.1 線路路徑

西安南—寶雞750 kV輸電線路，長約175 km，其中西安南出線段約26 km和寶雞變出線段約42 km按雙回路共塔設計，其余按單回路設計。

西安南—戶縣330 kV輸電線路，長約14 km，均按雙回同塔設計。

2條線路在西安南變電站附近有4 km需按同塔四回架設，見圖1。

1.2 導、地線參數

本工程導、地線參數見表1。

四回路導線與各電壓雙回路相同，地線采用750 kV地線。

1.3 桿塔結構

四回線路導線布置均采用垂直布置，具體如圖2所示。

1.4 導線相序布置情況

750 kV西寶線路的相序布置情況如表2、表3所示。

混壓同塔四回段750 kV按照逆相序布置。

同塔四回段330 kV可采用的相序布置有多種可能，列于表4。

圖1 線路路徑示意圖Fig. 1 General map of the line route

表1 導、地線參數Tab. 1 Characteristics of the conductor and shieldwire

圖2 四回路塔型Fig. 2 Tower of the four-circuit line

表2 同塔雙回段相序布置Tab. 2 Arrangement of phase conductors of the double-circuit line

1.5 系統運行參數

線路兩側系統的序阻抗如表5所示。

表3 單回段相序布置Tab. 3 Arrangement of phase conductors of the single circuit line

表4 混壓四回同塔段330 kV的相序布置Tab. 4 Arrangement of the 330 kV phase conductors in the four-circuit transmission line

表5 線路兩端系統的阻抗值Tab. 5 Impedance of the power system on bothends of the line pu

線路功率大方式情況如下：西安南—寶雞750 kV線路功率779-j83 MV·A，西安南—戶縣330 kV線路功率98+j196 MV·A。

線路功率小方式情況如下：西安南—寶雞750 kV線路功率210-j161 MV·A，西安南—戶縣330 kV線路功率18-j18 MV·A。

1.6 建立模型

本項目在廣泛使用的電磁暫態仿真軟件PSCAD（Power Systems Computer Aided Design）上建立了系統模型進行計算及仿真。

根據項目研究需要，采用輸入幾何參數的頻率決定參數模型來仿真同塔雙回線的電磁暫態特征。如混壓四回線路的卡片填寫如圖3所示。

圖3 線路模型參數Fig. 3 Parameters of the transmission line model

2 電流不平衡度計算方法

2.1 傅里葉分解及各序分量的提取

本文采用的不平衡度計算基于暫態仿真結果進行，首先在PSCAD上建立桿塔和線路模型，輸入系統的阻抗參數進行暫態仿真，對ABC三相電流進行計算和分析。得到三相電流iA、iB和iC后，可以使用傅里葉變換求取三相基波電流幅值和相位角。

不平衡度指標定義為：F2/F1線路中負序分量有效值與正序分量有效值相比；F0/F1線路中零序分量有效值與正序分量有效值相比。

2.2 雙回線路穿越與循環電流的計算方法

在線路為單回線路時，可以使用2.1節所述方法計算其正負零序電流并進行分析，其中負序和零序電流分量全部經過線路流向系統，即線路中的負序和零序分量均為穿越電流。

而在線路為雙回線時，線路中不光有穿越電流存在，也存在有循環電流。一般而言，穿越電流與兩側系統的阻抗相關，而循環電流主要與線路的換位方式密切相關。

假設雙回線路I和II，其負序電流的相量為F觶I2和F觶II2，則其負序穿越電流和循環電流如圖4所示。

圖4 負序循環電流和穿越電流計算示意圖Fig. 4 Diagram for calculation of the negative circulating current and through current

同樣，零序穿越電流和循環電流也按照上述方法計算。

在得到穿越電流的負序和零序分量后，穿越電流的負序和零序指標定義如下：F2/F1穿越電流負序分量有效值與穿越電流正序分量有效值相比；F0/F1穿越電流零序分量有效值與穿越電流正序分量有效值相比。

在得到循環電流的負序和零序分量后，循環電流的負序和零序指標定義如下：F2/F1循環電流負序分量有效值與穿越電流正序分量有效值相比；F0/F1循環電流零序分量有效值與穿越電流正序分量有效值相比。

3 四回線路I電流不平衡度計算

3.1 西安南—寶雞750 kV線路不平衡度

330 kV按照26號方式布置，在大方式下的750 kV不平衡度計算結果如圖5所示。

圖5 大方式下西安南—寶雞750 kV線路電流Fig. 5 Current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the large operation mode

從圖5可見，750 kV線路I回和II回負序電流相位差約127°，負序穿越電流與I回和II回線路的負序電流幅值相當，因此循環電流與穿越電流相差不大。I回線路和II回線路零序電流相位差52°，二者相加呈現增強作用，因此零序穿越電流幅值較I回和II回線路的零序穿越電流值略大，零序循環電流較小。各序電流所占比例如表6所示。

表6 大方式下750 kV線路不平衡電流計算結果Tab.6 Unbalance current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the large operation mode %

小方式下，750 kV的電流不平衡度計算結果如圖6所示。

由圖6可知小方式下，750 kV線路I回和II回負序電流相位差約111°，因此負序穿越電流較I回和II回線路的負序電流幅值略大，循環電流幅值與II回線幅值接近。而I回線路和II回線路零序電流相位差85°，二者相加呈現增強作用，因此零序穿越電流幅值較I回和II回線路的零序穿越電流值略大。各序電流所占比例如表7所示。

3.2 西安南—戶縣330 kV線路不平衡度

大方式下，330 kV線路電流不平衡度計算結果如圖7所示。

由圖7可見，大方式下330 kV西安南—戶縣I回和II回線路負序和零序電流相位差均為142°左右，因此負序和零序電流呈抵消情況，略小于二者的零序和負序電流，而負序和零序循環電流與I回或者II回的幅值接近。計算結果如表8所示。

小方式下，330 kV的電流不平衡度計算結果如圖8所示。

由圖8可見，小方式下，330 kV線路I回和II回線路的負序電流相位差231°，二者呈現負序抵消的情況，因此，負序電流、穿越電流較I回線路和II回線路的負序電流略小，負序循環電流與穿越電流相當。I回和II回線路的零序電流相位差176°，二者相互抵消，因此零序穿越電流很小，而零序循環電流幅值較大。計算結果如表9所示。雖然此時線路的零序循環電流比例較大，但由于線路的負載很小，僅有18-j18 MV·A，因此對系統的影響并不明顯，而對線路的保護配置會影響較大。

圖6 小方式下750 kV西安南—寶雞線路電流Fig. 6 Current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the small operation mode

表7 小方式下750 kV線路不平衡電流計算結果Tab.7 Unbalance current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the small operation mode %

表8 大方式下330 kV線路不平衡電流計算結果Tab.8 Unbalance current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the largeoperation mode %

圖7 大方式下330 kV西安南—戶縣線路電流Fig. 7 Current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the large operation mode

圖8 小方式下330 kV西安南—戶縣線路電流Fig. 8 Current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the small operation mode

表9 小方式下330 kV線路不平衡電流計算結果Tab.9 Unbalance current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the small operation mode %

3.3 四回線路不同相序布置對不平衡電流影響

混壓四回線路不同相序布置下，計算的330 kV線路不平衡度如表10所示，相序布置情況見表4，計算方式為大方式。由于四回線路長度較750 kV線路短，因此750 kV線路的不平衡度沒有列出。

由表10可見，四回線路采用不同相序布置時，對330 kV線路I回和II回的負序和零序電流影響較大，如相序按20號方式布置，I回線路的負序電流比例僅有0.479%，而按2號布置，負序電流比例為4.352%。

相序改變對負序和零序穿越電流影響較小，采用27號方式布置時，負序穿越電流比例最低為0.07%，采用5號布置時，最高為0.775%，最大最小值之差僅有0.7%左右。零序穿越電流結果類似，最低為20號布置方式，比例為0.655%。

相序改變對于負序循環電流的影響較大，如采用16號或20號方式時，負序和零序循環電流僅有0.2%和0.7%，而采用11號布置時，負序循環電流為2%以上。

小方式下的不平衡度計算結果如表11所示，由于受到750 kV線路的影響，負序穿越和循環影響比較大，而相序布置對零序的影響較小。

4 結論

本文進行了西安南—寶雞750 kV線路以及西安南—戶縣330 kV線路的不平衡度計算，并對混壓四回線路桿塔結構采用不同相序布置情況下，330 kV線路的不平衡度進行分析，得到以下結論：

1）四回線路采用的結構對750 kV線路不平衡度影響較小，影響結果在0.3%以內，對330 kV的影響比較大，最高可達2%左右。

2）西安南—寶雞750 kV線路在大方式下，I回和II回線路的負序電流比例分別在2.6%和3.1%左右，零序電流比例為1.1%和0.4%。負序和零序穿越電流比例為1.3%和0.69%。負序和零序循環電流比例在1.3%和0.1%左右。

3）西安南—寶雞750 kV線路在小方式下，I回和II回線路的負序電流比例分別為4.9%和3.8%左右，零序電流比例為2.1%和1.0%。負序和零序穿越電流比例為2.5%和1.16%。負序和零序循環電流比例在1.8%和0.4%左右

表10 大方式下330 kV線路的不平衡度情況Tab. 10 Unbalance current of the 330 kV transmission line in the large operation mode %

4）四回線路相序布置對330 kV線路I回和II回的負序和零序電流相差大，而對負序和零序穿越電流影響略小。不同相序布置下，在大方式時，負序電流比例相差最大為0.7%，零序為0.3%，小方式時，負序電流比例最大相差為2.1%，零序為0.7%。

6）按照大方式下的計算，經過對比分析750 kV采用逆相序ABC-CBA布置可以有效降低線路的不平衡度[7-8]，330 kV采用BCA-CAB進行布置。

表11 小方式下330 kV線路的不平衡度情況Tab.11 Unbalance current of the 330 kV transmission in the small operation mode %

7）本次計算結果與所提供方式相關，由于大、小方式下，330 kV線路的輸送的功率都很小，因此不平衡度顯得較大一些，尤其在小方式下更是如此。

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