淺論500kV同桿并架雙回線路電氣特性

曹　卓（四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016）

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淺論500kV同桿并架雙回線路電氣特性

曹卓（四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016）

本文利用EMTP程序對某500kV同桿并架雙回線路的電氣特性進行了詳細分析，計算了其感應電壓以及感應電流，以及其對系統不平衡度的影響。為選取線路接地開關打下了理論依據，經過計算后的結果表明，線路兩端500kV母線出現的最大負序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發電機側出現的最大負序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內，對于系統的運行不會造成什么危害。

同桿并架；雙回線路；電氣特性

引言

隨著我國電力工業的不斷發展，對于500kV輸變電線路而言，采取同桿雙回線或者是部分同桿雙回線是必然趨勢［1］。因為采取全線同桿并架雙回線路具有很多的優勢，比如說占地較少、節省線路，但是也會引起很多問題，比如會影響系統電氣量的平衡，對系統內旋轉電機的穩定安全運行構成威脅［2］；另外，同桿雙回路線之間會出現較強的耦合，會出現非常強的感應電流和電壓，因此，在選擇兩端接地開關（ES）以及線路檢修的時候必須要特別注意；還會影響線路潛供電流值，直接影響到采取單相重合閘的成功率以及系統運行的安全可靠性。對于不換位同桿雙回輸電線路而言，其中有一回是帶電運行的，另外一回進行停運接地檢修的時候，運行線路理論上將在停運線路上引起感應電流，在停運線路切換成備用的時候線路ES必須要對這些感應電流進行切斷［3］。在很多情況下，500kV不換位同桿雙回線停運線路會出現非常大的感應電流，這就對線路側ES提出了更高的要求，根據IEC標準可將額定感應電壓Un，ind以及電流In，ind劃分成兩類，如表1所示，在進行選擇的時候首先應該進行基本的計算分析。

表1　IEC額定感應電壓Un，ind和電流In，ind

可以將系統不對稱運行劃分為下面兩種：①短時間處于不對稱運行狀態，指系統出現不對稱故障造成的運行狀態；②長時間處于不對稱運行狀態，指輸電線路三相負荷不平衡、參數出現了不對稱或者是某些設備使用不當造成的運行狀態。尤其是輸電線路參數不對稱造成的系統電壓電流不平衡是時常發生的，必須要予以高度重視。在電力系統中由于電壓、電流三相不平衡引起的負序、零序分量肯定會給系統的正常穩定運行引起一系列問題。國內目前雖然有相關標準，但是出發點主要還是確保同步電機的安全，只是規定了電網負序電壓以及發電機負序電流的不平衡度，具體為：國標明確規定電力系統公共連結點其正常電壓不平衡許可值為2%；對于600MW機組負序電流不平衡度而言，其最大不得超過7%。本文主要利用EMTP電磁暫態仿真程序對某地500kV同桿并架雙回線路其電氣特性實施了分析計算，主要就是對系統不平衡度影響、感應電壓以及電流、潛供電流等。

1　線路參數模型

某地500kV同桿并架雙回線路的總長度為28km，全線不換位。該線路中所使用的導線型號如下：4×JL/LB20A-400/50，分裂間距為0.45m，地線采取逐塔接地的形式，其中地線的型號如下：LGJ-95/55和OPGW。本文提到的同桿雙回線采取的是逆相序布置，同時導線以垂直方式進行排列，下導線和地面之間的平均高度是23m，地線和地面的平均高度是55m，各個相之間的距離以及各個相位之間的布置方式如圖1所示。左、右導線分別是Ⅰ、Ⅱ回，OPGW以及LGJ-95/55地線分別掛于Ⅰ、Ⅱ回的正上方。通過EMTP程序來進行計算，獲得全線不換位π模型參數，同時模擬短路以及開路試驗的方法來對Ⅰ、Ⅱ回以及互感參數進行計算，如表2所示。

圖1　同桿雙回線路導地線布置示意圖

表2　線路不換位參數

2　電壓和電流不平衡度的分析計算

如果輸電線路參數出現了不對稱，那么其在運行的時候會導致系統電氣量發生不平衡，分別利用負序和零序不平衡度來對電流、電壓的不平衡度進行衡量：MF=U2/U1或者I2/I1，ML=U0/U1或者I0/I1，上式中，MF、ML所代表的意思分別是電流以及電壓的負序與零序不平衡度；I2、U2表示的意思為負序電流以及電壓；I1、U1表示的意思是正序電流和電壓；I0、U0表示的意思為零序電流和電壓。輸電線路如果不換位，那么其三相參數便會出現不對稱問題，導致線路阻抗矩陣中的各個非對角線元素以及對角線元素都不相等。通過對稱分量法對其進行變換之后，序阻抗矩陣如下所示：

由此可以知道不對稱線路參數的序分量之間具有一定的耦合關系，通過序間互阻抗能夠對輸電線路的不平衡度進行估算。對于單回輸電線路而言，如果對線路電容進行省略，則電流不平衡度可以通過下式進行簡化：I2/I1=Z21/Z11，I0/I1=Z01/Z00；如果將系統阻抗考慮在內，有I2/I1=Z21/（Z11+Z1），I0/I1=Z01/（Z00+ Z0）。上式中多出的Z1、Z0代表的是系統的正序以及零序阻抗。針對同桿雙回不對稱線路而言，除開每回線路序分量之間存在耦合之外，各個線路之間也會具有序分量耦合，如果想要對同桿雙回線路引起的不平衡進行精確的計算，只是利用上述的序參數進行計算是遠遠不夠的，因為這樣會產生很大的誤差，必須要綜合考慮線路電容不對稱以及線間序阻抗耦合的影響。通過EMTP程序可以對同桿雙回不換位線路以及系統情況進行較為真實的模擬，獲得各節點電壓以及線路電流的序分量，最終實現對電壓和電流不平衡度的計算。所得到的計算結果如表3所示。

表3　電壓和電流不平衡度（單位：%）

從表3的計算結果中可以看出，同桿雙回線不換位，同時導線根據逆相序進行布置，這時候線路兩端500kV母線出現的最大負序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發電機側出現的最大負序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內，對于系統的運行不會造成什么危害。

3　感應電壓和感應電流

當同桿并架雙回線路中出現一回線停運的時候，因為運行平行線路的電磁感應和靜電感應，肯定會在停電線路上引起感應電壓以及感應電流，這時候對于線路接地開關造成的影響有如下幾種：①如果在被斷開的線路一端斷開的情況相愛來對另一端接地開關進行操作，它將開斷與關合電容電流；②如果在被斷開的線路一端接地的情況下去對另一端接地開關進行操作，它將開斷與關合感性電流；③將連續承載電感性和電容性電流。對于同桿并架雙回線路其接地開關而言，上述的功能是應該具備的。IEC標準以及國際種都已經對接地開關開合感應電壓和電流標準做出了明確的規定，見表1。在弱耦合或者較短的平行線路中較適合使用A類開關；在強耦合或者較長的平行線路中較適合使用B類開關。另外在很多情況下，感應電壓和感應電流還可能超過標準值，線路中的接地開關額定值通過用戶和廠家進行協商確定。

對感應電流以及電壓造成的因素主要有：運行線路的負荷電流、線路電壓、相間及回路間距離、平行線路長度、線路的換位情況以及導線高度以等。本文中提到的線路屬于強耦合線路，其感應電流和電壓將會高于普通線路，有必要通過EMTP對線路兩端的線路接地開關運行條件實施檢驗。如表4所示為在線路輸送1200MW潮流，Ⅰ回運行而Ⅱ回檢修情況下，線路的感應電壓以及感應電流結果。

表4　線路的感應電壓以及感應電流結果

從表4中可以看出，隨著線路輸送功率的不斷提升，線路之間出現的電磁耦合而導致的感性電流在不斷增大，但是，靜電耦合的容性電流基本沒有變化。按照表1中的分類標準，本文的線路接地開關應該使用B類，另外，線路間的靜電耦合電壓，也就是容性感應電壓高于標準值，需要和廠家進行協商。

4　潛供電流

如果潛供電流以及恢復電壓的值都非常大的時候，那么會使得故障位置的電弧不容易熄滅，導致單相重合閘的動作時間出現延長。為了使用快速自動重合閘并且明確重合閘的動作時間，本位對線路的潛供電流以及恢復電壓值進行了計算。計算結果表明線路的潛供電流最大值為7.58A。允許采取快速自動重合閘。

5　結論

（1）本文提到的線路，同桿雙回線不換位，導線根據逆相序進行布置，這時候線路兩端500kV母線出現的最大負序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發電機側出現的最大負序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內，對于系統的運行不會造成什么危害。

（2）本線路其接地開關應該選取B類，另外，線路間的靜電耦合電壓，也就是容性感應電壓高于標準值，需要和廠家進行協商。計算結果表明線路的潛供電流最大值為7.58A。允許采取快速自動重合閘。

［1］仇 成.同桿并架雙回線路縱聯保護與選相技術研究［D］.華中科技大學，2014（03）：29～30.

［2］俞 波.超高壓同桿并架雙回線路微機保護的研究［D］.華北電力大學，2015（09）：29～30.

［3］姚早興，葉一麟.同桿并架雙回線路的故障選相［J］.中國電機工程學報，2015（S1）：45～51.

曹 卓（1983-），男，漢族，工程師，本科，主要從事輸電線路設計工作。

TM75

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2095-2066（2016）16-0043-02

2016-5-23