1 000 kV特高壓輸電線路不平衡度影響因素分析

陳 愷，林章歲，林曉敏

(1.福建省電力勘測設計院，福州 350003；2.國網福建省經濟技術研究院，福州 350012；3.國網福州供電公司，福州 350004)

電網技術

1 000 kV特高壓輸電線路不平衡度影響因素分析

陳 愷1，林章歲2，林曉敏3

(1.福建省電力勘測設計院，福州 350003；2.國網福建省經濟技術研究院，福州 350012；3.國網福州供電公司，福州 350004)

三相電壓不平衡狀況是電能質量主要指標之一。以某1 000 kV特高壓線路為背景，應用電力系統電磁暫態及電力電子數字仿真(EMTPE)軟件對特高壓線路不平衡度的各種影響因素進行計算分析，其結論將為特高壓線路的設計和運行提供重要參考。

特高壓；不平衡度；影響因素

電力系統三相電壓不平衡狀況是電能質量的主要指標之一，三相電壓不平衡度過大將導致一系列問題[1]，如旋轉電機發熱和振動，變壓器漏磁增加和局部過熱，電網線損增大及各種保護和自動裝置誤動等等。按照國家標準《電能質量 三相電壓不平衡》(GB/T 15543—2008)的要求，需要對系統電壓、電流的不平衡度進行控制。

線路不平衡度受線路三相參數不對稱度及線間電磁耦合的作用[2-3]，而參數不對稱度和相序排列、導線對地距離、水平線間距離等緊密相關，線間電磁耦合還與運行電壓、輸送功率等相關。研究影響不平衡度的因素，對于輸電線路的設計和運行都有重要的意義[4]。

國內僅少數研究人員對1 000 kV特高壓線路的不平衡度進行了研究，且未進行全面的特高壓線路不平衡度影響因素的研究[5-6]。文獻[5]以淮南—上海特高壓同塔雙回輸電工程為例，研究特高壓雙回線路的電氣不平衡度和換位問題；文獻[6]對淮南—皖南特高壓同塔雙回線路的不平衡度進行分析，通過對不同換位方式下的不平衡度、潛供電流和恢復電壓、感應電壓和感應電流進行比較，提出淮皖線的推薦換位方式。

本文為滿足特高壓工程前期工作需要，以某特高壓線路(約303 km)為背景，應用電力系統電磁暫態及電力電子數字仿真(EMTPE)軟件研究各影響因素對線路不平衡度的影響，供特高壓線路設計和運行參考。

1 不平衡度計算方法

1.1 不平衡度定義

文獻[7]對不平衡度的定義為：“三相電力系統中三相不平衡的程度，用電壓或電流負序分量與正序分量的方均根值百分比表示。電壓或電流不平衡度分別用或表示。”由于文獻[7]對不平衡度的限值要求為電壓不平衡度，如無特別說明，本文不平衡度計算結果均指電壓不平衡度。

1.2 不平衡度計算方法

工程應用中有兩種比較實用的方法計算電壓、電流不平衡度：手冊方法[8]和仿真方法[2-3]。手冊方法屬于序分量法，仿真方法則采用三相潮流程序法。本文采用EMTPE仿真軟件對特高壓線路的不平衡度進行計算和分析。

架空線路用型等值電路模擬，根據架空線路位置及相關參數，采用EMTPE線路支持程序計算線路電氣參數。結合電網實際運行方式計算電壓不平衡度。

輸電線路的電壓不平衡度與線路參數、線路兩端系統等值阻抗、輸送容量大小有關。忽略線路首端系統阻抗、線路另一端系統等值阻抗取值則根據傳輸功率、傳輸電壓和功率因數來計算，得出線路末端的三相值，然后利用相-序變換矩陣求解正、負、零序分量，每回線路轉換見式(1)。

(1)

a=ej120

根據標準規定公式計算電壓不平衡度εu。

2 特高壓輸電線路不平衡度影響因素分析

2.1 線路長度和導線排列方式對不平衡度的影響

為研究線路長度對不平衡度的影響，假定線路不換位。導線排列方式分別選用了單回架設的三角形排列、水平排列2種塔型，如圖1所示。

圖1 單回路塔型導地線排列

不同線路長度下三角、水平排列的不平衡度變化曲線見圖2。

圖2 單回架設特高壓線路不同長度不平衡度

(1)1 000 kV特高壓輸電線路不平衡度隨著線路長度的增加而增大。這是因為不平衡電容電流隨著線路長度的增加而增大。經計算，特高壓同塔雙回線路也有相同規律。

(2)水平排列的不平衡度比三角排列要高得多。采用三角排列的線路在長度約590 km時不平衡度才超過2%的限值要求，而采用水平排列的線路在長度約170 km時不平衡度就超過了2%的限值[5]，從而可以看出導線排列方式對線路不平衡度的影響較大。

(3)1 000 kV特高壓輸電線路不對稱導致的電流、電壓不平衡表現為互阻抗、互容抗的不平衡，而輸電線路互阻抗、互容抗跟相間距離有關。平行排列的線路中相和邊相的互阻抗有較大差異，而三角排列互阻抗差異較小從而使得三角排列的線路不平衡度較小。

2.2 相序排列對不平衡度的影響

為研究不同相序排列對不平衡度的影響，結合福建電網實際，選擇常用的鼓型塔進行研究。根據排列組合，鼓型塔有如下6種相序排列：ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA。逆相序排列(ABC-CBA)鼓型塔導地線排列見圖3。

圖3 同塔雙回逆相序排列鼓型塔導地線排列

各種相序排列的電壓和電流不平衡度比較見表1。由表1可見，導線相序排列方式對雙回輸電線路不平衡度影響較大，雙回路逆相序排列時不平衡度最小。這是因為雙回輸電線路的不平衡度不僅與單回三相間的互阻抗、互容抗參數有關，更取決于雙回路間的電磁干擾，計算表明雙回導線逆相序排列時雙回路間電磁干擾得到了最大程度的抵消[8]，故不平衡度明顯降低。

逆相序排列的電壓不平衡度僅約0.7%，能滿足國家標準要求，推薦同塔雙回架設的線路按逆相序排列以減小線路不平衡度。

表1 各種相序排列同塔雙回架設的特高壓線路不平衡度

2.3 導線對地距離對不平衡度的影響

其他參數相同，計算不同桿塔呼高下的不平衡度，單回和同塔雙回變化曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 特高壓單回線路不同桿塔呼高不平衡度

圖5 特高壓同塔雙回線路不同桿塔呼高不平衡度

可見，導線對地距離對單回架設的特高壓線路不平衡度的影響很小，可以忽略不計。但對于特高壓同塔雙回線路，在46～66 m的桿塔呼高范圍內，隨著導線對地距離的增大，同塔雙回線路不平衡度均先減小后增加，52～56 m桿塔呼高時，線路不平衡度較小。

2.4 水平線間距離對不平衡度的影響

其他參數相同，計算不同水平線間距離的不平衡度，單回和同塔雙回變化曲線分別如圖6、圖7所示。

注：水平線間距離指兩相導線最短的水平距離，地線的水平線間距離也成比例改變。圖6 特高壓單回線路不同水平線間距離不平衡度

注：水平線間距離指中橫檔寬度，其他相導線和地線的水平線間距離也成比例改變。圖7 特高壓同塔雙回線路不同水平線間距離不平衡度

(1)對于三角排列的線路，在不小于約12m的水平線間距離時，不平衡度隨著水平線間距離的減小而減小。這是因為，隨著水平線間距離的減小，三角排列的三相導線越來越趨向于正三角形布置，三相互阻抗越來越趨向于平衡。

(2)對于水平排列的線路，不平衡度隨著水平線間距離的減小而增大。這是因為，水平排列的線路，隨著水平間距離的增加，互感阻抗不平衡的影響也隨之減小。

(3)對于同塔雙回路，隨著水平線間距離的增大，線路不平衡度先減小后增大。18 m水平線間距離時，線路不平衡度較小。

2.5 垂直線間距離對不平衡度的影響

其他參數相同，計算不同垂直線間距離的不平衡度，單回和同塔雙回變化曲線分別如圖8、圖9所示。

圖8 特高壓單回線路不同垂直線間距離不平衡度

圖9 特高壓同塔雙回線路不同垂直線間距離不平衡度

(1)對于三角排列的線路，在垂直線間距離不大于22 m時，隨著垂直線間距離的增大，不平衡度將減小。這是因為，導線水平線距一般都較大，隨著垂直線間距離的增大，三角排列的三相導線越來越趨向于正三角形布置，三相互阻抗、互容抗越來越趨向于平衡。

(2)對于同塔雙回路，隨著垂直線間距離的增大，線路不平衡先減小后增大。20 m垂直線間距離時，線路不平衡度較小。

2.6 輸送功率對不平衡度的影響

其他參數相同，計算不同輸送功率線路的不平衡度，單回變化曲線見圖10。

圖10 特高壓單回線路不同輸送功率線路不平衡度

可見，運行電壓一定的情況下，隨著線路輸送功率的增大，線路不平衡度也增大。這是因為，輸送功率較大時，負載阻抗相對較小，線路三相阻抗占整個系統阻抗比重增大，其造成的線路不平衡度也相應增大。經計算，特高壓同塔雙回線路也有相同規律。

2.7 運行電壓對不平衡度的影響

其他參數相同，計算不同運行電壓線路的不平衡度，單回變化曲線見圖11。

圖11 特高壓單回線路不同運行電壓線路不平衡度變化曲線

可見，輸送功率一定的情況下，隨著運行電壓的升高，線路不平衡度下降。這是因為，運行電壓較大時，負載阻抗相對較大，線路三相阻抗占整個系統阻抗比重減小，其造成的線路不平衡度也相應減小。經計算，特高壓同塔雙回線路也有相同規律。

3 結語

以某1 000 kV特高壓線路為背景，對線路長度、導線相序排列、對地距離、水平線間距離、輸送功率、運行電壓等因素對特高壓線路不平衡度的影響進行了計算和分析，得出了特高壓線路不平衡度的一般規律。

[1]林海雪. 電力系統的三相不平衡[M].北京:中國電力出版社, 1998.

[2]韋剛, 張子陽, 房正良, 等. 多回輸電線路并架的不平衡性分析[J]. 高電壓技術. 2004，30(10)：9-11.

WEI Gang, ZHANG Ziyang, FANG Zhengliang, et al. Analysis of unbalance of the parallel multi-circuit transmission lines[J]. High voltage Engineering, 2004, 30(10):9-11.

[3]李健, 謝幫華, 文武, 等. 750 kV同塔雙回輸電線路電氣不平衡度及換位研究.電力建設[J]. 2007，28(6)：133-135.

LI Jian, XIE Banghua, WEN Wu, et al. Study on electric imbalance and transposition of 750 kV 1-tower double-circuit transmission line[J]. Electric Power Construction, 2007, 28(6): 133-135.

[4]鄒林，林福昌，龍兆芝，等. 輸電線路不平衡度影響因素分析[J]. 電網技術, 2008,(32)(增2): 283-286.

ZHOU Lin, LIN Fuchang, LONG Zhaozhi, et al. Influence factors analysis of unbalance parameter for overhead Lines[J]. Power System Technology, 2008, (32)(supplement 2): 283-286.

[5]張要強，張天光. 1 000 kV同塔雙回輸電線路電氣不平衡度及換位問題研究[J]. 電網技術. 2009，33(1)：1-4.

ZHANG Yaoqiang, ZHANG Tianguang. Research on electric unbalance degree and conductor transposition of 1 000 kV double-circuit transmission line on the same tower[J]. Power System Technology, 2009, 33(1): 1-4.

[6]王曉彤，林集明, 班連庚，等. 1 000 kV同塔雙回線路不平衡度及換位方式分析[J]. 電網技術. 2009，33(5)：1-5.

WANG Xiaotong, LIN Jiming, BAN Liangeng, et al. Analysis on unbalance factor and transposing Modes for 1 000 kV double-circuit transmission lines on the same tower[J]. Power System Technology, 2009, 33(5): 1-5.

[7]電能質量 三相電壓不平衡：GB 15543—2008[S].

[8]陳國慶，張志勁，孫才新，等．500 kV同塔雙回線路導線排列方式對電氣特性的影響[J]．重慶大學學報，2003，26(6)：60-62.

CHEN Guoqing，ZHANG Zhijin，SUN Caixin，et al．Influence ofarrangement manner of lead to the electric characteristic for 500kVdouble circuit transmission line[J]．Journal of Chongqing University，2003，26(6)：60-62.

(本文編輯：嚴 加)

Influencing Factors Analysis for 1 000 kV UHV Transmission Line Unbalance

CHEN Kai1, LIN Zhangsui2, LIN Xiaomin3

(1. Fujian Electric Power Survey & Design Institute, Fuzhou 350003, China;2. State Grid Fujian Province Economic & Technology Institute, Fuzhou 350012, China;3. State Grid Fuzhou Power Supply Company, Fuzhou 350004, China)

Unbalance factor of three phase voltage is an important index of electric quality. Taking a 1 000 kV UHV transmission line as an example, by means of EMTPE software, different influencing factors for 1 000 kV UHV transmission line unbalance are analyzed. The conclusion is the important reference for UHV transmission line design and operation.

ultra high voltage (UHV); unbalance factor; influencing factor

10.11973/dlyny201703001

陳 愷(1981—)，男，碩士，高級工程師，主要從事電力系統規則設計工作。

TM71

A

2095-1256(2017)03-0219-04

2017-03-23