熊 剛，劉 佳

（1.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北武漢 430072;2.重慶市電力公司超高壓局，重慶 400039）

0 引言

隨著電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，變電站分布密度不斷增加，導(dǎo)致站間距離不斷縮短。電網(wǎng)中短距離、超短距離輸電線路已不鮮見，且輸送容量巨大，導(dǎo)線多采用分裂導(dǎo)線。為提高可靠性，站間聯(lián)絡(luò)線多為雙回配置。由于保護(hù)、通訊及安控通道多為光纖與載波共用，從而阻波器在變電站雙回間隔內(nèi)不一定對(duì)稱配置。在中長(zhǎng)輸電線路中可以忽略工頻阻抗的阻波器，在超短距離輸電線路阻抗中占有相當(dāng)大比例。阻波器不對(duì)稱配置將導(dǎo)致輸電線路阻抗嚴(yán)重不平衡，引起潮流異常。本文在對(duì)超短距離輸電線路進(jìn)行模型計(jì)算后，得出高感抗阻波器不適用于阻波器不對(duì)稱配置的超短距離輸電線路的結(jié)論。

1 阻波器主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)

1.1 阻波器主要結(jié)構(gòu)

阻波器作為高頻結(jié)合加工設(shè)備，串接在高壓輸電線中載波信號(hào)連接點(diǎn)與相鄰的電力系統(tǒng)元件(如母線、變壓器等)之間。并聯(lián)于主線圈的調(diào)諧裝置，可使阻波器在一個(gè)、多個(gè)載波頻率點(diǎn)或邊疆的載波頻帶內(nèi)呈現(xiàn)較高的阻抗。一般由電感形式的主線圈、調(diào)諧裝置以及保護(hù)元件組成。圖1中a和b給出了典型的阻波器電路。

為方便設(shè)備選型和生產(chǎn)，現(xiàn)阻波器多為額定感抗1.0mH及以上的寬頻帶調(diào)諧阻波器。

1.2 主線圈真實(shí)電感與頻率的關(guān)系

阻波器是空心線圈的一個(gè)特例，其總電感由兩部分組成:

(1)環(huán)繞線圈并與繞組相鏈的磁通引起的外電感;

圖1 阻波器電路

(2)導(dǎo)體內(nèi)部磁通引起的內(nèi)電感。

由于電流位移的作用(集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng))，內(nèi)電感隨頻率的升高而減小。對(duì)阻波器而言，額定電感為主線圈在100kHz的最低保證電感值。工頻電感與額定電感相差值生產(chǎn)廠家一般按10%控制，即工頻電感為額定電感的1.1倍。真實(shí)電感與頻率的關(guān)系如圖2所示。

圖2 主線圈真實(shí)電感與頻率的關(guān)系

Lt－真實(shí)電感;L0－工頻電感;LtN－額定電感;f0－工頻

2 一個(gè)超短距離輸電線路潮流異常實(shí)例

2.1 現(xiàn)象

2007年重慶電網(wǎng)220kV陳學(xué)東西線投運(yùn)后即出現(xiàn)線路潮流異常，表現(xiàn)為陳學(xué)東線C相電流明顯低于本回及陳學(xué)西線A、B相，同時(shí)陳學(xué)西線C相電流明顯增大，陳學(xué)西線潮流不平衡度達(dá)1.27，陳學(xué)東線潮流不平衡度達(dá)1.53，具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 陳學(xué)東西線C相電流

220kV陳學(xué)東西線連接重慶超高壓局500kV陳家橋變電站與沙坪壩供電局2007年新建成的220kV大學(xué)城變電站，線路長(zhǎng)度約2.7km。導(dǎo)線為4分裂LGJ-400/35，同塔雙回敷設(shè)。陳學(xué)東西線通過兩端變電站母聯(lián)斷路器合環(huán)，并聯(lián)運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。陳學(xué)西為光纖保護(hù)，未安裝阻波器。陳學(xué)東在兩端C相各安裝阻波器1臺(tái)，型號(hào)XZK-3150-1.0/50-T6，用于陳家橋-梅花山安控載波通道。

圖3 220千伏陳學(xué)東西線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 潮流異常的危害

線路潮流異常會(huì)產(chǎn)生較大零序電流，對(duì)安全穩(wěn)定運(yùn)行危害極大，特別是對(duì)保護(hù)裝置影響尤為突出，主要表現(xiàn)為:

(1)導(dǎo)致保護(hù)裝置頻繁啟動(dòng);

(2)當(dāng)發(fā)生TV斷線的時(shí)候，若二次零序電流大于0.87A時(shí)，將會(huì)引起TV斷線零序電流保護(hù)動(dòng)作出口跳閘;

(3)陳學(xué)東西線重合閘運(yùn)行方式為單重，當(dāng)發(fā)生單相瞬時(shí)故障，某相重合閘動(dòng)作時(shí)，可能會(huì)因?yàn)楹祥l時(shí)零序電流大于0.87A(而此時(shí)故障已消失，該零序電流為正常負(fù)荷造成的)，引起零序后加速動(dòng)作，造成重合閘不成功;

(4)隨著一次不平衡度的增加，當(dāng)零序電流大于0.5A時(shí)，裝置有可能報(bào)TA斷線，影響裝置的正常運(yùn)行。

2.3 前期檢查

通過電流數(shù)據(jù)可以清晰看到陳學(xué)東線C相有約70A電流分流到陳學(xué)西線C相。由于線路并聯(lián)運(yùn)行，端電壓相同，故導(dǎo)致該故障必然是回路阻抗不平衡。期間對(duì)站內(nèi)設(shè)備和線路進(jìn)行紅外測(cè)溫，未見異常。在2008年2月，分別對(duì)兩端變電站陳學(xué)東間隔設(shè)備的直流電阻進(jìn)行檢查，未見異常。檢查陳學(xué)東西線路參數(shù)檢測(cè)報(bào)告，陳學(xué)東西線路阻抗平衡。在排除線路和站內(nèi)設(shè)備接觸不良后唯一可能為陳學(xué)東C相阻波器引起回路阻抗不平衡。

2.4 超短線路模型

通常對(duì)于線路長(zhǎng)度小于5km的架空線路可以作為超短距離線路看待。這時(shí)線路參數(shù)中電容影響可以忽略，電阻和電感作為集中參數(shù)處理。線路電氣模型可以等效為R－L串聯(lián)電路，如圖4。

圖4 220千伏陳學(xué)東西線C相模型等效電路圖

R1—陳學(xué)東線路電阻;L1—陳學(xué)東線路電感;

L3，L4—陳學(xué)東線路阻波器工頻電感;

R2—陳學(xué)西線路電阻;L2—陳學(xué)西線路電感;

2.5 線路電流計(jì)算

陳學(xué)東線路長(zhǎng)度2.791km，C相正序電阻R1=0.109Ω，L1=2.1mh，L3=L4=1.1 mh，

線路C相正序工頻感抗X1、阻抗Z1可以由下式計(jì)算:

陳學(xué)西線路長(zhǎng)度2.772km，C相正序電阻R2=0.103Ω，L2=2.1mh，線路C相正序工頻感抗X2、阻抗Z2可以由下式計(jì)算:

線路壓降:

陳學(xué)東線C相電流

陳學(xué)東線C相計(jì)算電流168.501A與實(shí)際測(cè)量值177A大致吻合，陳學(xué)東線C相電流由于阻波器電抗影響，滯后陳學(xué)西線C相電流4.26o。據(jù)此可以斷定陳學(xué)東西線路潮流異常原因?yàn)殛悓W(xué)東C相阻波器電抗引起陳學(xué)東西線C相阻抗不平衡。

2.6 整改方案及參數(shù)驗(yàn)算

由于陳學(xué)東線路C相正序工頻阻抗Z1=1.3546Ω，為陳學(xué)東線路C相正序工頻阻抗Z2的2.03倍，為減小Z1，必須盡量減小阻波器工頻電感L3，L4。選用額定電感選為0.1mh的低電感阻波器，則有陳學(xué)東線路阻波器工頻電感L3=L4=0.11mh。利用①、②、⑥式重新驗(yàn)算有:

可見線路潮流基本平衡，陳學(xué)東線潮流不平衡度1.1，比實(shí)際潮流不平衡度1.53大為減少，同時(shí)陳學(xué)東西線路電流相位差由－4.26°減小為－0.37°。

2.7 實(shí)際整改效果

2008年6 月，選用額定電感為0.1mh的XZK-3150-0.1/50型窄帶低電感阻波器對(duì)陳學(xué)東C相線路兩端阻波器進(jìn)行更換。投運(yùn)后電流如表2所示。

表2 改造后陳學(xué)東西線C相電流

由于陳學(xué)東C相阻抗大為降低，故陳學(xué)東三相電流基本保持平衡，潮流不平衡度為1.07。陳學(xué)西線由于陳學(xué)東線的分流大為減少，三相電流也恢復(fù)平衡，潮流不平衡度1.11。雖然阻波器的影響依然可見(陳學(xué)東C相電流依然最小)，但其對(duì)潮流影響的程度已經(jīng)低于負(fù)荷不平衡的影響(陳學(xué)西C相電流不為最大)，可見改造效果較為理想。

3 結(jié)論

通過陳學(xué)東、陳學(xué)西線路的計(jì)算，可以看出在中長(zhǎng)輸電線路中可以忽略工頻阻抗的阻波器，在超短距離輸電線路阻抗中占有相當(dāng)大比例?！督涣麟娏ο到y(tǒng)阻波器》GB/T 7330-1998中規(guī)定的“阻波器工頻阻抗可忽略不計(jì)”，不適用于超短距離輸電線路。設(shè)計(jì)人員在校核線路參數(shù)時(shí)必須考慮阻波器的影響。阻波器不對(duì)稱配置應(yīng)選用低感抗型號(hào)阻波器，避免輸電線路阻抗嚴(yán)重不平衡，引起潮流異常。高感抗阻波器不適用于阻波器不對(duì)稱配置的超短距離輸電線路。

［1］ GBT 7330-2008，交流電力系統(tǒng)阻波器［S］.

［2］ 尹克寧.電力工程［M］.北京:水利電力出版社，1987.

［3］ 李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，1993.