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        單雙回混合輸電線路電氣不平衡度影響因素分析

        2015-03-02 07:03:22沈力田開慶曹陶爽楊洪磊
        云南電力技術(shù) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:雙回路同塔負(fù)序

        沈力,田開慶,曹陶爽,楊洪磊

        (中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司,昆明 650051)

        0 前言

        我國現(xiàn)已基本建成連接各大區(qū)域電網(wǎng)、大煤電基地、大水電基地和主要負(fù)荷中心的超/特高壓大電網(wǎng)[1],為實(shí)現(xiàn)全國電網(wǎng)互聯(lián),提升電網(wǎng)優(yōu)化配置,仍需大力推進(jìn)特/高壓電網(wǎng)、不斷新建超/特高壓輸電工程。但是,隨著土地資源的日益緊缺,輸電線路走廊也日益緊張。同塔雙回輸電線路因其具有輸送能力強(qiáng)、工程造價(jià)低、所需出線走廊窄、占地面積少、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)而在現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。但在以能源輸出為主的西南地區(qū),大多同塔雙回輸電線路并非全線都是同塔架設(shè)的,在重冰區(qū)或者是輸電走廊開闊區(qū)域,為保證輸電線路供電可靠性,兩回輸電線路多采用單回路平行架設(shè)方式。

        現(xiàn)已有的關(guān)于輸電線路電氣不平衡度的研究大多是針對(duì)全線同塔雙回架設(shè)線路或全線單回路架設(shè)情況[2-4],鮮有文章針對(duì)同塔雙回路與兩條平行單回路混合架設(shè)的輸電線路進(jìn)行深入分析。本文推導(dǎo)、分析并仿真驗(yàn)證了單雙回混合架設(shè)輸電線路電氣不平衡度產(chǎn)生的原因。采用PSCAD/EMTDC 建立了單雙回混合輸電線路模型,仿真分析了混合輸電線路電氣不平衡度的變化規(guī)律,給出了超/特高壓單雙回輸電線路混合架設(shè)的相關(guān)建議,為今后混合輸電線路的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。

        1 線路不平衡度分析

        1.1 單回線路不平衡度理論分析

        輸電線路主要有電阻、電抗、電導(dǎo)、電納四個(gè)參數(shù),其中,造成輸電線路電氣不平衡的主要參數(shù)是電抗和電納。單回輸電線路模型如圖1所示。

        圖1 單回路三相輸電線路模型

        假設(shè)在線路阻抗上施加對(duì)稱電壓源,根據(jù)電路理論相模變換基本知識(shí),當(dāng)輸電線路對(duì)稱排列,即輸電線路采用正三角排列時(shí),zAA=zBB=zCC=zs,zAB=zBC=zCA=zm,序阻抗矩陣Zsc為一對(duì)角線矩陣,如式(1)所示。

        因?yàn)槭┘釉谌嘧杩股系碾妷簩?duì)稱,所以:

        當(dāng)三相輸電線路不對(duì)稱排列時(shí),以水平排列為例說明,序電流的表達(dá)式為

        由式(3)可以推導(dǎo)出單回路負(fù)序電感不平衡度的近似表達(dá)式為[5]

        從上式中可看出,若不考慮系統(tǒng)阻抗,負(fù)序電感不平衡度隨線路長度的變化基本不變,但在考慮系統(tǒng)阻抗的情況下,負(fù)序電感不平衡度均隨線路長度的增加而增大。

        同理,單回路負(fù)序電容不平衡度的近似表達(dá)式為[5]

        從上式中可看出,負(fù)序電容不平衡度不隨線路長度的變化而變化。

        1.2 同塔雙回線路不平衡度

        與單回路分析方法相同,同塔雙回路負(fù)序電感不平衡度的近似表達(dá)式為[5]

        由式(6)可以看出,同塔雙回輸電線路與單回路有相同的結(jié)論,在考慮系統(tǒng)阻抗的情況下,電氣不平衡度隨線路長度的增加而增大。但是,同塔雙回輸電線路電氣不平衡度的分析更加復(fù)雜,這是因?yàn)橥p回輸電線路不僅存在相間耦合,還存在線間耦合。

        1.3 輸電線路換位原則的現(xiàn)狀

        根據(jù)《110~750 kV 架空送電線路設(shè)計(jì)規(guī)程》(GB 50545-2010)規(guī)定:在中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)中,長度超過100 km 的線路均應(yīng)換位,換位循環(huán)長度不宜大于200 km。規(guī)程僅是針對(duì)單回路做出了規(guī)定,對(duì)于同單雙回混合線路是否適用,有待進(jìn)一步研究。本文將針對(duì)這一問題進(jìn)行仿真分析計(jì)算。

        2 單雙回混合線路不平衡度

        2.1 不平衡度仿真模型

        本文搭建單雙回混合輸電線路模型如圖2 所示,設(shè)首端運(yùn)行電壓為525 kV,末端運(yùn)行電壓為500 kV,兩端電源正序阻抗和負(fù)序阻抗相等,為Zm1=Zm2=Zn1=Zm2=j49.45Ω,送端和受端零序阻抗Zm0=Zn0=j46.53Ω。單雙回混合線路全長100 km,導(dǎo)線采用4×JL/G1A-400/50 鋼芯鋁絞線,分裂導(dǎo)線間距為400 mm,兩根地線采用JLB20AC-120 鋁包鋼絞線,土壤電阻率取300 Ω·m,線路采用貝杰龍模型。

        圖2 單雙回混合輸電線路模型

        2.2 單雙回混合線路不平衡度影響因素分析

        2.2.1 不同相序排列下的不平衡度計(jì)算

        同塔雙回輸電線路共有6 種排序方式,如表1 所示。

        表1 同塔雙回輸電線路相序排列

        同理,定義兩個(gè)單回同走廊輸電線路的排序方式,如表2 所示。

        表2 兩個(gè)單回同走廊輸電線路的排序方式

        如圖2 所示的單雙回混合輸電線路的排序方式共有216 種,這里雙回路部分采用同一種排序方式,且四種異相序排列中僅以異相序3 為例說明,保持系統(tǒng)參數(shù)和塔頭尺寸不變,單、雙回路部分分別為25 km 和75 km,不同排序方式下首端的電氣不平衡度計(jì)算結(jié)果,綜合考慮電壓不平衡度和電流不平衡度,對(duì)于單雙回混合輸電線路,本文優(yōu)先推薦采用同-逆排列方式、其次推薦逆-逆排列方式。

        2.2.2 線路分布對(duì)不平衡度影響

        如圖2 所示的仿真模型,假設(shè)輸電線路總長度為100 km,其中,兩個(gè)單回路并行架設(shè)長度為25 km,同塔雙回路部分長度為75 km。單回路部分采用同相序排列,同塔雙回路部分采用逆相序排列,單、雙回線路不同分布情況下的電氣不平衡度計(jì)算結(jié)果可以看出,在相序排列方式且單、雙回路線路長度一定的情況下,混合線路的單雙回分布對(duì)電氣不平衡度基本沒有影響。

        同樣,假設(shè)線路總長度為100 km,單回路部分采用同相序排列,同塔雙回路部分采用逆相序排列,單回路部分由0 km 增加至90 km 的電氣不平衡度可以看出,對(duì)于單、雙回混合線路,負(fù)序電壓不平衡度和負(fù)序電流不平衡度隨著單回路長度增加先減小后增大;零序電壓不平衡度和零序電流不平衡度隨著單回路長度增加而減小,如圖3 所示。

        圖3 單回線路不同長度下的電氣不平衡度

        綜合上述分析可以看出,對(duì)于本線路而言,單回路占30%~40%為宜。這里需要注意的是,對(duì)于其他混合線路,該結(jié)論會(huì)因塔頭尺寸、線路參數(shù)等的不同而略有不同。

        2.2.3 線路長度對(duì)不平衡度影響

        單回路部分采用同相序排列,同塔雙回路部分采用逆相序排列,單、雙回路線路長度各占總長度的一半,不同總長度下的電氣不平衡度數(shù)據(jù)可以看出,負(fù)序電壓不平衡度、負(fù)序電流不平衡度、零序電壓不平衡度和零序電流不平衡度都隨線路長度的增加而增大。

        2.2.4 傳輸功率對(duì)不平衡度影響

        對(duì)于單雙回混合線路,線路之間存在相間耦合和線間耦合,因此當(dāng)線路輸送功率變化時(shí),耦合強(qiáng)弱也不同,導(dǎo)致電氣不平衡度不同。假設(shè)線路總長度為100 km,其中兩個(gè)單回路并行架設(shè)25 km,同塔雙回路部分75 km。單回路部分采用同相序排列,同塔雙回路部分采用逆相序排列,不同傳輸功率下的電氣不平衡度同樣,單回路部分采用同相序排列,同塔雙回路部分采用同相序排列,由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,無論是在同-逆排列方式下,還是在同-同方列方式下,電壓不平衡度隨輸送功率的增大而增大;電流不平衡度雖然隨功率的增大而有所增大,但是增量不明顯。這是因?yàn)殡妷翰粚?duì)稱是線路互感造成的,而電流不對(duì)稱是線路分布電容造成的,輸送功率的增大會(huì)加強(qiáng)線路間的磁耦合,而對(duì)靜電感應(yīng)大小影響不大。

        3 結(jié)束語

        本文利用PSCAD/EMTP 軟件建立了單雙回混合輸電線路模型,對(duì)影響電氣不平衡度的主要因素:相序排列方式、單雙回線路分布、線路長度和傳輸功率等進(jìn)行建模仿真,并利用Matlab 軟件進(jìn)行計(jì)算分析,得出結(jié)論如下:

        1)對(duì)于單雙回混合線路,采用同-同相序排列方式,電壓不平衡度最大,采用異-異相序排列方式,電壓不平衡度最小,但在同-異、異-異、逆-異相序排列方式下,電流不平衡度較大。綜合考慮電壓與電流不平衡度,在實(shí)際單雙回混合線路中,優(yōu)先考慮同-逆排列方式或逆-逆排列方式。

        2)單、雙回路線路長度一定的情況下,混合線路的單雙回分布對(duì)電氣不平衡度基本沒有影響。在總長度一定的情況下,負(fù)序電壓不平衡度和負(fù)序電流不平衡度隨著單回路長度增加先減小后增大;零序電壓不平衡度和零序電流不平衡度隨著單回路長度增加而減小,因此,對(duì)于實(shí)際混合線路,通過仿真分析可以找到一個(gè)合適的單雙回比例,使得電氣不平衡度最小。

        3)負(fù)序電壓不平衡度、負(fù)序電流不平衡度、零序電壓不平衡度和零序電流不平衡度都隨線路長度的增加而增大。

        4)無論是在同-逆排列方式下,還是在同-同方列方式下,電壓不平衡度隨輸送功率的增大而增大;電流不平衡度雖然隨功率的增大而有所增大,但是增量不明顯。

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