烏小鋒

（陜西省電力設(shè)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(shè)，可增大單位輸電走廊的輸送容量，節(jié)省占地和工程投資，是解決線路通道問題的優(yōu)選方案，尤其在走廊緊張地區(qū)優(yōu)勢更加突出。但是不同電壓等級四回同塔架設(shè)，由于導(dǎo)線的間距及對地位置不對稱，會造成每個回路三相導(dǎo)線參數(shù)不平衡，在線路運行時產(chǎn)生不對稱電流和不對稱電壓[1-2]。當(dāng)系統(tǒng)電壓、電流的不平衡度超過允許水平時，會產(chǎn)生巨大危害[3-6]。輕者增加損耗，降低供電質(zhì)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(shè)的750 kV西安南輸變電工程而言是十分必要的。

1 計算參數(shù)

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(shè)計，其余按單回路設(shè)計。

西安南—戶縣330 kV輸電線路，長約14 km，均按雙回同塔設(shè)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(shè)，見圖1。

1.2 導(dǎo)、地線參數(shù)

本工程導(dǎo)、地線參數(shù)見表1。

四回路導(dǎo)線與各電壓雙回路相同，地線采用750 kV地線。

1.3 桿塔結(jié)構(gòu)

四回線路導(dǎo)線布置均采用垂直布置，具體如圖2所示。

1.4 導(dǎo)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(dǎo)、地線參數(shù)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(tǒng)運行參數(shù)

線路兩側(cè)系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)仿真軟件PSCAD（Power Systems Computer Aided Design）上建立了系統(tǒng)模型進行計算及仿真。

根據(jù)項目研究需要，采用輸入幾何參數(shù)的頻率決定參數(shù)模型來仿真同塔雙回線的電磁暫態(tài)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(shù)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(tài)仿真結(jié)果進行，首先在PSCAD上建立桿塔和線路模型，輸入系統(tǒng)的阻抗參數(shù)進行暫態(tài)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(biāo)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(huán)電流的計算方法

在線路為單回線路時，可以使用2.1節(jié)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(jīng)過線路流向系統(tǒng)，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(huán)電流。一般而言，穿越電流與兩側(cè)系統(tǒng)的阻抗相關(guān)，而循環(huán)電流主要與線路的換位方式密切相關(guān)。

假設(shè)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(huán)電流如圖4所示。

圖4 負序循環(huán)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(huán)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(biāo)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(huán)電流的負序和零序分量后，循環(huán)電流的負序和零序指標(biāo)定義如下：F2/F1循環(huán)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(huán)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(jié)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(dāng)，因此循環(huán)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(xiàn)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(huán)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(jié)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(jié)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(huán)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(xiàn)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(jié)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(huán)電流與I回或者II回的幅值接近。計算結(jié)果如表8所示。

小方式下，330 kV的電流不平衡度計算結(jié)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(xiàn)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(huán)電流與穿越電流相當(dāng)。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(huán)電流幅值較大。計算結(jié)果如表9所示。雖然此時線路的零序循環(huán)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(tǒng)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(huán)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(huán)電流僅有0.2%和0.7%，而采用11號布置時，負序循環(huán)電流為2%以上。

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

4 結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)論：

1）四回線路采用的結(jié)構(gòu)對750 kV線路不平衡度影響較小，影響結(jié)果在0.3%以內(nèi)，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(huán)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(huán)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(jīng)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(jié)果與所提供方式相關(guān)，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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