曹　卓（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)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(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016）

本文利用EMTP程序?qū)δ?00kV同桿并架雙回線路的電氣特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，計(jì)算了其感應(yīng)電壓以及感應(yīng)電流，以及其對(duì)系統(tǒng)不平衡度的影響。為選取線路接地開(kāi)關(guān)打下了理論依據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后的結(jié)果表明，線路兩端500kV母線出現(xiàn)的最大負(fù)序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發(fā)電機(jī)側(cè)出現(xiàn)的最大負(fù)序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負(fù)序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內(nèi)，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)造成什么危害。

同桿并架；雙回線路；電氣特性

引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)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(shì)［1］。因?yàn)椴扇∪€同桿并架雙回線路具有很多的優(yōu)勢(shì)，比如說(shuō)占地較少、節(jié)省線路，但是也會(huì)引起很多問(wèn)題，比如會(huì)影響系統(tǒng)電氣量的平衡，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行構(gòu)成威脅［2］；另外，同桿雙回路線之間會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的耦合，會(huì)出現(xiàn)非常強(qiáng)的感應(yīng)電流和電壓，因此，在選擇兩端接地開(kāi)關(guān)（ES）以及線路檢修的時(shí)候必須要特別注意；還會(huì)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(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。對(duì)于不換位同桿雙回輸電線路而言，其中有一回是帶電運(yùn)行的，另外一回進(jìn)行停運(yùn)接地檢修的時(shí)候，運(yùn)行線路理論上將在停運(yùn)線路上引起感應(yīng)電流，在停運(yùn)線路切換成備用的時(shí)候線路ES必須要對(duì)這些感應(yīng)電流進(jìn)行切斷［3］。在很多情況下，500kV不換位同桿雙回線停運(yùn)線路會(huì)出現(xiàn)非常大的感應(yīng)電流，這就對(duì)線路側(cè)ES提出了更高的要求，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)可將額定感應(yīng)電壓Un，ind以及電流In，ind劃分成兩類，如表1所示，在進(jìn)行選擇的時(shí)候首先應(yīng)該進(jìn)行基本的計(jì)算分析。

表1　IEC額定感應(yīng)電壓Un，ind和電流In，ind

可以將系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行劃分為下面兩種：①短時(shí)間處于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，指系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱故障造成的運(yùn)行狀態(tài)；②長(zhǎng)時(shí)間處于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，指輸電線路三相負(fù)荷不平衡、參數(shù)出現(xiàn)了不對(duì)稱或者是某些設(shè)備使用不當(dāng)造成的運(yùn)行狀態(tài)。尤其是輸電線路參數(shù)不對(duì)稱造成的系統(tǒng)電壓電流不平衡是時(shí)常發(fā)生的，必須要予以高度重視。在電力系統(tǒng)中由于電壓、電流三相不平衡引起的負(fù)序、零序分量肯定會(huì)給系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行引起一系列問(wèn)題。國(guó)內(nèi)目前雖然有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是出發(fā)點(diǎn)主要還是確保同步電機(jī)的安全，只是規(guī)定了電網(wǎng)負(fù)序電壓以及發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的不平衡度，具體為：國(guó)標(biāo)明確規(guī)定電力系統(tǒng)公共連結(jié)點(diǎn)其正常電壓不平衡許可值為2%；對(duì)于600MW機(jī)組負(fù)序電流不平衡度而言，其最大不得超過(guò)7%。本文主要利用EMTP電磁暫態(tài)仿真程序?qū)δ车?00kV同桿并架雙回線路其電氣特性實(shí)施了分析計(jì)算，主要就是對(duì)系統(tǒng)不平衡度影響、感應(yīng)電壓以及電流、潛供電流等。

1　線路參數(shù)模型

某地500kV同桿并架雙回線路的總長(zhǎng)度為28km，全線不換位。該線路中所使用的導(dǎo)線型號(hào)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(hào)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(shí)導(dǎo)線以垂直方式進(jìn)行排列，下導(dǎo)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(gè)相之間的距離以及各個(gè)相位之間的布置方式如圖1所示。左、右導(dǎo)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(guò)EMTP程序來(lái)進(jìn)行計(jì)算，獲得全線不換位π模型參數(shù)，同時(shí)模擬短路以及開(kāi)路試驗(yàn)的方法來(lái)對(duì)Ⅰ、Ⅱ回以及互感參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如表2所示。

圖1　同桿雙回線路導(dǎo)地線布置示意圖

表2　線路不換位參數(shù)

2　電壓和電流不平衡度的分析計(jì)算

如果輸電線路參數(shù)出現(xiàn)了不對(duì)稱，那么其在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電氣量發(fā)生不平衡，分別利用負(fù)序和零序不平衡度來(lái)對(duì)電流、電壓的不平衡度進(jìn)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(fù)序與零序不平衡度；I2、U2表示的意思為負(fù)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(shù)便會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱問(wèn)題，導(dǎo)致線路阻抗矩陣中的各個(gè)非對(duì)角線元素以及對(duì)角線元素都不相等。通過(guò)對(duì)稱分量法對(duì)其進(jìn)行變換之后，序阻抗矩陣如下所示：

由此可以知道不對(duì)稱線路參數(shù)的序分量之間具有一定的耦合關(guān)系，通過(guò)序間互阻抗能夠?qū)旊娋€路的不平衡度進(jìn)行估算。對(duì)于單回輸電線路而言，如果對(duì)線路電容進(jìn)行省略，則電流不平衡度可以通過(guò)下式進(jìn)行簡(jiǎn)化：I2/I1=Z21/Z11，I0/I1=Z01/Z00；如果將系統(tǒng)阻抗考慮在內(nèi)，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(tǒng)的正序以及零序阻抗。針對(duì)同桿雙回不對(duì)稱線路而言，除開(kāi)每回線路序分量之間存在耦合之外，各個(gè)線路之間也會(huì)具有序分量耦合，如果想要對(duì)同桿雙回線路引起的不平衡進(jìn)行精確的計(jì)算，只是利用上述的序參數(shù)進(jìn)行計(jì)算是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，必須要綜合考慮線路電容不對(duì)稱以及線間序阻抗耦合的影響。通過(guò)EMTP程序可以對(duì)同桿雙回不換位線路以及系統(tǒng)情況進(jìn)行較為真實(shí)的模擬，獲得各節(jié)點(diǎn)電壓以及線路電流的序分量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和電流不平衡度的計(jì)算。所得到的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3　電壓和電流不平衡度（單位：%）

從表3的計(jì)算結(jié)果中可以看出，同桿雙回線不換位，同時(shí)導(dǎo)線根據(jù)逆相序進(jìn)行布置，這時(shí)候線路兩端500kV母線出現(xiàn)的最大負(fù)序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發(fā)電機(jī)側(cè)出現(xiàn)的最大負(fù)序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負(fù)序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內(nèi)，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)造成什么危害。

3　感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流

當(dāng)同桿并架雙回線路中出現(xiàn)一回線停運(yùn)的時(shí)候，因?yàn)檫\(yùn)行平行線路的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，肯定會(huì)在停電線路上引起感應(yīng)電壓以及感應(yīng)電流，這時(shí)候?qū)τ诰€路接地開(kāi)關(guān)造成的影響有如下幾種：①如果在被斷開(kāi)的線路一端斷開(kāi)的情況相愛(ài)來(lái)對(duì)另一端接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，它將開(kāi)斷與關(guān)合電容電流；②如果在被斷開(kāi)的線路一端接地的情況下去對(duì)另一端接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，它將開(kāi)斷與關(guān)合感性電流；③將連續(xù)承載電感性和電容性電流。對(duì)于同桿并架雙回線路其接地開(kāi)關(guān)而言，上述的功能是應(yīng)該具備的。IEC標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)際種都已經(jīng)對(duì)接地開(kāi)關(guān)開(kāi)合感應(yīng)電壓和電流標(biāo)準(zhǔn)做出了明確的規(guī)定，見(jiàn)表1。在弱耦合或者較短的平行線路中較適合使用A類開(kāi)關(guān)；在強(qiáng)耦合或者較長(zhǎng)的平行線路中較適合使用B類開(kāi)關(guān)。另外在很多情況下，感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流還可能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，線路中的接地開(kāi)關(guān)額定值通過(guò)用戶和廠家進(jìn)行協(xié)商確定。

對(duì)感應(yīng)電流以及電壓造成的因素主要有：運(yùn)行線路的負(fù)荷電流、線路電壓、相間及回路間距離、平行線路長(zhǎng)度、線路的換位情況以及導(dǎo)線高度以等。本文中提到的線路屬于強(qiáng)耦合線路，其感應(yīng)電流和電壓將會(huì)高于普通線路，有必要通過(guò)EMTP對(duì)線路兩端的線路接地開(kāi)關(guān)運(yùn)行條件實(shí)施檢驗(yàn)。如表4所示為在線路輸送1200MW潮流，Ⅰ回運(yùn)行而Ⅱ回檢修情況下，線路的感應(yīng)電壓以及感應(yīng)電流結(jié)果。

表4　線路的感應(yīng)電壓以及感應(yīng)電流結(jié)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(xiàn)的電磁耦合而導(dǎo)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(méi)有變化。按照表1中的分類標(biāo)準(zhǔn)，本文的線路接地開(kāi)關(guān)應(yīng)該使用B類，另外，線路間的靜電耦合電壓，也就是容性感應(yīng)電壓高于標(biāo)準(zhǔn)值，需要和廠家進(jìn)行協(xié)商。

4　潛供電流

如果潛供電流以及恢復(fù)電壓的值都非常大的時(shí)候，那么會(huì)使得故障位置的電弧不容易熄滅，導(dǎo)致單相重合閘的動(dòng)作時(shí)間出現(xiàn)延長(zhǎng)。為了使用快速自動(dòng)重合閘并且明確重合閘的動(dòng)作時(shí)間，本位對(duì)線路的潛供電流以及恢復(fù)電壓值進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明線路的潛供電流最大值為7.58A。允許采取快速自動(dòng)重合閘。

5　結(jié)論

（1）本文提到的線路，同桿雙回線不換位，導(dǎo)線根據(jù)逆相序進(jìn)行布置，這時(shí)候線路兩端500kV母線出現(xiàn)的最大負(fù)序電壓不平衡度是0.636%，在甲地發(fā)電機(jī)側(cè)出現(xiàn)的最大負(fù)序電流不平衡度是0.70%。乙地同桿雙回線不換位引起的負(fù)序電壓和電流不平衡度全部在合理的范圍之內(nèi)，對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)造成什么危害。

（2）本線路其接地開(kāi)關(guān)應(yīng)該選取B類，另外，線路間的靜電耦合電壓，也就是容性感應(yīng)電壓高于標(biāo)準(zhǔn)值，需要和廠家進(jìn)行協(xié)商。計(jì)算結(jié)果表明線路的潛供電流最大值為7.58A。允許采取快速自動(dòng)重合閘。

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

［2］俞 波.超高壓同桿并架雙回線路微機(jī)保護(hù)的研究［D］.華北電力大學(xué)，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(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（S1）：45～51.

曹 卓（1983-），男，漢族，工程師，本科，主要從事輸電線路設(shè)計(jì)工作。

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2095-2066（2016）16-0043-02

2016-5-23