陳 愷，林章歲，林曉敏

(1.福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，福州 350003；2.國(guó)網(wǎng)福建省經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，福州 350012；3.國(guó)網(wǎng)福州供電公司，福州 350004)

電網(wǎng)技術(shù)

1 000 kV特高壓輸電線(xiàn)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(cè)設(shè)計(jì)院，福州 350003；2.國(guó)網(wǎng)福建省經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，福州 350012；3.國(guó)網(wǎng)福州供電公司，福州 350004)

三相電壓不平衡狀況是電能質(zhì)量主要指標(biāo)之一。以某1 000 kV特高壓線(xiàn)路為背景，應(yīng)用電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)及電力電子數(shù)字仿真(EMTPE)軟件對(duì)特高壓線(xiàn)路不平衡度的各種影響因素進(jìn)行計(jì)算分析，其結(jié)論將為特高壓線(xiàn)路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供重要參考。

特高壓；不平衡度；影響因素

電力系統(tǒng)三相電壓不平衡狀況是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，三相電壓不平衡度過(guò)大將導(dǎo)致一系列問(wèn)題[1]，如旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)熱和振動(dòng)，變壓器漏磁增加和局部過(guò)熱，電網(wǎng)線(xiàn)損增大及各種保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)等等。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》(GB/T 15543—2008)的要求，需要對(duì)系統(tǒng)電壓、電流的不平衡度進(jìn)行控制。

線(xiàn)路不平衡度受線(xiàn)路三相參數(shù)不對(duì)稱(chēng)度及線(xiàn)間電磁耦合的作用[2-3]，而參數(shù)不對(duì)稱(chēng)度和相序排列、導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離、水平線(xiàn)間距離等緊密相關(guān)，線(xiàn)間電磁耦合還與運(yùn)行電壓、輸送功率等相關(guān)。研究影響不平衡度的因素，對(duì)于輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有重要的意義[4]。

國(guó)內(nèi)僅少數(shù)研究人員對(duì)1 000 kV特高壓線(xiàn)路的不平衡度進(jìn)行了研究，且未進(jìn)行全面的特高壓線(xiàn)路不平衡度影響因素的研究[5-6]。文獻(xiàn)[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(xiàn)路的電氣不平衡度和換位問(wèn)題；文獻(xiàn)[6]對(duì)淮南—皖南特高壓同塔雙回線(xiàn)路的不平衡度進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)不同換位方式下的不平衡度、潛供電流和恢復(fù)電壓、感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流進(jìn)行比較，提出淮皖線(xiàn)的推薦換位方式。

本文為滿(mǎn)足特高壓工程前期工作需要，以某特高壓線(xiàn)路(約303 km)為背景，應(yīng)用電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)及電力電子數(shù)字仿真(EMTPE)軟件研究各影響因素對(duì)線(xiàn)路不平衡度的影響，供特高壓線(xiàn)路設(shè)計(jì)和運(yùn)行參考。

1 不平衡度計(jì)算方法

1.1 不平衡度定義

文獻(xiàn)[7]對(duì)不平衡度的定義為：“三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負(fù)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?！庇捎谖墨I(xiàn)[7]對(duì)不平衡度的限值要求為電壓不平衡度，如無(wú)特別說(shuō)明，本文不平衡度計(jì)算結(jié)果均指電壓不平衡度。

1.2 不平衡度計(jì)算方法

工程應(yīng)用中有兩種比較實(shí)用的方法計(jì)算電壓、電流不平衡度：手冊(cè)方法[8]和仿真方法[2-3]。手冊(cè)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(duì)特高壓線(xiàn)路的不平衡度進(jìn)行計(jì)算和分析。

架空線(xiàn)路用型等值電路模擬，根據(jù)架空線(xiàn)路位置及相關(guān)參數(shù)，采用EMTPE線(xiàn)路支持程序計(jì)算線(xiàn)路電氣參數(shù)。結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式計(jì)算電壓不平衡度。

輸電線(xiàn)路的電壓不平衡度與線(xiàn)路參數(shù)、線(xiàn)路兩端系統(tǒng)等值阻抗、輸送容量大小有關(guān)。忽略線(xiàn)路首端系統(tǒng)阻抗、線(xiàn)路另一端系統(tǒng)等值阻抗取值則根據(jù)傳輸功率、傳輸電壓和功率因數(shù)來(lái)計(jì)算，得出線(xiàn)路末端的三相值，然后利用相-序變換矩陣求解正、負(fù)、零序分量，每回線(xiàn)路轉(zhuǎn)換見(jiàn)式(1)。

(1)

a=ej120

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公式計(jì)算電壓不平衡度εu。

2 特高壓輸電線(xiàn)路不平衡度影響因素分析

2.1 線(xiàn)路長(zhǎng)度和導(dǎo)線(xiàn)排列方式對(duì)不平衡度的影響

為研究線(xiàn)路長(zhǎng)度對(duì)不平衡度的影響，假定線(xiàn)路不換位。導(dǎo)線(xiàn)排列方式分別選用了單回架設(shè)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(dǎo)地線(xiàn)排列

不同線(xiàn)路長(zhǎng)度下三角、水平排列的不平衡度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 單回架設(shè)特高壓線(xiàn)路不同長(zhǎng)度不平衡度

(1)1 000 kV特高壓輸電線(xiàn)路不平衡度隨著線(xiàn)路長(zhǎng)度的增加而增大。這是因?yàn)椴黄胶怆娙蓦娏麟S著線(xiàn)路長(zhǎng)度的增加而增大。經(jīng)計(jì)算，特高壓同塔雙回線(xiàn)路也有相同規(guī)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(xiàn)路在長(zhǎng)度約590 km時(shí)不平衡度才超過(guò)2%的限值要求，而采用水平排列的線(xiàn)路在長(zhǎng)度約170 km時(shí)不平衡度就超過(guò)了2%的限值[5]，從而可以看出導(dǎo)線(xiàn)排列方式對(duì)線(xiàn)路不平衡度的影響較大。

(3)1 000 kV特高壓輸電線(xiàn)路不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致的電流、電壓不平衡表現(xiàn)為互阻抗、互容抗的不平衡，而輸電線(xiàn)路互阻抗、互容抗跟相間距離有關(guān)。平行排列的線(xiàn)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(xiàn)路不平衡度較小。

2.2 相序排列對(duì)不平衡度的影響

為研究不同相序排列對(duì)不平衡度的影響，結(jié)合福建電網(wǎng)實(shí)際，選擇常用的鼓型塔進(jìn)行研究。根據(jù)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(dǎo)地線(xiàn)排列見(jiàn)圖3。

圖3 同塔雙回逆相序排列鼓型塔導(dǎo)地線(xiàn)排列

各種相序排列的電壓和電流不平衡度比較見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，導(dǎo)線(xiàn)相序排列方式對(duì)雙回輸電線(xiàn)路不平衡度影響較大，雙回路逆相序排列時(shí)不平衡度最小。這是因?yàn)殡p回輸電線(xiàn)路的不平衡度不僅與單回三相間的互阻抗、互容抗參數(shù)有關(guān)，更取決于雙回路間的電磁干擾，計(jì)算表明雙回導(dǎo)線(xiàn)逆相序排列時(shí)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(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，推薦同塔雙回架設(shè)的線(xiàn)路按逆相序排列以減小線(xiàn)路不平衡度。

表1 各種相序排列同塔雙回架設(shè)的特高壓線(xiàn)路不平衡度

2.3 導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離對(duì)不平衡度的影響

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

圖4 特高壓?jiǎn)位鼐€(xiàn)路不同桿塔呼高不平衡度

圖5 特高壓同塔雙回線(xiàn)路不同桿塔呼高不平衡度

可見(jiàn)，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離對(duì)單回架設(shè)的特高壓線(xiàn)路不平衡度的影響很小，可以忽略不計(jì)。但對(duì)于特高壓同塔雙回線(xiàn)路，在46～66 m的桿塔呼高范圍內(nèi)，隨著導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離的增大，同塔雙回線(xiàn)路不平衡度均先減小后增加，52～56 m桿塔呼高時(shí)，線(xiàn)路不平衡度較小。

2.4 水平線(xiàn)間距離對(duì)不平衡度的影響

其他參數(shù)相同，計(jì)算不同水平線(xiàn)間距離的不平衡度，單回和同塔雙回變化曲線(xiàn)分別如圖6、圖7所示。

注：水平線(xiàn)間距離指兩相導(dǎo)線(xiàn)最短的水平距離，地線(xiàn)的水平線(xiàn)間距離也成比例改變。圖6 特高壓?jiǎn)位鼐€(xiàn)路不同水平線(xiàn)間距離不平衡度

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

(1)對(duì)于三角排列的線(xiàn)路，在不小于約12m的水平線(xiàn)間距離時(shí)，不平衡度隨著水平線(xiàn)間距離的減小而減小。這是因?yàn)椋S著水平線(xiàn)間距離的減小，三角排列的三相導(dǎo)線(xiàn)越來(lái)越趨向于正三角形布置，三相互阻抗越來(lái)越趨向于平衡。

(2)對(duì)于水平排列的線(xiàn)路，不平衡度隨著水平線(xiàn)間距離的減小而增大。這是因?yàn)?，水平排列的線(xiàn)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(duì)于同塔雙回路，隨著水平線(xiàn)間距離的增大，線(xiàn)路不平衡度先減小后增大。18 m水平線(xiàn)間距離時(shí)，線(xiàn)路不平衡度較小。

2.5 垂直線(xiàn)間距離對(duì)不平衡度的影響

其他參數(shù)相同，計(jì)算不同垂直線(xiàn)間距離的不平衡度，單回和同塔雙回變化曲線(xiàn)分別如圖8、圖9所示。

圖8 特高壓?jiǎn)位鼐€(xiàn)路不同垂直線(xiàn)間距離不平衡度

圖9 特高壓同塔雙回線(xiàn)路不同垂直線(xiàn)間距離不平衡度

(1)對(duì)于三角排列的線(xiàn)路，在垂直線(xiàn)間距離不大于22 m時(shí)，隨著垂直線(xiàn)間距離的增大，不平衡度將減小。這是因?yàn)椋瑢?dǎo)線(xiàn)水平線(xiàn)距一般都較大，隨著垂直線(xiàn)間距離的增大，三角排列的三相導(dǎo)線(xiàn)越來(lái)越趨向于正三角形布置，三相互阻抗、互容抗越來(lái)越趨向于平衡。

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

2.6 輸送功率對(duì)不平衡度的影響

其他參數(shù)相同，計(jì)算不同輸送功率線(xiàn)路的不平衡度，單回變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖10。

圖10 特高壓?jiǎn)位鼐€(xiàn)路不同輸送功率線(xiàn)路不平衡度

可見(jiàn)，運(yùn)行電壓一定的情況下，隨著線(xiàn)路輸送功率的增大，線(xiàn)路不平衡度也增大。這是因?yàn)椋斔凸β瘦^大時(shí)，負(fù)載阻抗相對(duì)較小，線(xiàn)路三相阻抗占整個(gè)系統(tǒng)阻抗比重增大，其造成的線(xiàn)路不平衡度也相應(yīng)增大。經(jīng)計(jì)算，特高壓同塔雙回線(xiàn)路也有相同規(guī)律。

2.7 運(yùn)行電壓對(duì)不平衡度的影響

其他參數(shù)相同，計(jì)算不同運(yùn)行電壓線(xiàn)路的不平衡度，單回變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖11。

圖11 特高壓?jiǎn)位鼐€(xiàn)路不同運(yùn)行電壓線(xiàn)路不平衡度變化曲線(xiàn)

可見(jiàn)，輸送功率一定的情況下，隨著運(yùn)行電壓的升高，線(xiàn)路不平衡度下降。這是因?yàn)?，運(yùn)行電壓較大時(shí)，負(fù)載阻抗相對(duì)較大，線(xiàn)路三相阻抗占整個(gè)系統(tǒng)阻抗比重減小，其造成的線(xiàn)路不平衡度也相應(yīng)減小。經(jīng)計(jì)算，特高壓同塔雙回線(xiàn)路也有相同規(guī)律。

3 結(jié)語(yǔ)

以某1 000 kV特高壓線(xiàn)路為背景，對(duì)線(xiàn)路長(zhǎng)度、導(dǎo)線(xiàn)相序排列、對(duì)地距離、水平線(xiàn)間距離、輸送功率、運(yùn)行電壓等因素對(duì)特高壓線(xiàn)路不平衡度的影響進(jìn)行了計(jì)算和分析，得出了特高壓線(xiàn)路不平衡度的一般規(guī)律。

[1]林海雪. 電力系統(tǒng)的三相不平衡[M].北京:中國(guó)電力出版社, 1998.

[2]韋剛, 張子陽(yáng), 房正良, 等. 多回輸電線(xiàn)路并架的不平衡性分析[J]. 高電壓技術(shù). 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(xiàn)路電氣不平衡度及換位研究.電力建設(shè)[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(xiàn)路不平衡度影響因素分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 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(qiáng)，張?zhí)旃? 1 000 kV同塔雙回輸電線(xiàn)路電氣不平衡度及換位問(wèn)題研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù). 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(xiàn)路不平衡度及換位方式分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù). 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(zhì)量 三相電壓不平衡：GB 15543—2008[S].

[8]陳國(guó)慶，張志勁，孫才新，等．500 kV同塔雙回線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)排列方式對(duì)電氣特性的影響[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，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(yán) 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(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)則設(shè)計(jì)工作。

TM71

A

2095-1256(2017)03-0219-04

2017-03-23