同塔雙回輸電線路一回運行時互感參數(shù)測量的仿真研究

張志剛，鄭雄偉，劉曉冬，左曉節(jié)

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.石家莊供電公司，石家莊 050011)

0 引言

隨著電網(wǎng)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，土地資源變得越來越寶貴，為節(jié)約線路走廊及建設(shè)費用，同塔雙回或多回架設(shè)的高壓輸電線路在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛[1]。這些雙回和多回輸電線路的首端或末7端可能不在同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(發(fā)電廠或變電站母線)上，同時停電將對供電可靠性造成較大影響[2]。采用傳統(tǒng)方法測量雙回輸電線路互感參數(shù)時，必須將雙回線路同時停電，將線路構(gòu)成零序電流回路后，在一回線路上施加零序電流，測量待測線路零序電壓后計算得到二者互感參數(shù)[3]。文獻(xiàn)[4]中提出一種一回停電、一回運行的帶電測量互感參數(shù)的方法，其核心思想是在停電線路上接入試驗電源，施加零序電流后，測量運行線路產(chǎn)生的零序電壓，進(jìn)而計算互感參數(shù)，但采用該方法測量時，運行線路產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流會對操作人員的安全構(gòu)成較大威脅，同時該方法對試驗電源的容量要求較高。

以下通過ATP軟件對220 kV同塔雙回輸電線路進(jìn)行仿真計算，采用運行線路短時非全相運行產(chǎn)生的零序電流作為試驗電源，停運線路首端三相短路，末端三相短路接地，測量停運線路產(chǎn)生的感應(yīng)電壓后計算得出互感參數(shù)。

1 仿真模型的建立

利用ATP軟件建立220 kV同塔雙回輸電線路仿真模型。線路的物理參數(shù)，包括桿塔幾何結(jié)構(gòu)及尺寸、導(dǎo)線物理參數(shù)等，見圖1和表1[5]。

圖1 220 kV同塔雙回輸電線路桿塔尺寸(單位：mm)

考慮現(xiàn)有220 kV電網(wǎng)密集程度，線路長度分別取5 km、10 km、20 km，設(shè)220 kV線路負(fù)荷功率因數(shù)為0.85，大地電阻率取100 Ω·m。

表1 220 kV同塔雙回輸電線路導(dǎo)地線技術(shù)參數(shù)

利用ATP軟件可對耦合多導(dǎo)線輸電線路建立3類仿真模型：分布參數(shù)(包括均勻和非均勻換位)的長線路模型；集中參數(shù)的線路模型，包括π型等值電路模型、RL 耦合電路和系統(tǒng)阻抗(零序、正序、負(fù)序阻抗)模型，分別適用于長線路和短線路的仿真，但工程計算中通?？蓪㈤L線路分段建立π型電路模型，這樣也可在工程精度范圍內(nèi)模擬暫態(tài)波過程；LCC(即線路/電纜模塊)線路模型，較為復(fù)雜，適用于外部過電壓作用下電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真，由于該模型須考慮線路的頻變因素，因此它是最準(zhǔn)確的線路模型，包括Bergeron、PI、JMarti、Noda和Semlyen 5種算法模型[6]。

文章重點分析線路工頻互感參數(shù)，因此采用LCC模型中的PI型線路模型，其優(yōu)點在于只需要輸入輸電線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即自動導(dǎo)出運算所需的電納和阻抗變換矩陣。根據(jù)220 kV電網(wǎng)實際情況，不考慮線路換位，線路仿真接線見圖2。

圖2 220 kV同塔雙回輸電線路仿真接線

2 帶電測量方法

a.在仿真模型的運行線路末端接入電流測量模塊，以測量零序電流。

b.將仿真模型停運線路首端三相短路，末端三相短路接地，并在首端接入電壓測量模塊，以測量感應(yīng)電壓。

c.通過運行線路單相短時“分-合”閘操作，模擬運行線路短時非全相運行，同時測量運行線路末端產(chǎn)生的零序電流和停運線路首段產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，經(jīng)計算后得出互感參數(shù)。

3 線路互感參數(shù)的仿真結(jié)果分析

設(shè)定負(fù)荷電流為10 A、20 A、40 A，仿真結(jié)果見表2。

表2 線路互感參數(shù)的仿真結(jié)果

由表2可看出，互感參數(shù)與負(fù)荷電流大小無關(guān)。運行線路產(chǎn)生的零序電流和停電線路首段零序電壓波形(線路長度10 km，零序電流20 A)分別見圖3、圖4。

圖3 運行線路零序電流波形

圖4 停電線路首段零序電壓波形

4 仿真數(shù)據(jù)與實測結(jié)果對比

采用以上仿真模型，對220 kV廉化雙回輸電線路、220 kV華姚雙回輸電線路、220 kV武景雙回輸電線路的桿塔物理參數(shù)進(jìn)行仿真計算，將得出的互感參數(shù)與采用傳統(tǒng)方法停電實測的雙回路互感參數(shù)進(jìn)行對比，見表3。

表3 實際輸電線路仿真及實測結(jié)果比較

由表3可看出，仿真結(jié)果與停電測量結(jié)果之間的相對誤差最大的是220 kV廉化

雙回輸電線路，誤差為3.09%，最小的是220 kV華姚雙回輸電線路，為0.57%。這是由于220 kV廉化雙回輸電線路位于500 kV廉州變電站和220 kV石化變電站之間，附近的500 kV及220 kV輸電線路比較密集，實際測試時受其它運行線路的影響較大，而在仿真中無法具體量化這些干擾因素，因此二者會有一定誤差。而220 kV華姚雙回輸電線路附近的高壓輸電線路較少，實際測試時的干擾也較小，仿真結(jié)果和實測結(jié)果較為接近。

5 結(jié)論

a.仿真結(jié)果及與實測數(shù)據(jù)對比表明，采用運行線路短時“分-合”閘操作產(chǎn)生零序電流，在停電線路首段測量零序電壓計算雙回輸電線路互感參數(shù)的方法切實可行，且仿真結(jié)果與雙回線路停電測量的結(jié)果較為接近，可滿足實際工程需要。

b.雙回線路互感參數(shù)帶電測量的結(jié)果與運行線路所帶負(fù)荷無關(guān)，在實際操作時，為減小對電網(wǎng)的沖擊，可選擇負(fù)荷較小時進(jìn)行測量。

[1] 張嘉旻，葛榮良．同塔多回輸電技術(shù)特點及其應(yīng)用分析[J]．華東電力，2005，33(7)：23-26.

[2] 盧 明，寧玉紅，馬扶予，等．架空輸電線路工頻參數(shù)的測量及分析[J]．高壓電器，2004，40(3)：218-220，226.

[3] 李建明，朱 康．高壓電氣設(shè)備試驗方法[M]．北京：中國電力出版社，2001.

[4] 李澍森 ，陳曉燕 ，吳彥皎，等．多回平行輸電線路參數(shù)帶電測量[J]．電力系統(tǒng)自動化，2009，33(22)：84-87.

[5] 劉振亞.國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計 220 kV及以下輸電線路分冊[M]．北京：中國電力出版社，2005.

[6] 馮光亮，侯 俊，李建明，等．輸電線路工頻參數(shù)測量中干擾的仿真研究[J]．高電壓技術(shù)，2005，31(6)：9-11.

本文責(zé)任編輯：齊勝濤