同塔雙回線路對應(yīng)相短接運行對線路參數(shù)的影響

劉 沖， 牛陳靈， 顏軍敏， 潘益?zhèn)?/p>

(1.溫州電力局，浙江溫州325000;2.溫州電力建設(shè)有限公司，浙江 溫州325000)

0 引言

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其各相相序的準(zhǔn)確性關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。其工頻參數(shù)如正序參數(shù)、零序參數(shù)和互感參數(shù)可為電力系統(tǒng)潮流計算和繼電保護(hù)整定計算提供實際數(shù)據(jù)，對保證線路正常運行和繼電保護(hù)正確動作具有十分重要的意義［1-2］。這些參數(shù)的計算往往比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確計算架設(shè)線路環(huán)境對線路參數(shù)的影響，所以直接以導(dǎo)線的出廠參數(shù)作為線路參數(shù)是不合適的。而且由于長期投運后導(dǎo)線的老化、土壤電阻率變化或者氣候、環(huán)境及地理等因素的影響，都可能會使線路參數(shù)發(fā)生或多或少的變化，因此，對線路參數(shù)需要進(jìn)行現(xiàn)場測量，而且還要定期進(jìn)行測量。

同塔雙回線由于在一個桿塔上架設(shè)了兩回線路，大大節(jié)約了成本和線路走廊，在輸電線路的架設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是其運行方式的不同，會對線路的各個參數(shù)產(chǎn)生不同的影響。本文將對線路工頻參數(shù)、線路起暈電壓以及雷電參數(shù)等的影響分別進(jìn)行討論。

1 被測線路基本情況

溫州電力局高壓修試工區(qū)高試班對所轄的220 kV A站-110 kV B站之間的110 kV聯(lián)絡(luò)線的線路參數(shù)進(jìn)行了測量，本線路自線路從220 kV A站110 kV構(gòu)架起至110 kV B站進(jìn)線構(gòu)架止，為新架設(shè)的一段線路，線路的路徑如圖1所示。

圖1 線路路徑簡圖

如圖1所示，A、B兩變電站之間的架線全長為6.426 km，導(dǎo)線型號為 LGJXX-300/25，該段線路為雙回設(shè)計，雙回架設(shè)，本期僅投運一回，但是運行時在每個桿塔上均將兩回線路的對應(yīng)相進(jìn)行短接。從A站到B站共有37基桿塔，從19號塔T接至220 kV C站，該線路為單回線路，全長為10.28 km。

在進(jìn)行線路參數(shù)測量之前，已經(jīng)對A站到B站以及A站到C站的相序進(jìn)行了核實，相序均正確無誤，且線路的直流電阻、絕緣電阻均符合要求。然后對110 kV馬文上1187線進(jìn)行線路工頻參數(shù)的測量，測量時110 kV馬上1273線C站側(cè)線路開關(guān)斷開，且斷開了與此相連接的線路側(cè)接地刀閘。因此在對110 kV馬文上1187線進(jìn)行線路參數(shù)測量時，110 kV馬上1273線對此測量參數(shù)沒有影響。

2 被測線路正序參數(shù)的計算

參數(shù)實際測量時利用上海思源電氣生產(chǎn)的LP-1型線路參數(shù)測量裝置，多次測量得到數(shù)據(jù)的平均值為:Z測(1)=0.3782+j1.2964 Ω 計算得|Z測(1)|=1.3504 Ω。由于線路長度為6.426 km，所以單位長度線路的正序阻抗為:|Z0|=|Z|/6.426=0.2101 Ω/km。而輸電線路的電抗一般都在0.40 Ω/km左右［3］，且根據(jù)之前線路參數(shù)實際測量的經(jīng)驗，單位長度線路的正序阻抗也在0.40 Ω/km左右。因此此次測量的參數(shù)與理論值以及以前所測得的經(jīng)驗值均有很大的差異，大約僅有其一半。為了檢驗測試值的正確與否，對該線路的工頻正序參數(shù)進(jìn)行了理論計算。

由于電抗與幾何均距、導(dǎo)線半徑之間為對數(shù)關(guān)系，導(dǎo)線在桿塔上的布置對線路的電抗沒有顯著的影響［3］，因此對37基桿塔之間各相導(dǎo)線之間的距離取平均值進(jìn)行計算。導(dǎo)線在桿塔上分布的截面如圖2所示。

其中 A、B、C 和 A1、Bl、C1分別為兩回線的三相，D和D1為架空地線。A、B、C、D四根線距離桿塔中心的距離分別為 2972.4、3435、3002.6 和1735.5 mm。A1、B1、C1、D1 四根線與 A、B、C、D 關(guān)于桿塔中心對稱。四個橫檔兩兩之間的距離從上至下依次為2934.2、3584.2 和 3626.3 mm。計算得到AB、BC、CA 之間的距離分別為 3613.9、3652 和7210.6 mm。

單根線路時，正序電阻為:

由于兩回線路各相分別相連，因此相當(dāng)于兩線并聯(lián)，所以每相的正序電阻:

圖2 導(dǎo)線在桿塔上的分布圖

三相導(dǎo)線的幾何平均距離:

代入計算得:

對于A相，由于A和A1連接，等效為分裂導(dǎo)線，則分裂導(dǎo)線的等效半徑為:

將各個值代入式(1)計算得:

所以整條線路的電抗:

因三相完全換位，所以可忽略各相之間的互感，綜上所算得的結(jié)果，該線路的正序阻抗為:

實際測得的結(jié)果:

因此可看出此結(jié)果與實際測得的結(jié)果相近，該測量值符合理論計算值，測量正確。

3 被測線路零序參數(shù)的計算

輸電線路單位長度零序等值阻抗的計算公式為:

式中，Ra為單位長度線路的電阻;Rg為大地電阻，根據(jù)卡爾遜的推導(dǎo)，在50 Hz時，Rg=0.05 Ω/km;Dg為等值深度，在一般的計算中可以取1000 m［4］;Ds為組合導(dǎo)線的等值半徑。與上節(jié)同理，將線路等價為二分裂導(dǎo)線，則組合導(dǎo)線的等值半徑Ds=，代入算得Ds=1765.87mm。將上述所有的數(shù)據(jù)代入式(2)算得單位長度線路的零序阻抗為:

所以整條線路的零序阻抗:

則|Z(0)|=8.280 Ω。實際測量時得到的零序阻抗為:

實際測得的結(jié)果與計算所得的結(jié)果接近。

4 線路之間短接前后電暈起始電壓

雙回線路的兩回線路上的對應(yīng)相分別在每個桿塔上進(jìn)行了連接，等效為一個二分裂的導(dǎo)線，因此，對該導(dǎo)線的電暈起始電壓會產(chǎn)生影響，連接前線路的電暈起始電壓為:

式中，Ucr為相電壓的有效值;m1為粗糙系數(shù)，對絞線推薦采用0.9;m2為天氣系數(shù)，最惡劣情況于m2=0.8;δ為空氣的相對密度，與溫度和大氣壓強(qiáng)有關(guān)，常規(guī)情況下近似計算時可取為1。代入數(shù)據(jù)算得:在最惡劣的情況下線路的起暈電壓Ucr=107.92 kV。

連接后等效為二分裂導(dǎo)線，起暈電壓為:

式中，n為分裂導(dǎo)線的根數(shù);km為分裂導(dǎo)線表面的最大電場強(qiáng)度，即頂點的電場強(qiáng)度與平均電場強(qiáng)度的比值。

代入解得:km=1.004。將所有的數(shù)據(jù)代入式(4)解得兩回線路連接后導(dǎo)線的起暈電壓為:

該線路實際運行時的相電壓最高為:

綜上所述，雖然對應(yīng)相連接后線路的起暈電壓會有所降低，但是仍然高于該線路實際運行時的最高相電壓，因此連接后對線路沒有顯著的影響。

5 對線路雷電參數(shù)的影響

ATP是用數(shù)值計算方法對電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒至數(shù)秒之間的電磁暫態(tài)過程進(jìn)行仿真模擬，主要用于計算電力系統(tǒng)中的電磁暫態(tài)過程［5］。打開ATP Draw程序后用戶便可根據(jù)自己的需要按步驟創(chuàng)建完整的仿真模型電路，是一個操作界面比較簡單的電磁暫態(tài)仿真程序［6］。

為了驗證相應(yīng)相短接前后對線路雷電參數(shù)的影響，在ATP中，對整個輸電線路系統(tǒng)進(jìn)行了以下的仿真，ATP Draw中建立的模型圖如圖3所示。

圖3 ATP仿真中輸電線路模型圖

由于整個模型圖太大，圖3僅為截取的其中的一部分，對于整條線路里面的每一段線路，均按照施工圖紙上每個桿塔的實際參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

在圖3中，模擬雷電擊中避雷線時，各對應(yīng)相短接前和短接后，用電流探針測量在各相架空線路中所感應(yīng)產(chǎn)生的雷電流的大小。經(jīng)計算，當(dāng)雷擊避雷線時，相應(yīng)相連接后通過線路的雷電流大于連接前的雷電流。而當(dāng)發(fā)生繞擊，即雷電直接擊中架空線路時，情況類似。因此，對線路的防雷水平以及防雷設(shè)施提出了更高的要求。

6 結(jié)論

(1)同塔雙回線在每個桿塔上兩回相應(yīng)的相分別短接后，線路的正序阻抗會發(fā)生變化，實際測得的線路的正序阻抗與常規(guī)不短接的情況有較大差異，大約為短接前情況的一半。

(2)同塔雙回線在每個桿塔上兩回相應(yīng)的相分別短接后，零序阻抗不會發(fā)生明顯的變化，因此在這種情況下，常規(guī)測量時的經(jīng)驗零序阻抗為正序阻抗的三倍不再成立。

(3)同塔雙回線在每個桿塔上兩回相應(yīng)的相分別短接后，線路的起暈電壓會有所降低，但是仍然高于該線路實際運行時的最高相電壓。

(4)當(dāng)發(fā)生雷擊時，相應(yīng)相短接后通過線路的雷電流要大于對應(yīng)相連接前的雷電流。這樣就對線路的防雷水平以及線路的防雷設(shè)施提出了更高的要求。

［1］徐鐘祝.架空輸電線路工頻參數(shù)測量及分析［J］.四川電力技術(shù)，2006，29(1):4-6.

［2］李澍森，陳曉燕，戚革慶，等.同塔四回輸電線路參數(shù)帶電測量［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(7):17-20.

［3］華智明，岳湖山.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算［M］.四川:重慶大學(xué)出版社，1991.

［4］李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］.北京:中國電力出版社，1995.

［5］錢 鑫，李 琥，施 圍.電力系統(tǒng)仿真計算軟件介紹［J］.繼電器，2001，30(1):43-46.

［6］韓麗娜，楊志堅，李 虎.ATP-EMTP在500 kV配電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電測與儀表，2005(12):14-17.