220kV與110kV混壓同塔四回路電氣不平衡度的研究

（海南電力設(shè)計(jì)研究院）

220kV與110kV混壓同塔四回路電氣不平衡度的研究

郭志濤

（海南電力設(shè)計(jì)研究院）

本文針對(duì)220kV與110kV混壓同塔四回路線路，利用ATP-EMTP程序計(jì)算研究混壓四回線路的電氣不平衡度影響因素。計(jì)算結(jié)果表明，220kV線路的相序排列不僅對(duì)220kV線路的電氣不平衡度影響較大，同時(shí)對(duì)110kV線路的電氣不平衡度影響也較大，通過(guò)計(jì)算分析給出了混壓同塔四回路電氣不平衡度較小的相序排列方案，為線路設(shè)計(jì)提供參考。

220kV與110kV；混壓同塔四回路；電氣不平衡度；相序排列

0 引言

混壓同塔四回路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(wèn)題的有效辦法。在混壓四回線路中，由于線路三相自身參數(shù)不對(duì)稱以及四回路之間的電磁耦合關(guān)系，在線路正常運(yùn)行時(shí)，每相導(dǎo)線的阻抗和導(dǎo)納并不相等，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中產(chǎn)生不對(duì)稱電流和不對(duì)稱電壓，從而對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備帶來(lái)諸多不利影響。本文以220kV與110kV混壓同塔四回路線路為研究對(duì)象，利用電磁暫態(tài)分析程序（ATΡ-EMTΡ）計(jì)算研究混壓四回線路的電氣不平衡度影響因素，通過(guò)計(jì)算分析給出了混壓同塔四回路電氣不平衡度較小的相序排列方案，為線路設(shè)計(jì)提供參考。

1 計(jì)算條件

1.1 計(jì)算參數(shù)

本文的主要計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 桿塔型式

在本文的計(jì)算中，采用通用設(shè)計(jì)的2/1I2-SSZ2塔頭尺寸作為計(jì)算條件，220kV和110kV部分懸垂串均為I型。

2 電氣不平衡度限值及計(jì)算方法

根據(jù)《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡度》（GB/ T15543—2008）的規(guī)定：“電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過(guò)4%”。本文取2%和短時(shí)4%作為輸電線路電壓不平衡度限值。

本文研究采用國(guó)際上通用的電力系統(tǒng)分析軟件ATΡEMTΡ和相-序變換矩陣對(duì)架空輸電線路的不平衡度進(jìn)行計(jì)算分析。按照一端供電的開(kāi)式電力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型建模，先假定線路送端功率、三相電壓對(duì)稱且不隨時(shí)間變化，再觀測(cè)線路受端電壓不對(duì)稱量，等效負(fù)載阻抗值則根據(jù)傳輸功率、傳輸電壓和功率因數(shù)來(lái)計(jì)算。

表1 同塔四回路線路主要計(jì)算參數(shù)

3 不平衡度的計(jì)算與分析

3.1 不同相序排列的不平衡度計(jì)算

對(duì)于同塔四回路相序排列方式可達(dá)數(shù)百種，本文僅選取9種典型的相序排列方式進(jìn)行計(jì)算分析，如下圖所示。

圖 同塔四回路相序排列方式

保持計(jì)算用系統(tǒng)參數(shù)和塔頭尺寸不變，線路總長(zhǎng)度均取20km。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可知，對(duì)220kV線路負(fù)序電壓不平衡度逆相序（Ρ2、Ρ5、Ρ8，平均值0.18%）排列方式最小，其次為異相序（Ρ3、Ρ6、Ρ9，平均值0.37%），同相序（Ρ1、Ρ4、Ρ7，平均值0.63%）最大，110kV的相序排列對(duì)220kV的負(fù)序電壓不平衡度影響較小，例如對(duì)Ρ2、Ρ5、Ρ8而言，220kV部分均為逆相序排列，110kV部分為3種不同相序排列方式，220kV的負(fù)序電壓不平衡度最大為0.21%，最小為0.17%，差值0.04%。

對(duì)220kV線路零序電壓不平衡度異相序（Ρ3、Ρ6、Ρ9，平均值0.33%）、逆相序（Ρ2、Ρ5、Ρ8，平均值0.35%）排列方式較小，同相序（Ρ1、Ρ4、Ρ7,平均值0.47%）較大，110kV的相序排列對(duì)220kV的零序電壓不平衡度有一定影響，例如對(duì)Ρ2、Ρ5、Ρ8而言，220kV部分均為逆相序排列，110kV部分為3種不同相序排列方式，220kV的零序電壓不平衡度最大為0.43%，最小為0.26%，差值0.17%。

對(duì)110kV線路負(fù)序電壓不平衡度，220kV的相序排列對(duì)110kV的負(fù)序電壓不平衡度影響較大，例如對(duì)Ρ1、Ρ2、Ρ3而言，110kV部分均為同相序排列，220kV部分為3種不同相序排列方式，110kV的負(fù)序電壓不平衡度最大為0.53%，最小為0.01%，差值0.52%。

表2 不同相序排列方式的電氣不平衡度

對(duì)110kV線路零序電壓不平衡度，220kV的相序排列對(duì)110kV的零序電壓不平衡度影響較大，例如對(duì)Ρ1、Ρ2、Ρ3而言，110kV部分均為同相序排列，220kV部分為3種不同相序排列方式，110kV的零序電壓不平衡度最大為3.43%，最小為0.51%，差值2.92%。

根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果可知，220kV線路的相序排列不僅對(duì)220kV線路的電氣不平衡度影響較大，同時(shí)對(duì)110kV線路的電氣不平衡度影響也較大，據(jù)此，需首先確定220kV線路的電氣不平衡度較小的相序排列方式為逆相序，即在Ρ2、Ρ5、Ρ8三種排列方式中選擇，然后確定110kV線路的電氣不平衡度較小的相序排列方式，比較Ρ2、Ρ5、Ρ8三種排列方式的負(fù)序和零序不平衡度，Ρ5排列方式的不平衡度最小，并且兩回路間不平衡度分布均勻，因此，綜合220kV和110kV線路負(fù)序和零序電氣不平衡度，最優(yōu)相序排列為Ρ5。

3.2 線路長(zhǎng)度對(duì)不平衡度影響計(jì)算

保持計(jì)算用系統(tǒng)參數(shù)和塔頭尺寸不變，線路長(zhǎng)度取10～100km，相序排列方式為Ρ4、Ρ5、Ρ6，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～5。由計(jì)算結(jié)果可知，隨著線路長(zhǎng)度的增加，不平衡度逐漸增加，Ρ4排列為220kV同相序排列，不平衡度較大，對(duì)220kV線路長(zhǎng)度為70km時(shí)負(fù)序電壓不平衡度已經(jīng)超過(guò)允許限值，對(duì)110kV線路長(zhǎng)度僅為10km時(shí)零序電壓不平衡度已經(jīng)接近允許限值，因此，對(duì)同塔四回路當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意相序排列方式避免不平衡度超過(guò)限值。

表3 P4相序排列方式不同線路長(zhǎng)度的電氣不平衡度

表4 P5相序排列方式不同線路長(zhǎng)度的電氣不平衡度

表5 P6相序排列方式不同線路長(zhǎng)度的電氣不平衡度

由計(jì)算結(jié)果可知，隨著線路長(zhǎng)度的增加，不平衡度逐漸增加，Ρ5排列為220kV逆相序排列，不平衡度較小，對(duì)220kV線路長(zhǎng)度為100km時(shí)電壓不平衡度還沒(méi)有超過(guò)允許限值，對(duì)110kV線路長(zhǎng)度為70km時(shí)零序電壓不平衡度才大于允許限值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Ρ4排列的110kV線路允許長(zhǎng)度10km。

由計(jì)算結(jié)果可知，隨著線路長(zhǎng)度的增加，不平衡度逐漸增加，Ρ6排列為220kV異相序排列，對(duì)220kV線路長(zhǎng)度為100km時(shí)電壓不平衡度還沒(méi)有超過(guò)允許限值，對(duì)110kV線路長(zhǎng)度為20km時(shí)零序電壓不平衡度已經(jīng)接近允許限值，優(yōu)于Ρ4排列的110kV線路允許長(zhǎng)度10km。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合本文的計(jì)算和分析，主要結(jié)論如下：

1）對(duì)混壓同塔四回路，220kV線路的相序排列不僅對(duì)220kV線路的電氣不平衡度影響較大，同時(shí)對(duì)110kV線路的電氣不平衡度影響也較大，對(duì)220kV線路負(fù)序電壓不平衡度逆相序排列方式最小，其次為異相序，同相序最大；對(duì)220kV線路零序電壓不平衡度異相序和逆相序較小，同相序較大。綜合220kV和110kV線路負(fù)序和零序電氣不平衡度，最優(yōu)相序排列為Ρ5。

2）線路長(zhǎng)度對(duì)電氣不平衡度有較大影響，不平衡度隨著線路長(zhǎng)度的增加而變大，220kV線路同相序排列時(shí)不平衡度較大，當(dāng)四回線路長(zhǎng)度大于10km時(shí)，需注意110kV線路的零序電壓不平衡度避免超過(guò)限值，220kV線路逆相序排列時(shí)不平衡度較小，當(dāng)四回線路長(zhǎng)度為70km時(shí)，110kV線路的零序電壓不平衡度才大于允許限值。

[1] GB50545—2010 110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 2010.

[2] 韋剛，張子陽(yáng)，房正良，等. 多回輸電線路并架的不平衡性分析[J]. 高電壓技術(shù)，2005，31(4)：9-11.

2015-10-10）