淮南-上海特高壓工程電氣不平衡度及換位方式仿真計(jì)算

祝 賀，李炳坤

(東北電力大學(xué) 建筑工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

淮南-上海特高壓工程電氣不平衡度及換位方式仿真計(jì)算

祝 賀，李炳坤

(東北電力大學(xué) 建筑工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

以建設(shè)我國(guó)第一條同塔雙回1 000 kV輸電線路(皖電東送淮南～上海)工程為例，研究探討了輸電線路不同換位方式，分析了輸電線路不平衡度的影響因素；結(jié)合該條線路的工程實(shí)例，同時(shí)利用理論計(jì)算結(jié)果和EMTP-ATP(電力系統(tǒng)仿真軟件)建立該條特高壓線路的同塔雙回輸電線路模型，分析了該條線路換位之后的不平衡度，且研究了在六種相序排列下特高壓同塔雙回線路對(duì)不平衡度的影響關(guān)系，仿真結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)行一次全換位后，此時(shí)線路的不平衡度顯著下降，范圍為20倍～30倍；當(dāng)輸電線路長(zhǎng)度增大，線路的不平衡度隨之增加；同時(shí)線路的不平衡度與導(dǎo)線相序排列方式密切相關(guān)，對(duì)線路的不平衡度影響由大至小依次為同相序、逆相序、異名相序。最后根據(jù)特高壓線路換位方式，進(jìn)行線路換位方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并且給出了適宜的換位長(zhǎng)度。

特高壓；輸電線路；不平衡度；換位長(zhǎng)度

輸電線路的不平衡度大小是判斷整條線路質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)中三相參數(shù)的嚴(yán)重不平衡會(huì)造成各相導(dǎo)線的電阻，電抗，電導(dǎo)，電納是不均衡的，從而整個(gè)系統(tǒng)中將會(huì)形成不對(duì)稱的電壓和電流，當(dāng)這種不平衡性過大的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致各種電氣設(shè)備的不正常運(yùn)行，甚至有可能造成系統(tǒng)崩潰，形成非常嚴(yán)重的后果[1-6]。根據(jù)相關(guān)部門的要求，需要對(duì)該條線路的不平衡度進(jìn)行調(diào)整[7-8]。

另外，本工程需要參考相關(guān)規(guī)程規(guī)定。文獻(xiàn)[9、10]研究表明在特高壓相同長(zhǎng)度的走廊前提下，對(duì)線路是否進(jìn)行換位必須考慮潛供電流和直流濾波器。

一般來說，線路的不平衡度越大就說明各序之間的耦合相差越大，而線路中導(dǎo)線的排列方式直接關(guān)系到各序之間的耦合[11]。就目前來說，通常同塔雙回的架設(shè)線路形式為每回三相垂直分布。為了減小輸電線路的不平衡度，增加電網(wǎng)安全可靠性，采取三相導(dǎo)線換位是最優(yōu)的方式；因此為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)線路時(shí)得綜合考慮換位方式和長(zhǎng)度。

本文參考晉東南～南陽～荊門特高壓線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及研究成果，利用EMTP仿真計(jì)算軟件對(duì)本條線路的不平衡度進(jìn)行具體分析，給出了該工程恰當(dāng)?shù)膿Q位排列方式。

1 不平衡度計(jì)算方法

1.1 線路計(jì)算參數(shù)

(1)系統(tǒng)參數(shù)

(a)系統(tǒng)額定電壓：1 000 kV；

(b)系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓：1 100 kV；

(c)系統(tǒng)輸送功率：6 500 MW；

(d)事故時(shí)極限輸送功率：12 000 MW；

(e)功率因數(shù)：0.95。

(2)導(dǎo)、地線參數(shù)如圖表1。

表1 導(dǎo)地線參數(shù)

(3)桿塔型式

本工程整條線路導(dǎo)線架設(shè)形式為同塔雙回路、垂直分布。在本文的各種計(jì)算中，采用了雙回路垂直排列方式，絕緣子采用Ⅰ串和V串兩種方式，相導(dǎo)線和地線布置尺寸大小，如圖1、圖2所示。

(4)其他參數(shù)

a． 絕緣子串長(zhǎng)：取12米；b．桿塔呼高：取49米。

圖1 “I”串布置塔型 圖2 “V”串布置塔型

本文利用軟件EMTP-ATP進(jìn)行分析，圖3為本條線路的π型等值電路。本線路的相關(guān)電氣參數(shù)是根據(jù)該條線路的相關(guān)位置及參數(shù)，進(jìn)而利用Carson模型計(jì)算而得。

圖3 三相輸電線路π型等值電路

本條輸電線路在EMTP中的模型，如圖4所示。

圖4 EMTP中的同塔雙回架空線路分析模型

2 輸電線路不平衡度分析

2.1 不換位線路不平衡度分析

本條線路長(zhǎng)360 km、電壓1 000 kV、功率6 500 MW，塔頭尺寸如圖1、圖2所示。當(dāng)本條線路不換位時(shí)，分別得出的不平衡度，負(fù)載的電壓、電流波形，如圖5、圖6、圖7、圖8。

圖5 “I”串逆相序排列不換位線路負(fù)載三相電流波形 圖6 “I”串逆相序排列不換位線路負(fù)載三相電壓波形

圖7 “V”串逆相序排列不換位線路負(fù)載三相電流波形 圖8 “V”串逆相序排列不換位線路負(fù)載三相電壓波形

鐵塔按“I”串布置方式，對(duì)于在不換位時(shí)不同的線路長(zhǎng)度，根據(jù)波形確定的電壓和電流的相量形式，再由對(duì)稱分量法算出該線路的電壓和電流的正序及負(fù)序分量，可以得出該線路的電壓、電流的不平衡度。由計(jì)算得出的不同運(yùn)行方式下的不平衡度繪制于圖9中。

圖9 1 000 kV線路不平衡度計(jì)算結(jié)果

從圖9中可以得出，該條線路的不平衡度隨著線路長(zhǎng)度的增加從而增大，這是因?yàn)椴黄胶怆娙蓦娏麟S著線路長(zhǎng)度的增加而升高。

同時(shí)能得出結(jié)論，線路的不平衡度與導(dǎo)線相序排列方式密切相關(guān)，對(duì)輸電線路的不平衡度影響由大至小依次為同相序、逆相序、異名相序。對(duì)于同相序、逆相序、異名相序排列分布的輸電線路，通常當(dāng)輸電線路長(zhǎng)72公里、288公里、360公里時(shí)，不平衡度超過的限值要求分別對(duì)應(yīng)為2%、2%、1.35%。

根據(jù)淮南～皖南～浙北～滬西線路全線線路各段線路長(zhǎng)度，當(dāng)不換位時(shí)，計(jì)算得出電壓不平衡度數(shù)值，見表2。

表2 淮南～皖南～浙北～滬西線路不換位電壓不平衡度

2.2 換位后線路不平衡度分析

換位之后，線路的首末端相序基本一致，三種相序分別按照線路總長(zhǎng)的三分之一排列，這就被叫做一個(gè)整循環(huán)，或者是一個(gè)全換位，圖10為線路一次全換位的換位方法示意圖。

圖10 雙回線路一次全換位接線方式示意圖

由圖10可以得出，當(dāng)同相序和異相序運(yùn)行時(shí)，一定不能采取反向換位方式；因?yàn)樵谶@種方式的情況下，不能保證各個(gè)換位段線路都為同相序或異相序的方式運(yùn)行。當(dāng)逆相序運(yùn)行時(shí)，一定不能采取同向換位方式；因?yàn)樵谠摲N換位方式下，不能保證各個(gè)換位段輸電線路都為逆相序運(yùn)行?？傮w上來說，如果線路的運(yùn)行方式是同相序和異相序，那么需要對(duì)該條線路進(jìn)行同向換位；如果線路的運(yùn)行方式是逆相序，需要對(duì)該條線路進(jìn)行反向換位。

利用EMTP的換位元件，在EMTP電磁暫態(tài)計(jì)算程序中，一個(gè)全換位計(jì)算示意圖，如圖11所示。

圖11 EMTP一個(gè)全換位計(jì)算示意圖

圖12 “I”串逆相序排列一個(gè)全循環(huán)換位線路負(fù)載三相電流波形圖13 “I”串逆相序排列一個(gè)全循環(huán)換位線路負(fù)載三相電壓波形

鐵塔按“I”串布置方式，對(duì)于在不換位時(shí)不同的線路長(zhǎng)度，根據(jù)波形(圖12、圖13)確定的電壓和電流的相量形式，再由對(duì)稱分量法算出該線路的電壓和電流的正序及負(fù)序分量，可以得出該線路的電壓、電流的不平衡度。由計(jì)算得出的不同運(yùn)行方式下的不平衡度繪制于圖14中。

圖14 “I”串逆相序排列全換位后不平衡度的計(jì)算結(jié)果

從圖14中可以得出，當(dāng)進(jìn)行一次全換位后，此時(shí)不平衡度顯著下降，范圍達(dá)到20倍～30倍；并且從圖14可看出，逆相序排列情況下，進(jìn)行一次全循環(huán)換位后，線路不平衡度分別能降低到0.09%、0.04%和0.04%，遠(yuǎn)小于2%的限值，滿足規(guī)程要求。

3 換位長(zhǎng)度推薦

3.1 不平衡度和電磁環(huán)境要求

淮南～皖南～浙北～滬西線路中各段長(zhǎng)度分別為317.45 km、152 km、165 km。當(dāng)在不換位情況下，皖南～浙北～滬西兩段線路因?yàn)殚L(zhǎng)度較短，計(jì)算可得不平衡度均小于2%的限值要求，因而不必要換位。

根據(jù)特高壓輸電線路走廊規(guī)劃，皖南～浙北～滬西兩段線路大部分長(zhǎng)距離平行±800 kV輸電線路走線。根據(jù)科研部門研究結(jié)果，如該兩段線路不進(jìn)行換位，將對(duì)±800 kV輸電線路濾波器造成較大的危害。另外根據(jù)科研部門研究，如該兩段線路不進(jìn)行換位，線路潛供電流非常大，開關(guān)難以選擇。且根據(jù)計(jì)算，該兩段線路若進(jìn)行一次全循環(huán)換位后，線路不平衡度可以達(dá)到0.04%，回路間回流也明顯減小，故推薦全線三段分別進(jìn)行一次全循環(huán)換位。

3.2 推薦換位長(zhǎng)度

該條輸電線路全長(zhǎng)2×634.45公里，淮南～皖南～浙北～滬西線路中各段長(zhǎng)度各為2×317.45 km、2×152 km、2×165 km，每一段線路的長(zhǎng)度都比150 km大。因此，要求每一段都進(jìn)行一次全換位，通過換位之后，各段間電流較之前有所減小，且該條線路的不平衡度也顯著降低。

淮南～皖南線路長(zhǎng)度2×317.45 km，一個(gè)全換位最長(zhǎng)節(jié)距約106 km，皖南～浙北線路長(zhǎng)度2×152 km，一個(gè)全換位最長(zhǎng)節(jié)距約51 km，浙北～滬西線路長(zhǎng)度2×165 km，一個(gè)全換位最長(zhǎng)節(jié)距55 km，可以得出，通過換位之后該條線路的不平衡度顯著減小。同塔雙回、垂直逆相序排列方式的線路，可利用全線三基換位塔實(shí)現(xiàn)一個(gè)全循環(huán)，也可通過二基換位塔外加終端塔換相實(shí)現(xiàn)一個(gè)全循環(huán)。

4 結(jié) 論

(1)線路的不平衡度與導(dǎo)線相序排列方式密切相關(guān)，對(duì)輸電線路的不平衡度影響由大至小依次為同相序、逆相序、異名相序。。

(2)按照淮南～皖南～浙北～滬西線路全線線路各段線路長(zhǎng)度計(jì)算不換位線路的電壓不平衡度，在線路逆相序垂直排列情況下，各段不平衡度分別為：2.36%、1.17%、1.27%。

(3)按照淮南～皖南～浙北～滬西線路三段各進(jìn)行一次全循環(huán)換位后，線路不平衡度分別能降低到0.09%、0.04%和0.04%，遠(yuǎn)小于2%的限值。

(4)從皖南～浙北～滬西兩段線路長(zhǎng)距離平行±800 kV輸電線路引起的電氣不確定因素和1 000 kV輸電線路規(guī)程方面來看，本工程建議淮南～皖南～浙北～滬西線路三段各進(jìn)行一次全循環(huán)換位，換位最長(zhǎng)節(jié)距分別約108 km、51 km和55 km。換位后，不平衡度分別能降低到0.09%、0.04%和0.04%。

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Huainan-Shanghai UHV Electric Imbalance and Transposition Mode Simulation

Zhu He，Li Bingkun

(School of Civil Engineering and Architecture,Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012)

Taking the construction of China’s first (to East Anhui Huainan - Shanghai Electric) tower double-circuit transmission line project 1000kV as an example，the study investigated the line conductor transposition manner，analyze the impact line imbalance a variety of factors；engineering examples section line，while the use of theoretical calculations and EMTP-ATP (power system simulation software) to establish which of UHV transmission line tower double-circuit transmission line model，and which are not in line unbalance and unbalance when transposition transposition after a comparative analysis，the effects of phase sequence and arrangement of line length tower double circuit transmission lines on which transmission line imbalance，the simulation results show，after a full transposition，unbalance the line is significantly reduced，can be reduced by about 20 to 30 times；When the length of the transmission line increases，line unbalance increases；at the same time line unbalance and phase arrangement of the lines is closely related to the effect of unbalanced line from big to small in the same sequence，reverse phase sequence，phase sequence.Finally，according to UHV transposed way，technical and economic analysis of line transposition methods，and gives proper transposition length.

UHV；Transmission line；Imbalance；Transposition length

2016-12-01

祝 賀(1978-)，男，博士，教授，主要研究方向：特高壓絕緣.

1005-2992(2017)04-0045-07

TM08

A

電子郵箱： zhuhe1215@163.com(祝賀)；504866922@qq.com(李炳坤)