同桿并架平行雙回線不平衡電流產(chǎn)生機(jī)理的研究

楊金東，陶 曄，李周龍，吳思奇，郭鵬程

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000；2.西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048)

同桿并架雙回線輸電方式具有安裝走廊較窄的優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)復(fù)雜地形，因此在我國得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。然而，這種布置方式由于各導(dǎo)線之間的距離較短，易引起線間互感，從而誘導(dǎo)不平衡電流，引發(fā)穩(wěn)定性問題[3-4]。而且，對(duì)于一些距離相對(duì)較短的高壓輸電線路，導(dǎo)線之間不經(jīng)過換位，雙回線之間的三相參數(shù)不對(duì)稱會(huì)引起負(fù)荷電流的不對(duì)稱[5]。而潛供電流的大小在不對(duì)稱三相線路參數(shù)的作用下對(duì)受故障類型更加敏感，極易引起線路重合失敗[6]。由此可見，不平衡電流受導(dǎo)線排列方式的影響較大，近年來有關(guān)學(xué)者對(duì)此開展了部分研究[7-13]。

一般而言，雙回線不平衡電流可以分為兩種，第一是穿越性不平衡電流，第二是環(huán)流不平衡電流。按照文獻(xiàn)[10]的研究，環(huán)流不平衡電流受輸電線路距離的影響比較大，而導(dǎo)線排列方式的影響則更加復(fù)雜。文獻(xiàn)[11-12]的研究結(jié)果表明，零序環(huán)流對(duì)電力二次系統(tǒng)有嚴(yán)重不利影響，并給出了對(duì)應(yīng)的解決方案。

三相電流不對(duì)稱性最直接的影響為降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。這種不對(duì)稱性會(huì)增大線路的損耗，同時(shí)放大負(fù)序和零序電流，進(jìn)而對(duì)保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)和變壓器等造成不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成線路零序保護(hù)誤動(dòng)[2,13-16]。因此，深入研究以及分析同桿并架雙回線誘發(fā)的電流不平衡產(chǎn)生機(jī)理，可為不平衡電流的減小或消除奠定基礎(chǔ)。

本文利用直接去耦法分別建立了雙回線路解列運(yùn)行和并列運(yùn)行時(shí)的正序等值電路和零序等值電路。分析了雙回線并列運(yùn)行時(shí)的正序等值電流和零序等值電路中電流分布系數(shù)之間的關(guān)系。分析得到，由于正序電流分布系數(shù)與零序電流分布系數(shù)不同，導(dǎo)致雙回線間出現(xiàn)環(huán)流，進(jìn)而使得雙回線三相電流不平衡。以云南臨滄電網(wǎng)110kV新云ⅠⅡ回線為例，建立了仿真模型，利用ATP-EMTP進(jìn)行了并列運(yùn)行和解列運(yùn)行的仿真，結(jié)果表明分析結(jié)論正確。

1 同桿并架平行雙回線路模型

不換位的輸電線路必然存在不平衡電流，并且線路保護(hù)和通信等方面受零序不平衡電流影響較為明顯，因此不可忽視[2]。文獻(xiàn)[17]結(jié)果表明，輸電線路越短，環(huán)流不平衡性越大。

對(duì)雙回線而言，其運(yùn)行方式可以分為兩種：一是解列運(yùn)行，二是并列運(yùn)行。圖1為兩種運(yùn)行方式的示意圖。圖1中DL斷開與閉合分別表示解列運(yùn)行和并列運(yùn)行。

圖1 雙回線示意圖

2 解列運(yùn)行分析

見圖2，本文利用“直接去耦法”建立雙回線解列運(yùn)行條件下的零序和正序等值電路。圖中ZI0和ZII0分別表示兩回線的零序阻抗；而ZI1和ZII1表示兩回線的正序阻抗；Zm0為兩回線間的零序互感。

圖2 雙回線解列運(yùn)行等值網(wǎng)絡(luò)

(1)

(2)

分析式(1)～(2)可知，同桿并架雙回線解列運(yùn)行條件下兩回線之間的電流不發(fā)生耦合，I回線與II回線之間的電流彼此不影響，因此有效避免了三相不對(duì)稱現(xiàn)象。

3 并列運(yùn)行分析

(3)

圖3 雙回線并列運(yùn)行等值網(wǎng)絡(luò)圖

(4)

由圖3、式(3)～(4)可知，并列運(yùn)行時(shí)電流I0或I1會(huì)分別分流到兩回線中。I回線電流受到II回線的耦合影響，且兩回線間的參數(shù)不對(duì)稱，最終導(dǎo)致三相電流不對(duì)稱的出現(xiàn)。

4 仿真驗(yàn)證

本文基于ATP-EMTP建立了云南臨滄電網(wǎng)110kV新云ⅠⅡ回線的雙回線模型。圖中Ⅰ回線與Ⅱ回線的線路長度分別為808 m和 908 m。線路采用圖4中的垂直、異相序布置方式。線路的電阻0.154 2 Ω/km，電抗0.402 Ω/km，線徑1.89 cm。

圖4 仿真模型導(dǎo)線排列方式

本文分別在解列運(yùn)行以及并列運(yùn)行下進(jìn)行仿真驗(yàn)證。圖5為解列運(yùn)行和三相負(fù)荷對(duì)稱條件下I回線的三相電流波形。由于解列運(yùn)行線間無零序環(huán)流，故不存在不平衡電流。II回線下的三相電流波形與圖5類似，不再贅述。表1中給出了解列運(yùn)行時(shí)I回線三相電流的幅值和相位，可以看出解列運(yùn)行時(shí)，I回線的三相電流幾乎是對(duì)稱的。

圖5 解列運(yùn)行時(shí)三相電流

表1 解列運(yùn)行時(shí)三相電流幅值相位

Tab.1 Amplitude and phase of three phase currentin disconnection operation

參數(shù)相別I回線幅值/AA401.72B401.74C401.68相角/(°)A-14.96B-134.98C105.01

圖6為并列運(yùn)行條件下I回線的三相電流波形。I回線與II回線間在線路三相參數(shù)不對(duì)稱作用下，存在三相電流不平衡量，圖6中的電流幅值大小和相位均不相等。II回線的三相電流波形也與I回線類似。

圖6 并列運(yùn)行時(shí)三相電流

表2列出了并列運(yùn)行時(shí)兩回線的三相電流幅值和相位，可更加明顯看出兩回線三相電流幅值大小不等，相位不對(duì)稱。

表2 并列運(yùn)行時(shí)三相電流幅值相位

本文采用MATLAB在并列運(yùn)行條件下計(jì)算得到兩回線的零序電流及零序環(huán)流，分別見圖7和圖8。分析圖中曲線可知，兩回線之間零序電流的幅值相當(dāng)，相位存在明顯差異，而零序環(huán)流不為零。

圖7 兩回線零序電流

圖8 零序環(huán)流

表3中給出了并列運(yùn)行時(shí)I回線、II回線零序電流的幅值和相位，可以看出并列運(yùn)行時(shí)，兩回線的零序電流相位不同，并存在幅值為11.49的零序環(huán)流。

表3 并列運(yùn)行時(shí)兩回線零序電流幅值相位

5 結(jié) 論

本文通過直接去耦法分析了同桿并架平行雙回線路并列運(yùn)行三相不平衡電流的產(chǎn)生機(jī)理，利用直接去耦法分別建立了雙回線路解列運(yùn)行和并列運(yùn)行時(shí)的正序等值電路和零序等值電路。研究表明，兩回線解列運(yùn)行，線間無零序環(huán)流，因此不存在不平衡電流；而并列運(yùn)行雙回線間出現(xiàn)環(huán)流，使得雙回線三相電流不平衡，造成電流幅值大小、相位均不相等。