同塔双回输电线路一回运行时互感参数测量的仿真研究

张志刚，郑雄伟，刘晓冬，左晓节

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021；2.石家庄供电公司，石家庄 050011)

0 引言

随着电网和城市建设的快速发展，土地资源变得越来越宝贵，为节约线路走廊及建设费用，同塔双回或多回架设的高压输电线路在电网中的应用越来越广泛[1]。这些双回和多回输电线路的首端或末7端可能不在同一网络节点(发电厂或变电站母线)上，同时停电将对供电可靠性造成较大影响[2]。采用传统方法测量双回输电线路互感参数时，必须将双回线路同时停电，将线路构成零序电流回路后，在一回线路上施加零序电流，测量待测线路零序电压后计算得到二者互感参数[3]。文献[4]中提出一种一回停电、一回运行的带电测量互感参数的方法，其核心思想是在停电线路上接入试验电源，施加零序电流后，测量运行线路产生的零序电压，进而计算互感参数，但采用该方法测量时，运行线路产生的感应电压和感应电流会对操作人员的安全构成较大威胁，同时该方法对试验电源的容量要求较高。

以下通过ATP软件对220 kV同塔双回输电线路进行仿真计算，采用运行线路短时非全相运行产生的零序电流作为试验电源，停运线路首端三相短路，末端三相短路接地，测量停运线路产生的感应电压后计算得出互感参数。

1 仿真模型的建立

利用ATP软件建立220 kV同塔双回输电线路仿真模型。线路的物理参数，包括杆塔几何结构及尺寸、导线物理参数等，见图1和表1[5]。

图1 220 kV同塔双回输电线路杆塔尺寸(单位：mm)

考虑现有220 kV电网密集程度，线路长度分别取5 km、10 km、20 km，设220 kV线路负荷功率因数为0.85，大地电阻率取100 Ω·m。

表1 220 kV同塔双回输电线路导地线技术参数

利用ATP软件可对耦合多导线输电线路建立3类仿真模型：分布参数(包括均匀和非均匀换位)的长线路模型；集中参数的线路模型，包括π型等值电路模型、RL 耦合电路和系统阻抗(零序、正序、负序阻抗)模型，分别适用于长线路和短线路的仿真，但工程计算中通常可将长线路分段建立π型电路模型，这样也可在工程精度范围内模拟暂态波过程；LCC(即线路/电缆模块)线路模型，较为复杂，适用于外部过电压作用下电力系统暂态过程的仿真，由于该模型须考虑线路的频变因素，因此它是最准确的线路模型，包括Bergeron、PI、JMarti、Noda和Semlyen 5种算法模型[6]。

文章重点分析线路工频互感参数，因此采用LCC模型中的PI型线路模型，其优点在于只需要输入输电线路的结构参数，即自动导出运算所需的电纳和阻抗变换矩阵。根据220 kV电网实际情况，不考虑线路换位，线路仿真接线见图2。

图2 220 kV同塔双回输电线路仿真接线

2 带电测量方法

a.在仿真模型的运行线路末端接入电流测量模块，以测量零序电流。

b.将仿真模型停运线路首端三相短路，末端三相短路接地，并在首端接入电压测量模块，以测量感应电压。

c.通过运行线路单相短时“分-合”闸操作，模拟运行线路短时非全相运行，同时测量运行线路末端产生的零序电流和停运线路首段产生的感应电压，经计算后得出互感参数。

3 线路互感参数的仿真结果分析

设定负荷电流为10 A、20 A、40 A，仿真结果见表2。

表2 线路互感参数的仿真结果

由表2可看出，互感参数与负荷电流大小无关。运行线路产生的零序电流和停电线路首段零序电压波形(线路长度10 km，零序电流20 A)分别见图3、图4。

图3 运行线路零序电流波形

图4 停电线路首段零序电压波形

4 仿真数据与实测结果对比

采用以上仿真模型，对220 kV廉化双回输电线路、220 kV华姚双回输电线路、220 kV武景双回输电线路的杆塔物理参数进行仿真计算，将得出的互感参数与采用传统方法停电实测的双回路互感参数进行对比，见表3。

表3 实际输电线路仿真及实测结果比较

由表3可看出，仿真结果与停电测量结果之间的相对误差最大的是220 kV廉化

双回输电线路，误差为3.09%，最小的是220 kV华姚双回输电线路，为0.57%。这是由于220 kV廉化双回输电线路位于500 kV廉州变电站和220 kV石化变电站之间，附近的500 kV及220 kV输电线路比较密集，实际测试时受其它运行线路的影响较大，而在仿真中无法具体量化这些干扰因素，因此二者会有一定误差。而220 kV华姚双回输电线路附近的高压输电线路较少，实际测试时的干扰也较小，仿真结果和实测结果较为接近。

5 结论

a.仿真结果及与实测数据对比表明，采用运行线路短时“分-合”闸操作产生零序电流，在停电线路首段测量零序电压计算双回输电线路互感参数的方法切实可行，且仿真结果与双回线路停电测量的结果较为接近，可满足实际工程需要。

b.双回线路互感参数带电测量的结果与运行线路所带负荷无关，在实际操作时，为减小对电网的冲击，可选择负荷较小时进行测量。

[1] 张嘉旻，葛荣良．同塔多回输电技术特点及其应用分析[J]．华东电力，2005，33(7)：23-26.

[2] 卢 明，宁玉红，马扶予，等．架空输电线路工频参数的测量及分析[J]．高压电器，2004，40(3)：218-220，226.

[3] 李建明，朱 康．高压电气设备试验方法[M]．北京：中国电力出版社，2001.

[4] 李澍森 ，陈晓燕 ，吴彦皎，等．多回平行输电线路参数带电测量[J]．电力系统自动化，2009，33(22)：84-87.

[5] 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计 220 kV及以下输电线路分册[M]．北京：中国电力出版社，2005.

[6] 冯光亮，侯 俊，李建明，等．输电线路工频参数测量中干扰的仿真研究[J]．高电压技术，2005，31(6)：9-11.

本文责任编辑：齐胜涛