线路阻波器对超短输电线路潮流影响的研究

熊 刚，刘 佳

（1.武汉大学电气工程学院，湖北武汉 430072;2.重庆市电力公司超高压局，重庆 400039）

0 引言

随着电力负荷的快速增长，变电站分布密度不断增加，导致站间距离不断缩短。电网中短距离、超短距离输电线路已不鲜见，且输送容量巨大，导线多采用分裂导线。为提高可靠性，站间联络线多为双回配置。由于保护、通讯及安控通道多为光纤与载波共用，从而阻波器在变电站双回间隔内不一定对称配置。在中长输电线路中可以忽略工频阻抗的阻波器，在超短距离输电线路阻抗中占有相当大比例。阻波器不对称配置将导致输电线路阻抗严重不平衡，引起潮流异常。本文在对超短距离输电线路进行模型计算后，得出高感抗阻波器不适用于阻波器不对称配置的超短距离输电线路的结论。

1 阻波器主要结构和参数

1.1 阻波器主要结构

阻波器作为高频结合加工设备，串接在高压输电线中载波信号连接点与相邻的电力系统元件(如母线、变压器等)之间。并联于主线圈的调谐装置，可使阻波器在一个、多个载波频率点或边疆的载波频带内呈现较高的阻抗。一般由电感形式的主线圈、调谐装置以及保护元件组成。图1中a和b给出了典型的阻波器电路。

为方便设备选型和生产，现阻波器多为额定感抗1.0mH及以上的宽频带调谐阻波器。

1.2 主线圈真实电感与频率的关系

阻波器是空心线圈的一个特例，其总电感由两部分组成:

(1)环绕线圈并与绕组相链的磁通引起的外电感;

图1 阻波器电路

(2)导体内部磁通引起的内电感。

由于电流位移的作用(集肤效应和邻近效应)，内电感随频率的升高而减小。对阻波器而言，额定电感为主线圈在100kHz的最低保证电感值。工频电感与额定电感相差值生产厂家一般按10%控制，即工频电感为额定电感的1.1倍。真实电感与频率的关系如图2所示。

图2 主线圈真实电感与频率的关系

Lt－真实电感;L0－工频电感;LtN－额定电感;f0－工频

2 一个超短距离输电线路潮流异常实例

2.1 现象

2007年重庆电网220kV陈学东西线投运后即出现线路潮流异常，表现为陈学东线C相电流明显低于本回及陈学西线A、B相，同时陈学西线C相电流明显增大，陈学西线潮流不平衡度达1.27，陈学东线潮流不平衡度达1.53，具体数据如表1。

表1 陈学东西线C相电流

220kV陈学东西线连接重庆超高压局500kV陈家桥变电站与沙坪坝供电局2007年新建成的220kV大学城变电站，线路长度约2.7km。导线为4分裂LGJ-400/35，同塔双回敷设。陈学东西线通过两端变电站母联断路器合环，并联运行，网络结构如图3所示。陈学西为光纤保护，未安装阻波器。陈学东在两端C相各安装阻波器1台，型号XZK-3150-1.0/50-T6，用于陈家桥-梅花山安控载波通道。

图3 220千伏陈学东西线网络结构图

2.2 潮流异常的危害

线路潮流异常会产生较大零序电流，对安全稳定运行危害极大，特别是对保护装置影响尤为突出，主要表现为:

(1)导致保护装置频繁启动;

(2)当发生TV断线的时候，若二次零序电流大于0.87A时，将会引起TV断线零序电流保护动作出口跳闸;

(3)陈学东西线重合闸运行方式为单重，当发生单相瞬时故障，某相重合闸动作时，可能会因为合闸时零序电流大于0.87A(而此时故障已消失，该零序电流为正常负荷造成的)，引起零序后加速动作，造成重合闸不成功;

(4)随着一次不平衡度的增加，当零序电流大于0.5A时，装置有可能报TA断线，影响装置的正常运行。

2.3 前期检查

通过电流数据可以清晰看到陈学东线C相有约70A电流分流到陈学西线C相。由于线路并联运行，端电压相同，故导致该故障必然是回路阻抗不平衡。期间对站内设备和线路进行红外测温，未见异常。在2008年2月，分别对两端变电站陈学东间隔设备的直流电阻进行检查，未见异常。检查陈学东西线路参数检测报告，陈学东西线路阻抗平衡。在排除线路和站内设备接触不良后唯一可能为陈学东C相阻波器引起回路阻抗不平衡。

2.4 超短线路模型

通常对于线路长度小于5km的架空线路可以作为超短距离线路看待。这时线路参数中电容影响可以忽略，电阻和电感作为集中参数处理。线路电气模型可以等效为R－L串联电路，如图4。

图4 220千伏陈学东西线C相模型等效电路图

R1—陈学东线路电阻;L1—陈学东线路电感;

L3，L4—陈学东线路阻波器工频电感;

R2—陈学西线路电阻;L2—陈学西线路电感;

2.5 线路电流计算

陈学东线路长度2.791km，C相正序电阻R1=0.109Ω，L1=2.1mh，L3=L4=1.1 mh，

线路C相正序工频感抗X1、阻抗Z1可以由下式计算:

陈学西线路长度2.772km，C相正序电阻R2=0.103Ω，L2=2.1mh，线路C相正序工频感抗X2、阻抗Z2可以由下式计算:

线路压降:

陈学东线C相电流

陈学东线C相计算电流168.501A与实际测量值177A大致吻合，陈学东线C相电流由于阻波器电抗影响，滞后陈学西线C相电流4.26o。据此可以断定陈学东西线路潮流异常原因为陈学东C相阻波器电抗引起陈学东西线C相阻抗不平衡。

2.6 整改方案及参数验算

由于陈学东线路C相正序工频阻抗Z1=1.3546Ω，为陈学东线路C相正序工频阻抗Z2的2.03倍，为减小Z1，必须尽量减小阻波器工频电感L3，L4。选用额定电感选为0.1mh的低电感阻波器，则有陈学东线路阻波器工频电感L3=L4=0.11mh。利用①、②、⑥式重新验算有:

可见线路潮流基本平衡，陈学东线潮流不平衡度1.1，比实际潮流不平衡度1.53大为减少，同时陈学东西线路电流相位差由－4.26°减小为－0.37°。

2.7 实际整改效果

2008年6 月，选用额定电感为0.1mh的XZK-3150-0.1/50型窄带低电感阻波器对陈学东C相线路两端阻波器进行更换。投运后电流如表2所示。

表2 改造后陈学东西线C相电流

由于陈学东C相阻抗大为降低，故陈学东三相电流基本保持平衡，潮流不平衡度为1.07。陈学西线由于陈学东线的分流大为减少，三相电流也恢复平衡，潮流不平衡度1.11。虽然阻波器的影响依然可见(陈学东C相电流依然最小)，但其对潮流影响的程度已经低于负荷不平衡的影响(陈学西C相电流不为最大)，可见改造效果较为理想。

3 结论

通过陈学东、陈学西线路的计算，可以看出在中长输电线路中可以忽略工频阻抗的阻波器，在超短距离输电线路阻抗中占有相当大比例。《交流电力系统阻波器》GB/T 7330-1998中规定的“阻波器工频阻抗可忽略不计”，不适用于超短距离输电线路。设计人员在校核线路参数时必须考虑阻波器的影响。阻波器不对称配置应选用低感抗型号阻波器，避免输电线路阻抗严重不平衡，引起潮流异常。高感抗阻波器不适用于阻波器不对称配置的超短距离输电线路。

［1］ GBT 7330-2008，交流电力系统阻波器［S］.

［2］ 尹克宁.电力工程［M］.北京:水利电力出版社，1987.

［3］ 李瀚荪.电路分析基础(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，1993.