超高压交流线路对平行架设特高压直流线路的电磁感应

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随着输电线路的不断建设，输电线路走廊资源越来越紧缺。交流输电线路与直流输电线路平行架设共用走廊有时不可避免[1-3]。交流线路与特高压直流线路平行架设时，由于两者之间存在的电磁耦合，交流输电线路会在平行架设的特高压直流输电线路中产生工频感应电压和电流。而工频电流通过直流输电线路进入两端换流站后，在换流器的作用下会在换流变压器阀侧产生直流偏磁电流[4-9]。若变压器处在直流偏磁工作状态，将导致变压器的损耗、温升及噪音增大，甚至影响使用寿命。

根据云广±800 kV特高压直流线路参数，建立交/直流输电系统的仿真模型。在不同平行架设长度、不同接近距离(文中接近距离为线路杆塔中心之间的距离)、不同土壤电阻率、不同杆塔接地电阻的条件下，对特高压直流线路上的感应电压、电流以及换流变压器阀侧的直流偏磁电流进行了仿真计算。对比分析了平行架设时超高压紧凑型线路和常规型线路对特高压直流线路的电磁影响。

1 超高压交流线路对平行架设特高压直流线路的工频电磁感应

1.1 系统概况及线路参数

以图1所示的超高压交流输电线路和云广±800 kV特高压直流输电线路并行为例，分析超高压交流线路对平行架设特高压直流线路的工频电磁感应影响[10-11]。超高压交流输电线路输送功率为1 000 MW,云广特高压直流线路全长1 446 km，双极输送功率为5 000 MW。交/直流线路参数和杆塔布置见表1、2和图1。

表1 ±800 kV直流线路导线和地线参数

表2 600 kV超高压交流线路导线和地线参数

图1 交/直流线路平行架设的杆塔布置

1.2 超高压交流线路与特高压直流线路平行架设的仿真计算

特高压直流线路单独架设时整流侧的直流电压、电流波形如图2所示。交/直流线路平行架设时(平行长度为100 km、接近距离为50 m)，特高压直流线路整流侧的直流电压、电流波形如图3所示。

图2 特高压直流单独架设运行时线路电流、电压

对比图2、3可以看出，交/直流平行架设后，特高压直流线路电压、电流中的工频分量明显增加。超高压交流线路在平行架设特高压直流线路上感应出稳定的工频电压、电流。

图3 交/直流平行架设时特高压直流线路电流、电压

2 交流线路对平行架设特高压直流线路电磁感应的影响因素

2.1 交/直流线路平行长度和接近距离

2.1.1 工频感应电压、电流

在接近距离为50 m时，不同平行架设长度下特高压直流线路上感应工频电压、电流如图4所示。平行长度100 km，不同接近距离下特高压直流线路上感应工频电压、电流如图5。

由图4、5可见，工频感应电压、电流随着交/直流线路平行架设长度的增加而增大，两者基本呈线性关系。工频感应电压、电流随着交/直流线路接近距离的增加而减小，当交/直流线路接近距离较近时，工频感应分量随着距离的增大衰减得很快，但当接近距离大于100 m时，工频感应分量的衰减幅度越来越小。

2.1.2 直流偏磁电流

工频感应电流通过直流输电线路进入两端换流站后，在换流器的作用下会在换流变压器阀侧产生直流偏磁电流。直流偏磁电流进入换流变压器后，可能导致换流变压器偏磁。特高压直流线路整流侧和逆变侧换流变压器阀侧直流偏磁电流如表3、4所示。

从表3、4可知，整流站与逆变站的换流变压器阀侧直流偏磁电流随着平行长度的增大而增加；随着接近距离的增大而逐渐衰减。交直流线路的平行长度和接近距离会受到换流变压器所承受的最大直流偏磁电流的制约。

图4 不同平行架设长度下的电磁耦合影响

图5 不同接近距离下的电磁耦合影响

表3 整流站换流变压器阀侧直流偏磁电流 /A

表4 逆变站换流变阀侧直流偏磁电流 /A

2.2 土壤电阻率和杆塔接地电阻

图6、7为不同土壤电阻率、杆塔接地电阻下，直流系统中电磁感应参量的变化情况。

由图6可知，平行段土壤电阻率对直流线路工频感应电压、电流以及直流偏磁电流的影响很小。由图7可知，随着平行段杆塔接地电阻的增大，直流线路工频感应电压、电流以及直流偏磁电流也有所增加，但增加幅度较小。

图6 电磁感应参量随土壤电阻率的变化趋势

3 超高压紧凑型、常规线路对平行架设特高压直流线路的电磁影响

超高压紧凑型线路和常规线路的导线布置以及导线参数如图8、表2、5所示。

表5 超高压紧凑型线路的导线和地线参数

超高压常规线路的输送功率控制在1 000 MW，由于紧凑型线路自然功率大，将其输送功率控制在1 500 MW。那么，直流线路上的感应参量见表6。

图7 电磁感应参量随杆塔接地电阻的变化趋势

图8 超高压紧凑型线路及常规线路导线布置

表6 超高压线路对平行架设特高压直流线路的电磁影响

由计算结果可知，由于紧凑型线路减小了交流三相线路对直流线路电磁耦合影响的不平衡，交流紧凑型线路要比常规线路对特高压直流线路的电磁影响明显减小。

5 结 论

(1)交/直流平行架设后，特高压直流线路电压、电流中的工频分量明显增加。超高压交流线路会在平行架设特高压直流线路产生工频感应电压、电流。特高压直流线路换流变压器阀侧产生直流偏磁电流。

(2)特高压直流线路工频感应电压、电流和换流变压器阀侧直流偏磁电流随着交/直流线路平行架设长度的增加而增大，两者基本呈线性关系；随着交/直流线路接近距离的增加而减小，呈非线性关系。

(3)并行段土壤电阻率和杆塔接地电阻对特高压直流线路工频感应电压、电流以及直流偏磁电流的影响很小。

(4)对平行段特高压直流线路的电磁影响，超高压交流紧凑型线路比常规线路明显减小。

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