750／330kV同塔四回线路内部过电压与潜供电流分析＊

常昊波，温灵长，雷小舟

（陕西省电力设计院，西安710054）

随着我国经济迅速发展，日益匮乏的土地资源越来越成为制约电力系统特别是架空送电线路建设的主要因素．采用同塔并架多回输电线路可以有效利用线路走廊，提高输电容量，压缩走廊宽度，节约土地资源，降低工程拆迁与建设投资，实现电网建设与地方发展的协调并进［1］．由于导线之间复杂的电磁／静电耦合关系，且同塔架设线路难以实现完全换位．为提高供电可靠性．研究同塔多回输电线路的内部过电压与潜供电流问题具有重要意义．

目前国内外对于同塔多回线路内部过电压与潜供电流问题已有研究［2-3］，但都是基于500kV及以下电压等级的同塔四回输电线路进行分析，对于750kV和330kV电压等级的同塔四回输电线路情形还未发现有文献提及．本文依托西安南输变电工程，利用电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC，针对我国第一条750／330kV同塔四回输电线路搭建了系统模型，对其内部过电压与潜供电流进行了仿真计算，并得出相关结论，以期给工程设计、施工和研究提供参考．

1 计算模型

1．1 工程概况

西安南输电线路工程包含西安南-宝鸡750 kV输电线路工程和西安南-户县330kV输电线路工程，其中西安南-宝鸡750kV线路长约175 km，西安南变电站出线段26km（含4km同塔四回）和宝鸡变电站出线段42km按双回路共塔设计，其余107km为单回路，线路示意图如图1所示；西安南-户县330kV输电线路，长约14km，其中在西安南变电站附近有4km和西安南-宝鸡750kV输电线路为同塔四回，其余为同塔双回，线路示意图如图2所示．

图1 750kV线路路径示意图Fig．1 Pathgraph of 750kV lines

1．2 杆塔模型

根据工程实际情况，尽可能压缩走廊宽度，规划同塔四回塔型为上面两回750kV，下面两回330 kV，均为垂直排列［4］，如图3所示．

图2 330kV线路路径示意图Fig．2 Pathgraph of 330kV lines

图3 同塔四回塔型Fig．3 Tower of quadruple-circuit lines

1．3 导线参数

750kV线路导线采用6×JL3／LHA1-365／165铝合金芯高导铝绞线，分裂间距400mm．330 kV线路导线采用4×JL3／G1A-400／35高导电率钢芯铝绞线，分裂间距400mm．地线一根采用JLB20A-150铝包钢绞线，一根采用OPGW-150光缆．

1．4 相序排列

西安南-宝鸡750kV导线相序布置情况如图4所示，其中I回线按照顺时针换位，另外I回按照逆时针换位，其中双回同塔部分换位3次．西安南-户县330kV线路中间不存在换位情况．

图4 西安南-宝鸡750kV线路换位示意图Fig．4 Transposition graph of south xi’an-baoji 750kV transmission lines

2 750kV线路过电压计算分析

2．1 由空载线路电容效应引起的过电压

输电线路空载过电压主要为由线路电容效应引起的过电压，与线路的补偿度有关．本工程并联高抗设计值3×70MVar，补偿度选择70%．取线路西安南侧接电源，宝鸡侧空载，基于搭建的PSCAD／EMTDC模型，计算线路沿线空载过电压见表1，计算结果为相电压．由表1可见，A、B、C三相空载过电压最大出现在线路3／4处，为1．010 1个标幺值，满足线路工频过电压不大于1．4个标幺值的要求．

2．2 单相接地非故障相过电压

根据工程实际情况，避雷器型号选择Y20W-648／1491，中性点电抗1 000Ω，并联电抗器补偿度选择70%．设置B相发生单相接地故障，阻抗1Ω，分别就B相在线路首端、中间和末端发生故障时，各相电压波形如图5所示，非故障A相和C相过电压计算结果见表2．由表2可见，当B相在线路中间发生单相接地故障时，非故障A相过电压最大，为1．252个标幺值．同样满足线路工频过电压不大于1．4个标幺值的要求．

表1 线路沿线空载过电压（p．u．）Tab．1 No-load overvoltage along transmission lines（p．u．）

图5 单相接地故障下各相电压情况Fig．5 Each phase voltage in the single-phase earth fault

表2 单相接地非故障A、C相过电压计算结果（p．u．）Tab．2 Calculation results of overvoltage of non-fault A、C phase in the single-phase earth fault（p．u．）

2．3 空载线路合闸过电压

根据实际系统中采用的断路器，合闸电阻为570Ω，分别就线路首端、1／4处、中间、3／4处和末端进行合闸计算．合闸前线路上不存在接地，合闸电阻介入时间8ms，半个周波内，每隔0．001s进行合闸计算，共10组数据，取最大值得到不同合闸时刻空载线路合闸过电压见表3．

表3 不同合闸时刻线路合空线过电压最大值（p．u．）Tab．3 Maximum overvoltage of close on no-load transmission lines at various closing time（p．u．）

图6 B相重合闸时三相电压波形Fig．6 Waveform of three phase voltage at B phase reclosing time

由表3可见，空载线路合闸过电压相电压最大值为1．201个标幺值，发生在线路中间C相；线电压最大值为2．111个标幺值，发生在线路末端Eca．满足线路操作过电压不高于1．7p．u．，相间操作过电压满足不高于2．8p．u．的要求．

2．4 单相重合闸过电压

单相重合闸过电压计算用于模拟线路瞬时性接地故障时，线路两侧断路器操作引起的过电压情况．断路器合闸电阻570Ω．设0s线路中间处B相发生单相接地故障，100ms线路两侧断路器断开，110ms故障消失，700ms线路两侧重合闸，并设置非同期合闸，相差5ms．仿真得到三相电压波形如图6所示．由图6可见，在重合闸时刻，线路故障相B相上有残压，A相和C相上也有感应电压出现．

分别对线路沿线各处B相发生单相接地故障时重合闸过电压进行计算，结果见表4．

由表4可见，线路单相重合闸过电压情况并不明显，相电压最大值在1．1个标幺值以下，线电压最大值在1．85个标幺值以下，属于安全范围以内．

表4 线路沿线单相重合闸过电压计算结果（p．u．）Tab．4 The calculation results of single-phase reclose overvoltage along transmission lines（p．u．）

3 潜供电流计算分析

中性点直接接地系统中，线路的单相接地是系统运行的主要故障形式．为了保证系统运行的可靠性，多采用单相重合闸．单相重合闸的成功与否，主要取决于运行的健全想线路对故障相线路电磁耦合的大小，即潜供电流幅值的大小［5-6］．

潜供电流存在着较强的谐波分量，并伴随着暂态过程，国内外在研究潜供电流的大小与自灭时间的关系时，均采用工频基波电流，在实践中也得到了验证．因此潜供电流计算实质上涉及到稳态计算的问题，在计算A相潜供电流时，将B相、C相首末端开关处于合闸位置，A相两侧开关打开，并设定A相有接地故障，此计算得到的故障电流即是稳态的潜供电流．本文基于搭建的PSCAD／EMTDC模型，仿真计算了西安南输电线路工程的潜供电流，并分析讨论了其中同塔四回线路长度和位置变化对潜供电流的影响．

3．1 潜供电流仿真计算

同塔四回线路段相序布置如图7所示．

图7 同塔四回线路相序布置情况Fig．7 Phase sequences of 750／330kV quadruple-circuit lines

仿真计算潜供电流见表5，结果均为有效值．由表5可见，最大潜供电流18．911A，为750kV线路C相末端．330kV线路最大潜供电流则为始端A相2．519A．

表5 潜供电流计算结果（A）Tab．5 The calculation results of secondary arc current（A）

3．2 四回线路长度和位置对潜供电流的影响

分别计算当同塔四回线路长度为4km、10km和20km时的潜供电流大小，结果见表6．

表6 四回线路长度对潜供电流影响（A）Tab．6 Influence of length of quadruple-circuit lines on secondary arc current（A）

由表6可见，当同塔四回段长度由4km增至20km时，750kV潜供电流由18．476A增至23．244A，330kV 潜 供 电 流 由 2．519A 增 至5．511A．可见四回段长度越长，线路的潜供电流越大．

从750kV线路来看，由于共塔段越长，另一回750kV线路对该回线路也有感应电流存在，因此750kV线路的潜供电流变化比较明显．330kV线路由于长度较短，因此当四回线路长度增加时，对330kV的潜供电流影响也较大．

在同塔四回线路长度为4km的情况下，距离西安南变电站分别为0km、11km和22km时，线路的潜供电流计算结果见表7．由表7可见，当同塔四回线路位置变化时，750kV线路潜供电流大小会有所差异，并随着距离的增大呈现先减小后增大的波动变化，但差异值小于1．3A；330kV线路潜供电流则几乎不发生变化．

表7 四回线路位置对潜供电流影响（A）Tab．7 The influence of position of quadruple-circuit lines on secondary arc current（A）

4 结 论

本文依托西安南输变电工程，使用PSCAD／EMTDC针对我国第一条750／330kV同塔四回输电线路内部过电压与潜供电流进行了仿真计算，得到结论为

1）该线路工频过电压与操作过电压均满足安全要求．其中三相空载过电压最大出现在线路3／4处，为1．010 1个标幺值；单相接地故障发生在线路中间时非故障相过电压最大，为1．252个标幺值；空载线路合闸过电压相电压最大值为1．201个标幺值，线电压最大值为2．111个标幺值；线路单相重合闸过电压情况则并不明显，相电压最大值在1．1个标幺值以下，线电压最大值在1．85个标幺值以下．

2）最大潜供电流18．911A，为750kV线路C相末端；330kV线路最大潜供电流则为始端A相2．519A．

3）同塔四回线路长度对潜供电流大小有明显影响，四回段长度越长，线路的潜供电流越大：当四回段长度由4km增至20km时，750kV潜供电流由18．476A增至23．244A，330kV 潜供电流由2．519A增至5．511A；而同塔四回线路位置变化则对潜供电流大小影响较小：随着四回段距离西安南变电站距离的增大，750kV线路潜供电流大小会有所差异，并呈现出先减小后增大的波动变化，但差异值小于1．3A，330kV线路潜供电流则几乎不发生变化．

［1］ 徐建国．对国外超高压同塔多回送电线路技术的调研分析［J］．电力建设，2001，22（7）：15．XU Jian-guo．Investigation and Analysis on Transmission Line Technique of EHV Multiple Circuit on the Same Tower Abroad［J］．Electric Power Construction，2001，22（7）：15．（in Chinese）

［2］ 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．ZHANG Jia-min，GE Rong-liang．Feature and Application of Power Transmission Technology of Multicircuit Lines on the Same Tower［J］．East China Electric Power，2005，33（7）：23．（in Chinese）

［3］ 曹华珍，蔡广林．广东500kV同塔四回线路对潜供电流和 恢 复 电 压 的 影 响 ［J］．中 国 电 力，2010，43（11）：14．CAO Hua-zhen，CAI Guang-lin．The Influence of Guangdong 500kV Quadruple Circuit Transmission Lines on Secondary Arc Current and Recovery Voltage［J］．China Power，2010，43（11）：14．（in Chinese）

［4］ 温灵长，孙菊海．750kV／330kV混压同塔四回输电线路耐雷性能研究［J］．电网与清洁能源，2013，29（12）：36．WEN Ling-chang，SUN Ju-hai．The Characteristics of Lightning Strike Research on T／L Quadruple Circuits Tower of Different Voltage 750kV／330kV［J］．Power System and Clean Energy，2013，29（12）：36．（in Chinese）

［5］ 陈禾，陈维贤．超、特高压输电线路中潜供电流的电路分析和计算［J］．高电压技术，2010，36（10）：2368．CHEN He，CHEN Wei-xian．Circuit Analysis and Computation of Secondary Current in EHV and UHV Transmission Lines［J］．High Voltage Engineering，2010，36（10）：2368．（in Chinese）

［6］ 张前雄，殷雷，刘耀中，等．基于ATP-EMTP的特高压交流输电线路潜供电流仿真分析［J］．电力建设，2012，33（12）：48．ZHANG Qian-xiong，YIN Lei，LIU Yao-zhong，et al．Simulation and Analysis of Secondary Arc Current in UHV Transmission Lines Based on ATP-EMTP［J］．Electric Power Construction，2012，33（12）：48．（in Chinese）