220kV与110kV混压同塔四回路电气不平衡度的研究

（海南电力设计研究院）

220kV与110kV混压同塔四回路电气不平衡度的研究

郭志涛

（海南电力设计研究院）

本文针对220kV与110kV混压同塔四回路线路，利用ATP-EMTP程序计算研究混压四回线路的电气不平衡度影响因素。计算结果表明，220kV线路的相序排列不仅对220kV线路的电气不平衡度影响较大，同时对110kV线路的电气不平衡度影响也较大，通过计算分析给出了混压同塔四回路电气不平衡度较小的相序排列方案，为线路设计提供参考。

220kV与110kV；混压同塔四回路；电气不平衡度；相序排列

0 引言

混压同塔四回路可增大单位输电走廊的输送容量，节省占地和工程投资，是解决线路通道问题的有效办法。在混压四回线路中，由于线路三相自身参数不对称以及四回路之间的电磁耦合关系，在线路正常运行时，每相导线的阻抗和导纳并不相等，导致电力系统中产生不对称电流和不对称电压，从而对电力系统设备带来诸多不利影响。本文以220kV与110kV混压同塔四回路线路为研究对象，利用电磁暂态分析程序（ATΡ-EMTΡ）计算研究混压四回线路的电气不平衡度影响因素，通过计算分析给出了混压同塔四回路电气不平衡度较小的相序排列方案，为线路设计提供参考。

1 计算条件

1.1 计算参数

本文的主要计算参数见表1。

1.2 杆塔型式

在本文的计算中，采用通用设计的2/1I2-SSZ2塔头尺寸作为计算条件，220kV和110kV部分悬垂串均为I型。

2 电气不平衡度限值及计算方法

根据《电能质量 三相电压不平衡度》（GB/ T15543—2008）的规定：“电力系统公共连接点，电网正常运行时，负序电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%”。本文取2%和短时4%作为输电线路电压不平衡度限值。

本文研究采用国际上通用的电力系统分析软件ATΡEMTΡ和相-序变换矩阵对架空输电线路的不平衡度进行计算分析。按照一端供电的开式电力网络计算模型建模，先假定线路送端功率、三相电压对称且不随时间变化，再观测线路受端电压不对称量，等效负载阻抗值则根据传输功率、传输电压和功率因数来计算。

表1 同塔四回路线路主要计算参数

3 不平衡度的计算与分析

3.1 不同相序排列的不平衡度计算

对于同塔四回路相序排列方式可达数百种，本文仅选取9种典型的相序排列方式进行计算分析，如下图所示。

图 同塔四回路相序排列方式

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，线路总长度均取20km。计算结果见表2。

根据表2可知，对220kV线路负序电压不平衡度逆相序（Ρ2、Ρ5、Ρ8，平均值0.18%）排列方式最小，其次为异相序（Ρ3、Ρ6、Ρ9，平均值0.37%），同相序（Ρ1、Ρ4、Ρ7，平均值0.63%）最大，110kV的相序排列对220kV的负序电压不平衡度影响较小，例如对Ρ2、Ρ5、Ρ8而言，220kV部分均为逆相序排列，110kV部分为3种不同相序排列方式，220kV的负序电压不平衡度最大为0.21%，最小为0.17%，差值0.04%。

对220kV线路零序电压不平衡度异相序（Ρ3、Ρ6、Ρ9，平均值0.33%）、逆相序（Ρ2、Ρ5、Ρ8，平均值0.35%）排列方式较小，同相序（Ρ1、Ρ4、Ρ7,平均值0.47%）较大，110kV的相序排列对220kV的零序电压不平衡度有一定影响，例如对Ρ2、Ρ5、Ρ8而言，220kV部分均为逆相序排列，110kV部分为3种不同相序排列方式，220kV的零序电压不平衡度最大为0.43%，最小为0.26%，差值0.17%。

对110kV线路负序电压不平衡度，220kV的相序排列对110kV的负序电压不平衡度影响较大，例如对Ρ1、Ρ2、Ρ3而言，110kV部分均为同相序排列，220kV部分为3种不同相序排列方式，110kV的负序电压不平衡度最大为0.53%，最小为0.01%，差值0.52%。

表2 不同相序排列方式的电气不平衡度

对110kV线路零序电压不平衡度，220kV的相序排列对110kV的零序电压不平衡度影响较大，例如对Ρ1、Ρ2、Ρ3而言，110kV部分均为同相序排列，220kV部分为3种不同相序排列方式，110kV的零序电压不平衡度最大为3.43%，最小为0.51%，差值2.92%。

根据上表计算结果可知，220kV线路的相序排列不仅对220kV线路的电气不平衡度影响较大，同时对110kV线路的电气不平衡度影响也较大，据此，需首先确定220kV线路的电气不平衡度较小的相序排列方式为逆相序，即在Ρ2、Ρ5、Ρ8三种排列方式中选择，然后确定110kV线路的电气不平衡度较小的相序排列方式，比较Ρ2、Ρ5、Ρ8三种排列方式的负序和零序不平衡度，Ρ5排列方式的不平衡度最小，并且两回路间不平衡度分布均匀，因此，综合220kV和110kV线路负序和零序电气不平衡度，最优相序排列为Ρ5。

3.2 线路长度对不平衡度影响计算

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，线路长度取10～100km，相序排列方式为Ρ4、Ρ5、Ρ6，计算结果见表3～5。由计算结果可知，随着线路长度的增加，不平衡度逐渐增加，Ρ4排列为220kV同相序排列，不平衡度较大，对220kV线路长度为70km时负序电压不平衡度已经超过允许限值，对110kV线路长度仅为10km时零序电压不平衡度已经接近允许限值，因此，对同塔四回路当线路较长时，设计时需注意相序排列方式避免不平衡度超过限值。

表3 P4相序排列方式不同线路长度的电气不平衡度

表4 P5相序排列方式不同线路长度的电气不平衡度

表5 P6相序排列方式不同线路长度的电气不平衡度

由计算结果可知，随着线路长度的增加，不平衡度逐渐增加，Ρ5排列为220kV逆相序排列，不平衡度较小，对220kV线路长度为100km时电压不平衡度还没有超过允许限值，对110kV线路长度为70km时零序电压不平衡度才大于允许限值，远远优于Ρ4排列的110kV线路允许长度10km。

由计算结果可知，随着线路长度的增加，不平衡度逐渐增加，Ρ6排列为220kV异相序排列，对220kV线路长度为100km时电压不平衡度还没有超过允许限值，对110kV线路长度为20km时零序电压不平衡度已经接近允许限值，优于Ρ4排列的110kV线路允许长度10km。

4 结束语

综合本文的计算和分析，主要结论如下：

1）对混压同塔四回路，220kV线路的相序排列不仅对220kV线路的电气不平衡度影响较大，同时对110kV线路的电气不平衡度影响也较大，对220kV线路负序电压不平衡度逆相序排列方式最小，其次为异相序，同相序最大；对220kV线路零序电压不平衡度异相序和逆相序较小，同相序较大。综合220kV和110kV线路负序和零序电气不平衡度，最优相序排列为Ρ5。

2）线路长度对电气不平衡度有较大影响，不平衡度随着线路长度的增加而变大，220kV线路同相序排列时不平衡度较大，当四回线路长度大于10km时，需注意110kV线路的零序电压不平衡度避免超过限值，220kV线路逆相序排列时不平衡度较小，当四回线路长度为70km时，110kV线路的零序电压不平衡度才大于允许限值。

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[2] 韦刚，张子阳，房正良，等. 多回输电线路并架的不平衡性分析[J]. 高电压技术，2005，31(4)：9-11.

2015-10-10）