淮南-上海特高压工程电气不平衡度及换位方式仿真计算

祝 贺，李炳坤

(东北电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 132012)

淮南-上海特高压工程电气不平衡度及换位方式仿真计算

祝 贺，李炳坤

(东北电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 132012)

以建设我国第一条同塔双回1 000 kV输电线路(皖电东送淮南～上海)工程为例，研究探讨了输电线路不同换位方式，分析了输电线路不平衡度的影响因素；结合该条线路的工程实例，同时利用理论计算结果和EMTP-ATP(电力系统仿真软件)建立该条特高压线路的同塔双回输电线路模型，分析了该条线路换位之后的不平衡度，且研究了在六种相序排列下特高压同塔双回线路对不平衡度的影响关系，仿真结果表明：当进行一次全换位后，此时线路的不平衡度显著下降，范围为20倍～30倍；当输电线路长度增大，线路的不平衡度随之增加；同时线路的不平衡度与导线相序排列方式密切相关，对线路的不平衡度影响由大至小依次为同相序、逆相序、异名相序。最后根据特高压线路换位方式，进行线路换位方式的技术经济分析，并且给出了适宜的换位长度。

特高压；输电线路；不平衡度；换位长度

输电线路的不平衡度大小是判断整条线路质量好坏的重要标准，当系统正常运行时，因为系统中三相参数的严重不平衡会造成各相导线的电阻，电抗，电导，电纳是不均衡的，从而整个系统中将会形成不对称的电压和电流，当这种不平衡性过大的时候，就会导致各种电气设备的不正常运行，甚至有可能造成系统崩溃，形成非常严重的后果[1-6]。根据相关部门的要求，需要对该条线路的不平衡度进行调整[7-8]。

另外，本工程需要参考相关规程规定。文献[9、10]研究表明在特高压相同长度的走廊前提下，对线路是否进行换位必须考虑潜供电流和直流滤波器。

一般来说，线路的不平衡度越大就说明各序之间的耦合相差越大，而线路中导线的排列方式直接关系到各序之间的耦合[11]。就目前来说，通常同塔双回的架设线路形式为每回三相垂直分布。为了减小输电线路的不平衡度，增加电网安全可靠性，采取三相导线换位是最优的方式；因此为保证系统安全运行，设计线路时得综合考虑换位方式和长度。

本文参考晋东南～南阳～荆门特高压线路的运行经验及研究成果，利用EMTP仿真计算软件对本条线路的不平衡度进行具体分析，给出了该工程恰当的换位排列方式。

1 不平衡度计算方法

1.1 线路计算参数

(1)系统参数

(a)系统额定电压：1 000 kV；

(b)系统最高运行电压：1 100 kV；

(c)系统输送功率：6 500 MW；

(d)事故时极限输送功率：12 000 MW；

(e)功率因数：0.95。

(2)导、地线参数如图表1。

表1 导地线参数

(3)杆塔型式

本工程整条线路导线架设形式为同塔双回路、垂直分布。在本文的各种计算中，采用了双回路垂直排列方式，绝缘子采用Ⅰ串和V串两种方式，相导线和地线布置尺寸大小，如图1、图2所示。

(4)其他参数

a． 绝缘子串长：取12米；b．杆塔呼高：取49米。

图1 “I”串布置塔型 图2 “V”串布置塔型

本文利用软件EMTP-ATP进行分析，图3为本条线路的π型等值电路。本线路的相关电气参数是根据该条线路的相关位置及参数，进而利用Carson模型计算而得。

图3 三相输电线路π型等值电路

本条输电线路在EMTP中的模型，如图4所示。

图4 EMTP中的同塔双回架空线路分析模型

2 输电线路不平衡度分析

2.1 不换位线路不平衡度分析

本条线路长360 km、电压1 000 kV、功率6 500 MW，塔头尺寸如图1、图2所示。当本条线路不换位时，分别得出的不平衡度，负载的电压、电流波形，如图5、图6、图7、图8。

图5 “I”串逆相序排列不换位线路负载三相电流波形 图6 “I”串逆相序排列不换位线路负载三相电压波形

图7 “V”串逆相序排列不换位线路负载三相电流波形 图8 “V”串逆相序排列不换位线路负载三相电压波形

铁塔按“I”串布置方式，对于在不换位时不同的线路长度，根据波形确定的电压和电流的相量形式，再由对称分量法算出该线路的电压和电流的正序及负序分量，可以得出该线路的电压、电流的不平衡度。由计算得出的不同运行方式下的不平衡度绘制于图9中。

图9 1 000 kV线路不平衡度计算结果

从图9中可以得出，该条线路的不平衡度随着线路长度的增加从而增大，这是因为不平衡电容电流随着线路长度的增加而升高。

同时能得出结论，线路的不平衡度与导线相序排列方式密切相关，对输电线路的不平衡度影响由大至小依次为同相序、逆相序、异名相序。对于同相序、逆相序、异名相序排列分布的输电线路，通常当输电线路长72公里、288公里、360公里时，不平衡度超过的限值要求分别对应为2%、2%、1.35%。

根据淮南～皖南～浙北～沪西线路全线线路各段线路长度，当不换位时，计算得出电压不平衡度数值，见表2。

表2 淮南～皖南～浙北～沪西线路不换位电压不平衡度

2.2 换位后线路不平衡度分析

换位之后，线路的首末端相序基本一致，三种相序分别按照线路总长的三分之一排列，这就被叫做一个整循环，或者是一个全换位，图10为线路一次全换位的换位方法示意图。

图10 双回线路一次全换位接线方式示意图

由图10可以得出，当同相序和异相序运行时，一定不能采取反向换位方式；因为在这种方式的情况下，不能保证各个换位段线路都为同相序或异相序的方式运行。当逆相序运行时，一定不能采取同向换位方式；因为在该种换位方式下，不能保证各个换位段输电线路都为逆相序运行。总体上来说，如果线路的运行方式是同相序和异相序，那么需要对该条线路进行同向换位；如果线路的运行方式是逆相序，需要对该条线路进行反向换位。

利用EMTP的换位元件，在EMTP电磁暂态计算程序中，一个全换位计算示意图，如图11所示。

图11 EMTP一个全换位计算示意图

图12 “I”串逆相序排列一个全循环换位线路负载三相电流波形图13 “I”串逆相序排列一个全循环换位线路负载三相电压波形

铁塔按“I”串布置方式，对于在不换位时不同的线路长度，根据波形(图12、图13)确定的电压和电流的相量形式，再由对称分量法算出该线路的电压和电流的正序及负序分量，可以得出该线路的电压、电流的不平衡度。由计算得出的不同运行方式下的不平衡度绘制于图14中。

图14 “I”串逆相序排列全换位后不平衡度的计算结果

从图14中可以得出，当进行一次全换位后，此时不平衡度显著下降，范围达到20倍～30倍；并且从图14可看出，逆相序排列情况下，进行一次全循环换位后，线路不平衡度分别能降低到0.09%、0.04%和0.04%，远小于2%的限值，满足规程要求。

3 换位长度推荐

3.1 不平衡度和电磁环境要求

淮南～皖南～浙北～沪西线路中各段长度分别为317.45 km、152 km、165 km。当在不换位情况下，皖南～浙北～沪西两段线路因为长度较短，计算可得不平衡度均小于2%的限值要求，因而不必要换位。

根据特高压输电线路走廊规划，皖南～浙北～沪西两段线路大部分长距离平行±800 kV输电线路走线。根据科研部门研究结果，如该两段线路不进行换位，将对±800 kV输电线路滤波器造成较大的危害。另外根据科研部门研究，如该两段线路不进行换位，线路潜供电流非常大，开关难以选择。且根据计算，该两段线路若进行一次全循环换位后，线路不平衡度可以达到0.04%，回路间回流也明显减小，故推荐全线三段分别进行一次全循环换位。

3.2 推荐换位长度

该条输电线路全长2×634.45公里，淮南～皖南～浙北～沪西线路中各段长度各为2×317.45 km、2×152 km、2×165 km，每一段线路的长度都比150 km大。因此，要求每一段都进行一次全换位，通过换位之后，各段间电流较之前有所减小，且该条线路的不平衡度也显著降低。

淮南～皖南线路长度2×317.45 km，一个全换位最长节距约106 km，皖南～浙北线路长度2×152 km，一个全换位最长节距约51 km，浙北～沪西线路长度2×165 km，一个全换位最长节距55 km，可以得出，通过换位之后该条线路的不平衡度显著减小。同塔双回、垂直逆相序排列方式的线路，可利用全线三基换位塔实现一个全循环，也可通过二基换位塔外加终端塔换相实现一个全循环。

4 结 论

(1)线路的不平衡度与导线相序排列方式密切相关，对输电线路的不平衡度影响由大至小依次为同相序、逆相序、异名相序。。

(2)按照淮南～皖南～浙北～沪西线路全线线路各段线路长度计算不换位线路的电压不平衡度，在线路逆相序垂直排列情况下，各段不平衡度分别为：2.36%、1.17%、1.27%。

(3)按照淮南～皖南～浙北～沪西线路三段各进行一次全循环换位后，线路不平衡度分别能降低到0.09%、0.04%和0.04%，远小于2%的限值。

(4)从皖南～浙北～沪西两段线路长距离平行±800 kV输电线路引起的电气不确定因素和1 000 kV输电线路规程方面来看，本工程建议淮南～皖南～浙北～沪西线路三段各进行一次全循环换位，换位最长节距分别约108 km、51 km和55 km。换位后，不平衡度分别能降低到0.09%、0.04%和0.04%。

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Huainan-Shanghai UHV Electric Imbalance and Transposition Mode Simulation

Zhu He，Li Bingkun

(School of Civil Engineering and Architecture,Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012)

Taking the construction of China’s first (to East Anhui Huainan - Shanghai Electric) tower double-circuit transmission line project 1000kV as an example，the study investigated the line conductor transposition manner，analyze the impact line imbalance a variety of factors；engineering examples section line，while the use of theoretical calculations and EMTP-ATP (power system simulation software) to establish which of UHV transmission line tower double-circuit transmission line model，and which are not in line unbalance and unbalance when transposition transposition after a comparative analysis，the effects of phase sequence and arrangement of line length tower double circuit transmission lines on which transmission line imbalance，the simulation results show，after a full transposition，unbalance the line is significantly reduced，can be reduced by about 20 to 30 times；When the length of the transmission line increases，line unbalance increases；at the same time line unbalance and phase arrangement of the lines is closely related to the effect of unbalanced line from big to small in the same sequence，reverse phase sequence，phase sequence.Finally，according to UHV transposed way，technical and economic analysis of line transposition methods，and gives proper transposition length.

UHV；Transmission line；Imbalance；Transposition length

2016-12-01

祝 贺(1978-)，男，博士，教授，主要研究方向：特高压绝缘.

1005-2992(2017)04-0045-07

TM08

A

电子邮箱： zhuhe1215@163.com(祝贺)；504866922@qq.com(李炳坤)