双回线并列运行三相不平衡的分析研究

杨金东，陶晔

（云南电网有限责任公司临沧供电局，云南 临沧 677000）

0 前言

我国土地资源日益紧缺，同杆并架双回线输电走廊窄，能够节约土地资源，因此得到了广泛的应用。但双回线各导线间的距离较近，受互感的影响较大，加剧了不平衡电流的问题[1]。而且许多高压线路距离较短，导线不换位，使得双回线的三相参数不对称，从而造成负荷电流不对称。线路的三相参数不对称会使得潜供电流的大小受故障类型的影响较大，可能造成线路重合不成功[2]。导线的排列方式对不平衡电流也有很大的影响，国内外的学者也对此进行了很多的研究[3-8]。

双回线的不平衡电流包括穿越性和环流不平衡电流。文献[5]指出在短距离输电线路上环流不平衡电流的影响尤其大，导线排列方式对环流不平衡电流的影响更加复杂。文献[6-7]对零序环流进行了分析，论述了零序环流给二次系统带来的严重后果，并提出了解决措施。

输电线路三相电流不对称会增大线路的损耗，过大的负序和零序电流会对保护装置、发电机、变压器等设备造成不利影响，还有可能导致线路零序保护误动，影响电力系统运行的可靠性[8-13]。因此，研究同杆并架双回线的不平衡电流的相关问题，对电力系统的稳定运行具有重要意义。

本文对双回线并列运行时负荷电流不对称问题进行了分析。分析出了造成不对称的原因是在线路运行时线路中出现了零序环流。利用ATP-EMTP进行了仿真，验证了零序环流的存在是导致双回线并列运行时三相电流不平衡的主要原因。提出了针对零序环流的解决措施。

1 两种运行方式讨论

1.1 线路模型

不换位的输电线路必然存在不平衡电流，由于零序不平衡电流对线路保护、通信等多种问题影响较为明显，因此不容忽视。有研究表明线路越短，环流不平衡越大。

图1 双回线示意图

双回线有两种运行方式：解列运行和并列运行，其示意图如图1所示。DL断开时双回线为解列运行，DL闭合时则是并列运行。

1.2 解列运行

双回线解列运行时，利用“直接去耦法”来得到零序以及正序等值网络，如图2所示。图中：ZI0、ZII0分别为两回线的零序阻抗；ZI1、ZII1分别为两回线的正序阻抗；Zm0为线间的零序互感。

图2 双回线解列运行零序等值网络

根据零序等值网络可求出I回线零序电流和II回线零序电流，如式(1)所示。

同理，根据正序等值网络可求出I回线正序电流和II回线正序电流，如式(2)所示。

由式(1)、式(2)可以看出，当双回线解列运行时，两回线的电流之间不会有耦合，I回线的电流不会受II回线电流的影响，因此两回线负荷电流不会出现不对称的现象。

1.3 并列运行

双回线并列运行时，两回线间具有零序互感，利用“直接去耦法”来建立无互感的零序等值网络，如图3(a)所示。正序网络中没有互感，正序等值网络如图3(b)所示。图中符号含义同图2。

图3 双回线并列运行等值网络图

根据零序等值网络可求出I回线零序电流和II回线零序电流，如式(3)所示。

同理，根据正序等值网络可求出I回线正序电流和II回线正序电流，如式(4)所示。

由于两回线并列运行，电流I0或I1会分流。由式(3)、式(4)可以看出，I回线的电流会受到II回线电流的耦合影响，又由于两回线参数不对称，从而两回线电流不对称的现象。

2 仿真验证

本文利用ATP-EMTP建立了如图1所示的110kV新云Ⅰ、Ⅱ双回线模型，线路长度为Ⅰ回线808m，Ⅱ回线908m，线路采用异相序排列，垂直布置方式，如图4所示。线路电阻0.1542Ω/km，电抗0.402Ω/km，线径1.89cm。

图4 仿真模型导线排列方式

本文仿真了两种运行方式。第一种运行方式：I回线与II回线末端断开，即解列运行；第二种运行方式：两回线并列运行。

图5为解列运行时，I回线稳态下的三相电流波形，仿真过程中三相负荷对称。由于两回线解列运行，线间不存在零序环流，因此不存在不平衡电流。仅投入II回线时的三相电流波形与图5类似，不再重复列出。

图5 仅投入第I回线路时第I回线三相电流

解列运行时，I回线的三相电流是完全对称的。

图6为并列运行时，I回线稳态下的三相电流波形，由于线路三相参数不对称从而导致I回线、II回线间三相电流存在着不平衡量，从图6中可明显看到电流幅值大小、相位均不等。II回线并列运行时的三相电流波形也与I回线类似，不再重复列出。

图6 第I回线三相电流

两回线三相电流幅值大小不等，相位不对称。

利用MATLAB得到了并列运行时两回线的零序电流及零序环流，如图7、图8所示。从图中可看到两回线零序电流相位存在明显差异，零序环流不为零。

图7 两回线零序电流

图8 零序环流

并列运行时，两回线的零序电流相位不同，并存在幅值为11.49的零序环流。

3 结束语

在并列运行状态下，同杆双回内存在着零序电流，零序电流的大小与导线相序布置方式及导线参数有关，该零序电流可以分解出环流量。分析出了零序环流时导致负荷电流不对称的原因。将双回线解列后，由于两回线间不再存在环流，便不存在负荷电流不平衡的现象。