同杆并架平行双回线不平衡电流产生机理的研究

杨金东，陶 晔，李周龙，吴思奇，郭鹏程

(1.云南电网有限责任公司临沧供电局，云南 临沧 677000；2.西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048)

同杆并架双回线输电方式具有安装走廊较窄的优点，能适应复杂地形，因此在我国得到了广泛的应用[1-2]。然而，这种布置方式由于各导线之间的距离较短，易引起线间互感，从而诱导不平衡电流，引发稳定性问题[3-4]。而且，对于一些距离相对较短的高压输电线路，导线之间不经过换位，双回线之间的三相参数不对称会引起负荷电流的不对称[5]。而潜供电流的大小在不对称三相线路参数的作用下对受故障类型更加敏感，极易引起线路重合失败[6]。由此可见，不平衡电流受导线排列方式的影响较大，近年来有关学者对此开展了部分研究[7-13]。

一般而言，双回线不平衡电流可以分为两种，第一是穿越性不平衡电流，第二是环流不平衡电流。按照文献[10]的研究，环流不平衡电流受输电线路距离的影响比较大，而导线排列方式的影响则更加复杂。文献[11-12]的研究结果表明，零序环流对电力二次系统有严重不利影响，并给出了对应的解决方案。

三相电流不对称性最直接的影响为降低电力系统运行的可靠性。这种不对称性会增大线路的损耗，同时放大负序和零序电流，进而对保护装置、发电机和变压器等造成不利影响，严重时会造成线路零序保护误动[2,13-16]。因此，深入研究以及分析同杆并架双回线诱发的电流不平衡产生机理，可为不平衡电流的减小或消除奠定基础。

本文利用直接去耦法分别建立了双回线路解列运行和并列运行时的正序等值电路和零序等值电路。分析了双回线并列运行时的正序等值电流和零序等值电路中电流分布系数之间的关系。分析得到，由于正序电流分布系数与零序电流分布系数不同，导致双回线间出现环流，进而使得双回线三相电流不平衡。以云南临沧电网110kV新云ⅠⅡ回线为例，建立了仿真模型，利用ATP-EMTP进行了并列运行和解列运行的仿真，结果表明分析结论正确。

1 同杆并架平行双回线路模型

不换位的输电线路必然存在不平衡电流，并且线路保护和通信等方面受零序不平衡电流影响较为明显，因此不可忽视[2]。文献[17]结果表明，输电线路越短，环流不平衡性越大。

对双回线而言，其运行方式可以分为两种：一是解列运行，二是并列运行。图1为两种运行方式的示意图。图1中DL断开与闭合分别表示解列运行和并列运行。

图1 双回线示意图

2 解列运行分析

见图2，本文利用“直接去耦法”建立双回线解列运行条件下的零序和正序等值电路。图中ZI0和ZII0分别表示两回线的零序阻抗；而ZI1和ZII1表示两回线的正序阻抗；Zm0为两回线间的零序互感。

图2 双回线解列运行等值网络

(1)

(2)

分析式(1)～(2)可知，同杆并架双回线解列运行条件下两回线之间的电流不发生耦合，I回线与II回线之间的电流彼此不影响，因此有效避免了三相不对称现象。

3 并列运行分析

(3)

图3 双回线并列运行等值网络图

(4)

由图3、式(3)～(4)可知，并列运行时电流I0或I1会分别分流到两回线中。I回线电流受到II回线的耦合影响，且两回线间的参数不对称，最终导致三相电流不对称的出现。

4 仿真验证

本文基于ATP-EMTP建立了云南临沧电网110kV新云ⅠⅡ回线的双回线模型。图中Ⅰ回线与Ⅱ回线的线路长度分别为808 m和 908 m。线路采用图4中的垂直、异相序布置方式。线路的电阻0.154 2 Ω/km，电抗0.402 Ω/km，线径1.89 cm。

图4 仿真模型导线排列方式

本文分别在解列运行以及并列运行下进行仿真验证。图5为解列运行和三相负荷对称条件下I回线的三相电流波形。由于解列运行线间无零序环流，故不存在不平衡电流。II回线下的三相电流波形与图5类似，不再赘述。表1中给出了解列运行时I回线三相电流的幅值和相位，可以看出解列运行时，I回线的三相电流几乎是对称的。

图5 解列运行时三相电流

表1 解列运行时三相电流幅值相位

Tab.1 Amplitude and phase of three phase currentin disconnection operation

参数相别I回线幅值/AA401.72B401.74C401.68相角/(°)A-14.96B-134.98C105.01

图6为并列运行条件下I回线的三相电流波形。I回线与II回线间在线路三相参数不对称作用下，存在三相电流不平衡量，图6中的电流幅值大小和相位均不相等。II回线的三相电流波形也与I回线类似。

图6 并列运行时三相电流

表2列出了并列运行时两回线的三相电流幅值和相位，可更加明显看出两回线三相电流幅值大小不等，相位不对称。

表2 并列运行时三相电流幅值相位

本文采用MATLAB在并列运行条件下计算得到两回线的零序电流及零序环流，分别见图7和图8。分析图中曲线可知，两回线之间零序电流的幅值相当，相位存在明显差异，而零序环流不为零。

图7 两回线零序电流

图8 零序环流

表3中给出了并列运行时I回线、II回线零序电流的幅值和相位，可以看出并列运行时，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。

表3 并列运行时两回线零序电流幅值相位

5 结 论

本文通过直接去耦法分析了同杆并架平行双回线路并列运行三相不平衡电流的产生机理，利用直接去耦法分别建立了双回线路解列运行和并列运行时的正序等值电路和零序等值电路。研究表明，两回线解列运行，线间无零序环流，因此不存在不平衡电流；而并列运行双回线间出现环流，使得双回线三相电流不平衡，造成电流幅值大小、相位均不相等。