雙回線并列運(yùn)行三相不平衡的分析研究

楊金東，陶曄

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

0 前言

我國土地資源日益緊缺，同桿并架雙回線輸電走廊窄，能夠節(jié)約土地資源，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但雙回線各導(dǎo)線間的距離較近，受互感的影響較大，加劇了不平衡電流的問題[1]。而且許多高壓線路距離較短，導(dǎo)線不換位，使得雙回線的三相參數(shù)不對(duì)稱，從而造成負(fù)荷電流不對(duì)稱。線路的三相參數(shù)不對(duì)稱會(huì)使得潛供電流的大小受故障類型的影響較大，可能造成線路重合不成功[2]。導(dǎo)線的排列方式對(duì)不平衡電流也有很大的影響，國內(nèi)外的學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了很多的研究[3-8]。

雙回線的不平衡電流包括穿越性和環(huán)流不平衡電流。文獻(xiàn)[5]指出在短距離輸電線路上環(huán)流不平衡電流的影響尤其大，導(dǎo)線排列方式對(duì)環(huán)流不平衡電流的影響更加復(fù)雜。文獻(xiàn)[6-7]對(duì)零序環(huán)流進(jìn)行了分析，論述了零序環(huán)流給二次系統(tǒng)帶來的嚴(yán)重后果，并提出了解決措施。

輸電線路三相電流不對(duì)稱會(huì)增大線路的損耗，過大的負(fù)序和零序電流會(huì)對(duì)保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備造成不利影響，還有可能導(dǎo)致線路零序保護(hù)誤動(dòng)，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性[8-13]。因此，研究同桿并架雙回線的不平衡電流的相關(guān)問題，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

本文對(duì)雙回線并列運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流不對(duì)稱問題進(jìn)行了分析。分析出了造成不對(duì)稱的原因是在線路運(yùn)行時(shí)線路中出現(xiàn)了零序環(huán)流。利用ATP-EMTP進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了零序環(huán)流的存在是導(dǎo)致雙回線并列運(yùn)行時(shí)三相電流不平衡的主要原因。提出了針對(duì)零序環(huán)流的解決措施。

1 兩種運(yùn)行方式討論

1.1 線路模型

不換位的輸電線路必然存在不平衡電流，由于零序不平衡電流對(duì)線路保護(hù)、通信等多種問題影響較為明顯，因此不容忽視。有研究表明線路越短，環(huán)流不平衡越大。

圖1 雙回線示意圖

雙回線有兩種運(yùn)行方式：解列運(yùn)行和并列運(yùn)行，其示意圖如圖1所示。DL斷開時(shí)雙回線為解列運(yùn)行，DL閉合時(shí)則是并列運(yùn)行。

1.2 解列運(yùn)行

雙回線解列運(yùn)行時(shí)，利用“直接去耦法”來得到零序以及正序等值網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。圖中：ZI0、ZII0分別為兩回線的零序阻抗；ZI1、ZII1分別為兩回線的正序阻抗；Zm0為線間的零序互感。

圖2 雙回線解列運(yùn)行零序等值網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)零序等值網(wǎng)絡(luò)可求出I回線零序電流和II回線零序電流，如式(1)所示。

同理，根據(jù)正序等值網(wǎng)絡(luò)可求出I回線正序電流和II回線正序電流，如式(2)所示。

由式(1)、式(2)可以看出，當(dāng)雙回線解列運(yùn)行時(shí)，兩回線的電流之間不會(huì)有耦合，I回線的電流不會(huì)受II回線電流的影響，因此兩回線負(fù)荷電流不會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱的現(xiàn)象。

1.3 并列運(yùn)行

雙回線并列運(yùn)行時(shí)，兩回線間具有零序互感，利用“直接去耦法”來建立無互感的零序等值網(wǎng)絡(luò)，如圖3(a)所示。正序網(wǎng)絡(luò)中沒有互感，正序等值網(wǎng)絡(luò)如圖3(b)所示。圖中符號(hào)含義同圖2。

圖3 雙回線并列運(yùn)行等值網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)零序等值網(wǎng)絡(luò)可求出I回線零序電流和II回線零序電流，如式(3)所示。

同理，根據(jù)正序等值網(wǎng)絡(luò)可求出I回線正序電流和II回線正序電流，如式(4)所示。

由于兩回線并列運(yùn)行，電流I0或I1會(huì)分流。由式(3)、式(4)可以看出，I回線的電流會(huì)受到II回線電流的耦合影響，又由于兩回線參數(shù)不對(duì)稱，從而兩回線電流不對(duì)稱的現(xiàn)象。

2 仿真驗(yàn)證

本文利用ATP-EMTP建立了如圖1所示的110kV新云Ⅰ、Ⅱ雙回線模型，線路長度為Ⅰ回線808m，Ⅱ回線908m，線路采用異相序排列，垂直布置方式，如圖4所示。線路電阻0.1542Ω/km，電抗0.402Ω/km，線徑1.89cm。

圖4 仿真模型導(dǎo)線排列方式

本文仿真了兩種運(yùn)行方式。第一種運(yùn)行方式：I回線與II回線末端斷開，即解列運(yùn)行；第二種運(yùn)行方式：兩回線并列運(yùn)行。

圖5為解列運(yùn)行時(shí)，I回線穩(wěn)態(tài)下的三相電流波形，仿真過程中三相負(fù)荷對(duì)稱。由于兩回線解列運(yùn)行，線間不存在零序環(huán)流，因此不存在不平衡電流。僅投入II回線時(shí)的三相電流波形與圖5類似，不再重復(fù)列出。

圖5 僅投入第I回線路時(shí)第I回線三相電流

解列運(yùn)行時(shí)，I回線的三相電流是完全對(duì)稱的。

圖6為并列運(yùn)行時(shí)，I回線穩(wěn)態(tài)下的三相電流波形，由于線路三相參數(shù)不對(duì)稱從而導(dǎo)致I回線、II回線間三相電流存在著不平衡量，從圖6中可明顯看到電流幅值大小、相位均不等。II回線并列運(yùn)行時(shí)的三相電流波形也與I回線類似，不再重復(fù)列出。

圖6 第I回線三相電流

兩回線三相電流幅值大小不等，相位不對(duì)稱。

利用MATLAB得到了并列運(yùn)行時(shí)兩回線的零序電流及零序環(huán)流，如圖7、圖8所示。從圖中可看到兩回線零序電流相位存在明顯差異，零序環(huán)流不為零。

圖7 兩回線零序電流

圖8 零序環(huán)流

并列運(yùn)行時(shí)，兩回線的零序電流相位不同，并存在幅值為11.49的零序環(huán)流。

3 結(jié)束語

在并列運(yùn)行狀態(tài)下，同桿雙回內(nèi)存在著零序電流，零序電流的大小與導(dǎo)線相序布置方式及導(dǎo)線參數(shù)有關(guān)，該零序電流可以分解出環(huán)流量。分析出了零序環(huán)流時(shí)導(dǎo)致負(fù)荷電流不對(duì)稱的原因。將雙回線解列后，由于兩回線間不再存在環(huán)流，便不存在負(fù)荷電流不平衡的現(xiàn)象。