平行输电线路对电网运行的影响.doc

平行输电线路对电网运行的影响及对策研究技术总结报告华东电力试验研究院有限公司清华大学2010年12月目 录1 前言12 平行线路研究框架22.1 平行线路定义分析22.2 存在的主要问题32.2.1 我国平行线路主要设计原则32.2.2 平行线路对电网运行主要影响因素分析32.3 课题组成72.4 研究方法82.5 研究说明93 平行线路系统分析技术研究93.1 技术路线93.2 研究方法和内容103.2.1平行线路典型参数研究103.2.2 平行线路不平衡度研究123.2.3平行线路潜供电流研究153.3 小结174 500kV交流平行线路感应问题的研究184.1 技术路线184.2 研究方法和内容194.2.1 华东电网500kV平行线路统计分析194.2.2 平行线路间感应问题的研究204.2.3 带高抗平行线路谐振过电压研究234.3 小结275 交流输电线路对平行直流输电线路的影响研究285.1 技术路线285.2 研究方法和内容296 平行线路继电保护优化配置研究426.1 技术路线426.2 研究方法和内容436.2.1 稳态仿真计算436.2.2 交流平行线路对控制保护影响分析456.2.3 交流平行线路对直流输电系统控制保护影响分析496.3 小结507 平行线路工频参数测试方法研究507.1 技术路线507.2 研究方法和内容517.2.1 平行线路参数测试的特殊性分析517.2.2 现有线路参数测试方法比较527.2.3 平行线路参数测试方法527.2.4 现场测试规范的研究627.3 小结638 平行线路接地开关的选用研究648.1 技术路线648.2 研究方法和内容658.2.1 潜供电流、恢复电压抑制方法研究658.2.2 针对华东平行线路概况选择潜供电流抑制方案的研究658.2.3 接地开关作用及运行方式的研究668.2.4 快速接地开关与中性点小电抗对感应电流抑制效果的研究678.2.5 不同状态下接地开关开合潜供电流能力的研究688.2.6 接地开关选型选用的研究708.3 小结719 创新点7210 主要结论731 前言电网输送能力不足问题，是当今乃至今后相当长一段时间内困扰我国电网发展的一个主要制约因素。我国人口众多，土地资源紧张，电网建设用地和地区经济发展用地之间的矛盾日益突出。为充分利用线路走廊，提高单位走廊面积的输送能力，我国在电网规划建设中，大力推广大截面导线、新型导线、同塔双（多）回线、紧凑型线路、提高输电线路允许温升、线路温度实时监测等先进适用技术，有效地缓解了电网输送能力不足问题。另外，在线路改造建设中，电网企业积极配合地方经济发展需要，合理归并走廊，减小走廊宽度，形成了大量的高低压、交直流输电线路通道走廊，为地区经济发展腾出了宝贵的建设用地。随着我国电网大面积应用同塔双（多）回线路，以及大规模的线路走廊归并，同塔或同一输电通道中平行走线的输电线路越来越多。尽管特高压输电线路和各级电网规划线路的走廊尚未全部确定，根据目前已确定的部分线路路径，特高压交直流线路与已有的500kV电网线路使用同一输电走廊将不可避免，线路平行建设将成为一种趋势。特别是在经济发达地区，交直流输电线路越来越密集，土地资源非常稀缺，同一电压等级线路、不同电压等级线路、交流线路与直流线路，同处一个输电通道，甚至同塔多回架设，将是以后输电线路建设的主要方式。平行线路间的相关影响主要表现为线路间的电磁感应和电容耦合，感应电压、电流将对线路的谐振过电压、潜供电流、零序电压（流）产生影响，通过换流变压器后将形成直流偏磁，从而危及电网的安全稳定运行。华东电网在江苏阚山电厂送出线路启动过程中发现了谐振过电压现象，华东公司对此非常重视，组织开展了专题研究，后通过合理安排过渡运行方式和设备更换解决了这一问题。近期在华东电网规划建设中发现并成功解决的平行线路间电磁感应对电网运行影响的案例。通过这些研究，我们认识到，在平行线路建设成为一种趋势的背景下，有必要全面深入地研究平行线路间相互影响的机理，以及对电网运行的影响，并在电网规划建设运行中采取相应的措施，以确保电网的安全稳定运行。2 平行线路研究框架2.1 平行线路定义分析目前，国内外对平行线路并无明确的定义，一般所说的平行线路是指某一区域的同一线路走廊内有两条及以上的线路，或者说相距较近的输电线路相互之间有影响，这种影响主要是电气上的，例如感应电压、感应电流。从对平行线路的描述可以看出，平行线路的“平行”是一种广义上的概念，输电线路的平行和传统意义上几何学的平行不完全是一个概念，两者有共同之处，但几何学上有关平行线的部分定理、准则不完全适用于输电线路平行，所以平行线路也可以称之为平进线路或者共行线路。本项目研究以两条线路平行为基础，研究这两条线路之间的相互影响关系，再研究多条线路的平行也是首先研究其中两条线路间的关系。为使研究有所重点，项目对广义“平行”的平行线路按电压等级、性质等进行了分类。（1）按电压等级分类：a）同电压等级平行，如500kV之间的平行，220kV间的平行；b）异电压等级平行，如500kV和220kV之间的平行。（2）按电压性质分类：a）交流线路间的平行；b）直流线路间的平行；c）交直流线间的平行。（3）从平行距离分类：a）全平行线路：始端和末端一致，两线间距基本不变，处于同一杆塔上，几何结构基本对称，最典型的就是全线同杆双回线路b）准平行线路：始端和末端一致，间距在变化，例如分别采用单回塔的两回线路，以及有部分同塔双回的两回线路c）异平行线路：同始端不同末端，平行一段后分段：平行段又可以分为同塔平行和不同塔平行d）段平行线路：始端末端均不同，只是在中间有一段并行而已，线路的交叉跨越也可以看作一种特殊的情况。2.2 存在的主要问题2.2.1 我国平行线路主要设计原则相互并行的500kV线路（中心线间的）最小距离，广东地区为40m，华北地区为55m，华东地区为45m，东北地区一般都在60m以上。最小走廊宽度的计算一般要考虑以下几个方面：（1） 无线电干扰；（2） 静电感应；（3） 工频及操作冲击条件时的闪络；（4） 导线偏移；（5） 舞动；（6） 线路维修要求；（7） 线路架设要求；（8） 杆塔型式及尺寸；（9） 可听噪声。根据国内外的计算资料，最小走廊的范围是在40m70m（风速范围30m/s40m/s）变化。因此建议两回三角排列塔的平行线路取中心线间最小水平距离（横担长度9m）为45m。两回水平排列塔的平行线路中心线间最小水平距离为55m。2.2.2 平行线路对电网运行主要影响因素分析2.2.2.1 对输电线路运行方式的限制平行输电线路由于在运行维护中安全风险增加，由此带来对线路运行方式的限制。（1）线路陪停，降低设备的可用率和可靠性。由于平行线路间距较近，往往在相邻的另一回线路上产生感应电压和感应电流，因此当此回线路检修时，必然会对带电线路的运行方式提出要求。因间距小，带电作业的难度也大，所以运行单位基于安全的考虑，一般要求对邻近的平行线路提出陪停的要求，由此对线路的运行方式产生较大的影响。如果平行线路处于潮流输送的重要断面，将进一步对系统的运行方式提出严峻挑战。（2）各种故障模式和维修方式对双回平行输电线路运行可靠性产生一定影响，双回平行输电线路的故障模式与单回输电线路有所不同，可以分为独立停运、相关停运和共同模式停运。因此，在考虑分析这些故障模式对其可靠性的影响时与单回线路有所区别，需要分析和比较各种故障模式和维修方式对双回平行输电线路运行可靠性的影响，在此基础上统计双回平行输电线路的失效概率和平均无故障工作时间，从而为平行线路的运行方式调整提供更加科学的依据。2.2.2.2 对设备维护方式的影响由于带电设备的电磁感应和静电感应的作用，将会在附近的停电设备上感应出一定电位。高压双回路、多回路同杆架设以及两条平行架设的线路，如果一条线路带电，会造成另外停电的线路带电，特别是当和停电检修平行接近的带电线路出现三相不平衡或单相接地时，对停电线路的感应使其意外地带有危险电压。其次，平行线路中，一条检修停运，并在两侧挂有接地线，如果运行线路发生了接地故障，出现零序电流，会在停运检修的线路上产生零序感应电流。感应电压与电容有关，即与导线的相对位置有关，而与它们平行的长度无关：感应电流除与对地电容有关外，还随着平行长度的加大而增大。因此，在输电线路检修时，要求对同杆塔架设的多层电力线路进行验电时，先验低压、后验高压，先验下层、后验上层，先验近侧、后验远侧；同杆塔架设的多层电力线路挂接地线时，应先挂低压、后挂高压，先挂下层、后挂上层，先挂近侧、后挂远侧，拆除时顺序相反；在同塔架设多回线路杆塔的停电线路上装设的接地线，应采用措施防止接地线摆动，并满足相关安全距离的规定；在使用个人保安线时，工作地段如有附近、平行、交叉跨越及同杆塔架设线路，为防止停电检验线路上感应电压伤人，在需要接触或接近导线工作时，应使用个人保安线。在输电线路施工建设时，由于输电线路对邻近平行线产生的静电感应较大，在放线施工时必须采取安全措施：由于接地电流与长度成正比,每个放线段不宜选取太长，放线段的导线(包括导引绳、导引绳地线)两端必须要有可靠的接地，且接地状态不得中断；在高压强电场设备区工作时，用绝缘绳索传递金属工器具或其它金属大件时，工作人员应将金属物品先接地再接触，以防感应触电；在高压强电场设备区的吊车，应可靠接地。“电力安全规程”还对平行线路相关工作提出了明确的管理要求：对于发电厂、变电所出入口处或线路中间某一段有两条以上的相互靠近的平行或交叉线路上工作，取消原规程中相互靠近的平行或交叉线路100m的概念，明确只要有平行或交叉线路均需要满足以下要求：一是每基杆塔上都应有双重名称；二是经核对停电检修线路的双重名称无误，验明线路确已停电并挂好地线后，工作负责人方可宣布开始工作；三是在该段线路上工作，登杆塔时要核对停电检修线路的双重名称无误，并设专人监护，以防误登有电线路杆塔；对于在同杆塔架设多回线路中上工作防误登有电线路：一是每基杆塔应设识别标记（色标、判别标帜等）和双重名称；二是工作前应发给作业人员相对应线路的识别标记；三是经核对停电检修线路的识别标记和双重名称无误，验明线路确已停电并挂好接地线后，工作负责人方可发令开始工作；四是登杆塔和在杆塔上工作时，每基杆塔都应设专人监护；五是作业人员登杆塔前应核对停电检修线路的识别标记和双重名称无误后，方可攀登。登杆塔至横担处时，应再次核对停电线路的识别标记与双重称号，确实无误后方可进入停电线路侧横担。2.2.2.3 感应电压和电流问题输电线路是电力系统的重要组成部分，其工频参数一般包括直流电阻、正序阻抗、相间电容、正序电容、零序电容以及多回平行输电线路间的耦合电容和互感阻抗，这些参数均是在进行电力系统潮流计算、短路电流计算、继电保护整定计算和选择电力系统运行方式等工作之前须建立电力系统数字模型的必备参数，这些参数的计算往住较复杂且难以准确计及各种影响。为此，工程上要求对新架设及改造后的电力线路工频参数进行实际测量。随着电力线路同塔架设和交叉跨越的情况愈发严重，导致输电线路相互间的感应电压升高，这对测试人员和仪器的安全构成了严重的威胁，给线路工频参数的准确测量带来了严重的干扰。另外，随着同塔多回线（平行线路）的应用和电压等级的不断提高，对平行线路两端的接地开关开合感应电流的能力也要求越来越高，开合感应电流成为高压接地开关的一种特殊运行工况。在两条或多条共塔或邻近平行布置的架空输电线中，当某一回或几回线路停电后，停电线路与相邻带电线路之间仍有电磁感应和静电感应，会在停电的回路上产生感应电压和感应电流。因此，用于平行线路的接地开关，应能满足以下的运行条件：（1）当停电线路的一端开路，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合静电感应电流和感应电压，该感应电流为容性。（2）当停电线路的一端接地，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合电磁感应电流和感应电压，该感应电流为感性。2.2.2.4 对继电保护的影响平行线路的保护配置与单回线路相比有一定特殊考虑，主要如下：（1）同杆双回线路异名相故障的保护配置。同杆双回线路突出的特殊问题是双回同时闪络可能引起双回同时跳闸，严重冲击系统。经验表明，采用多相（分相）重合闸、可以十分有效地限制双回闪络对系统的危害。此措施的目的是区分同回两相故障和两回异名相故障，对两回故障实行分相跳闸-重合闸，避免两回路同时三相甩负荷，从而大大限制双回闪络对系统的危害。为此，可采用光纤复合地线（OPGW）或者微波以增加线路通讯通道数。（2）平行线路纵联零序方向保护配置。由于平行运行线路零序互感效应会造成纵联零序方向保护误动跳闸，实际已有事故教训，需采取相关预防措施。2.2.2.5 同塔双回带高抗线路异常问题皖电东送500kV输变电工程作为华东公司重点工程于2008年建设完成，并经系统启动调试后安全投入运行。皖电东送500kV输变电工程中的河沥官山、官山皋城、皋城汤庄、当涂惠泉，共八回500kV线路均采用大截面导线、线路长、且全程同杆，每回线路上均配置有高抗。500kV同塔双回带高抗线路类似设计的阚山电厂双泗在2007年启动调试过程中曾发生谐振，当涂惠泉曾发生高抗中性点小电抗过负荷等异常现象，而这些异常问题已超出了设计可研的范畴，值得重点关注并研究对策。2.2.2.6 对系统运行的影响问题平行线路由于平行间距较近，线路间的耦合情况较普通线路严重，从而对系统运行及其分析方法产生了较大影响。这主要表现为：（1）平行线路正负零序参数之间存在耦合关系，而且耦合方式复杂，常规大型电力系统分析方法已不能适用；（2）平行线路之间互感差异较大，线路参数存在较大的不平衡，导致平行线路正常运行时产生较大的负序、零序电流，这不但可能导致线路保护及系统保护发生误动，而且流入系统中的负序电流会引起同步发电机转子过热，影响发电机寿命；（3）平行线路发生单相瞬时接地故障时，故障点将存在较大潜供电流，这对线路的快速重合闸产生较大的影响，甚至可能造成重合操作失败。当平行线路位于电网的关键输送断面，单相重合失败将导致线路跳闸，电网关键断面输送能力大幅下降，电网的安全稳定运行将面临严峻考验。2.3 课题组成针对平行线路建设对电网运行的影响，本项目主要关注平行线路系统分析、感应过电压、保护配置、参数测试和设备选型等研究。电磁环境影响、带电作业等内容已在500kV同塔四回线关键技术研究中进行了全面深入的研究，研究结论同样适应于指导平行线路的规划、建设和运行，本项目不再展开。根据这些问题，项目分为六大课题，具体为：（1）课题1：平行线路系统分析技术研究；（2）课题2：500kV交流平行线路感应问题的研究；（3）课题3：交流输电线路对平行直流输电线路的影响研究；（4）课题4：平行线路继电保护优化配置研究；（5）课题5：平行线路工频参数测试方法研究；（6）课题6：平行线路接地开关的选用研究。2.4 研究方法（1）课题1：平行线路系统分析技术研究。分析平行线路原始序参数特性，研究满足常规大型电力系统分析需要的平行线路简化序参数计算方法。基于电力系统故障分析方法，建立平行线路不平衡度和潜供电流分析模型，研究平行线路不平衡度评价指标。针对平行线路多种结构，分析其不平衡度和潜供电流变化趋势。综合以上研究，形成平行线路系统分析研究软件平台，提出减小平行线路对系统影响程度的相关措施。（2）课题2：500kV交流平行线路感应问题的研究。利用EMTP计算平行线路间感应问题，带高抗平行线路谐振过电压。（3）课题3：交流输电线路对平行直流输电线路的影响研究。利用EMTDC计算交流线路在不同运行情况下（正常、操作、雷击），交直流线路的并行电磁影响。（4）课题4：平行线路继电保护优化配置研究。利用离线仿真软件，搭建平行线路模型，计算不同稳态工况下的平行线路感应电压和感应电流，以及电流和电压的不平衡度，分析对不同原理的继电保护和安全自动装置的影响。在离线计算分析的基础上，选取典型的线路参数及线路保护配置，在RTDS上建立实时动模仿真系统，重点考验各种故障过程中的暂态分量对继电保护设备动作行为的影响，并分析解决对策。（5）课题5：平行线路工频参数测试方法研究。利用现场测试与EMTP仿真，获得典型平行线路感应电压、感应电流；结合平行线路特点，进行参数测试方法适用性分析；利用仿真计算与实验室模拟验证了异频法进行线间耦合参数测试的可行性，提出了相应的技术规范。（6）课题6：平行线路接地开关的选用研究。结合EMTP仿真与现场实测，论述平行线路接地开关技术要求的特殊性，根据设备运行可靠性分析，提出500kV平行线路接地开关选用技术规范。2.5 研究说明2006年，华东电网公司结合利港梅里500kV同塔四回线工程建设，对有关规划、设计、建设和运行的关键技术进行了全面、系统的研究，对500kV同塔四回线路在过电压和塔型尺寸、线路防雷、电磁环境影响、有关运行技术、继电保护及多相重合闸配置方案、带电作业、V型绝缘子串的机械电气特性、杆塔结构可靠性、施工安装工艺和导线电气舞动机理等方面，进行了理论分析和试验研究，取得了一系列重要研究成果。作为平行线路中耦合关系较为复杂，且对电网运行影响较大的一种，同塔四回线的研究方法、研究结论是本项目的重要技术基础。本项目主要关注于在同一输电走廊中平行走线的单回对单回、双回对双回、单回对双回之间的相互影响。凡同塔四回线研究中的成果，本报告不再熬述。3 平行线路系统分析技术研究3.1 技术路线线路参数的特殊性是平行线路影响系统运行的重要因素，平行线路的互感、互容等线路参数主要与平行类型、平行长度、平行间距、相位布置因素有关。课题针对平行线路四种典型平行类型，从线路长度、相位布置、平行间距三个方面分析平行线路对系统的影响，其中，考虑同塔双回、单回对单回、同塔双回对单回、同塔双回对同塔双回四种典型平行类型，10km、50km、100km、150km，200km五种平行长度，30m、40m、50m、100m、150m、200m、250m、300m八种平行间距，所有相位布置组合方式。课题研究方法如下：首先，分析平行线路原始序参数特性，研究满足常规大型电力系统分析需要的平行线路简化序参数计算方法，奠定平行线路系统分析研究基础；其次，基于电力系统故障分析方法，建立平行线路不平衡度和潜供电流分析模型，研究平行线路不平衡度评价指标，开发平行线路系统分析软件；最后，分析平行线路对系统运行影响的关键因素，从电网规划、设计、运行等方面提出减小平行线路对系统影响的相关措施和建议。在2005年完成的500kV同塔四回输电线路关键技术研究系统运行技术研究中，已建立了同塔四回输电线路故障分析和暂态稳定计算模型，其仍然适用于平行线路故障分析和暂态稳定分析研究。同时，平行线路故障分析和暂态稳定分析结果对于不同的工程结论差异较大。因此，课题关于平行线路的故障分析和暂态稳定分析模型，不再详述。3.2 研究方法和内容3.2.1平行线路典型参数研究四种平行类型下塔型的组合种类较多，为了简化计算过程，选取平行类型为同塔双回线对单回线，固定塔型、相位、平行长度、平行间距。以卡森模型为基础，利用EMTP线路参数计算程序，以及自开发程序，计算出平行长度100km、平行间距50m、相位布置固定下同塔双回线对单回线理论参数、原始序参数。对计算得出的平行线路典型参数进行分析可以看出，未换位的平行线路原始序参数矩阵为一非对称的满阵，耦合形式十分复杂，每回线路的正序、负序、零序电抗之间不仅存在耦合，而且，每回线路的正序、负序、零序电抗与其他三回线路的正序、负序、零序电抗之间也均存在耦合。这些特性给系统计算带来极大困难。通过平行线路正序、负序、零序参数之间的耦合，正常运行时系统便存在负序和零序分量，常用的PSS/E、BPA、PSASP等电力系统计算分析工具单从潮流计算来讲，都无法实现。即使应用具有三相潮流计算功能的NETOMAC，但由于相位排列方式的多样性，相应的平行线路的序参数也不确定，计算分析工作将非常繁杂。根据平行线路原始序参数特点，课题提出了一种平行线路的参数简化方法：假设每回线路的自阻抗均取其3条线的自阻抗平均值，每回线路的互阻抗均取其3条线的互阻抗平均值，每回线路的3条线和其他回线路的3条线之间的互阻抗也均取其互阻抗的平均值。经过假设处理后的阻抗矩阵具有与相位排列无关的特性，实现了正负零序参数解耦，可用于大规模电力系统分析计算。通过对比两种参数下的潮流计算结果，验证简化序参数保留了未简化前平行线路序参数的主要特性，在一定的范围内保证了计算结果的合理性。图3.1 500kV同塔双回对单回平行线路简化序参数 单位：puI0I1I2II0II1II2III0III1III2I00.027940.014810.00834I10.00983I20.00983II00.014810.025950.00961II10.00977II20.00977III00.009610.02824III10.00878III20.00878注：平行长度100km，平行间距50m。同时，课题依据不同的计算目的，提出了平行线路典型参数应用原则：（1）大规模电力系统安全稳定分析，如系统潮流、短路故障和暂态稳定分析等，应用简化序参数；（2）输电线路本体评估，如不平衡度计算、潜供电流计算等，应用原始序参数。3.2.2 平行线路不平衡度研究3.2.2.1平行线路不平衡度建模（1）平行线路不平衡度建模采用电力系统故障分析的方法建立平行线路不平衡度分析模型。以同塔四回线为例，如图3.1，线路以外部分可看为一个2端口系统，应用PSS/E，在潮流计算的基础上，可方便的求出端口系统的戴维南等值电源和阻抗。联立线路部分和外电网部分，即可求解两个同塔双回线电流和各节点电压，从而进行不平衡度分析。计算中，假设外电网部分的负荷、线路、变压器、电源等均为三相平衡系统，即外电网部分正序、负序和零序参数之间相互解耦，且只存在正序电源。图3.1不平衡度分析计算模型（2）平行线路不平衡度评估指标现有的不平衡度评估中，一般不考虑系统的影响，且分为线路不平衡和静电不平衡两种。其中，线路不平衡反映了线路的阻抗不平衡，不计及线路充电电容作用，通过在线路一端设置正序电源、在线路另一端设置三相接地短路求得；线路的静电不平衡反映了线路充电电容的不平衡，不计及线路阻抗，通过在线路一端设置正序电源、线路另一端开路求得。未考虑系统影响进行不平衡度的评估时，所算出的不平衡系数都只是线路自身引起的，这比系统总的不平衡大的多，而且线路的不平衡将在系统中产生负序分量，若端口连接有发电机，将引起同步电机定子绕组发热，减少发电机的寿命。因此，考虑系统影响，计及在线路两端向网络看进去的戴维南等值电源和阻抗的影响，对于全面评估平行线路的不平衡度是必要的。因此，课题提出了以下平行线路不平衡度评估指标：l 第一类：线路不平衡度，包括零序电流不平衡度、负序电流不平衡度、零序电流穿越不平衡度、负序电流穿越不平衡度、零序电流环流不平衡度、负序电流环流不平衡度。l 第二类：系统不平衡度，包括母线电压不平衡度、发电机负序电流不平衡度。l 第三类：统计不平衡度，包括综合不平衡度（平行线路及系统各项不平衡度取均方根值）、线路最大不平衡度（平行线路不平衡度中最大值）。3.2.2.2平行线路不平衡度分析（1）平行线路不平衡度分析流程鉴于平行线路的平行类型、平行长度、平行间距、相位布置组合方式众多，为了抓住分析重点，简化分析流程，故采用以下计算步骤，寻找平行线路不平衡度较为严重的方式，分析不同因素变化情况下不平衡度的变化趋势。l 第一步：针对四种不同平行类型，固定平行间距为50m，首先固定相位为三根导线顺序ABC排列，计算五种平行长度下各项不平衡大小；l 第二步：针对四种不同平行类型，分别固定平行长度为第一步计算中不平衡度最大情况，固定平行间距为50m，进行相位扫描，根据不平衡度大小选取出最优相位布置及最差相位布置；l 第三步：针对四种不同平行类型，固定平行长度为第一步计算中线路长度，计算最优相位布置及最差相位布置下平行间距增大时不平衡度变化情况，分析平行间距对不平衡度的影响。（2）平行线路不平衡度变化趋势四类典型平行线路不平衡度的变化趋势具有以下的共同特点：1）平行长度增加时的不平衡度变化趋势随着线路长度增加，线路和系统不平衡度增大。不换相线路长度在100km以上时，线路不平衡度和发电机负序电流不平衡度较为严重，发电机负序电流不平衡度甚至会超过8.0的发电机负序电流不平衡度限制标准。图3.2 单回线对单回线不同平行长度下综合不平衡度变化曲线2）相位布置变化时不平衡度的变化趋势不同相位布置下不平衡度变化极大，平行类型为单回线对单回线时，两回线呈同相序排列或对称排列时，线路不平衡度较小，但系统不平衡度较大，两回线呈部分同相位排列时，系统不平衡度较小。平行类型为同塔双回线、同塔双回线对单回线、同塔双回线对同塔双回线时，同塔线路的相位排列方式对不平衡度的大小起主导作用，同塔线路呈逆相序排列可以较大的降低线路不平衡度，呈异相序排列可以较大的降低系统不平衡度。而同塔线路呈同相序排列时，线路不平衡和系统不平衡情况较为严重。3）平行间距增加时不平衡度的变化趋势平行间距变化对不平衡度的影响与相位布置有关，平行间距小于50m时，随着平行间距增加，不平衡度变化趋势较为明显。平行间距大于50m时，不平衡度随平行间距增加变化较小，呈饱和趋势。相对于平行长度及相位布置，平行间距对不平衡度的影响较小。图3.3 单回线对单回线不同间距时综合不平衡度变化曲线平行间距增加情况下不平衡度变化主要与不同塔线路之间耦合强弱关系有关。以单回对单回的平行线路为例，平行间距较近时，单回塔本身臂长对不同塔线路之间的互阻抗、互电纳参数有较大影响；当平行间距增加，非同塔线路间的互阻抗、互导纳的差异减小；平行间距增加到一定程度后，臂长对线路互阻抗、互电纳参数几乎无影响，不同塔线路间的耦合差异较小，且相当薄弱，此时平行线路的不平衡度主要为两回线路本身不平衡度。3.2.3平行线路潜供电流研究3.2.3.1平行线路潜供电流建模潜供电流建模选取同塔双回线对单回线为例，如图3.4所示： 故障外部分建模与不平衡度相同，故障部分增加1、4、5、8、9、12回支路和内部节点712，模拟线路两端开关，线路闭合时支路的相应部分取无穷小，线路开断时支路的相应部分取无穷大； 增加内部节点1315和1315回接地支路、模拟短路接地故障，正常情况下接地支路均为无穷大对角阵，接地故障时支路的相应部分取无穷小。图3.4 潜供电流分析模型说明3.2.3.2平行线路潜供电流分析由于潜供电流分析目的与不平衡度分析目的相似，因此潜供电流的计算流程与不平衡度计算流程相同。四类典型平行线路潜供电流的变化趋势具有以下的共同特点：（1）平行长度增加时的潜供电流变化趋势平行线路的潜供电流水平与线路长度的变化是呈单调上升的趋势，即随着线路长度的增加，线路的潜供电流水平也是升高的。图3.5 单回线对单回线不同平行长度下潜供电流变化曲线（2）相位布置变化时的潜供电流变化趋势平行线路的相位布置方式对其潜供电流水平有一定的影响，在合理的相位布置方式下，线路的潜供电流水平有所降低，但影响程度远小于对不平衡度的影响。（3）平行间距增加时的潜供电流变化趋势平行线路潜供电流水平与平行间距之间并不存在单调变化的关系。其变化特点是与相位布置方式、线路长度相关。平行间距增大时，不同相位布置下潜供电流变化趋势不同。固定相位时，若平行间距较小，则潜供电流变化较为明显，平行间距较大，则潜供电流变化呈饱和趋势。相位布置方式以及平行间距这三个因素中，平行间距对线路潜供电流水平的影响效果相对比较小。图3.6 单回线对单回线不同间距时潜供电流变化曲线3.3 小结（1）建立了完整的平行线路参数计算流程：理论参数原始序参数简化序参数，提出了根据不同计算目的的平行线路计算参数应用原则。特别是形成了平行线路简化序参数计算方法，在工程允许误差范围内实现了正、负、零序的解偶，满足了大型电力系统安全分析的需要。（2）建立了平行线路不平衡度和潜供电流分析模型，提出了平行线路不平衡度和潜供电流分析流程，并开发了相应的计算软件，可满足不同结构平行线路系统不平衡度和潜供电流计算需要，为平行线路的规划、设计、建设和运行提供了系统研究平台。（3）平行长度对不平衡度及潜供电流影响较大，线路长度越长，不平衡度、潜供电流越大，当线路超过100km时，不平衡度情况较为严重，其是发电机负序电流不平衡度可能会超过限制标准。因此在工程设计时，对于大于100km的平行线路，应尽量考虑换位，并安装中性点小电抗。（4）平行线路相位布置方式对不平衡度影响极大，对潜供电流也有所影响。综合不平衡度和潜供电流的影响，在平行线路工程设计时，应注意同塔线路的相位排列方式对不平衡度的主导作用，采用逆相序排列或异相序排列，避免同相序排列，并根据实际工程优化相位布置方式。（5）当平行间距小于50m时，随着平行间距增加，不平衡度和潜供电流变化迅速衰减；当平行间距大于50m时，随着平行间距增加，不平衡度和潜供电流变化呈饱和趋势。实际工程中平行间距一般大于50m，相对于平行长度和相位布置，平行间距对不平衡度及潜供电流的影响较小，因此可忽略平行间距对不平衡度和潜供电流的影响。4 500kV交流平行线路感应问题的研究4.1 技术路线首先对华东电网输电网架进行统计分析，提取平行线路的基本特征，并建立平行线路参数算法，为平行线路研究提供基本资料；根据典型的500kV平行线路参数和平行线路感应机理，建立平行线路感应问题研究的模型，并用线路感应电压电流的实测结果对其进行校验；应用已建立的模型对平行线路之间的感应电压和感应电流进行计算分析，为接地开关的选择提供技术参数；对补偿电抗器的中性点电抗的过负荷问题进行分析研究，为中性点电抗的选型提供技术支持；应用已建立的模型，对平行线路之间的谐振进行分析研究，并提出谐振的抑制措施。4.2 研究方法和内容4.2.1 华东电网500kV平行线路统计分析截止2010年5月，华东电网目前有500kV交流架空输电线路320条，合计约22000公里。目前华东320条500kV交流架空输电线路中，232条（116对）同杆双回，非同杆双回线约78条，单回线目前仅10条左右。平行线路统计分析计算原则如下：将相邻杆塔之间的导线分成若干段，如图4-1所示，将计算平行线路之间的距离转化成计算相邻杆塔之间点与点的距离，并统计小于特定距离的线路长度，从而计算其占线路总长度百分比。图4-1 平行线路简化计算图课题利用MATLAB软件来实现上述算法，然后利用MATLAB软件中的GUI模块将软件打包成可执行文件，这样便于读取和分析数据。具体输出的参数图4-2所示：图4-2 计算软件输出示意图4.2.2 平行线路间感应问题的研究4.2.2.1 平行线路间相互感应的机理分析输电线路运行过程中，在导线周围形成强烈的电磁场，相邻平行线路处于该电磁场中，其上会产生感应电压，若导线通过一定的路径构成闭合回路，则会有感应环流出现。感应电压、环流可分为电磁感应、静电感应两部分。静电感应主要是由于导线间耦合电容引起，其计算建立在麦克斯韦方程的基础上，如式（4-1）所示。静电感应主要是由于回路间的电感耦合效应，其计算建立在麦克斯韦方程的基础上，如式（4-2）所示。 (4-1） （4-2）4.2.2.2 平行线路感应电压和感应电流的计算模型应用系统暂态分析软件EMTP对平行线路进行建模，据式（4-1）和式（4-2）可以知，研究平行线路感应问题须考虑相间以及两条线路之间的杂散电容和耦合电感，因此应用EMTP中支持型线路参数计算程序Line Constants的LCC模块来模拟平行线路，根据线路长度决定LCC模块的个数。除输电线路以外的系统采用简化等值的方法进行模拟，最终形成计算平行线路感应电压和电流的模型，其示意图如图4-3所示。图4-3 平行线路感应问题计算模型示意图4.2.2.3 平行线路感应电压和感应电流的影响因素分析从感应电压和环流产生机理可以推断，平行线路之间的感应电压主要受线路潮流和平行线路之间的相互位置的影响，而线路的感应环流不仅受线路潮流和平行线路之间的相互位置影响，与线路长度的关系也比较密切。课题研究了实际工程中较为关心的线路换位、平行间距、平行长度以及输送容量等因素的影响。（1）线路换位输电线路三相换位以后，周围的电磁场改变方向，平行线路上感应电压和电流的相位和幅值也会随之改变。同样平行长度的线路，当两条线路三相换位时，感应电压和电流较不换位时大大降低，线路换位后，静电感应电压下降为原来的20%左右，而电磁感应电流下降为原来的30%左右。（2）平行间距平线线路的间距变化直接影响到两回线路之间的电磁感应强度，进而影响平行线路的感应电压和电流。课题对水平排列和三角排列两种导线排列方式的平行线路间距分别为55m、100m、150m以及200m等情况下的静电感应电压、电流和电磁感应电压电流进行了仿真计算，并对计算结果进行了曲线拟合。平行线路的静电感应电流和电磁感应电压比较小，对设备选型和工作危险性的评估没有实际意义；输电导线的排列方式对平行线路上的感应电压和电流的影响不大；平行线路的静电感应电压和电磁感应环流随着平行线路间距的增大迅速减小，对其进行曲线拟合发现静电感应电压和电磁感应环流与平行线路间距呈指数衰减规律。其拟合公式为 （4-3）静电感应电压和电磁感应环流的典型拟合曲线如图4-4和图4-5所示。图4-4 静电感应电压拟合曲线图4-5 电磁感应电流拟合曲线（3）平行长度课题对不同杆塔不同平行间距情况下线路平行长度分别为10km、50km、100km（不换位）、100（换位）、150km、200km等6种平行长度情况下，平行线路的感应电压和环流进行了仿真计算。计算结果显示，线路的平行长度对静电感应电压和电磁感应电流影响不大，随着平行线路的增长，静电感应电压略有增加，而电磁感应电流则略有减小，但总的变化量很小。（4）平行比例两条线路并行时，其平行部分占总长度的比例对不同的线路是不同的，课题对平行比例分别为20%、40%、60%、80%四种情况下的平行线路感应电压和环流进行了分析计算。平行线路间的静电感应电压和电磁感应电流与平行线路占总长度的比例均近似呈线性增长关系。（5）输送容量输送容量的大小直接关系到两条平行线路间电磁感应的强度。课题对负荷电流分别为2kA、1kA、0.5kA、0.25kA以及线路空载时平行线路间的感应电压和环流进行了仿真分析。发现平行线路间电磁感应电流与线路输送的潮流基本呈线性增长关系，而静电感应电压与线路输送潮流基本无关。4.2.2.4 平行线路间感应所引起的高抗中性点小电抗过负荷问题研究（1）500kV当惠5907、当泉5917线启动调试高抗中性点小电抗过流发信事件，是由于5907线、5917线均处于备用状态时，与之平行的东武5264线（空充或带潮流）对其产生电磁感应电压，且各相电压相位基本一致，由此造成流过高抗中性点小电抗的电流大于其额定电流所致。（2）500kV当惠5907线和当泉5917线任何一条线路处于运行或检修状态时，东武5264线对5907线和5917线产生的电磁感应电压均很小，不会出现高抗中性点小电抗过流现象。（3）若将高抗中性点小电抗改为1000，则即使5907、5917线均处于备用状态，运行的东武5264线对其也不会产生很高的感应电压，也不会出现小电抗过流现象。4.2.3 带高抗平行线路谐振过电压研究4.2.3.1 线路谐振机理分析在电感-电容的串联回路中，如果参数配合得当，将会产生周期性的或准周期性的谐振振荡现象，其特征在于某一个或几个谐波电压幅值和电流幅值的急剧上升，这一现象称为谐振。在220kV以下电力系统中，变压器中性点多采用消弧线圈接地，常由于中性点位移而致在正常运行状态或在断线时引起的串联谐振现象。而超高压电网中变压器中性点都是直接接地的，电网中性点电位已被固定，若无补偿设备，超高压电网中的谐振过电压时很少的，主要是电容效应的线性谐振和空载变压器带线路合闸引起的高频谐振。但在超高压电网中往往有串联、并联补偿装置，这些集中的电容、电感元件使网络增添了谐振的可能性，主要有非全相切合并联电抗器的工频传递谐振，串、并联补偿网络的分频谐振和带电抗器空长线的高频谐振等。4.2.3.2 带高抗平行线路谐振过电压影响因素分析根据谐振过电压的形成原理可知，谐振过电压的影响因素主要包括相间电容和并联高抗参数。本文主要考虑了平行线路间距、补偿度以及并联高压电抗器中性点小电抗对谐振的影响。（1）高抗中性点电抗课题对一回线路发生单相开断或者合闸一相拒动、另一回热备用以及一回线路发生两相开断或者合闸两相拒动、另一回热备用两种运行状况且补偿度一定情况下对高压补偿电抗器中性点电抗阻值为01000时，对平行线路的感应电压进行分析计算，计算步长为100。课题认为，当热备用的临近线路电压超过其正常运行电压时，即发生了谐振。对两种运行工况下的感应电压进行曲线拟合如图4-6所示。该输电系统中，若并联高压电抗器中性点小电抗在之间，平行线路之间将发生工频传递谐振，威胁到设备安全，而中性点小电抗或者时，则该输电系统不会发生谐振。课题保守认为，若并联高抗的中性点小电抗时，平行线路输电系统两回线路之间就可避免工频传递谐振的发生。图4-6平行线路感应电压随着小电抗的变化曲线（2）并联高压电抗器在工频传递谐振中，并联高压电抗器为谐振电抗的主要部分，并联电抗的大小直接影响线路谐振情况。本课题对中性点电抗分别为400和1000的小电抗配置情况下线路补偿度为50%85%情况下对平行线输电系统的谐振状况进行了仿真计算，其中，计算步长为5%，并对计算结果进行了曲线拟合，拟合曲线如图4-7所示。图4-7 临近线路上的感应电压与线路补偿度的关系在小电抗为400状况下该输电系统的谐振区间为，根据系统运行要求，输电线路的线路补偿度一般为60%80%，从本文的研究可知，这有可能引起两回线路间的工频传递谐振，因此，在设计同杆双回输电线路时，需对高压电抗器和中性点小电抗优化配置，尽量避开两回线路间的谐振的发生。不同的线路参数和中性点小电抗配置，谐振区间会有所不同。（3）平行间距两回线路之间的距离会影响两回线路之间的杂散电容值，根据工频传递谐振发生的条件可知，这也会影响两回线路间的谐振情况。课题对中性点小电抗分别为0、200、400、800四种情况下对不同平行间距下平行线路的感应电压进行了分析计算，其中，平行间距是55m、100m、150m、200m。结果表明本课题所研究的平行输电系统中，平行间距在55m200m之内，平行线路之间不会发生谐振。不过，若平行间距过小，仍有可能谐振。（4）实际线路谐振过电压本课题对500kV三堡三汊湾同塔双回线路以及皖电东送500kV输变电工程的谐振过电压进行了计算分析。皖电东送500kV输变电工程八回带高抗线路高抗中性点小电抗为400时，若一回线路停运两端不接地，另一回线发生非全相运行，则停运线路和开断相线路将发生谐振，谐振相电压最高超过了1000kV，严重威胁设备安全。研究表明在某些运行工况下出现的异常谐振问题，主要是由输电线路长度、高抗容量及其中性点小电抗配置等综合因素所致，若增大高抗中性点小电抗，可以对异常谐振有明显的抑制效果。除了更换高抗中性点小电抗外，相邻线路的状态对谐振过电压有较大的影响。当相邻线路处于备用状态时，本线路发生非全相运行则最有可能发生谐振，当相邻线路处于运行或检修状态时，则一般不会发生谐振。因此调度运行部门也可以采取针对性措施：任一线停役，或任一线高抗停役，或任一线高抗中性点小电抗停役，要求立即将该线改为检修状态。线路长度（即高抗补偿度）的变化对谐振的发生也起到决定性的影响。因此在设计阶段一定要经过相关计算以确定高抗的补偿度，若选择不当，在特殊工况下就可能发生谐振。4.3 小结（1）建立了华东电网平行线路分析软件1.0，可输出平行距离、平行长度、以及占总长度的百分比，为华东电网平行线路的相关分析计算提供了基础参数；（2）分析平行线路间相互感应机理，并根据基础参数、感应机理以及实测参数建立准确的平行线路仿真模型；（3）对平行线路感应电压和电流的影响因素进行仿真计算，结果显示：l 感应电压和电流随着平行线路间距的增大而呈指数衰减规律，不同运行状况下衰减系数不同；l 静电感应电流和电磁感应电压随着平行线路长度的增加呈线性增长趋势，而平行线路长度对静电感应电压和电磁感应电流影响不大；l 输电线路经换位后，静电感应电压可降低80%左右，电磁感应电流可降低70%左右；l 平行线间的感应电压和电流与平行线路占总线路长度的百分比呈线性增长关系；l 平行线路间电磁感应电流与线路输送的潮流基本呈线性增长关系，而静电感应电压与线路输送潮流基本无关。（4）同杆双回带高抗线路均处于备用状态时，与之有较长平行的其它线路对其产生电磁感应，由此可能造成流过高抗中性点小电抗的电流大于其