1000kV特高压输电线路不平衡度分析及换位方式的研究.pdf

第 3 7卷第 5期 2 0 1 0年 9月 华 北 电 力 大 学 学 报 J o u r n a l o f No Ah C h i n a El e c t r i c P o w e r Un i v e r s it y Vo 1 3 7， No 5 S e p，201 0 1 0 0 0 k V 特 高压输 电线路不平衡度 分析及换位方式的研究 王 晔 ( 中国电力科学研究 院 ，北京1 0 0 1 9 2 ) 摘要：以锡盟一南京1 0 0 0 k V 特高压工程为例，借助P S C A D仿真软件研究了输电线路不同情况下的电气不平 衡问题。仿真结果表明：输电线路不平衡度随着导线长度的增加而增大，随着输送功率的增加而增大，同时 受导线排列方式影响较大。对于1 0 0 0 k V 锡盟一南京同塔双回输电工程，推荐采用逆相序排列、反向换位方 式 ，以实现 最优的换位效果。 关键词：1 0 0 0 k V特高压；换位；不平衡度；同塔双回 中图分类号 ：T M 6 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 7 2 6 9 1( 2 0 1 0 )0 5 0 0 3 8 0 5 Un ba la n c e d a n a ly s is a n d t r a n s p o s it io n r e s e a r c h f o r 1 0 0 0 k V EHV t r a n s mis s io n lin e s WANG Ye ( C h i n a E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 1 9 2 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：P S C A D w a s u s e d t o s t u d y t r a n s m is s i o n l i n e u n b a l a n c e b a s e d o n 1 0 0 0 k V E H V t r a n s m is s i o n p r o j e c t f r o m X im e n g t o N a n j i n g T h e e m u la t i o n r e s u lt s h o w s t h a t u n b al a n c e le v e l o f t r a n s m is s io n l i n e is i n c r e a s e d w it h t h e in c r e a s i n g o f le n g t h o f t r a n s mis s io n lin e o r t r a n s mis s io n p o we r a n d is in f lu e n c e d g r e a t ly b y t h e a r r a n g e me n t o f c o n d u c t o r s B y s t u d y in g ，r e v e r s e p h a s e a r r a n g e me n t c o n d u c t o r a n d r e v e r s e t r a n s p o s it io n me t h o d is r e c o mme n d e d t o g a in b e s t e f f e c t io n f o r 1 0 0 0 k V E H V t r a n s m i s s i o n p r o j e c t f r o m X im e n g t o N a n j i n g Ke y w o r d s ： 1 0 0 0 k V e x t r a h i g h v o h a g e( e h v ) ；t r a n s p o s i t i o n ； d e g r e e o f u n b a la n c e d n e s s ；d o u b l e li n e s o n t h e s a m e t o w e r 0 引 言 锡盟一南京特高压交流输电工程 ，起 自锡盟 1 0 0 0 k V 变电站 ，经北京东站、济南站、徐州站 ， 止于南京I L l 0 0 0 k V变电站。该工程计划 2 0 1 2年 建成投产 ，规划最大输送功率为6 5 0 0 MV A。 锡盟一南京 特高压输 电线 路采用 同塔 双 回、 三相垂直排列方式，输电距离长，输送功率大。 根据以往运行经验可知 ，如果线路不换位 ，由于 架空线间及对地位置不对称 ，会造成线路正常运 行时产生不平衡 电流和不平衡 电压 。而输 电线 路长度、输送功率的大小等因素是影响输 电网不 平衡 的主要 因素 J 。当电网不 平衡度 过大时 ， 收稿 日期 ：2 0 0 91 2 2 8 会产生巨大的危害 I 7 _ ，如 ：影响发电机等电气设 备的正常运行 、造成 电动机发热和振动 、变压器 漏磁增加和局部过热、电网线损增大及各种保护 和 自动装置误动等等。 目前，导线换位是减小 长距离特高压输 电线 路不平衡 的行之有效的方法。研究适当的换位方 式 ，对于长距离特高压输 电是 至关重要的。本文 结合在建 的锡盟一南京1 0 0 0 k V输 电工 程 ，应用 P S C A D仿 真软件 ，研 究影 响 电网不平 衡度 的 因 素，并研究适合的换位方式。 1 工程概况及计算条件 特高压输电杆塔通常采用鼓形塔或伞形塔， 锡盟一南京特高压输电工程拟采用伞形塔。典型 伞形塔的导、地线挂点对杆塔 中心及对地距离如 第 5期 王 哗：1 0 0 0 k v特高压输电线路不平衡度分析及换位方式的研究 3 9 表 1 所示 。 表 1 导、地线挂点位置 Ta b 1 S us pe ns ion p o in t o f c o n du c t o r a n d e a r lh wir e 挂点排列形式如图 1 所示。 0- - - - - - - - - - - - - - 一 - - - - - - - - - - - - - - 一 0 图 1 伞 形塔 示意 图 Fig 1 Umb r e lla t y pe t o we r 导线选 用 8分裂 L G J 一6 3 0 5 5钢 芯 铝绞 线 ， 分裂间距4 0 0 mm。地线选用双 O P G W1 2 0 。 2 电气不平衡度计算和分析 中华人民共和国国家标准 电能质量三相 电压 允许不平衡度G B T 1 5 5 4 3 1 9 9 5对不平衡度的定 义为：“ 三相 电力系统中三相不平衡的程度，用电 压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分 比表 示。电压或电流不平衡度分别用 8 。 或 表示 。 ” 根据 电能 质量 三 相 电压 允许 不平 衡 度 G B T 1 5 5 4 31 9 9 5的规定 ：“ 电力系统公共连接点 正常电压不平衡度 允许值为2 ，短时不得超过 4。电气设备额定工况 的电压允许不平衡 度和 负序电流允许值仍由各 自 标准规定。 ”作为系统组 成的输电线路其 自身所产生的 电压不平衡 度必须 = 季 葶 篆 c ， 0 Bo oB Co oC 同相序排 列 Ao oB Bo OC Ao 。 A BO OC CO OB 异相序排列1 Ao OC BO OA Ao oB Bo oA C o oC 异相序排 列 2 Ao oC Bo oB C O OA C O 0B C口 0A 异相序排列3 异相序排列4 逆相序排列 图2 同塔 双回输电线路 导线排 列方式 F ig 2 Ar r a n g e me n t mo d e f o r c o n d u c t o r s o n d o u b le c ir c u it t o w e r 输电线路 的排列方式 、长度 、传输 功率 、导 线间的水平、垂直距离是影响电网不平衡度的重 要 因素。下面，对不 同导线排列方式 ，研究不换 位情况下 ，各种因素对不平衡度的影响。 2 1 输电线路长度对不平衡的影响 当传输 功率 取值 为6 5 0 0 M V A，功 率 因数取 值为 0 9 5 ，对不 同输电线长度零序不平衡度 、负 序不平衡度计算结果分别如图 3 、图 4所示。 躯 1 世 将 5 0 1 O0 l50 2 0 0 25 0 3O 0 3 5O 4 0 0 线路长度 k m 一 同相序一 异相序 1一 异相序 2 一 异相序 3一 异 相序 4 一 逆相序 图 3 不 同导 线排 列方式下零序不平衡度曲线 F ig 3 C u r v e o f u n b a la n e e d n e s s o f lin e S z e r o s e q u e n c e n e t w o r k f o r d i f f e r e n t a r r a n g e me n t mo d e 由图3 、图4可见，对各种排列方式 ，输 电线 如 如 如 华 北 电 力 大 学 学 报 2 0 1 0年 性 00 00 00 00 00 O O O0 00 00 00 线 路长度 k m + 同相序 一 异相 序 1 异 相序 2 一 异 相序 3 一 异相序 4一 逆相序 图4 不 同导线排列方式下负序不平衡 度曲线 F ig 4 C u r v e o f u n b al a n c e d n e s s o f lin e S n e g a t iv e s e q u e n c e n e t w o r k f o r d if f e r e n t a r r a n g e me n t mo d e 路不平衡度均随着线路长度 的增长而增大。当导 线采用同相序排列方式 ，其负序 、零序不平衡度 均较其他排列方式大。对零序不平衡度，异相序 3 排列方式下的不平衡度最小 ；对负序不平衡度，逆 相序排列方式下的不平衡度最小。综合考虑负序 、 零序电网，逆相序排列方式下的不平衡度最小。 从图 3 、4可 以看出，对于各种排列方式 ，不 平衡度均随线路长度的增加而增大。当采用 同相 序排列方式时 ，线路在8 0 k m处负序不平衡度超过 2的限值。采用异相序排列 ，线路长度 为8 0 1 3 0 k m范围内先后达到限值。而采用逆相序排列 ， 线路约在2 5 0 k m时负序不平衡度达到2 的限值 。 逆相序排列可以有效降低线路的不平衡度 j 。 2 2 输送功率对不平衡的影响 当线路长度为2 5 0 k m，功率 因数取值 0 9 5 ， 逐渐增大线路输送功率 ，采用 同相序、逆相序两 种排列方式，计算负序和零序电流不平衡度结果 如图 5 、6所示。 恤 盼 1 0 00 2 00 0 3 0 0 0 4 00 0 5 0 00 6 00 0 输送功率 MW 一同相序 一 逆相序 图 5 两种排 列方式、不 同输送功率下零序 不平衡度 曲线 F ig 5 Cu r v e o f u n ba la n e e d ne s s o f lin e S z e r o s e q u e n c e n e t wo r k f o r 2 a r r a n g e me n t mo d e s wit h d if f e r e n t t r a n s mis s io n p o w e r 妪 恤 l 00 0 2 O 00 3 00 0 4 0 00 5 U O 0 6 00 0 输送功率 MW 一 同相序 一逆相序 图 6 两种排列方式、 不 同输送功率下负序不平衡度曲线 F ig 6 C u r v e o f u n b a la n c e d n e s s o f lin e S n e g a t iv e s e q u e n c e n e t w o r k for 2 a r r a n g e me n t mo d e s wit h d if f e r e n t t r a n s mis s io n p o we r 由图5 、6 可见，随着输送功率的增大，两种 排列方式的负序 、零序不平衡度都增大。这 主要 是由于输电线路上 电流的增大造成线间耦合 的加 剧。同相序排列方式较逆相序排列不平衡度变化 较大，因此，逆相序排列在降低线路不平衡度方 面优于同相序排列 。 2 3 水平线间距离的影响 当线路长度为2 5 0 k m，传输功率6 5 0 0 M V A， 功率因数 0 9 5时，增大导线间的水平距离 ，计算 负序 、零序不平衡度结果如图7 、8所示 。 性 盼 导 线水平 距离 m 一 正相序 - u 逆相序 图 7 两种排 列方式 、不 同导线水平距 离下 零序不平衡度 曲线 F ig 7 C u r v e o f u n b a la n c e d n e s s o f lin e S z e r o e q ue n c e n e t wo r k f o r 2 a r r a n g e me n t mo d e s wit h d if f e r e n t h o r iz o n t a l d is t a n c e b e t we e n c o n d u c t s 当双回路水平距离拉远时 ，对于零序 网络 ， 正相序排列下的不平衡度逐渐减小，负序排列下 的不平衡度先逐渐 减小 ，然后逐渐增大。对 于负 序网络 ，正相序排列下的不平衡 度逐渐减小 ，负 序排列下 的不平衡度逐渐增大。逆相序排列在降 第 5期 王 哗：1 0 0 0 k v 特高压输电线路不平衡度分析及换位方式的研究4 1 妪 世 导 线水 平距 离 m 一 正相序一 逆 相序 图8 两种排 列方式、不同导线水平距 离下 负序 不平衡度 曲线 Fig 8 Cur v e o f u nb a la nc e d n e s s o f line S ne g a t iv e s e q u e nc e n e t wo r k f o r 2 a r r an g e me n t mo d e s wit h d if f e r e n t h o r iz o n t a l d is t a n c e b e t w e e n c o n d u c t s 低线路不平衡度方面优于同相序排列。 2 4垂直线间距离的影响 当线路长度为2 5 0 k m，传输功率6 5 0 0 M V A， 功率因数 0 9 5时，增大导线层间距 ，计算 负序 、 零序不平衡度结果如图9、1 0所示。 2 巷 盼 0 层 间 距 m 一 正相 序-逆 相序 图 9 两种排列方式 、不 同层 间距 离下 零序 不平衡度 曲线 F ig 9 C u r v e o f u n b a la n c e d n e s s o f lin e S z e r o e q ue n c e ne t wo r k f o r 2 a rra n g e me nt mod e s wit h d if f e r e nt v e r t ic a l dis t a n c e be t we e n c o nd u c t s 由图 9 、1 0可 见 ，当导 线 同相 序 排 列 时 ， 随着导线 层 间距 增 大 ，负序 、零 序 不平 衡度 增 大 。当导线逆 相 序排 列 时 ，随着 导 线层 间距 增 大 ，零序不平衡度增大 ，负序不平衡度减小 。逆 相序排列在降低线路不平衡度方面优于同相序排 列 。 根据上述分 析 ，对 于不 同 的导线 排列 方式 、 长度 、传输功率 、导线间的水平 、垂直距离 ，逆 相序排列在降低线路不平衡度方面优于同相序排 列 。 但是 ，逆相 序排列对 于长距离 、大容量输 电 邂 世 层 间距 m 一 正相序一逆相序 图 1 0 两种排 列方式、不同层 间距 离下 负序不平衡度 曲线 Fig 1 0 Cu r v e o f u nb a la ne e d n e s s o f line S n e g a t iv e s e qu e n c e n e t wo r k for 2 a r r a n g e me nt mo d e s wit h d if f e r e nt v e r t ic a l dis t a n c e b e t we e n c o n du c t s 仍然不能满 足不平衡度小于2 限值 ，必须采取 措施 ，将不平衡度降低到允许范围之内。 3 换位方式的研究 根据以往 经验 ，换位可 以有效得抑制 同塔双 回线路不平衡 。目前通 常采用三段换位方式。下 面，研究适合 于特 高压 电网的三段式换位 方式。 考虑正相序排列、异相序 3排列和逆相序排列， 分别采用正向和反 向换位方式 ，共有 6种组合方 式 ，绘制导线逆相序反向换位图和同相序 同向换 位 ，如图 1 1 ，1 2所示 。 A A C A 图 1 1 逆相序反 向换位 Fig 1 l Re v e r s e p ha s e line S in v e r t e d t r a ns p o s it io n A A 图 l2 同相序 同向换位 F ig 1 2 S a me p h a s e lin e S e q u id ir e c t io n a l t r a n s p o s it io n 设 输 电 线 路 全 长 3 0 0 k m，输 送 功 率 6 5 0 0 MV A，功率 因 数 0 9 5 ，导 线换 位 后零 序 、 负序不平衡度计算结果如表 2所示。 4 2 华 北 电 力 大 学 学 报 由表 2可见 ，一次全换位后 ，各种方式不平 衡度显著减小，均低于2的限值要求。其中， 逆向排列反向换位效果最好 ，很好解决了远距离 输电不平衡度大的问题 ，适合在工程中应用。 表 2 换位后不平衡度 T a b 2 D e g r e e o f u n b a la n c e d n e s s a f t e r t r a n s p o s it io n 4 结 论 ( 1 )随着线路长度增大 ，换位前 、后线路不 平衡都呈现增大的趋势 ； ( 2 )随着输送功率的增加 ，输 电线路电气不 平衡度增大 ； ( 3 )导线排列方式对线路电气不平衡度影 响 大。同相序排列方式 的电气不平衡度最大 ，异相 序排列方式次之 ，逆相序排列方式最小。本工程 推荐采用 ( 推荐双回路导线采取逆相序排列方式 ( A B CC B A) ；推荐双回路采取反向换位 的换位 方式 ；推荐线路换位距离取2 0 0 k m。 参考文献： 1 A a r o n K a l y u z n A n a ly s is o f c u r r e n t u n b a la n c e i n t r a n s mi s s i o n s y s t e m s w i t h s h o r t l in e s J I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r D e li v e r y ，2 0 0 7 ，2 2 ( 2 ) ：1 0 4 01 0 4 8 2 戴雨剑基于 E M T P的高压输电线路换位研究 J 电网技术2 0 0 6 ，3 0( 增刊) ：1 3 3 1 3 5 3 韦刚，张子阳，房正良，等多回输电线路并架的不 平衡性分析 J 高电压技术，2 0 0 4，3 0( 4 ) ：9一 l 1 4 A d i b i M M， M