同塔双回不换位线路电压不平衡度研究.pdf

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同塔双回不换位线路电压不平衡度研究1 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究2 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究3 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究4 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究5 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究6 同塔双回不换位线路电压不平衡度研究7
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第42卷第7期2014年4月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlVb1.42NO.7Apr.1,2014同塔双回不换位线路电压不平衡度研究朱庆钢,刘前进,陈海涛,罗龙波,何德龙,韦胜旋,曾繁源,花欢欢(1.华南理工大学电力学院,广东广州510640;2.智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学),湖南长沙410004)摘要:在线路走廊特别紧张的地区,部分线路可能没有条件采用完全换位,而同塔多回输电线路中采用不换位架设将导致电力系统三相参数不对称。针对这个问题,以某地区一条750kV同塔双回线路为例,对该线路不平衡度计算进行了理论推导,并应用PSCAD/EMTDC软件从杆塔类型、相序排列方式、回间距离、线路长度几个方面对线路不平衡度进行了仿真分析仿真结果表明,输电线路较短时采用同塔同窗逆相序方式架设并适当调整回间距离,能将电压不平衡度控制在一定范围内输电线路过长时则需采取换位措施,避免对系统造成不良影响。关键词:同塔双回;不换位;输电走廊;不换位线路;电压不平衡度;相序排列Studyonvoltageimbalanceofan--transposeddouble・-circuitlinesonthesametowerZHUQing.gang,LIUQian ̄in,CHENHai.tao,LUOLong.bo,HEDe.1ong,WEISheng.xuan,ZENGFan.yuan,HUAHuan.huan(1.SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;2.HunanProvinceKeyLaboratoryofSmartGridsOperationandControl(ChangshaUniversityofScience&Technology).Changsha410004,China)Abstract:Transmissionlinesinsomeareasmayhavenoconditiontotranspositioncompletely,becauseofashortageoflineco ̄idor.Andun-transposedmulti-circuittransmissionlineswillcauseelectricalthree-phaseparametersasymmetry.Tosolvethisproblem,thispapertakesa750kVdoublecircuitlineswithouttranspositionforanexample,andtheformulasofcalculatingthevoltageimbalance——ondoublecircuitlinesarepresented.UsingPSCAD/EMTDC.thezerosequencevoltageunbalanceandnegativesequencevoltageunbalancearecalculatedindifferenttypesoftowers,differentphasesequencearrangement,differentdistancebetweenthetwoloopsanddifferentlinelength.Accordingtothesimulationresults,whenthetransmissionlineisshort,thevoltageimbalancecanbecontrolledwithinacertainrangebyadoptingwiththereversephasesequenceinthesametowerwindow,whichloopsdistanceisadjustedproperly.Toavoidbadeffectonthepowersystem,transmissionlinemustbetransposedwhenthelineislong.—Keywords:double-circuittransmissionlines;untransposed;transmissioncorridors;un-transposedline;voltageimbalance;phasesequencearrangement中图分类号:TM726-3文献标识码:A文章编号:1674-3415(2014)07-0073-070引言为了解决输电走廊紧张问题,同塔双回、多回高压输电线路应运而生。高压输电线路原则上应采用换位措施,以减小电力系统正常运行时电流与电压的不对称性。但设计和运行经验表明,高压线路完全换位会减弱线路的电气和机械强度,增加建造和运行维护的费用【lJ。并且在某些线路走廊特别紧张的地区,部分线路可能没有条件采用完全换位的架设方式。由于线路不换位导致电气三相参数不对称所引起三相电压、电流不对称,会增大电网输电元件的损耗,并且在线路负荷较轻的情况下及系统黑启动的初始阶段,过大的负序电流可能导致发电机负序保护动作,从而引发发电机跳闸或阻止发电机并网运行,甚至会造成大面积停电l引。目前,对高压输电线路的电气参数不平衡问题研究比较常见。文—献[68]通过参数解耦、分相建模等方法对多回线路不平衡度的计算进行了理论研究,但不能针对不同电力系统保护与控制塔形情况进行分析且计算精度较低。文献[9.1l】分析了单回不换位线路的不平衡度的影响因素,并且指出了输电线路不换位长度与相序变换等是影响其不平衡度的主要因素,但并未涉及到双回或多回线路。文献[1213]分析了换位方式对同塔双回线路不平衡度的影响,研究表明逆相序反向换位时对应的线路不平衡度较小。但是对同塔双回不换位输电线路,尤其是对750kV不同塔型、不同相序排列、不同回间距离以及不同线路长度情况下的同塔双回不换位线路研究更少。本文对同塔双回不换位线路的电压不平衡度计算进行了理论推导,并以某地区一条750kV同塔双回线路为例,应用EMTDC ̄SCAD电磁暂态仿真程序,采用目前比较常见的750kV同塔双回常规型与同塔同窗紧凑型两种典型杆塔类型[14-15],对影响同塔双回线路电压不平衡度的杆塔塔型、相序排列方式、回间距离以及线路长度等主要因素进行仿真研究。最后结合实际情况对杆塔塔型的选择与线路的相序排列提出了相应的建议。1同塔双回不换位线路的不平衡度计算同塔双回线路为强电磁耦合,回路之间的距离可以和回路内的相间距离相比较,并且从一回的任一相到另一回三相问的距离都不相等。设、、、、、为各相的感应电压,、、、、、为各相的注入电流,Z从、ZB、ZC、z、Zbb、Zc。表示各相的自阻抗,Zab、、Zb。、Z舳、zAC、ZB表示本回路的相间互阻抗,ZAa、ZR、ZC、ZAb、ZB、Zc、z、z。、ZC。表示两回路之间的互阻抗。则同塔双回线路自感、互感示意图如图1所示。图1双回线路自感、互感示意图Fig.1Self-inductanceandmutualinductanceschematicdiagramofdouble-circuittransmissionline根据图1可以写出系统的电压方程为●●●●●.zlARZAfzZAhz^cZcA]IZcBI1ZcJl记式(1)为。ab。,并进行序分解,得到解耦后的序阻抗矩阵为31:。=SZS~Jl:。。:。。其中、分别为对称分量的变换矩阵和反变换矩阵,设I回线路的各序电流、电压分别为、、Ⅱ和、、;回线路的各序电流、电压分别Ⅱ为,1、、和、、。则线路序参量方程为(2)式(2)qb,阻抗矩阵z中z表示P回线路i序电流与q回线路的,序电压之间的耦合序阻抗,当p=q时,ZF-q为本回路内部i序电压与J序电流之间的≠耦合互阻抗;当Pq时,ZP ̄-q为两回路之间的i序电流与,序电压之间的耦合互阻抗。如果对双回线路施加正序电压、,假设线路的电源端参数对称,再由线路自身参数可得出流过双回线路各回电流,最后借助电力系统相一序变换原理可得到各回线路上各序电流分量,则两回路中各序电压分量可分别表示为㈩㈩定义双回线路各回的零序、负序电压不平衡度为imO筹赫ZI-I/-I..gTII-I/-II7I-I[I.4_711-I/-]-II㈣一一币丽—q—1丌=={.朱庆钢,等同塔双回不换位线路电压不平衡度研究k2--u:I=恭zMT1赫47IIITII(6)II--=蒜Zi-iI/i_b7II-II/H㈩。一一丽…:=Ul"=赫ZI-II[1.4_7IMI]-II(8)由上述公式可以看出,同塔双回不换位线路I、Ⅱ回的零序、负序电压不平衡度不相等并且与线路的自阻抗、相间的互阻抗、双回线路之间的互阻抗密切相关。由于同塔双回不换位线路没有进行换位,空间上并不对称,线路阻抗矩阵中的各对角线元素和非对角元素都不相等。因此易知影响同塔双回线路参数不平衡度的因素主要有:导线的自身属性、杆塔类型、回间距离、相序排列等。2EMTDC仿真建模2.1系统模型设首端电源电压为度=787Z0。,电源的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗相等为Zs=Zs:=Zs。=j5Q;末端电源电压为=750Z一5。,电源正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗相等为ZM=ZM2=zM0=j5Q。系统接线见图2。图2双回线路仿真计算简化模型接线图Fig.2Simplifiedconnectiondiagramforsimulativecalculationofdoublecircuittransmissionsystem2.2线路模型取典型线路参数如下:线路全长50km且不换位。导线型号为6*LGJ.400/35,分裂间距为400mm,导线弧垂取10m,两根地线全线采用JLB40.120型号,大地电阻率取300Q.m。线路采用贝瑞隆模型(theBergeronmode1),杆塔参数及布置如图3所示,工程用导、地线型号和参数如表1所示。表1导、地线参数Table1Parametersofconductorandlightningshieldconductor●G10+一一呈:一+G2:I回!IIN:C●:●c42m!●………●:B++:I30m;15mA—+。一:一a.,/:I25m0..4m.,/。(回间距离),・,..I、・~:I塔基中心线lII.//////.Y////// ̄///////////(a】同塔双回常规型杆塔^●G1+一S_m一1,4G2I回:II回●●:Cl。32mI●●:BlbA,●I窠+一a‘/::7m0一m,/:。(回间距离)厂・30m:IJ:I塔基中心线II(b)同塔同窗紧凑裂杆塔图3双回输电线路塔型布置图Fig.3Blockdiagramofthetowerforthedoublecircuittransmissionline由于双回路导线相序排列方式组合形式多变,使得不换位线路电气参数不对称性更加明显。如果以I回线路为参考,双回线路相序排列方式可以分为六种,如表2所示。表2双回线路相序排列方式Table2Phasesequencesofdoublecircuittransmissionline相序同相逆相异相异相异相异相排列方式序序序1序2序3序4I回线路ABCABCABCABCABCABCII回线路abccbaacbbacbeacab工程经验表明,同塔双回不换位线路,由于导线之问存在着复杂的电磁、静电耦合分量关系,在不同相序排列情况下线路不平衡度相差较大。3仿真结果及其分析3.1相序 ̄IIEN对同塔双回线路电压不平衡度的影响采用不同的相序排列方式,以同塔双回常规型塔和同塔同窗双回紧凑型塔两种塔形(以下简称常规型塔、紧凑型塔),对750kV双回不换位线路进.76.电力系统保护与控制行仿真,其电压不平衡度如表3所示。表3不同相序排列下的电压不平衡度Table3Voltageimbalanceofdifferentphasesequencearrangement考虑I、II回线路的零序、负序电压不平衡度最严重的情况,常规型塔与紧凑型塔在不同相序排列情况下的电压不平衡度如图4所示。相序排列方式(a)常规型塔电压不平衡度相序排列方式(b)紧凑型塔电压不平衡度图4不同相序排列下的电压不平衡度Fig.4Voltageimbalanceofdifferentphasesequencearrangement由表3和图4可以看出:1)线路首端与末端电压不平衡度不同但相差不大,多数相序排列方式下的I、II两回线路电压不平衡度相等,而在紧凑型异相序3排列时,II回线首端负序电压不平衡度为0.6%,I回线路末端负序不平衡度为0.006%,两回线路相差最大,约为0.594%。2)不同相序排列情况下,常规型塔的零序电压不平衡度相差较小,而负序电压不平衡度相差最大,其中负序电压不平衡度由小到大排序为:同相序<逆相序<异相序3=异相序4<异相序1=异相序2。综合考虑零序与负序电压不平衡度,常规型塔为同相序最优,逆相序次之。3)不同相序排列情况下,紧凑型塔的零序电压不平衡度在不同相序排列的情况下相差较小;而负序电压不平衡度相差较大,其由小到大排序为:逆≈相序异相序4<同相序<异相序1<异相序2<异相序3。综合考虑零序与负序电压不平衡度,紧凑型塔为逆相序最优,同相序次之。4)由图4同样可以看出,相序排列对输电线路电压不平衡度影响较大,并且还可以通过对电压不平衡度进行评估来选择合理的相序排列方式,进而可以有效减少输电线路不平衡运行状态。3.2回间距离对同塔双回线路电压不平衡度的影响采用同相序、逆相序,常规型塔和紧凑型塔回间距离分别由22~28m、4~10m间隔lm均匀变化,考虑I、II回线路零序与负序电压不平衡度最严重的情况,仿真结果如图5所示。由图5可知:1)常规型塔回间距离由22m变化至28m时,同相序负序、零序电压不平衡度变化幅度都非常小,二者均减小0.01%。而在逆相序排列情况下,零序电压不平衡度均随着回间距离的增大而不发生任何改变,但是回间距离在22~28m均匀变化时,负序电压不平衡度由0.19%增加至0.28%,增加了0.09%,变化幅度较小。2)紧凑型塔回间距离由4m变化至10m时,同相序负序、零序电压不平衡度变化幅度都非常小,二者均减小了0.01%。逆相序排列情况下,回间距离在4~10m均匀变化时对应的零序电压不平衡度变化幅度较小,减小了0.01%;而负序电压不平衡度由0.27%降至0.04%,减小了0.23%。因此对于紧凑型杆塔在逆相序排列时,确保零序电压不平衡度在允许范围内前提下,适当增大回间距离能有效减小负序电压不平衡度。朱庆钢,等同塔双回不换位线路电压不平衡度研究.77.回间距离fa】常规型塔电压不平衡度回间距离,m(b)紧凑型塔电压不平衡度图5不同回间距离下的电压不平衡度Fig.5Voltageimbalanceofdifferentloopsdistance3.3线路长度对同塔双回线路电压不平衡度的影响采用常规型塔和紧凑型塔,分别在同相序排列、逆相序排列的情况下,线路长度在20~100km每隔10km均匀变化,考虑I、II回零序与负序电压不平衡度最严重的情况,仿真结果如图6所示。由图6可以看出:1)线路长度变化对零序电压不平衡度影响较大。当线路长度由20km变化至100km时,逆相序排列方式下常规型与紧凑型的零序电压不平衡度基本不变,而同相序排列方式下的常规型与紧凑型零序电压不平衡度分别由0.11%、0.12%增加至0.14%、0.16%,分别增加了0.03%、0.04%。2)当线路长度由20km变化至100km时,紧凑型塔的负序电压不平衡度基本不变,而常规型塔的负序电压不平衡度迅速增大。线路长度较短时,紧凑型塔在逆相序排列的情况下负序电流不平衡度为0.11%,同样能看出线路走廊紧张的地区可以考虑不换位,如750kV的金昌.酒泉段只有27.7km的走廊拥挤地段,可以考虑采用同塔同窗紧凑型逆相序排列不换位线路并选择合适的并补度限制潜供电流【J。当线路长度在20~100km均匀变化时,同相序常规型、同相序紧凑型、逆相序常规型的负序电压不平衡度分别由0.1l%、0.12%、0.11%增加至0.22%、0.28%、0.26%,增幅分别为0.11%、0.16%、0.15%。因此当线路长度较长时,应该考虑对输电线路进行换位措施以限制负序电压不平衡度在允许范围之内。线路长度肥(a1同相序电压不平衡度线路长度/kin(b)逆相序电压不平衡度图6不同线路长度的电压不平衡度Fig.6Voltageimbalanceofdifferentlinelength4结论本文建立了同塔双回不换位输电线电压不平衡度计算模型,并且在此基础上以某地区750kV同塔双回线路为例,通过运用PSCAD/EMTDC仿真软件对杆塔类型、相序排列方式、回间距离、线路长度对电压不平衡度的影响进行研究分析,进而得出如下结论:1)综合考虑线路的零序与负序电压不平衡度,常规塔型在同相序排列情况下最优,逆相序次之;而紧凑型塔则为逆相序排列情况下最优,同相序次之;因此在实际工程设计中,可优先考虑同相序或逆相序排列方式。.78.电力系统保护与控制2)同相序排列时,无论是常规型塔还是紧凑型208.塔,调节线路回间距离对线路的电压不平衡度影响LIBin,LIXue.bin,DINGMao-sheneta1.Circulating都较小。而线路在逆相序排列时,在一定合适范围nba1ancedcurrentanditsjnnuenceofd0uble.circuit薹嘉嬖鍪皇衡:。,恕景uHvtransmissionlines[J] ̄TransactionsofChina塔同窗紧凑型塔在逆相序排列的情况下,适当增加…’回间距离可在保证零序电压不平衡度在一定范围的“—’E。。。。h。s。。i。ty,2012,2(4):20220情况下,大幅度减小负序电压不平衡度。[6]李博通,李永丽,陈莉,等・同塔四回线参数解耦及故3)线路长度对线路的零序电压不平衡度影响障分析方法【J】.电力系统保护与控制,2010,38(19):较大,而当线路较短时对应的线路负序电压不平衡1-9.度亦较小,但随着线路长度的增大而迅速增大。因LIBo-tong.LIYong.1i.CHENLi.eta1.Methodfor此,在输送距离较短并且输电走廊比较拥挤的地段,‘parameterdecouplingandfaultanalys1soffour-circuit可以考虑采用同塔同窗逆相序不换位线路以缓解线transmissionlinesonthesametower[J】.Powersystem路走警张题。当电鸳较长负序电ProtectionandControl,2010,38(19):1_9.譬警要釜位,以免较大靳希,吴文辉,吴世.基戴维南等值的输电线路的电压不平衡度对系统造成不良影响。…~’~一一’参考文献不39(平21衡):度1-分11.析新方法[J】・电力系统保护与控制,2。¨,[1]胡丹晖,蔡汉生,涂彩琪,等.500kV同杆并架双回线J1NXi.WUWen.hui.WUShi.min.Newmethodsof—路电气特性研究[J】_高电压技术,2005,31(4):2123.analysisoftheunbalanceddegreeofthetransmissi0nline‘‘‘HUDanhui,CAIHansheng,TUCaiqi,eta1.StudyonbasedonThevenineauivalent[J].PowerSystem—theelectricalcharacteristicof500kVcommontowerProtectionandContr01.2011.39(21):1-11.double。transmissionline[J]・HighVoltageEngineering,[8]李永坚,黄绍平,许志伟,等.不换位高压线路分相建2005,31(4):21_23・模研究及其不平衡性分析【J].电力系统自动化,2010,[2]张五一,张言滨,刘华伟.配电网三相负荷不对称的34(19):75.80.—线损分析[J].继电器,2007,35(7):2427.LIYong-jian,HUANGShao-ping,XUZhi.wei,eta1.ZHANGWu-yi,ZHANGYan_bin,LIUHua。wei.CircuitResearchofindividua1phasemodelingofun.transposedlossanalysisofthree。phaseunbalancedcircuitinhighvoltagetransmissionlinesandanalysisofitsdistributionnetwork[J].Relay,2007,35(7):24・27.unbalanced叩eraftonAutomarlonofE1ectricPower[3]周冠波,李晓华,蔡泽祥,等.同塔多回线路不平衡问svstems.2010.34(19):75.80.题分析与对策[J].电力系统自动化,2010,34(16):[9]蓝磊,艾绍贵,黄永宁,等.宁夏北部220kV电网不58-62-平衡电流的计算与分析[J】_高电压技术,2010,36(2):‘—ZHOUGuan-bo,LIXiaohua,CAIZeixiang,eta1.488.494.AnalysisandcountermeasuresfortheunbalanceproblemLANLei,AIShao.gui,HUANGYong.ning,eta1.ofmulti。parallellineonthesalTletower[J].Automationof‘calculationandanalys1sofunbalancedcurrentsinElectricPowerSystems,2010,34(16):58・62.NingxiaNortheH1220kVpowergird[J].HighVoltage[4]李召兄,文俊,徐超,等.特高压同塔双回输电线路的Engineerin2010,36(2):488.494.—潜供电流【J】.电工技术学报,2010,25(11):148154.[10]陶凯,刘明波.输电线路不换位引起的不对称问题及‘LIZhaoxiong,WENJun,XUChao,etal・Secondaryarc其改进方法fJ].电力系统保护与控制,2010,38(16):currentofUHVdouble。circuittransmissionline[J].39.43.TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2010,TAOKai.LIUMing.bo.Asymmetricissuescausedbv25(11):148_154-un-transposedtransmissionlinesanditssolution[J].[5]李斌,李学斌,丁茂生,等.特高压同杆双回线的环流PowerSystemProtectionandContro1.2010.38(16):不平衡及其影响[J].电工技术学报,2012,27(4):202-39.43朱庆钢,等同塔双回不换位线路电压不平衡度研究.79.[11]厉天威,阮江军,吴田.并行计算高压输电线路周围电场【j].电工技术学报,2009,24(7):1-6.—LITianwei,RUANJiang-jun,wUTian.Parallelcomputationofelectricfieldintensinearbyhighvoltagetransmissionlines[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2009,24(7):1-6.[12]邹林,林福昌,龙兆芝,等.输电线路不平衡度影响因—素分析[J].电网技术,2008,32(增刊2):283286.ZOULin,LINFu-chang,LONGZhao-zhi,eta1.Influencefactorsanalysisofunbalanceparameterforoverheadlines[J].PowerSystemTechnology,2008,—32(S2):283286.[13]林军,曾焕岩.同杆双回线换位方式的比较[J]_高电—压技术,2004,30(8):1116.—LINJun,ZENGHuanyan.TransposingmannercomparisonfordoublesonthesalTletower[J].HighVoltageEngineering,2004,30(8):11-16.[14]王晓彤,班连庚,林集明,等.金昌一酒泉750kV同塔双回紧凑型线路换位方式分析[J].电力系统自动化,—2009,33(16):102107.—WANGXiao-tong,BANLian-geng,LINJiming,eta1.Comparativeanalysisontransposingmodesfor750kV—compactdoublecircuitoverheadtransmissionlinesonsametowerfromJinchangtoJiuquan[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2009,33(16):102107.[15]龚有军,朱普轩,曾嵘.750kV同塔同窗同相序紧凑型输电技术的可行性研究[J].电网技术,2008,32(13):50.54.GONGYou-jun,ZHUPu-xuan,ZENGRong.Feasibilitystudyoftwocompact750kVcircuitswithsamephasesequenceinthesalTletowerwindow[J].PowerSystemTechnology,2008,32(13):50-54.收稿日期:2013-06-14;—修回日期:2013-0814作者简介朱庆钢(1988一),男,通信作者,硕士研究生,研究方—向为电力系统优化、运行与控制;Email:zhuqinggangO01@l63.corn刘前进(1967一),男,博士,副教授,研究方向为电力系统运行与控制;陈海涛(1987-),男,硕士研究生,研究方向为电力系统稳定分析与控制。
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