750 kV强耦合并行单回架设线路感应电压和电流研究

郑楠，郑彬，班连庚，李润秋，项祖涛，韩亚楠，周佩朋，龚兴国，刘光辉，严得录

（1．陕西省电力公司规划评审中心，陕西西安 710065；2．中国电力科学研究院，北京 100192；3．西北电网有限公司，陕西西安 710048；4．青海送变电工程公司，青海西宁 810001）

目前交流同塔双回输电技术在国内外超高压电网工程中已得到广泛应用[1-3]，我国首条特高压交流同塔双回输电工程也将于2013年建成投产。交流输电线路采取同塔双回架设方式时[4-6]，必须对由于回路间电气耦合而产生的感应电压、电流问题进行关注，并在工程设计阶段对其限制措施及线路的接地开关参数选型问题加以解决，以确保运行安全[7-10]。而对于并行架设的单回线路，由于回路间距较大，回路间的电气耦合作用也与同塔双回线路相比更弱，因此往往忽略其回路间的耦合作用，对其影响的估计也较为乐观。但近年来，受输电通道走廊占地及工程造价限制，并行架设的单回线路间距有缩小的趋势；尤其对于高海拔地区，导线的相间距离较平原地区更大，使得两回路导线的最小距离也相对更小，这些都使得2条并行架设的单回线路之间可能存在较强的电气耦合作用；另外，单回线的导线布置方式与同塔双回线不同，二者的回路间电气耦合特性也存在一定差异。目前，国内外对于并行单回架设线路的感应电压和电流问题研究较少，且尚未开展过限制措施研究，对其接地开关的选型一般均按照单回架设线路处理，存在不足，因此亟需结合并行单回架设线路的实际特点开展感应电压、电流对策研究。

本文采用EMTP电磁暂态仿真工具[11]，依托我国西北地区某在建的750 kV输变电工程，对并行单回架设线路的感应电压和电流问题进行研究[12-13]，分析了回路间距对感应电压和电流的影响，并针对其静电感应电压高且超过现有接地开关技术参数的突出问题，提出一种新的相序布置及线路换位方式，可以明显降低感应电压、电流水平，满足现有接地开关设备技术参数，解决了设备选型问题。研究成果为限制超/特高压并行单回架设线路的感应电压、电流问题提供了一种新的思路，对解决工程实际问题也具有借鉴意义。

1 相序布置和换位对并行单回架设线路感应电压和电流的影响

对于同塔双回线路而言，感应电压、电流的影响因素主要包括运行电压、输送潮流、线路电气参数、线路长度、相序布置、换位方式以及高抗补偿度等[14-17]。下面针对并行架设单回线路分析相序布置和换位对感应电压和电流问题的影响。

普通同塔双回线路的6相导线一般均采取垂直排列方式布置，如图1所示；单回架设线路三相导线一般则采取水平排列或三角排列方式布置，图2所示为2条并行架设单回线路的6相导线布置示意图，每回线路的三相导线采取水平布置。

不同回路、不同相导线之间的耦合作用与其之间的距离直接相关，以图1为例，就Ⅱ线的上导线而言，Ⅰ线的上导线距离其最近，因此Ⅰ线三相导线对Ⅱ线上导线的耦合作用从强到弱依次为上导线、中导线和下导线；而对于图2，就Ⅱ线的左导线而言，Ⅰ线的右导线距离其最近，因此Ⅰ线三相导线对Ⅱ线左导线的耦合作用从强到弱依次为右导线、中导线和左导线。同塔双回线路一般采取“换位+逆相序布置”方式来降低回路间的电气耦合作用及线路参数的不平衡度[18-19]，通过比较图1、图2得出，“换位+同相序布置”方式更适宜成为并行架设单回线路降低回路间耦合作用的措施。

图1 同塔双回线路6相导线布置示意图Fig.1 Arrangement scheme for 6 phases conductors of the double-circuit line

图2 并行架设单回线路6相导线布置示意图Fig.2 Arrangement scheme for 6 phases conductors of parallel single circuit lines

下面分析换位对回路间电气耦合作用的影响。如图3所示，EⅠA、EⅠB、EⅠC、EⅡA、EⅡB、EⅡC、UⅠA、UⅠB、UⅠC、UⅡA、UⅡB、UⅡC分别表示两回线送端、受端三相等值电源；CⅡA-0表示Ⅱ线A相的对地电容；CⅡA-ⅡB、CⅡA-ⅡC分别表示Ⅱ线A相与Ⅰ线B相、C相的相间互电容；CⅡA-ⅠA、CⅡA-ⅠB、CⅡA-ⅠC分别表示Ⅱ线A相与Ⅰ线A、B、C三相之间的回路间互电容；XL、X′L分别表示Ⅱ线的高压并联电抗器及其中性点电抗器；DLⅠ、DLⅡ分别表示两回线路的断路器，其中Ⅰ线2侧断路器处于合位，该回线处于正常投运状态，Ⅱ线2侧断路器及接地开关均在分位，该回线处于冷备用状态。

将图3进一步简化成图4来说明Ⅱ线冷备用状态下通过电容耦合在其A相上产生感应电压的情况。图4中忽略高抗的中性点小电抗，视高抗中性点直接接地。

图3 双回线路的相间电容耦合关系简化等值电路Fig.3 Simplified equivalent circuit of the inter-phase capacitive coupling of two circuit lines

图4 Ⅰ线在冷备用的Ⅱ线上耦合产生感应电压的简化电路Fig.4 Simplified equivalent circuit of induced voltage on lineⅡcaused by lineⅠ

图4 中X并A表示Ⅱ线A相对地电容和高抗并联后的阻抗，X串A表示Ⅰ线A相与Ⅱ线A相之间的互电容对应的阻抗（容抗），UG-ⅡAA表示由于两回线间A相互电容的耦合作用而在Ⅱ线A相上产生的静电感应电压。根据图4可得如下关系式：

与图4所示A相类似，Ⅰ线的B相、C相分别经回路间互电容CⅡA-ⅠB、CⅡA-ⅠC也对Ⅱ线A相耦合产生感应电压。则可得Ⅱ线A相上的静电感应电压U觶GA：

将式（4）代入式（1）可得

对于长距离线路，若采取完全理想的换位方式，每回线的对地电容相同，两回线路间的互电容也相同，即X串A=X串B=X串C，X并A=X并B=X并C，则式（5）可简化为：

对于三相对称交流输电系统，E觶ⅠA+E觶ⅠB+E觶ⅠC=0，因此由式（6）可知，线路采取理想换位方式时，在停运线路上耦合产生的感应电压为0。但在实际工程中，由于受输电通道的路径、地形以及工程造价等因素制约，不可能做到理想换位，因此在一回停运线路上将会产生一定幅值的感应电压。感应电流的情况与感应电压类似，不再赘述。

2 西北地区某在建750 kV并行单回架设线路情况

本文研究的西北地区某在建的750 kV并行单回架设输电线路全长330 km，单回线路杆塔为酒杯塔，导线采取水平排列，导线型号为6×LGJ-500/45，2条单回架设线路的回路间距离考虑全线为60 m（杆塔中心距离）或100 m 2种情况，线路两侧各装设一组390 MV·A的并联高压电抗器，高抗补偿度约为89%，其双端简化系统接线示意图如图5所示。

图5 750 kV并行单回架设输电线路双端简化系统接线示意图Fig.5 Double terminals simplified system wiring diagram of 750 kV parallel single lines

3 现有750 kV线路接地开关开合感应电压和电流技术参数要求

目前在国标和企标中均对750 kV线路接地开关开合感应电压、电流参数进行了规定[20-21]，近年来，接地开关设备厂家制造水平也不断提高，研制出可开合感应电压和感应电流能力更大的750 kV线路接地开关，表1所示为现有标准及设备厂家提供的750 kV线路接地开关开合感应电压、电流技术参数。

表1 现有标准及设备厂家的750 k V线路接地开关的额定感应电压、电流技术参数Tab.1 Rated induced voltage and current of 750 kV grounding switches specified by present standard and manufacturers

4 采取典型换位及相序布置方式下的感应电压和电流

目前对于并行架设的单回线路，一般在设计阶段均按照独立单回线路来安排导线相序布置及换位，即两回线路采取相同的相序布置及换位方式。图5所示330 km的750 kV线路按照可研设计采取近似2次全循环换位，两回线路采取同相序布置，每回线路的换位次数均为6次，各需要6基换位塔，其相序布置及换位如图6所示。

图6 750 k V并行单回架设线路典型换位及相序布置方式示意图Fig.6 Typical transposition and phase sequence arrangement scheme for 750 kV parallel single circuit lines

基于图6所示的线路换位及相序布置方式，考虑2条线路回路间距离为60 m和100 m 2种情况，采用EMTP软件对330 km的750 kV并行单回架设线路一回线停运时的感应电压和电流进行计算，结果如表2所示。

由表2中结果可知：

1）当并行架设单回线路回路间距全线为60 m时，其一回线停运时的静电感应电压最高可达130 kV，超过国标、企标以及设备厂家现有设备的开合静电感应电压参数要求，给设备选型带来困难。其余静电耦合感应电流、电磁耦合感应电压和电流则均低于企标及设备厂家现有设备技术条件。

2）当并行架设单回线路回路间距全线为100 m时，其一回线停运时的静电感应电压最高为24.7 kV，低于国标、企标以及设备厂家现有设备的技术参数要求，其余静电耦合感应电流、电磁耦合感应电压和电流也均在标准及设备厂家现有设备技术条件范围。

表2 采取典型换位和相序布置方式时750 kV并行架设单回线路的感应电压和电流Tab.2 Induced voltage and current of 750 k V parallel single circuit lines adopting typical transposition and phase sequence arrangement scheme

5 新型线路换位及相序布置方式对感应电压和电流的限制效果

针对750 kV并行架设单回线路回路间距离为60 m时，静电感应电压超过标准及现有设备技术参数的情况，本文提出一种新的线路换位和相序布置方式，如图7所示。该方式下，两回线路的换位次数不同，其中Ⅰ线换位5次，Ⅱ线换位7次，两回线路的总换位次数为12次，换位杆塔数为12基，与图6所示数量相同；从两回线路相序对应关系看，2图均采用同相序布置方式，但图7中同相序段在全线的分布位置与图6相比存在差异；图6近似实现了2次全换位，而图7则近似实现了4次全换位，换位次数的增加使得两回线路的回路间互电容差别更小，回路间参数的平衡性更好。

图7 750 kV并行单回架设线路新型换位及相序布置方式示意图Fig.7 New type transposition and phase sequence arrangement scheme for 750 kV parallel single circuit lines

基于图7所示的线路换位及相序布置方式，考虑2条线路回路间距离为60 m的情况，采用EMTP软件对330 km的750 kV并行单回架设线路一回线停运时的感应电压和电流进行计算，结果如表3所示。

表3 采取新的换位和相序布置方式时750 kV并行架设单回线路的感应电压和电流Tab.3 Induced voltage and current of 750 kV parallel single circuit lines adopting new type transposition and phase sequence arrangement scheme

比较表2和表3中结果可知：在并行架设单回线路回路间距全线为60 m的条件下，采用新的换位和相序布置方式时，其一回线停运时的静电感应电压最高为68.2 kV，显著低于采取典型换位和相序布置方式的130 kV，其余静电耦合感应电流、电磁耦合感应电压和电流水平也与典型方式相比显著降低。尽管采取新型换位和相序布置方式时的静电感应电压仍然超过国标、企标规定的接地开关技术要求，但远低于设备厂家现有设备的静电感应电压100 kV的开合能力，选用该设备可以满足要求。

6 结论

本文依托西北地区某在建750 kV输变电工程，对750 kV强耦合并行单回架设线路的感应电压和电流水平及其限制措施进行研究，得到如下结论：

1）并行架设的单回线路一回线停运时的感应电压和电流水平与回路间距直接相关，当回路间距较近时，其感应电压和电流水平也较高，该问题值得关注，在工程设计阶段应结合实际情况开展限制措施及接地开关选型研究，不能单纯按照单回线路处理。

2）相序布置和换位方式对并行架设单回线路的感应电压和电流问题有一定影响，宜采取“换位+同相序布置”作为其限制措施，与同塔双回线路常用的“换位+逆相序布置”不同。

3）所研究的在建750 kV并行单回架设线路回路间距为60 m时，采取长距离并行单回架设线路惯用的换位及相序布置方式时，一回线停运时的静电感应电压高达130 kV，超过现有800 kV接地开关的技术条件要求，设备选型困难。

4）采取本文提出的换位及相序布置方式时，可以对感应电压和电流起到显著减低作用，静电感应电压降至68.2 kV，低于现有接地开关参数要求，解决设备选型问题，证实该措施是有效的，为解决远距离并行单回架设线路的感应电压和电流较高问题提供了借鉴。

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