750kV/330kV混压同塔四回路输电线路电流不平衡度计算与分析

乌小锋

（陕西省电力设计院，陕西 西安 710054）

双回750 kV与双回330 kV交流输电线路同塔架设，可增大单位输电走廊的输送容量，节省占地和工程投资，是解决线路通道问题的优选方案，尤其在走廊紧张地区优势更加突出。但是不同电压等级四回同塔架设，由于导线的间距及对地位置不对称，会造成每个回路三相导线参数不平衡，在线路运行时产生不对称电流和不对称电压[1-2]。当系统电压、电流的不平衡度超过允许水平时，会产生巨大危害[3-6]。轻者增加损耗，降低供电质量，重者影响变压器的出力和变压器的安全运行。因此开展750 kV与330 kV混压同塔四回路输电线路的电流不平衡度计算与分析，通过合理布置相序降低电流不平衡度[7-11]，对正在建设的750 kV西安南输变电工程而言是十分必要的。

1 计算参数

1.1 线路路径

西安南—宝鸡750 kV输电线路，长约175 km，其中西安南出线段约26 km和宝鸡变出线段约42 km按双回路共塔设计，其余按单回路设计。

西安南—户县330 kV输电线路，长约14 km，均按双回同塔设计。

2条线路在西安南变电站附近有4 km需按同塔四回架设，见图1。

1.2 导、地线参数

本工程导、地线参数见表1。

四回路导线与各电压双回路相同，地线采用750 kV地线。

1.3 杆塔结构

四回线路导线布置均采用垂直布置，具体如图2所示。

1.4 导线相序布置情况

750 kV西宝线路的相序布置情况如表2、表3所示。

混压同塔四回段750 kV按照逆相序布置。

同塔四回段330 kV可采用的相序布置有多种可能，列于表4。

图1 线路路径示意图Fig. 1 General map of the line route

表1 导、地线参数Tab. 1 Characteristics of the conductor and shieldwire

图2 四回路塔型Fig. 2 Tower of the four-circuit line

表2 同塔双回段相序布置Tab. 2 Arrangement of phase conductors of the double-circuit line

1.5 系统运行参数

线路两侧系统的序阻抗如表5所示。

表3 单回段相序布置Tab. 3 Arrangement of phase conductors of the single circuit line

表4 混压四回同塔段330 kV的相序布置Tab. 4 Arrangement of the 330 kV phase conductors in the four-circuit transmission line

表5 线路两端系统的阻抗值Tab. 5 Impedance of the power system on bothends of the line pu

线路功率大方式情况如下：西安南—宝鸡750 kV线路功率779-j83 MV·A，西安南—户县330 kV线路功率98+j196 MV·A。

线路功率小方式情况如下：西安南—宝鸡750 kV线路功率210-j161 MV·A，西安南—户县330 kV线路功率18-j18 MV·A。

1.6 建立模型

本项目在广泛使用的电磁暂态仿真软件PSCAD（Power Systems Computer Aided Design）上建立了系统模型进行计算及仿真。

根据项目研究需要，采用输入几何参数的频率决定参数模型来仿真同塔双回线的电磁暂态特征。如混压四回线路的卡片填写如图3所示。

图3 线路模型参数Fig. 3 Parameters of the transmission line model

2 电流不平衡度计算方法

2.1 傅里叶分解及各序分量的提取

本文采用的不平衡度计算基于暂态仿真结果进行，首先在PSCAD上建立杆塔和线路模型，输入系统的阻抗参数进行暂态仿真，对ABC三相电流进行计算和分析。得到三相电流iA、iB和iC后，可以使用傅里叶变换求取三相基波电流幅值和相位角。

不平衡度指标定义为：F2/F1线路中负序分量有效值与正序分量有效值相比；F0/F1线路中零序分量有效值与正序分量有效值相比。

2.2 双回线路穿越与循环电流的计算方法

在线路为单回线路时，可以使用2.1节所述方法计算其正负零序电流并进行分析，其中负序和零序电流分量全部经过线路流向系统，即线路中的负序和零序分量均为穿越电流。

而在线路为双回线时，线路中不光有穿越电流存在，也存在有循环电流。一般而言，穿越电流与两侧系统的阻抗相关，而循环电流主要与线路的换位方式密切相关。

假设双回线路I和II，其负序电流的相量为F觶I2和F觶II2，则其负序穿越电流和循环电流如图4所示。

图4 负序循环电流和穿越电流计算示意图Fig. 4 Diagram for calculation of the negative circulating current and through current

同样，零序穿越电流和循环电流也按照上述方法计算。

在得到穿越电流的负序和零序分量后，穿越电流的负序和零序指标定义如下：F2/F1穿越电流负序分量有效值与穿越电流正序分量有效值相比；F0/F1穿越电流零序分量有效值与穿越电流正序分量有效值相比。

在得到循环电流的负序和零序分量后，循环电流的负序和零序指标定义如下：F2/F1循环电流负序分量有效值与穿越电流正序分量有效值相比；F0/F1循环电流零序分量有效值与穿越电流正序分量有效值相比。

3 四回线路I电流不平衡度计算

3.1 西安南—宝鸡750 kV线路不平衡度

330 kV按照26号方式布置，在大方式下的750 kV不平衡度计算结果如图5所示。

图5 大方式下西安南—宝鸡750 kV线路电流Fig. 5 Current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the large operation mode

从图5可见，750 kV线路I回和II回负序电流相位差约127°，负序穿越电流与I回和II回线路的负序电流幅值相当，因此循环电流与穿越电流相差不大。I回线路和II回线路零序电流相位差52°，二者相加呈现增强作用，因此零序穿越电流幅值较I回和II回线路的零序穿越电流值略大，零序循环电流较小。各序电流所占比例如表6所示。

表6 大方式下750 kV线路不平衡电流计算结果Tab.6 Unbalance current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the large operation mode %

小方式下，750 kV的电流不平衡度计算结果如图6所示。

由图6可知小方式下，750 kV线路I回和II回负序电流相位差约111°，因此负序穿越电流较I回和II回线路的负序电流幅值略大，循环电流幅值与II回线幅值接近。而I回线路和II回线路零序电流相位差85°，二者相加呈现增强作用，因此零序穿越电流幅值较I回和II回线路的零序穿越电流值略大。各序电流所占比例如表7所示。

3.2 西安南—户县330 kV线路不平衡度

大方式下，330 kV线路电流不平衡度计算结果如图7所示。

由图7可见，大方式下330 kV西安南—户县I回和II回线路负序和零序电流相位差均为142°左右，因此负序和零序电流呈抵消情况，略小于二者的零序和负序电流，而负序和零序循环电流与I回或者II回的幅值接近。计算结果如表8所示。

小方式下，330 kV的电流不平衡度计算结果如图8所示。

由图8可见，小方式下，330 kV线路I回和II回线路的负序电流相位差231°，二者呈现负序抵消的情况，因此，负序电流、穿越电流较I回线路和II回线路的负序电流略小，负序循环电流与穿越电流相当。I回和II回线路的零序电流相位差176°，二者相互抵消，因此零序穿越电流很小，而零序循环电流幅值较大。计算结果如表9所示。虽然此时线路的零序循环电流比例较大，但由于线路的负载很小，仅有18-j18 MV·A，因此对系统的影响并不明显，而对线路的保护配置会影响较大。

图6 小方式下750 kV西安南—宝鸡线路电流Fig. 6 Current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the small operation mode

表7 小方式下750 kV线路不平衡电流计算结果Tab.7 Unbalance current of the Xi’an South-Baoji 750 kV transmission line in the small operation mode %

表8 大方式下330 kV线路不平衡电流计算结果Tab.8 Unbalance current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the largeoperation mode %

图7 大方式下330 kV西安南—户县线路电流Fig. 7 Current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the large operation mode

图8 小方式下330 kV西安南—户县线路电流Fig. 8 Current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the small operation mode

表9 小方式下330 kV线路不平衡电流计算结果Tab.9 Unbalance current of the Xi’an South-Huxian 330 kV transmission line in the small operation mode %

3.3 四回线路不同相序布置对不平衡电流影响

混压四回线路不同相序布置下，计算的330 kV线路不平衡度如表10所示，相序布置情况见表4，计算方式为大方式。由于四回线路长度较750 kV线路短，因此750 kV线路的不平衡度没有列出。

由表10可见，四回线路采用不同相序布置时，对330 kV线路I回和II回的负序和零序电流影响较大，如相序按20号方式布置，I回线路的负序电流比例仅有0.479%，而按2号布置，负序电流比例为4.352%。

相序改变对负序和零序穿越电流影响较小，采用27号方式布置时，负序穿越电流比例最低为0.07%，采用5号布置时，最高为0.775%，最大最小值之差仅有0.7%左右。零序穿越电流结果类似，最低为20号布置方式，比例为0.655%。

相序改变对于负序循环电流的影响较大，如采用16号或20号方式时，负序和零序循环电流仅有0.2%和0.7%，而采用11号布置时，负序循环电流为2%以上。

小方式下的不平衡度计算结果如表11所示，由于受到750 kV线路的影响，负序穿越和循环影响比较大，而相序布置对零序的影响较小。

4 结论

本文进行了西安南—宝鸡750 kV线路以及西安南—户县330 kV线路的不平衡度计算，并对混压四回线路杆塔结构采用不同相序布置情况下，330 kV线路的不平衡度进行分析，得到以下结论：

1）四回线路采用的结构对750 kV线路不平衡度影响较小，影响结果在0.3%以内，对330 kV的影响比较大，最高可达2%左右。

2）西安南—宝鸡750 kV线路在大方式下，I回和II回线路的负序电流比例分别在2.6%和3.1%左右，零序电流比例为1.1%和0.4%。负序和零序穿越电流比例为1.3%和0.69%。负序和零序循环电流比例在1.3%和0.1%左右。

3）西安南—宝鸡750 kV线路在小方式下，I回和II回线路的负序电流比例分别为4.9%和3.8%左右，零序电流比例为2.1%和1.0%。负序和零序穿越电流比例为2.5%和1.16%。负序和零序循环电流比例在1.8%和0.4%左右

表10 大方式下330 kV线路的不平衡度情况Tab. 10 Unbalance current of the 330 kV transmission line in the large operation mode %

4）四回线路相序布置对330 kV线路I回和II回的负序和零序电流相差大，而对负序和零序穿越电流影响略小。不同相序布置下，在大方式时，负序电流比例相差最大为0.7%，零序为0.3%，小方式时，负序电流比例最大相差为2.1%，零序为0.7%。

6）按照大方式下的计算，经过对比分析750 kV采用逆相序ABC-CBA布置可以有效降低线路的不平衡度[7-8]，330 kV采用BCA-CAB进行布置。

表11 小方式下330 kV线路的不平衡度情况Tab.11 Unbalance current of the 330 kV transmission in the small operation mode %

7）本次计算结果与所提供方式相关，由于大、小方式下，330 kV线路的输送的功率都很小，因此不平衡度显得较大一些，尤其在小方式下更是如此。

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