500kV同塔双回线路感应电流及感应电压规律研究

吴 姜，樊 飞，肖景良

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021)

500kV同塔双回线路感应电流及感应电压规律研究

吴 姜，樊 飞，肖景良

(中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春 130021)

同塔双回线路，当其中一回线停运时，由于运行的另一回平行线路的静电感应和电磁感应作用，将在停电线路上感应出电压和电流，影响感应电流和感应电压的主要因素包括运行线路的线路电压、负荷电流、平行线路长度、相间及回路间距离、导线高度以及线路的换位情况等。本文根据同塔双回线路感应电流及感应电压的理论分析，初步掌握影响感应电流及感应电压的因素，进而通过EMTPE仿真计算得到不换位线路和全换位线路中线路长度和输送潮流与感应电流及感应电压的关系，为工程设计提供宝贵意见。

同塔双回；感应电压；感应电流；EMTPE。

500 kV线路采用同塔双回线路，存在着如同塔双回线路线间耦合很强，停电检修线路上可感应出较高的电压和电流，对线路潜供电流的影响，关系到线路采用单相重合闸的成功率和系统运行的可靠性等问题。

本文采用符合东北常用的风速和覆冰数据塔型，针对典型500 kV同塔双回线路的感应电流及感应电压进行系统性计算和分析，分析电网同塔双回线路的长度、输送功率大小对感应电流和感应电压的影响，并求出相应的简化计算公式，便于工程设计采用。

1 感应电流及感应电压的理论分析

同杆双回输电线路的感应电压和感应电流的示意图见图1。

为了便于分析，忽略运行线路的对地电容和相间电容、线路的电阻和电导，线路参数采用集中参数，C11、C21、C31和M11、M21、M31分别为运行线路三相对停运线路a相的互电容和互电感，C0、L分别为停运线路a相的对地电容和自电感，运行线路各相的电压和电流分别为UA、UB、UC、IA、IB、IC。

图1 感应电压和感应电流示意图

根据图1，I回线路处于运行状态，II回线路处于检修状态，K1和K2为停运线路a相两侧的接地开关。

接地开关的闭合和断开可能会产生以下几种工况：

(1)K1和K2都处于接地状态，这时a相导线与大地构成一个回路，线路可以由电感L和电阻R等效，在电磁感应的作用下回路将产生感性感应电流；操作任一侧的接地开关都将断开感性电流。

电磁感应分量对感性感应电流的大小起决定性作用，可用式子(1)表示：

由(1)式可见，感性电流的电磁感应分量与回路间互感、输送功率成正比，与检修回路的自感成反比；同时由于互感M和自感L都与线路的长度成正比关系，由此可以知道感性电流的电磁感应分量大小与线路长度无关。

(2)K1和K2都处于断开状态，这时运行线路三相通过对停电线路a相的互电容、a相的对地电容与大地形成回路，在a相上产生容性感应电压。这是两端的接地开关都承担着容性感应电压，操作任一接地开关都将会关合容性感应电流。

静电分量在容性感应电压的大小上起决定性作用，静电分量的大小可表示为：

由式(2)可见，容性感应电压的大小与线路间电容和检修线路对地电容之比有关，与运行线路的相电压成正比，与线路的输送的功率大小无关；由于线间电容和相地电容都与线路的长度成正比，因此容性电压的大小也与线路长度无关。

(3)K1处于接地状态，K2处于断开状态，则K1上承载着容性电流，K2上承载着感性电压。(K2处于接地状态且K1处于断开状态同上)

此时，电磁分量同样对感性感应电压的大小起决定性作用，感性电压的电磁分量可表示为：

由式(3)可见，其与线路间互感、运行线路的功率成正比，与电压无关；由于互感M与线路长度成正比，因此感性电压也跟线路长度成正比关系。

容性感应电流的静电分量可表示为：

由式(4)可见，容性感应电流的静电分量与线路间互电容、线路的电压成正比，与线路输送的功率无关；由于线间电容与线路的长度成正比，因此容性感应电流的大小与线路长度成正比关系。

当线路长度较长时，为了抑制工频过电压和限制操作过电压的幅值，一般都需要在线路上安装高压并联电抗器。检修线路的高压并联电抗器，对检修线路的对地电容起到了一定的补偿作用，使得对地电容C0减小，对检修线路的感应电压和感应电流产生了不同程度的影响。

因为容性感应电流与检修线路的对地电容无关，因此高抗对容性电流的影响很小；而由电磁分量决定的感性电压和感性电流也与C0无关，因此高抗对它们的影响也不大；由于C0的减小将导致容性电压的增大，装设高抗后的容性电压可以按式(5)计算：

式中：L1=L0+3Ln，L0、Ln分别为高抗的电感值和中性点小电抗所对应的电感值。

由式(5)可知，高抗容量越大，检修线路上产生的容性感应电压越高；中性点小电抗值减小，容性感应电压也越高，小电抗的选取还要综合考虑抑制线路工频谐振过电压和限制潜供电流的效果。

2 仿真计算条件

2.1 计算条件

在本文的研究中，为了定量分析上述因素对同塔双回线路感应电流和感应电压的影响，确定如下计算条件：

(1)线路输送功率分别为1200 MW、1800 MW。

(2)线路长度：10 km～360 km。其中，10～30 km短线，两根地线均采用良导体地线；40～360 km线路，一根地线采用OPGW，另一根地线采用GJ－100，两端5 km采用良导体地线。

(3)换位情况：10～100 km以内线路，不换位；100 km～200 km以内线路全换位一次；200 km～360 km以内线路全换位两次。

(4)线路并联补偿度：考虑了线路不同并联补偿度的影响。

2.2 线路参数

本次500 kV线路杆塔采用《国家电网公司输变电工程通用设计500(330) kV输电线路分册》中风速31 m/s，导线型号为4×LGJ－400/35的双回路铁塔5C4－SZ1，呼高39m，两回线路逆相序布置，见图2。地线型号分别为OPGW复合光缆地线和GJ－100、LBGJ－120－40AC，其中良导体地线和OPGW地线逐塔接地，普通地线采用间断接地。线路两端出口5 km部分，地线采用LBGJ－120－40AC，中间部分采用普通地线GJ－100。

500 kV同塔双回线段采用垂直排列，两端相序一一对应，100 km～200 km以内线路全换位一次，详见图3 (a)；200 km～360 km以内线路全换位两次，详见图3 (b)。

在线路支持程序中除填写杆塔上各相架空线路和地线对杆塔中轴线的水平距离、最高对地距离外，还需要填写各相架空线路和地线的最低对地距离。也可直接填写架空线路和地线的弧垂计算导线的平均对地距离，公式如下：

式中：h为导线的平均对地距离；h1为挂点对地距离；l为串长；f0为导线弧垂。500 kV架空线路的串长约为5 m，弧垂约为13.3 m；500 kV架空地线的串长约为0.3 m，弧垂约为12.4 m。

图2 同塔双回线路导、地线布置图

图3 导线布置和换位方式布置图

3 感应电压和感应电流的规律总结

在利用电力系统仿真软件(EMTPE)建立系统的仿真计算模型之后，通过逐一改变线路的长度、潮流、高抗容量的方法对500 kV同塔双回线路的感应电压和感应电流进行了大量的计算，计算结果归纳如下。

3.1 不换位线路长度和输送潮流与感应电压、感应电流的关系

同塔双回不换位线路I回运行、II回检修时的最大感应电压和感应电流见表1、表2。其中，容性感应电压主要产生于停运线路两端均不接地时；感性感应电流主要产生于停运线路两端均接地时；容性感应电流和感性感应电压主要产生于停运线路一端接地、另一端不接地时。

表1 不换位线路I回运行、II回检修的最大感应电压和感应电流(1200 MW)

表2 不换位线路I回运行、II回检修的最大感应电压和感应电流(1800 MW)

由上述数据可以得出以下结论：

(1)从计算结果来看，对于不换位线路，随着线路变长，感性电流略有下降，但整体变化不大。所以感性电流的大小与线路长度无关，与线路输送的功率大小成正比例关系。但是随着线路长度变化，尽管输送有功功率保持不变，线路电流却在变化，故感性电流略有变化。

(2)从计算结果来看，感性电压与线路长度成线性关系，线路越长，感性电压越高。此外，随着线路输送功率的增加，感性电压也增大。对于上述同塔双回线路，II回检修、I回运行时的感性电压与线路长度的关系可以用如下公式近似表示：

式中：l为线路长度(km)；UL为感性电压(kV)。

(3)从计算结果来看，容性电流与线路长度成线性关系，线路越长，容性感应电流越大，与线路输送功率的大小无关。对于上述同塔双回线路，II回检修、I回运行时的容性电流与线路长度的关系可以用如下公式近似表示：

式中：l为线路长度(km)；IC为容性电流(A)。

(4)从计算结果来看，容性电压与线路长度和输送功率无关。不管线路长度如何变化，容性电压基本保持不变。

3.2 全换位线路的长度和输送潮流与感应电压、感应电流的关系

同塔双回换位线路I回运行、II回检修时的最大感应电压和感应电流见表3、表4。其中，容性感应电压主要产生于停运线路两端均不接地时；感性感应电流主要产生于停运线路两端均接地时；容性感应电流和感性感应电压主要产生于停运线路一端接地、另一端不接地时。

表3 换位线路I回运行、II回检修的最大感应电压和感应电流(1200 MW)

表4 换位线路I回运行、II回检修的最大感应电压和感应电流(1800 MW)

续表4

(1)从计算结果来看，感性电流的大小与线路长度无关，与线路输送的功率大小成正比例关系。对比不换位线路的感性电流最大值，可以发现全换位线路的感性电流要远远小于不换位线路。

(2)从计算结果来看，感性电压与线路长度成线性关系，线路越长，感性电压越高。此外，随着线路输送功率的增加，感性电压也增大。对于上述同塔双回线路，II回检修、I回运行时的感性电压与线路长度的关系可以用(9)公式近似表示：

式中：l为线路长度(km)；UL为感性电压(kV)。

与不换位线路的拟合公式比较，全换位线路拟合方程的斜率要比不换位线路的斜率小，也就是说感性电压随长度而增加的速率比不换位线路要小。

(3)从计算结果来看，容性电流与线路长度成线性关系，线路越长，容性感应电流越大，与线路输送功率的大小无关。对于上述同塔双回线路，II回检修、I回运行时的容性电流与线路长度的关系可以用如下公式近似表示：

式中：l为线路长度(km)；IC为容性电流(A)。

(4)从计算结果来看，与不换位线路不同，经过全换位线路的容性电压并不是保持在某一个数值附近，这是由于长线路末端安装了高抗，它可以对检修线路的相地电容进行补偿，使得相地总电容变小，容性电压增大。

⑸感性电流、感性电压和容性电流基本上不受高抗容量的影响，即与线路的并联补偿度无关；而容性电压受并联电抗器容量的影响比较大，并联补偿度增加，容性电压增大。这是因为高抗对相地电容进行了补偿，使得相地阻抗增大，由运行线路电压分压到检修线路的容性电压也就增大。

3.3 规律性结论校验

针对总结出的500 kV同塔双回线路感应电压及感应电流的规律性结论，本节对其进行准确性校验。线路型号为4×LGJ－400的同塔双回线路输送1800 MW时，停运线路的感性电压和容性电流的仿真值和理论计算值见表5、表6。

表5 不换位线路感应电压和感应电流(1800 MW)

表6 换位线路感应电压和感应电流(1800 MW)

由计算结果可知，理论值和仿真值非常接近，感性电压的最大偏差为－2.78%，容性电流的最大偏差为－5.34%。因此，根据仿真数据得到的同塔双回线路感应电压及感应电流统计规律具有较强的实用性。

4 结论

通过对不同条件线路感应电流和感应电压的计算，得出了以下结论：

(1)计算结果表明，感性电压的大小与线路长度成正比，与输送潮流大小成正比；容性电流大小与线路长度成正比，与输送潮流大小无关。

(2)不管线路换位与否，检修线路上的感性电流的大小与线路的长度无关，与输送潮流大小成正比。

(3)对于不换位线路，检修线路的容性电压与线路长度、输送潮流大小无关，只是跟运行线路的电压成正比；对于全换位线路，检修线路的容性电压并不是保持在某一个数值附近，这是由于长线路末端安装了高抗，它可以对检修线路的相地电容进行补偿，使得相地总电容变小，容性电压增大，这点在工程设计中应予以注意。

(4)感性电流、感性电压和容性电流基本上不受高抗容量的影响，也就是说与线路的并联补偿度无关；而容性电压受并联电抗器容量的影响比较大，并联补偿度增加，容性电压增大。这是因为高抗对相地电容进行了补偿，使得相地阻抗增大，由运行线路电压分压到检修线路的容性电压也就增大。

通过比较感应电流和感应电压仿真值和按照统计规律计算出的理论值，证明了理论公式具有较强的实用性，可以在相关工程计算中使用。

[1] 陈亚伦，等. 伊敏—冯屯500 kV同塔双回线路不平衡度、感应电流及潜供电流研究[J]. 电网技术，1995，(6).

[2] 林莘，等. 特高压同塔双回线路感应电压、电流仿真分析[J]. 高电压技术，2010，(9).

Regular Research on Induced Current and Induced Voltage of 500 kV Double-circuit Transmission Line

WU Jiang, FAN Fei, XIAO Jing-liang
(Northeast Electric Power Design Institute Co.,Ltd., Changchun 130021, China)

When one loop of double-circuit line outage, another loop will make the outage one have induced voltage and current. The main affecting factors of the induced current and induced voltage contain line voltage, load current, length of parallel line, the distance between the loop, height and transposition of the line. The paper will get the relationship between the factors and the induced current and voltage by EMTPE simulation, to provide valuable advice for engineering design.

double-circuit line; induced voltage; induced voltage; EMTPE.

TM711

B

1671-9913(2017)02-0056-06

2016-02-23

吴姜(1985-)，男，吉林长春人，硕士，从事电力系统规划设计工作。