500kV同塔四回输电线路最优相序布置

摘 要： 同塔 4 回线路的相序布置方式理论上有 1 296 种 （64）， 为从众多相序中选 择 最 优 相 序 ， 以 500 kV
同塔 4 回线路为例， 采用穷举法分析了所有相序布置方式下的电磁环境、 自然功率及线路不平衡度等电气
特性。 结果表明相序布置对线路的电气特性有一定影响， 线路的工频磁场、 无线电干扰和可闻噪声均不是
表 1 可知， 同塔 4 回线路的相序布置对线路电 磁环境有影响， 选择合适的相序布置可有效改善线 路下方的电磁环境。 d、e 型塔线路的 1 296 种相序布 置中，磁场、无线电和噪声均满足电磁环境的限值标 准。 因此，磁场、无线电干扰和可闻噪声均不是决定 线路最优相序的关键因素。
线路的工频电场决定了导线对地净空距离的确 定及线路走廊宽度的划定， 是决定 4 回线路最优相 序的关键因素。 综合电磁环境最优，d、e 型塔最优相 序布置为 1342、1653 型。
sequence arrangements
电气特性
d 型塔 最优 最差
e 型塔 最优 最差
相序
电场
Emax /（kV·m-1）
W/m
磁场
相序 Bmax /μT
无线电
相序 R/dB
噪声
相序 A/dB
自然功率
相序 P/（MW）
负序不平衡度
相序 ε2/%
零序不平衡度
相序 ε0/%
1342 8.91 39.0 1264 30.20 1246 50.93 1166 46.12 1616 4 257 1616 0.16 1616 0.58
参考文献：
图 2 线路最优相序布置 Fig.2 Optimized phase sequence arrangements of
transmission line 为使计算结果更有指导意义， 推荐了 4 回线路 相序布置的前 4 种作为典型相序， 可根据具体需要 进行选择。 表 2 给出了 4 回线路 4 种典型相序下的 电磁环境、自然功率及线路不平衡度计算结果。
决定线路最优相序布置的关键因素。 综合考虑线路电磁环境、 自然功率和线路不平衡度等因素， 利用排序
法得出了线路的最优相序布置， 500 kV 同塔 4 回线路 d、 e 型塔的最优相序布置为 1616 型、 1462 型。 推荐
同塔 4 回线路的 4 种典型排列方式， 其计算方法与结果可供实际工程参考。
5 最优相序选择
同塔 4 回线路最优相序的选择要综合考虑电场、
自然功率及不平衡度的影响， 选取一个相对经济、电
磁污染小、输送功率大及线路不平衡度小的方式。
利用穷举法计算所有相序布置的电场、 自然功
率及不平衡度；再利用排序法把计算结果排序，即每
种相序对应 4 个名次； 把每种相序对应的名次乘以
不同的权重系数加和再次排序， 可得线路的最优相
3 自然功率的影响
线路的自然功率越高， 相应的线路传输能量越 高，自然功率与线路的波阻抗成反比 ，4 回线路不同 相序布置对应的线路波阻抗不同， 对应的线路输送 自然功率不同。
表 1 相序布置对线路电气特性的影响 Tab.1 The electric characteristic with different phase
输配电
第43 卷第 2 期 2010 年 2 月
中国电力 中EL国ECT电RIC力POWER
Vol ． 43， No． 2
Feb第. 204130 卷
500 kV 同塔四回输电线路最优相序布置
张 晓1，周 浩1，赵斌财1，陈稼苗2
（1.浙江大学 电气工程学院，浙江 杭州 310027；2.浙江省电力设计院，浙江 杭州 310027）
2 电磁环境的影响
多回线路同塔并架， 与单回线路相比导线回路 数增多，导致导线表面电场强度升高，使同塔 4 回线 路的电磁环境问题更为突出。 输电线路的电磁环境 决定了导线截面的选择、 导线对地净空距离的确定 及线路走廊宽度的划定，直接影响线路建设成本。因 此，有必要研究相序对电磁环境的影响，挑选最优布 置方式。
实际工程中， 根据具体情况选取不同的权重系
数，得到不同的最优相序。本文取各电气特性的权重
相等，即 α1=α2=2α3=2α4=1/3，得 d、e 型塔最优相序布 置分别为 1616、1462 型，如图 2 所示。
表 2 典型相序布置的电气特性比较 Tab.2 The comparison of electric characteristic for typical
1111 13.80 57.0 1166 65.92 1232 54.03 1451 52.59 11 3 336 1121 2.31 1133 1.12
d、e 型塔自然功率的最优和最差相序布置由表1 可得。 相序布置对线路的自然功率有一定影响 ，选择 合适的布置可有效提高线路的输送功率。d 型塔线路 自然 功 率 的 最 优 与 最 差 排 列 方 式 相 差524 MW，e 型 塔线路相差 1 054 MW。 因此，选择合适的相序排列 可在不增加线路投资的基础上提高线路的输送功 率。 综合自然功率最优，d、e 型塔的最优相序布置确 定为 1616 型、1451 型。
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第2期
张 晓等： 500 kV 同塔四回输电线路最优相序布置
输配电
图 1 500 kV 同塔 4 回线路塔型 Fig.1 Tower type of 500 kV quadruple-circuit transmission line
无 线 电 干 扰 值 不 应 超 过 55 dB ，可 闻 噪 声 不 应 超 过 55 dB ［3］。
phase sequence arrangements
型塔 相序 Emax /（kV·m-1） P/（MW）
ε2/%
ε0/%
1616
9.19
4 257
0.16
0.58
1624
9.19
4 228
0.36
0.83
d
1635
9.19
4 228
0.35
0.91
1416
9.22
4 226
0.65
0.79
1462
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输配电
中国电力
第 43 卷
序布置下的零序不平衡度虽然最优， 但是负序不平 衡 度 较 大 ，1642 型 相 序 布 置 的 负 序 不 平 衡 度 最 优 ， 零序不平衡度也相对较小，因此，e 型塔线路不平衡 度的最优相序为 1642 型。 综合线路不平衡度最优， d、e 型塔的最优相序布置为 1616、1642 型。
（3 ）线 路 自 然 功 率 体 现 了 的 线 路 传 输 能 力 ，综 合 自然功率最优，d、e 型塔最优相序为 1616、1451 型。
（4） 线路的不平衡度衡量了线路性能和电能质 量优劣，综合线路不平衡度最优，d、e 型塔最优相序 为 1616、1642 型。
（5）综 合 考 虑 线 路 电 磁 环 境 、自 然 功 率 和 线 路 不 平衡度，500 kV 同 塔 4 回 线 路 d、e 型 塔 最 优 相 序 布 置为 1616、1462 型。
序，如式（1）所示。
Si=α1SEi+α2Spi+α3Sε2i+α4Sε0i
（1）
α1+α2+α3+α4=1
（2）
式 中 ：SEi、Spi、Sε2i、Sε0i 分 别 为 第 i 种 相 序 电 场 、自 然 功
率、负序、零序 不 平 衡 度 的 排 序 ；α1、α2、α3、α4 分 别 为
其相应的权重系数。
关键词： 同塔 4 回线路； 电磁环境； 自然功率； 不平衡度； 最优相序布置
中图分类号： TM751
文献标志码： A
文章编号： 1004-9649（2010）02-0044-04
0 引言
1 线路参数及模型
随着国民经济的发展， 输电线路走廊资源日趋 紧张，同塔 4 回输电线路的应用日益广泛。 4 回线路 各回导线相互影响较大，导线排列方式对线路的电 磁环境、线路走廊、传输功率以及不平衡度等电气 特性具有一定影响［1］。因此，合理选择同塔 4 回线路 导线最优相序布置对改善线路电磁环境， 提高线 路输送功率，优化线路设计等方面具有重要意义。 可是同塔 4 回线路的相序布置方式有很多 （理论 上 有1 296=64 种），如何从众多相序中选择 1 种最优 相序布置成为困难。
现以 500 kV 同塔 4 回线路为例，采用穷举法分 析 2 种典型塔型对应的所有相序布置下的电磁环 境、自然功率及线路不平衡度等电气特性；综合各种 电气特性的影响， 利用排序法得出线路的最优相序 布置；最后推荐同塔 4 回线路的 4 种典型排列方式， 并计算了相关电气特性。
1.1 线路参数
500 kV 同塔 4 回线路有 2 种典 型 塔 型 ：导 线 垂 直排列的竖塔（d 型塔）和水平排列的横塔（e 型塔）， 如图 1 所示。 导线采用 LGJ-400/35 型钢芯铝绞线， 地线采用 JLB40A-150 型铝包钢绞线。
相关规程［6］规定：电网正常运行时 ，负序电压不 平衡度不超过 2%，短时不得超过 4%。 本文取 2％作 为输电线路不平衡度限值， 所计算的线路不平衡度 均为电压不平衡度。
d、e 型塔负序、 零序不平衡度的最优和 最 差 相 序由表 1 可知， 线路不平衡度不仅与导线空间布置 有关，还跟相序排列方式有关，选择合适的相序布置 可有效减小线路的不平衡度。 d 型塔负序、零序不平 衡度的最优排列方式均为 1616 型。 e 型塔负序、零 序不平衡度的最优相序为 1642、1354 型 ；1354 型 相
8.89
4 320
0.44
0.28
1563
8.04
4 274
0.51
0.41
e
1426
8.95
4 383
0.51
0.38
1451
8.87
4 390
0.54
0.48
一定影响。 （2） 线路的工频电场决定了导线对地净空距离
的确定及线路走廊宽度的划定， 是决定 4 回线路最 优相序的关键因素。 综合电磁环境最优，d、e 型塔最 优相序为 1342、1653 型。
1111 10.60 41.3 1116 44.28 1354 52.56 1424 49.00 1166 3 733 1166 1.18 1134 2.20
1653 7.59 53.3 1532 29.38 1133 46.53 1111 42.68 1451 4 390 1642 0.35 1354 0.23
1.2 编码处理
单回输电线路，其相序布置有 ABC、ACB、BAC、 BCA、CAB、CBA 共计 6 种方式， 可用 1～6 数字分别 表示该线路 6 种排列方式之一；同理对于 4 回线路， 可用 4 位 6 进制编码来表示其相序布置， 故从 1111～6666 可遍历同塔 4 回线路 1 296 种相序。
本文采用 CDEGS （current distribution，electromagnetic interference, grounding and soil structure analysis）软件 包 ［4］对 500 kV 4 回 线 路 （d 型 塔 、e 型 塔 ）1 296 种 相 序布置的电磁环境影响进行仿真， 分别找出了电场 （E）、磁 场 （B）、线 路 走 廊 （W）、 无 线 电 （R ） 和 噪 声 （A ） 的最优、最差相序，如表 1 所示。
因此选择合适的相序排列可在不增加线路投资的基础上提高线路的输送功综合自然功率最优de型塔的最优相序布置确定为1616型1451线路不平衡度的影响输电线路不平衡度是衡量线路性能和电能质量优劣的重要指标合理控制这一指标对输电线路和整个电力系统具有重要意义实际工程中一般采用导线换位来减小输电线路不对称程度
4 线路不平衡度的影响
输电线路不平衡度是衡量线路性能和电能质量 优劣的重要指标， 合理控制这一指标对输电线路和 整个电力系统具有重要意义 ［5］。 实际工程中一般采 用导线换位来减小输电线路不对称程度。 同塔 4 回 线路属多回线路同杆并架，难以完全换位，故选择不 平衡度最优相序布置方式，对输电线路的设计、运行 分析、继电保护装置配置、整定等有重要意义。
针对同塔 4 回线路相序布置的选择问题，国 内相关人员已经做了一定的研究。 文献［2］从工 频电场和工频磁场的角度对比分析了同塔 4 回 线路相序布置的影响，并得出最优相序布置。 然 而，综合考虑同塔 4 回线路相序布置的多样性及 电磁环境、 自然功率及线路不平衡度等电气特 性，研究同塔 4 回线路最优相序布置在我国尚属 空白。
相 关 标 准 推 荐 500 kV 输 电 线 路 ， 线 路 走 廊 范 围 外 （ 居 民 区 ） 工 频 电 场 不 应 超 过 4 kV/m， 工 频 磁 场 不 应 超 过 100 μT， 边 相 导 线 投 影 外 20 m 处 的
收稿日期： 2009-10-30 作者简介： 张 晓（1984—），女，河北邢台人，硕士研究生，从事高压、特高压电磁环境研究。 E-mail:xiaoer840225@