2205-60201-同塔双回线路导线相序排列影响因素研究-张悦,唐震,杨林也,吴明锋,白瑞

地故障情况下，双回线内部出现的零序环流 超过门槛值，并造成零序功率方向元件误判 为正方向故障。 3 同塔双回线相序排列对防雷性能计算 同塔双回输电线路防雷性能主要涉及反 击耐雷水平和绕击跳闸率，由于同塔双回输 电线路在塔型确定后，相序排列的改变并未 改变导线空间位置，因此其绕击跳闸率与导 线相序排列无关；而反击耐雷水平与双回线 导线的相序排列有较大的关系，本文以山西 500kV 长久 II/III 回线所用塔型和相关相序排 列为研究对象，对以A相为固定相的6种相序 排列进行反击耐雷水平的分析计算。 3.1 反击耐雷水平仿真模型的建立 （1）输电线路模型 由于线路的参数随雷电流中高次谐波的 频率而变化，而且不同频率的谐波分量在线 路中传播时的衰减和畸变各不相同，因此本 文线路模型中的传输线采用频率相关模型， 忽略导线电晕。考虑在被击杆塔附近杆塔处 雷电流波的折返射，仿真时被击杆塔的两侧 各接入两基铁塔。 （ 2 ）雷击塔顶或避雷线时绝缘子串上 的过电压 雷击塔顶时绝缘子串上的过电压由横担 电压、导线的耦合电压、导线的感应过电压 和工频电压四个分量组成。其中感应过电压 本文采用国网武汉高压研究院的研究的结论 [3] ： 0.232 Vgy (t ) ((1.771 1.745h 0.01088h2 1.935 105 h3 ) I 0.1706h ) (1 k0 ) 1.33 (7) 式中： Vgy (t ) 为感应过电压，kV，h为导线对 地平均高度，m；I为雷电流幅值，kA；k0为 导线和避雷线的耦合系数。 雷击杆塔时刻输电线路工频电压的相位 不同，绝缘子耐受的过电压也不同。因此本 文在双回线反击耐雷水平的仿真计算中考虑 工频电压的影响。 （3）绝缘子串闪络判据 本文采用相交法作为绝缘子串闪络的判 据 。 绝 缘 子 串 伏 秒 特 性 采 用 IEC 推 荐 Darveniza等人提出的下式来描述绝缘子串在 [4] 标准雷电波下的伏秒特性 ： (8) U (t ) 400 L 710Lt 0.75 式 中 ： U (t ) 为 绝 缘 子 串 闪 络 电 压 ， kV；L为绝缘子串长度，m；t为从雷击开始 到绝缘子闪络时间， s 。
2
序排列方式进行仿真研究。 2.1 导线异相序3排列 在双回线N端线路保护区外（图2中k 点）发生故障时， II/III 回线 N 端仿真结果见 表2。 （表中数值为：II/III回线二次值）
表2 导线异相序3排列时线路N端保护区外故障时 II/III回线仿真结果
故障相别 AB BC CA ABC CA-G ABC-G
图1 500kV长久II/III回线线路杆塔结构
M II回线
P0/% P2/%
系统1
ຫໍສະໝຸດ Baidu
III回线
同 塔 双 回 线
N
k
系统2
图2 500kV长久II/III回线线路仿真模型
1.3 不平衡电流仿真计算及结果 零负序环流不平衡度可计算如下： 零序环流不平衡度： 0 I 0 I II ； （3） C0 I 1 1 I I I II 负序环流不平衡度：
目前短距离同塔双回线路的导线普遍采 用垂直排列且不换位，这种不对称的排列方 式必然导致各相导线之间的耦合强度存在差 异，从而使三相参数不对称，进而导致三相 电流不平衡。有关研究结果表明，不平衡电 流受互感的影响较大，受相间电容的影响较
1
若 I ABCabc I A , I B , I C , I a , I b , I c 为 (2) 式 的一组相量解，当同塔双回线路的相序排列 发生改变时， 6 根导线之间的耦合关系也发 生变化，在 (1) 式中表现为的各个元素位置 发生变化，因而 I ABCabc 的解也发生变化，对 于36种不同的相序排列方式， I ABCabc 的解也 有36种不同的解；由于通常以电流的序分量 来衡量电流不平衡度，利用相序变换矩阵可 将 (2) 式的三相电流转化成正、负和零序分 量，变换后其不同解仅为6种。由此可得
同塔双回线路导线相序排列影响因素研究
张悦，唐震，杨林也，吴明锋，白瑞
（国网山西电力科学研究院，太原 030001） Research on the Influences of Different Phase Sequence Arrangement of Common-tower Doublecircuit Transmission Lines ZHANG Yue,TANG Zhen,YANG Lin-ye,WU Ming-feng,BAI Rui
1 1 I ABCabc (Z I Z II Z IV Z III ) U ABCabc (2)
出，研究不同相序排列的不平衡电流规律 时，可只选取6种相序排列方式即可。以A相 为固定相的6种相序排列方式为：同相序 （ABC/abc ） 、逆相序（ABC/cba） 、异相序 1 （ABC/acb ） 、异相序2（ABC/bac ） 、异相序 3 （ ABC/bca ） 、异相序 4 （ ABC/cab ） 。同样 可选出以B或C相为固定相的其余相序排列方 式。 1.2 同塔双回输电线路参数及仿真建模 以1000kV特高压大负荷南送期间，山西 电网 500kV 同塔双回长久 II/III 线线路实际参 数为基础，以2011年12月7日6时实际运行工 况 为 依 据 （ PII=724MW ， QII=-63Mvar ； PIII=726MW，QIII=-117Mvar） ，对以A相为固 定相的 6 种相序排列的不平衡电流进行仿真 计 算 。 线 路 长 度 32.812km ， 导 线 型 号 4× LGJ-400/35，绝缘子串长度5.0m。杆塔结 构见图1，仿真模型见图2。
[2]
（4）
为反映不平衡电流对同塔双回线之外系 统的影响，穿越不平衡度按下式计算： 零序穿越不平衡度：
0 I I0 I II P0 1 1 ； I I I II
（5）
负序穿越不平衡度：
从仿真结果可以看出，在正常运行情况 下，双回线出现了零、负序电流以及零、负 序环流不平衡电流。过大的零序电流，有可 能造成零序启动元件和零序保护的误动作； 零序环流则有可能在区外故障时，引起线路 保护的误动作。本文利用PSCAD电磁暂态仿 真程序研究同塔双回线路的纵联距离、纵联 方向、零序功率方向保护的动作行为。为简 化分析，下面仅对异相序 3 和逆相序两种相
2 I I2 I II C2 1 1 ； I I I II
由表 1 可以看出，在正常运行情况下， 以A相为固定相的6种相序排列的电流经过对 称分量变换后出现了线路零序、负序不平衡 电流。其中，同相序排列时负序不平衡度最 大，其次为各种异相序排列，逆相序排列最 小；各种异相序排列时零序不平衡度最大， 其次为同相序排列，逆相序排列最小。 通过比较各种相序排列的仿真计算 结 果，可以得出线路实际运行相序排列 BAC/acb与异相序3相同；因不平衡电流过大 改造后的相序排列BAC/cab与逆相序相同。 2 同塔双回线相序排列对继电保护的影响
同塔双回输电线路作为增大输电容量、 充分利用输电走廊、降低建设投资的一种有 效方法，已在电网建设中得到广泛应用。但 由于导线在铁塔上的布置、相序排列方式 等，导致导线之间的耦合关系发生变化，使 得双回线很难取得参数上的完全对称。由此 引起的不平衡电流不仅增大电网输电元件的 损耗，而且过大的不平衡电流可能导致输电 线路零序等保护误动，另外，相序排列对反 击耐雷水平也有影响。 1000kV特高压大负荷南送期间，山西电 网 500kV 长久 II/III 同塔双回输电线路因导线 相序排列引起的三相电流不平衡产生的零序 电流达到了零序保护 IV段定值，引起零序保 护启动。本文以此为例分析研究同塔双回线 相序排列对电流不平衡度、输电线路零序、 距离保护以及反击耐雷水平的影响。
摘要：随着负荷的快速增长，电网中出现大量的短距离不换位架设的同塔双回输电线路，由导线相序排列引起系 统三相电流不平衡问题日益突出。本文利用PSCAD电磁暂态程序对500kV同塔双回输电线路不同相序排列情况下 对不平衡电流、继电保护以及反击耐雷电流进行了研究；在此基础上提出一种基于不平衡电流、继电保护和反击 耐雷水平的同塔双回输电线路导线相序排列的选择方法。 关键词：同塔双回输电线路 相序排列 不平衡电流 继电保护 反击耐雷水平
(State Grid Shanxi Electric Research Institue,Taiyuan 030001,China)
Abstract: With the rapid growth of power load, large amount of short-distance untransposed commontower double-circuit transmission lines are put into operation, thus, unbalanced three-phase current caused by phase sequence arrangement is increasingly serious. In view of the problem, PSCAD electromagnetic transient program is applied in the research of unbalanced current, relay protection and thunder-resisting current under different phase sequence arrangement, based on which, selection method for phase sequence arrangement of 500kV common-tower double-circuit transmission lines is proposed. Key words: common-tower double-circuit; phase sequence arrangement; unbalanced current; relay protection; thunder-resisting performance
P2
2 I I2 I II 1 ； I I1 I II
（6）
对于I回线路的零序电流不平衡度 BI 0 可 由 C0 和 P0 的矢量和得到；II回线路的零序电 流 不 平 衡 度 BII 0 可 由 C 0 和 P0 的 矢 量 差 得 到。同理可得负序不平衡度 BI 2 、 BII 2 。 在相同的仿真条件下，以 A 相为固定相 的 6 种相序排列不平衡电流仿真计算结果见 下表1。
（1）
其中 A 、 B 、 C 和 a 、 b 、 c 分别为双回线 路的三相下标，下标 D 和 d 表示两条架空地 线。 Z I 、 Z II 、 Z III 、 Z IV 为导地线的阻抗矩 阵。 通常情况下架空地线均接地良好，故有
U Dd 0 0 ，化简后可得：
T
1 同塔双回线相序排列对电流不平衡 度的影响
表1 6种相序排列不平衡电流计算结果
ABC/abc P/MW Q/Mvar BI0/BII0/% BI2/BII2/% C0/% C2/% P0/% P2/% P/MW Q/Mvar BI0/BII0/% BI2/BII2/% C0/% C2/% 676.6/676.6 -83.2/-83.2 1.49/1.49 14.35/14.35 0.00 0.00 1.49 14.35 ABC/bac 700/694.3 -61/-107.7 3.70/4.52 13.20/13.10 4.10 8.94 0.51 9.69 ABC/cba 735.8/734.8 -90.2/-90.2 0.73/0.89 5.03/5.21 0.09 0.09 0.81 5.12 ABC/bca 729.9/722.1 -60.8/-117.2 3.504/4.14 8.68/8.78 4.00 8.64 0.70 1.25 ABC/acb 693.3/700.7 -108.9/-63.2 3.43/4.80 13.00/13.30 4.10 8.95 0.85 9.66 ABC/cab 721.9/729.9 -117.3/-60.8 4.14/4.00 8.68/8.78 4.00 8.64 0.70 1.25
小。为此本文以互感矩阵来研究线路的电流 不平衡问题。 [1] 1.1 同塔双回线路阻抗矩阵分析 由电路理论可知，线路单位长度导线的 压降和流过导线的电流关系可用（ 1 ）式的 分块矩阵形式来表示：
U ABCabc Z I U Z Dd III Z II I ABCabc Z IV I Dd