唐焱,陈根

摘 要：以1 000 kV淮南—南京—上海特高压输变电工程为例，利用EMTP计算、研究线路不平衡度。当特高压同塔双回线路长度超过130 km时，需要换位；当导线采用逆相序的排列方式时，其不平衡度最小。推荐南京—泰州段线路进行一次全换位，这样可以满足线路不平衡度的要求。

关键词：1 000 kV同塔双回线路；电气不平衡度；换位；EMTP

中图分类号：TM752 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0001-03

电气不平衡度是衡量输电线路性能和电能质量的主要指标之一。在输电线路中，鉴于线路三相自身参数不对称和双回路之间的电磁耦合关系，在线路正常运行时，每相导线的阻抗和导纳并不相等，导致电力系统中出现了不对称电流和不对称电压。当电气不平衡度超过允许水平时，就会给电力设备造成诸多不利的影响。

淮南—南京—上海特高压交流输变电工程线路起点为淮南变电站，途经南京变电站、泰州变电站、苏州变电站，止于上海（沪西）变电站。线路全长约779.5 km（含淮河大跨越2.61 km、长江大跨越6.21 km），途经安徽、江苏和上海3个省市。

针对南京—泰州段同塔双回线路，利用EMTP计算、分析其电气不平衡度，提出了推荐使用的换位长度和换位方式。

1 计算条件

该工程的额定电压为1 000 kV，输送容量为6 500 MVA，功率因数为0.95.导线采用8×LGJ-630/45，一根地线采用铝包钢绞线LBGJ-240-20AC，另一根采用36芯OPGW，导线弧垂24 m，地线弧垂17 m。杆塔选取的是使用较多的Ⅲ型双回路直线塔SZ302，塔头尺寸如图1所示，呼高取57 m，导线悬垂串长为10.5 m。

图1 SZ302杆塔塔头尺寸

2 计算方法

根据国家标准规定公式计算零序电压不平衡度εU0和负序电压不平衡度εU2，计算公式为：

. （1）

. （2）

式（1）（2）中：V0——负荷端零序电压；

V1——负荷端正序电压；

V2——负荷端负序电压。

本文采用国际上通用的电力系统分析软件ATP-EMTP计算、分析架空输电线路的电气不平衡度。根据塔头尺寸、导线挂点位置建立线路的π型等值模型，根据传输功率、传输电压和功率因数计算等效负载阻抗值。

在ATP-EMTP中建立同塔双回线路电气不平衡度的计算分析模型，如图2所示。

图2 EMTP中的同塔双回线路分析模型

3 确定换位长度限值

1 000 kV锡盟—南京特高压工程已有的研究成果表明，当线路输送功率为6 000 MVA时，120 km单回和两条并行单回线路的负序电压不平衡度大约为1.8%. 以1.8%作为控制条件计算相应的同塔双回线路逆向序排列时，等效长度为300～330 km。考虑到双回线路存在单回运行这一工况，300 km线路单回事故运行时的负序电压不平衡度为6.86%，已经超过短时允许限值的4%. 当140 km线路单回事故运行时，负序电压不平衡度为4.15%，略大于短时限值的要求。根据插值法，推算出4%限值对应双回线路的长度为134 km（河北院）。140 km线路单回事故运行时，负序电压不平衡度为3.56%，短时事故4%限值对应的双回线路长度为145 km（西北院）。

该工程的输送容量为6 500 MVA，塔头尺寸也有差别，因此，需要重新计算、研究换位长度限值。以同塔双回线路正常运行时不超过2%、事故单回运行时不超过4%作为输电线路负序电压不平衡度的限值，计算分析如下。

3.1 正常运行方式

在同塔双回线路都正常运行的情况下，保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，改变线路的长度，计算该工程同塔双回线路的不平衡度。其中，双回同相序、异相序、逆相序的计算结果分别见表1、表2和表3.

表1 同塔双回线路在正常运行、同相序方式下不平衡度的计算结果

线路长度/km 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平

衡度/% 零序不平

衡度/%

50 788 170-j653 010 -11 311-j739 316+j3 510 1.43 0.45

100 754 440-j121 430 -20 641+j2 461 1 914+j5 073 2.72 0.71

150 717 660-j168 550 -28 139+j7 214 3 279+j5 208 3.94 0.83

200 679 490-j208 480 -33 240+j13 161 4 200+j5 116 5.03 0.93

250 641 670-j240 820 -36 137+j19 602 4 852+j5 067 6.00 1.02

300 605 060-j266 960 -37 387+j26 502 5 863+j5 233 6.93 1.19

表2 同塔双回线路在正常运行、异相序方式下不平衡度的计算结果

线路长度/km 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平

衡度/% 零序不平

衡度/%

50 78 7870-j57 185 -6 018+j2 655 168+j1 862 0.83 0.24

100 756 150-j106 570 -10 426+j6 508 134+j2 664 1.61 0.35

150 722 860-j148 800 -13 238+j10 844 165+j3 459 2.32 0.47

200 689 240-j184 580 -14 655+j15 210 421+j4 200 2.96 0.59

250 656 030-j190 570 -14 711+j19 497 799+j5 080 3.54 0.74

300 623 920-j240 870 -14 018+j23 244 1 394+j5 638 4.06 0.87

表3 同塔双回线路在正常运行、逆相序方式下不平衡度的计算结果

线路长度/km 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

50 791 990-j580 240 -3 010-j231 477+j3 467 0.38 0.44

100 763 480-j109 590 -5 969+j313 2 413+j3 828 0.78 0.59

150 732 320-j154 810 -7 924+j1 644 3 368+j3 775 1.08 0.68

200 700 050-j192 880 -9 556+j3 309 4 211+j3 423 1.39 0.77

250 667 050-j226 710 -10 818+j5 173 4 994+j2 857 1.70 0.82

300 634 720-j254 670 -11 460+j7 136 5 544+j2 366 1.97 0.88

根据表1、表2和表3的计算结果，对表中的数据作处理，负序不平衡度与线路长度的关系如图3所示。

图3 负序不平衡度与线路长度的关系

由图3可知，随着线路长度的增加，负序和零序不平衡度逐渐增大。在架设同塔双回线路时，同相序排列时的不平衡度最大，异相序次之，逆相序时最小，因此，推荐同塔双回线路采用逆相序的排列方式。以2%为负序不平衡度控制条件，通过差值计算可得，同塔双回线路逆相序排列下对应的线路长度为309 km。

3.2 事故单回运行方式

在事故单回运行方式下，无同相序、异相序、逆相序的概念和不平衡度的计算结果计如表4所示。

表4 同塔双回线路在事故单回运行方式下不平衡度的计算结果

线路长度/km 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

50 756 620-j113 820 -14 282+j1 307 649+j4 260 1.87 0.56

100 681 500-j194 720 -23 026+j8 249 2 336+j4 459 3.45 0.71

150 604 730-j247 020 -26 238+j16 754 3 387+j4 118 4.77 0.82

200 533 540-j278 250 -25553+j24 064 3 973+j3 601 5.83 0.89

250 470 780-j294 920 -22654+j29 483 4 293+j3 179 6.69 0.96

300 416 880-j301 970 -19 086+j33 060 4 574+j2 596 7.42 1.02

从表4中的数据中可知，以4%为负序不平衡度的控制条件，通过差值计算可得，同塔双回线路在事故单回运行方式下对应线路的长度为130 km。

4 换位前后不平衡度计算

以该工程——南京—泰州段157.5 km线路为例，全线同塔双回设计的输送功率为6 500 MVA，根据图1所示的塔头尺寸计算线路的不平衡度，分析其换位效果。

4.1 换位前不平衡度计算

当不换位时，利用EMTP计算负载侧三相电压，并结合MATLAB计算得出，同塔双回线路在正常的运行方式下、不同相序排列的不平衡度计算结果如表5所示。

表5 同塔双回线路正常运行、不同相序排列形式下的不平衡度计算结果

排列

方式 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

同相序 711 970-j175 100 -28 667+j7 865 3 183+j5 130 4.08 0.82

异相序 717 800-j154 610 -13 454+j11 525 123+j3 626 2.41 0.49

逆相序 727 610-j160 540 -8 295+j1 885 3 598+j3 707 1.14 0.69

同塔双回线路在事故单回运行方式下，不平衡度的计算与相序排列方式无关。当不换位时，不平衡度计算结果如表6所示。

表6 同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度计算结果

正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

593 590-j252 870 -26 339+j17 951 3 495+j4 038 4.94 0.83

由表5和表6中的数据可知：①在不换位、正常运行的方式下，同相序、异相序、逆相序负序不平衡度分别为4.08%，2.41%和1.14%，只有在逆相序排列方式下可以满足不平衡度小于2%的要求；②在不换位、事故单回运行的方式下，负序不平衡度为4.49%，超过了短时限值4%，不能满足其要求，需要考虑合理换位。

4.2 换位方案

根据以往工程的计算经验，3基换位塔实现整循环换位和2基换位塔加终端塔实现整循环换位线路的不平衡度相近，而且采用2基换位塔实现全循环换位，减少了1基换位塔，可以提高线路运行的可靠度，同时还能降低线路的造价。本文两基换位塔实现全循环换位，如图4所示，因此，以2个换位塔加终端塔实现整循环的换位方式进行计算。

图4 换位方式图

4.3 换位后不平衡度计算

换位后，计算同塔双回线路在正常运行方式下，不同相序排列的不平衡度，计算结果见表7.

表7 同塔双回线路在正常运行、不同相序排列形式下的不平衡度计算结果

排列

方式 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

同相序 712 240-j176 660 546+j1 002 319+j644 0.16 0.10

异相序 717 340-j155 350 562+j454 359+j230 0.10 0.06

逆相序 727 500-j160 880 161+j331 507+j136 0.05 0.07

换位后，计算同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度，计算结果见表8.

表8 同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度计算结果

正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

592 870-j254 720 513+j423 157+j221 0.10 0.04

由表7和表8中的数据可知：①采取换位后，在正常运行方式下，同相序、异相序、逆相序负序的不平衡度分别为0.16%，0.10%和0.05%，相比换位前分别降低了96.1%，95.9%和95.6%；②采取换位后，在事故单回运行方式下，负序不平衡度下降到0.04%，相比换位前降低了99.1%；③采用两基换位塔加终端塔实现全换位，换位后的不平衡度显著降低。

5 结论

综合文中的计算、分析，得出如下结论：①同塔双回路线路导线同相序排列时，负序不平衡度值最大，异相序次之，逆相序时最小，因此，推荐采用逆相序的排列方式。②综合分析正常运行和事故单回运行两种方式，建议该工程换位长度限制值取为130 km。③计算南京—泰州段线路换位前后的不平衡度，换位后，不平衡度显著降低。在逆相序时正常运行、事故单回运行方式下，不平衡度分别从1.14%和4.49%降为0.05%和0.04%，换位效果良好。

参考文献

[1]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路手册[M].第二版.北京：中国电力出版社，2002.

[2]电力科学研究院，机械标准化研究所，华北电力学院，等.GB/T 15543—1995 电能质量三相电压允许不平衡度[S].北京：中国标准出版社，1995.

[3]Dommel H W.电力系统电磁暂态计算理论[M].北京：水利电力出版社，1991.

[4]韦刚，张子阳，房正良，等.多回输电线路并架的不平衡度分析[J].高电压技术，2005，31（4）：9-11.

[5]李建，谢帮华，文武，等.750 kV同塔双回输电线路电气不平衡度及换位研究[J].电力建设，2007，28（6）：27-31.

[6]中国电力工程顾问集团公司，国家电网公司.GB 50665—2011 1 000 kV架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

〔编辑：白洁〕

Study on Electric Imbalance and Transposition of 1000 kV 1-Tower Double-Circuit Transmission Line

Tang Yan， Chen Gen

Abstract： Taking the 1000kV double-ciruit transmission line on the same tower from Huainan to Nanjin to Shanghai for example， by means of EMTP the electric unbalance degree of the transmission line under various operation condition is simulated and calculated. Put forward the ultra-high voltage double-ciruit transmission line reached over 130 km need transposition. The electric unbalance degree can reduced to a minimum by using negative phase sequence arrangement of conductors. For the transmission line from Nanjin to Taizhou of this project， it is recommended to adopt one full transposition to meet the demand of unbalance degree.

Key words： 1 000 kV 1-tower double-circuit lines； electrical imbalance； transposition； EMTP

图4 换位方式图

4.3 换位后不平衡度计算

换位后，计算同塔双回线路在正常运行方式下，不同相序排列的不平衡度，计算结果见表7.

表7 同塔双回线路在正常运行、不同相序排列形式下的不平衡度计算结果

排列

方式 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

同相序 712 240-j176 660 546+j1 002 319+j644 0.16 0.10

异相序 717 340-j155 350 562+j454 359+j230 0.10 0.06

逆相序 727 500-j160 880 161+j331 507+j136 0.05 0.07

换位后，计算同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度，计算结果见表8.

表8 同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度计算结果

正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

592 870-j254 720 513+j423 157+j221 0.10 0.04

由表7和表8中的数据可知：①采取换位后，在正常运行方式下，同相序、异相序、逆相序负序的不平衡度分别为0.16%，0.10%和0.05%，相比换位前分别降低了96.1%，95.9%和95.6%；②采取换位后，在事故单回运行方式下，负序不平衡度下降到0.04%，相比换位前降低了99.1%；③采用两基换位塔加终端塔实现全换位，换位后的不平衡度显著降低。

5 结论

综合文中的计算、分析，得出如下结论：①同塔双回路线路导线同相序排列时，负序不平衡度值最大，异相序次之，逆相序时最小，因此，推荐采用逆相序的排列方式。②综合分析正常运行和事故单回运行两种方式，建议该工程换位长度限制值取为130 km。③计算南京—泰州段线路换位前后的不平衡度，换位后，不平衡度显著降低。在逆相序时正常运行、事故单回运行方式下，不平衡度分别从1.14%和4.49%降为0.05%和0.04%，换位效果良好。

参考文献

[1]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路手册[M].第二版.北京：中国电力出版社，2002.

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[5]李建，谢帮华，文武，等.750 kV同塔双回输电线路电气不平衡度及换位研究[J].电力建设，2007，28（6）：27-31.

[6]中国电力工程顾问集团公司，国家电网公司.GB 50665—2011 1 000 kV架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

〔编辑：白洁〕

Study on Electric Imbalance and Transposition of 1000 kV 1-Tower Double-Circuit Transmission Line

Tang Yan， Chen Gen

Abstract： Taking the 1000kV double-ciruit transmission line on the same tower from Huainan to Nanjin to Shanghai for example， by means of EMTP the electric unbalance degree of the transmission line under various operation condition is simulated and calculated. Put forward the ultra-high voltage double-ciruit transmission line reached over 130 km need transposition. The electric unbalance degree can reduced to a minimum by using negative phase sequence arrangement of conductors. For the transmission line from Nanjin to Taizhou of this project， it is recommended to adopt one full transposition to meet the demand of unbalance degree.

Key words： 1 000 kV 1-tower double-circuit lines； electrical imbalance； transposition； EMTP

图4 换位方式图

4.3 换位后不平衡度计算

换位后，计算同塔双回线路在正常运行方式下，不同相序排列的不平衡度，计算结果见表7.

表7 同塔双回线路在正常运行、不同相序排列形式下的不平衡度计算结果

排列

方式 正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

同相序 712 240-j176 660 546+j1 002 319+j644 0.16 0.10

异相序 717 340-j155 350 562+j454 359+j230 0.10 0.06

逆相序 727 500-j160 880 161+j331 507+j136 0.05 0.07

换位后，计算同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度，计算结果见表8.

表8 同塔双回线路在事故单回运行方式下的不平衡度计算结果

正序电压/kV 负序电压/kV 零序电压/kV 负序不平衡度/% 零序不平衡度/%

592 870-j254 720 513+j423 157+j221 0.10 0.04

由表7和表8中的数据可知：①采取换位后，在正常运行方式下，同相序、异相序、逆相序负序的不平衡度分别为0.16%，0.10%和0.05%，相比换位前分别降低了96.1%，95.9%和95.6%；②采取换位后，在事故单回运行方式下，负序不平衡度下降到0.04%，相比换位前降低了99.1%；③采用两基换位塔加终端塔实现全换位，换位后的不平衡度显著降低。

5 结论

综合文中的计算、分析，得出如下结论：①同塔双回路线路导线同相序排列时，负序不平衡度值最大，异相序次之，逆相序时最小，因此，推荐采用逆相序的排列方式。②综合分析正常运行和事故单回运行两种方式，建议该工程换位长度限制值取为130 km。③计算南京—泰州段线路换位前后的不平衡度，换位后，不平衡度显著降低。在逆相序时正常运行、事故单回运行方式下，不平衡度分别从1.14%和4.49%降为0.05%和0.04%，换位效果良好。

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[5]李建，谢帮华，文武，等.750 kV同塔双回输电线路电气不平衡度及换位研究[J].电力建设，2007，28（6）：27-31.

[6]中国电力工程顾问集团公司，国家电网公司.GB 50665—2011 1 000 kV架空输电线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

〔编辑：白洁〕

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Tang Yan， Chen Gen

Abstract： Taking the 1000kV double-ciruit transmission line on the same tower from Huainan to Nanjin to Shanghai for example， by means of EMTP the electric unbalance degree of the transmission line under various operation condition is simulated and calculated. Put forward the ultra-high voltage double-ciruit transmission line reached over 130 km need transposition. The electric unbalance degree can reduced to a minimum by using negative phase sequence arrangement of conductors. For the transmission line from Nanjin to Taizhou of this project， it is recommended to adopt one full transposition to meet the demand of unbalance degree.

Key words： 1 000 kV 1-tower double-circuit lines； electrical imbalance； transposition； EMTP