陈 恺，林章岁，林晓敏

(1.福建省电力勘测设计院，福州 350003；2.国网福建省经济技术研究院，福州 350012；3.国网福州供电公司，福州 350004)

电网技术

1 000 kV特高压输电线路不平衡度影响因素分析

陈 恺1，林章岁2，林晓敏3

(1.福建省电力勘测设计院，福州 350003；2.国网福建省经济技术研究院，福州 350012；3.国网福州供电公司，福州 350004)

三相电压不平衡状况是电能质量主要指标之一。以某1 000 kV特高压线路为背景，应用电力系统电磁暂态及电力电子数字仿真(EMTPE)软件对特高压线路不平衡度的各种影响因素进行计算分析，其结论将为特高压线路的设计和运行提供重要参考。

特高压；不平衡度；影响因素

电力系统三相电压不平衡状况是电能质量的主要指标之一，三相电压不平衡度过大将导致一系列问题[1]，如旋转电机发热和振动，变压器漏磁增加和局部过热，电网线损增大及各种保护和自动装置误动等等。按照国家标准《电能质量 三相电压不平衡》(GB/T 15543—2008)的要求，需要对系统电压、电流的不平衡度进行控制。

线路不平衡度受线路三相参数不对称度及线间电磁耦合的作用[2-3]，而参数不对称度和相序排列、导线对地距离、水平线间距离等紧密相关，线间电磁耦合还与运行电压、输送功率等相关。研究影响不平衡度的因素，对于输电线路的设计和运行都有重要的意义[4]。

国内仅少数研究人员对1 000 kV特高压线路的不平衡度进行了研究，且未进行全面的特高压线路不平衡度影响因素的研究[5-6]。文献[5]以淮南—上海特高压同塔双回输电工程为例，研究特高压双回线路的电气不平衡度和换位问题；文献[6]对淮南—皖南特高压同塔双回线路的不平衡度进行分析，通过对不同换位方式下的不平衡度、潜供电流和恢复电压、感应电压和感应电流进行比较，提出淮皖线的推荐换位方式。

本文为满足特高压工程前期工作需要，以某特高压线路(约303 km)为背景，应用电力系统电磁暂态及电力电子数字仿真(EMTPE)软件研究各影响因素对线路不平衡度的影响，供特高压线路设计和运行参考。

1 不平衡度计算方法

1.1 不平衡度定义

文献[7]对不平衡度的定义为：“三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电压或电流不平衡度分别用或表示。”由于文献[7]对不平衡度的限值要求为电压不平衡度，如无特别说明，本文不平衡度计算结果均指电压不平衡度。

1.2 不平衡度计算方法

工程应用中有两种比较实用的方法计算电压、电流不平衡度：手册方法[8]和仿真方法[2-3]。手册方法属于序分量法，仿真方法则采用三相潮流程序法。本文采用EMTPE仿真软件对特高压线路的不平衡度进行计算和分析。

架空线路用型等值电路模拟，根据架空线路位置及相关参数，采用EMTPE线路支持程序计算线路电气参数。结合电网实际运行方式计算电压不平衡度。

输电线路的电压不平衡度与线路参数、线路两端系统等值阻抗、输送容量大小有关。忽略线路首端系统阻抗、线路另一端系统等值阻抗取值则根据传输功率、传输电压和功率因数来计算，得出线路末端的三相值，然后利用相-序变换矩阵求解正、负、零序分量，每回线路转换见式(1)。

(1)

a=ej120

根据标准规定公式计算电压不平衡度εu。

2 特高压输电线路不平衡度影响因素分析

2.1 线路长度和导线排列方式对不平衡度的影响

为研究线路长度对不平衡度的影响，假定线路不换位。导线排列方式分别选用了单回架设的三角形排列、水平排列2种塔型，如图1所示。

图1 单回路塔型导地线排列

不同线路长度下三角、水平排列的不平衡度变化曲线见图2。

图2 单回架设特高压线路不同长度不平衡度

(1)1 000 kV特高压输电线路不平衡度随着线路长度的增加而增大。这是因为不平衡电容电流随着线路长度的增加而增大。经计算，特高压同塔双回线路也有相同规律。

(2)水平排列的不平衡度比三角排列要高得多。采用三角排列的线路在长度约590 km时不平衡度才超过2%的限值要求，而采用水平排列的线路在长度约170 km时不平衡度就超过了2%的限值[5]，从而可以看出导线排列方式对线路不平衡度的影响较大。

(3)1 000 kV特高压输电线路不对称导致的电流、电压不平衡表现为互阻抗、互容抗的不平衡，而输电线路互阻抗、互容抗跟相间距离有关。平行排列的线路中相和边相的互阻抗有较大差异，而三角排列互阻抗差异较小从而使得三角排列的线路不平衡度较小。

2.2 相序排列对不平衡度的影响

为研究不同相序排列对不平衡度的影响，结合福建电网实际，选择常用的鼓型塔进行研究。根据排列组合，鼓型塔有如下6种相序排列：ABC-ABC、ABC-ACB、ABC-BAC、ABC-BCA、ABC-CAB、ABC-CBA。逆相序排列(ABC-CBA)鼓型塔导地线排列见图3。

图3 同塔双回逆相序排列鼓型塔导地线排列

各种相序排列的电压和电流不平衡度比较见表1。由表1可见，导线相序排列方式对双回输电线路不平衡度影响较大，双回路逆相序排列时不平衡度最小。这是因为双回输电线路的不平衡度不仅与单回三相间的互阻抗、互容抗参数有关，更取决于双回路间的电磁干扰，计算表明双回导线逆相序排列时双回路间电磁干扰得到了最大程度的抵消[8]，故不平衡度明显降低。

逆相序排列的电压不平衡度仅约0.7%，能满足国家标准要求，推荐同塔双回架设的线路按逆相序排列以减小线路不平衡度。

表1 各种相序排列同塔双回架设的特高压线路不平衡度

2.3 导线对地距离对不平衡度的影响

其他参数相同，计算不同杆塔呼高下的不平衡度，单回和同塔双回变化曲线分别如图4、图5所示。

图4 特高压单回线路不同杆塔呼高不平衡度

图5 特高压同塔双回线路不同杆塔呼高不平衡度

可见，导线对地距离对单回架设的特高压线路不平衡度的影响很小，可以忽略不计。但对于特高压同塔双回线路，在46～66 m的杆塔呼高范围内，随着导线对地距离的增大，同塔双回线路不平衡度均先减小后增加，52～56 m杆塔呼高时，线路不平衡度较小。

2.4 水平线间距离对不平衡度的影响

其他参数相同，计算不同水平线间距离的不平衡度，单回和同塔双回变化曲线分别如图6、图7所示。

注：水平线间距离指两相导线最短的水平距离，地线的水平线间距离也成比例改变。图6 特高压单回线路不同水平线间距离不平衡度

注：水平线间距离指中横档宽度，其他相导线和地线的水平线间距离也成比例改变。图7 特高压同塔双回线路不同水平线间距离不平衡度

(1)对于三角排列的线路，在不小于约12m的水平线间距离时，不平衡度随着水平线间距离的减小而减小。这是因为，随着水平线间距离的减小，三角排列的三相导线越来越趋向于正三角形布置，三相互阻抗越来越趋向于平衡。

(2)对于水平排列的线路，不平衡度随着水平线间距离的减小而增大。这是因为，水平排列的线路，随着水平间距离的增加，互感阻抗不平衡的影响也随之减小。

(3)对于同塔双回路，随着水平线间距离的增大，线路不平衡度先减小后增大。18 m水平线间距离时，线路不平衡度较小。

2.5 垂直线间距离对不平衡度的影响

其他参数相同，计算不同垂直线间距离的不平衡度，单回和同塔双回变化曲线分别如图8、图9所示。

图8 特高压单回线路不同垂直线间距离不平衡度

图9 特高压同塔双回线路不同垂直线间距离不平衡度

(1)对于三角排列的线路，在垂直线间距离不大于22 m时，随着垂直线间距离的增大，不平衡度将减小。这是因为，导线水平线距一般都较大，随着垂直线间距离的增大，三角排列的三相导线越来越趋向于正三角形布置，三相互阻抗、互容抗越来越趋向于平衡。

(2)对于同塔双回路，随着垂直线间距离的增大，线路不平衡先减小后增大。20 m垂直线间距离时，线路不平衡度较小。

2.6 输送功率对不平衡度的影响

其他参数相同，计算不同输送功率线路的不平衡度，单回变化曲线见图10。

图10 特高压单回线路不同输送功率线路不平衡度

可见，运行电压一定的情况下，随着线路输送功率的增大，线路不平衡度也增大。这是因为，输送功率较大时，负载阻抗相对较小，线路三相阻抗占整个系统阻抗比重增大，其造成的线路不平衡度也相应增大。经计算，特高压同塔双回线路也有相同规律。

2.7 运行电压对不平衡度的影响

其他参数相同，计算不同运行电压线路的不平衡度，单回变化曲线见图11。

图11 特高压单回线路不同运行电压线路不平衡度变化曲线

可见，输送功率一定的情况下，随着运行电压的升高，线路不平衡度下降。这是因为，运行电压较大时，负载阻抗相对较大，线路三相阻抗占整个系统阻抗比重减小，其造成的线路不平衡度也相应减小。经计算，特高压同塔双回线路也有相同规律。

3 结语

以某1 000 kV特高压线路为背景，对线路长度、导线相序排列、对地距离、水平线间距离、输送功率、运行电压等因素对特高压线路不平衡度的影响进行了计算和分析，得出了特高压线路不平衡度的一般规律。

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(本文编辑：严 加)

Influencing Factors Analysis for 1 000 kV UHV Transmission Line Unbalance

CHEN Kai1, LIN Zhangsui2, LIN Xiaomin3

(1. Fujian Electric Power Survey & Design Institute, Fuzhou 350003, China;2. State Grid Fujian Province Economic & Technology Institute, Fuzhou 350012, China;3. State Grid Fuzhou Power Supply Company, Fuzhou 350004, China)

Unbalance factor of three phase voltage is an important index of electric quality. Taking a 1 000 kV UHV transmission line as an example, by means of EMTPE software, different influencing factors for 1 000 kV UHV transmission line unbalance are analyzed. The conclusion is the important reference for UHV transmission line design and operation.

ultra high voltage (UHV); unbalance factor; influencing factor

10.11973/dlyny201703001

陈 恺(1981—)，男，硕士，高级工程师，主要从事电力系统规则设计工作。

TM71

A

2095-1256(2017)03-0219-04

2017-03-23