山西電網(wǎng)220 kV河劉雙回線電流三相不平衡原因分析

郝 偉，段偉文，王瑋茹

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

山西電網(wǎng)220 kV河劉雙回線電流三相不平衡原因分析

郝 偉，段偉文，王瑋茹

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

通過對(duì)山西電網(wǎng)220 kV河劉雙回線三相電流不平衡現(xiàn)象詳細(xì)研究和仿真計(jì)算，確定其不平衡現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和處理思路，制定出相應(yīng)技術(shù)措施并通過了實(shí)際整改工程驗(yàn)證，對(duì)于山西省各地區(qū)輸電線路三相不平衡現(xiàn)象的消除工作具有借鑒意義。

三相不平衡；PSCAD；仿真；換序

0 引言

電力系統(tǒng)三相電流平衡狀況是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要指標(biāo)之一。影響三相電流不平衡程度的主要因素有：負(fù)荷不平衡、架空線塔型選擇、導(dǎo)線換位方式、導(dǎo)線電氣參數(shù)、輸電線路長(zhǎng)度、電壓等級(jí)、輸送功率及潮流分布等[1，2]。當(dāng)三相輸電線路電流的不平衡度超過允許水平時(shí)，負(fù)荷較大導(dǎo)線會(huì)因過熱導(dǎo)致其壽命縮短。此外，由于三相磁路不平衡，導(dǎo)致三相導(dǎo)線參數(shù)不平衡，從而可能增加輸電線路的損耗。如何根據(jù)三相不平衡現(xiàn)象確定三相不平衡原因，進(jìn)而找出處理辦法，對(duì)于輸電線路經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行具有重要意義。

本文通過對(duì)山西電網(wǎng)220 kV河劉雙回線三相電流不平衡仿真分析計(jì)算，制定出消除不平衡現(xiàn)象的換序技術(shù)方案并應(yīng)用于實(shí)踐，工程應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了換序技術(shù)方案的可行性。

1 不平衡現(xiàn)象概況及初步分析

2013年9月3日9時(shí)，山西電網(wǎng)劉村220 kV變電站報(bào)220 kV母線保護(hù)裝置異常告警，母線保護(hù)裝置發(fā)母聯(lián)TA不平衡異。同時(shí)，河劉Ⅰ線、河劉Ⅱ線電流出現(xiàn)較大的不平衡度，站內(nèi)其他220kV支路的三相電流基本平衡。為了分析造成這一現(xiàn)象的原因，制定合理的整改方案，特進(jìn)行了仿真分析研究。

河劉Ⅰ回、河劉Ⅱ回線路長(zhǎng)度僅為4.933 km，采用同塔雙回異相序架線方式搭線，導(dǎo)線電氣參數(shù)基本相同，全程無換相。河劉Ⅰ線自上而下相序分別為C/A/B，河劉Ⅱ線自上而下相序分別為A/C/B。事發(fā)時(shí)運(yùn)行方式為：1號(hào)主變壓器（以下簡(jiǎn)稱“主變”） 201、劉壺線243、羅劉Ⅰ線245、喬劉線247、河劉Ⅱ線249掛接?xùn)|母，2號(hào)主變202、劉古線242、羅劉Ⅱ線246、河劉Ⅰ線251掛接西母，母聯(lián)240運(yùn)行狀態(tài),如圖1所示。

圖1 電流不平衡發(fā)生時(shí)運(yùn)行方式示意圖

從2013年9月3日劉村站記錄數(shù)據(jù)得知，1號(hào)主變壓器201、2號(hào)主變壓器202、劉古線242、劉壺線243、羅劉I線245、羅劉Ⅱ線246、喬劉線247電流基本平衡，無零序電流；河劉I線251、河劉Ⅱ線249、母聯(lián)240出現(xiàn)了不同程度的零序電流，不平衡度較大。如表1所示，河劉I線A相電流最大，B相電流次之，C相電流較小，零序不平衡度達(dá)到3.5%，負(fù)序不平衡度達(dá)到7.1%；河劉Ⅱ線C相電流最大，B相電流次之，A相電流最小，零序不平衡度達(dá)到3.3%，負(fù)序不平衡度達(dá)到8.9%。

表1 河劉雙回線零序和負(fù)序不平衡度

根據(jù)當(dāng)時(shí)運(yùn)行方式以及所記錄的各支路電流相量分析，母聯(lián)240支路出現(xiàn)的電流不平衡源自河劉I線251、河劉Ⅱ線249不平衡所致。初步判斷河劉雙回線、母聯(lián)電流不平衡現(xiàn)象是由于河劉同塔雙回線序分量參數(shù)不平衡所致，與外界無關(guān)。

2 仿真模型搭建及數(shù)據(jù)擬合

文獻(xiàn)[3]利用電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件PSCAD（Power Systems Computer Aided Design） 進(jìn)行仿真收到良好的效果。為驗(yàn)證初步判斷，本案例也利用PSCAD仿真系統(tǒng)搭建河劉I線、河劉Ⅱ線的計(jì)算模型，模型中所用的桿塔結(jié)構(gòu)類型、導(dǎo)線位置參數(shù)、導(dǎo)線電氣參數(shù)、地線位置參數(shù)、地線電氣參數(shù)均與河劉I線、河劉Ⅱ線實(shí)際參數(shù)設(shè)置一致。線路仿真模型如圖2所示。

圖2 河劉雙回線PSCAD仿真模型示意圖

河劉同塔雙回線導(dǎo)線均采用2分裂導(dǎo)線鋼芯鋁絞線（2×LGJ-400/35型），分裂間距為40 cm，弧垂為15m，導(dǎo)線相間距為6.5m，雙回線A相間距為9.2m，B相間距為11.2m，C相間距為9.2m，最低相導(dǎo)線離地面高度為21m。地線根數(shù)為2，弧垂為13m，兩根地線間距為9m。

參考劉村變電站2013年9月3日9時(shí)、9月24日15時(shí)、9月25日9時(shí)共3個(gè)時(shí)段所記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過微調(diào)仿真模型中線路兩側(cè)的等效電抗、功角等參數(shù)，使仿真模型與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)基本擬合。表2—表4為仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際采樣數(shù)據(jù)擬合結(jié)果。

表2 河劉雙回線9月3日9時(shí)擬合結(jié)果

表3 河劉雙回線9月24日15時(shí)擬合結(jié)果

表4 河劉雙回線9月25日9時(shí)擬合結(jié)果

擬合結(jié)果表明，所搭建線路模型基本正確反映了河劉雙回線的真實(shí)運(yùn)行參數(shù)，所搭建仿真模型可信度較高，可用于進(jìn)一步研究整改方案措施。

3 仿真計(jì)算結(jié)果

利用所搭建線路模型，嘗試通過調(diào)整同塔雙回線路導(dǎo)線換位方式尋找解決不平衡現(xiàn)象的方案?？紤]到改造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，僅在原來的排列基礎(chǔ)上調(diào)整某單回線路的排序。相序排列采用窮舉法進(jìn)行調(diào)整，各種導(dǎo)線排列方式下雙回各線路電流的零序不平衡度與負(fù)序不平衡度仿真結(jié)果如表5所示。

結(jié)果顯示，調(diào)整相序排列組合對(duì)減小雙回線路各自的不平衡度有明顯作用。當(dāng)河劉雙回線路采用異相序排列時(shí)，兩回線的電流不平衡度較大，負(fù)序電流不平衡度大于7%，零序電流不平衡度也達(dá)到了3%左右；當(dāng)采用同相序排列時(shí)，兩回線的電流不平衡度反而有所減弱，零序電流不平衡度已不明顯，但負(fù)序電流不平衡度仍大于2%；當(dāng)采用逆相序排列時(shí)，兩回線的零序電流不平衡度和負(fù)序不平衡度均減弱到1%以下。

表5 河劉雙回線各種相序排列組合不平衡度比對(duì)表%%%

4 整改方案

采用逆相序排列，仍然是同塔雙回線抑制電氣不平衡度的最佳辦法。同相序與異相序的排序方法均不同程度地導(dǎo)致不平衡度增大。對(duì)于河劉雙回線來講，為減小其電流不平衡度，建議從以下兩種整改方案中選擇一種。

a）在河劉I線相序不變的前提下，更改河劉Ⅱ線相序自上而下分別為B、A、C。

b）在河劉Ⅱ線相序不變的前提下，更改河劉I線相序自上而下分別為B、C、A。

5 實(shí)踐驗(yàn)證

山西臨汾供電公司于2014年3月進(jìn)行了導(dǎo)線換序整改。由于河劉Ⅱ線1號(hào)終端塔至河西電廠架構(gòu)，線下有房屋不便于施工，故采取河劉Ⅰ線相序調(diào)整方案（方案二）。

改造工程實(shí)施完成后于2014年3月23日對(duì)劉村站各支路電流同步記錄。河劉雙回線改造后零序和負(fù)序不平衡度如表6所示。

表6 改造后負(fù)和零序不平衡度

記錄數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過河劉I線換序改造之后，河劉I線、河劉Ⅱ線電流不平衡度均顯著下降。河劉I線零序不平衡度降到1.9%，負(fù)序不平衡度降到1.38%；河劉Ⅱ線零序不平衡度降到2.37%，負(fù)序不平衡度降到1.81%。改造方案可行性得到了驗(yàn)證。

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過山西電網(wǎng)220 kV河劉雙回線三相電流不平衡現(xiàn)象仿真計(jì)算、原因分析、方案制定、方案驗(yàn)證全過程工作，可以得出以下經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于山西省各地區(qū)輸電線路三相不平衡現(xiàn)象的消除工作具有借鑒意義。

a）同塔雙回線即使線路很短，如果相序設(shè)置不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致較大的電流不平衡度。較短線路長(zhǎng)度的同塔雙回線之間的互感不應(yīng)被忽略。

b）輸電線路三相不平衡現(xiàn)象原因具有多樣化的特點(diǎn)，對(duì)于輸電線路三相不平衡現(xiàn)象不宜簡(jiǎn)單定性分析，應(yīng)借助于仿真與實(shí)際驗(yàn)證相結(jié)合的方式進(jìn)行。

c）同塔雙回線異相序排列不一定比同相序排列更有優(yōu)勢(shì)，但逆相序排列方式仍然是應(yīng)對(duì)不平衡現(xiàn)象最好的方法。推薦同塔雙回線均優(yōu)先使用逆相序的排列組合方式。

［1］ 郭志紅，程慈源，蘇建軍.山東電網(wǎng)部分500 kV線路不平衡電流偏大的原因分析及改善措施［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（21）：32-36.

［2］ 鄒林，林福昌，龍兆芝.輸電線路不平衡度影響因素分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（S2）：283-286.

［3］ 孟恒信，梁建偉，薛磊.山西500 kV長(zhǎng)久三回線路電流不平衡原因分析及改造研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（3）：641-646.

Unbalance Analysis on 220 kV Heliu Double Circuit Transm ission Lines

HAO Wei，DUANW eiwen，WANG Weiru
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Electric unbalance of Shanxigrid 220 kV Heliu double circuit transmission lines is studied and simulated by PSCAD in this thesis.The cause of unbalance and its treatmentmethod are identified，and technicalmeasures are established correspondingly and themeasureswere verified，which provides reference foreliminating three-phaseunbalanceof transmission lines.

three-phaseunbalance；PSCAD；simulation；conductor transposition

TM727

B

1671-0320（2015）01-0023-03

2014-11-22，

2014-12-10

郝 偉（1979），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事繼電保護(hù)試驗(yàn)與研究工作；

段偉文（1968），男，山西祁縣人，1991年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)計(jì)算分析工作；

王瑋茹（1986），女，陜西渭南人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，從事電力系統(tǒng)計(jì)算分析工作。