超高壓交流線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路的電磁感應(yīng)

， ，

(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司, 吉林 長(zhǎng)春 130021)

隨著輸電線路的不斷建設(shè)，輸電線路走廊資源越來(lái)越緊缺。交流輸電線路與直流輸電線路平行架設(shè)共用走廊有時(shí)不可避免[1-3]。交流線路與特高壓直流線路平行架設(shè)時(shí)，由于兩者之間存在的電磁耦合，交流輸電線路會(huì)在平行架設(shè)的特高壓直流輸電線路中產(chǎn)生工頻感應(yīng)電壓和電流。而工頻電流通過(guò)直流輸電線路進(jìn)入兩端換流站后，在換流器的作用下會(huì)在換流變壓器閥側(cè)產(chǎn)生直流偏磁電流[4-9]。若變壓器處在直流偏磁工作狀態(tài)，將導(dǎo)致變壓器的損耗、溫升及噪音增大，甚至影響使用壽命。

根據(jù)云廣±800 kV特高壓直流線路參數(shù)，建立交/直流輸電系統(tǒng)的仿真模型。在不同平行架設(shè)長(zhǎng)度、不同接近距離(文中接近距離為線路桿塔中心之間的距離)、不同土壤電阻率、不同桿塔接地電阻的條件下，對(duì)特高壓直流線路上的感應(yīng)電壓、電流以及換流變壓器閥側(cè)的直流偏磁電流進(jìn)行了仿真計(jì)算。對(duì)比分析了平行架設(shè)時(shí)超高壓緊湊型線路和常規(guī)型線路對(duì)特高壓直流線路的電磁影響。

1 超高壓交流線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路的工頻電磁感應(yīng)

1.1 系統(tǒng)概況及線路參數(shù)

以圖1所示的超高壓交流輸電線路和云廣±800 kV特高壓直流輸電線路并行為例，分析超高壓交流線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路的工頻電磁感應(yīng)影響[10-11]。超高壓交流輸電線路輸送功率為1 000 MW,云廣特高壓直流線路全長(zhǎng)1 446 km，雙極輸送功率為5 000 MW。交/直流線路參數(shù)和桿塔布置見(jiàn)表1、2和圖1。

表1 ±800 kV直流線路導(dǎo)線和地線參數(shù)

表2 600 kV超高壓交流線路導(dǎo)線和地線參數(shù)

圖1 交/直流線路平行架設(shè)的桿塔布置

1.2 超高壓交流線路與特高壓直流線路平行架設(shè)的仿真計(jì)算

特高壓直流線路單獨(dú)架設(shè)時(shí)整流側(cè)的直流電壓、電流波形如圖2所示。交/直流線路平行架設(shè)時(shí)(平行長(zhǎng)度為100 km、接近距離為50 m)，特高壓直流線路整流側(cè)的直流電壓、電流波形如圖3所示。

圖2 特高壓直流單獨(dú)架設(shè)運(yùn)行時(shí)線路電流、電壓

對(duì)比圖2、3可以看出，交/直流平行架設(shè)后，特高壓直流線路電壓、電流中的工頻分量明顯增加。超高壓交流線路在平行架設(shè)特高壓直流線路上感應(yīng)出穩(wěn)定的工頻電壓、電流。

圖3 交/直流平行架設(shè)時(shí)特高壓直流線路電流、電壓

2 交流線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路電磁感應(yīng)的影響因素

2.1 交/直流線路平行長(zhǎng)度和接近距離

2.1.1 工頻感應(yīng)電壓、電流

在接近距離為50 m時(shí)，不同平行架設(shè)長(zhǎng)度下特高壓直流線路上感應(yīng)工頻電壓、電流如圖4所示。平行長(zhǎng)度100 km，不同接近距離下特高壓直流線路上感應(yīng)工頻電壓、電流如圖5。

由圖4、5可見(jiàn)，工頻感應(yīng)電壓、電流隨著交/直流線路平行架設(shè)長(zhǎng)度的增加而增大，兩者基本呈線性關(guān)系。工頻感應(yīng)電壓、電流隨著交/直流線路接近距離的增加而減小，當(dāng)交/直流線路接近距離較近時(shí)，工頻感應(yīng)分量隨著距離的增大衰減得很快，但當(dāng)接近距離大于100 m時(shí)，工頻感應(yīng)分量的衰減幅度越來(lái)越小。

2.1.2 直流偏磁電流

工頻感應(yīng)電流通過(guò)直流輸電線路進(jìn)入兩端換流站后，在換流器的作用下會(huì)在換流變壓器閥側(cè)產(chǎn)生直流偏磁電流。直流偏磁電流進(jìn)入換流變壓器后，可能導(dǎo)致?lián)Q流變壓器偏磁。特高壓直流線路整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器閥側(cè)直流偏磁電流如表3、4所示。

從表3、4可知，整流站與逆變站的換流變壓器閥側(cè)直流偏磁電流隨著平行長(zhǎng)度的增大而增加；隨著接近距離的增大而逐漸衰減。交直流線路的平行長(zhǎng)度和接近距離會(huì)受到換流變壓器所承受的最大直流偏磁電流的制約。

圖4 不同平行架設(shè)長(zhǎng)度下的電磁耦合影響

圖5 不同接近距離下的電磁耦合影響

表3 整流站換流變壓器閥側(cè)直流偏磁電流 /A

表4 逆變站換流變閥側(cè)直流偏磁電流 /A

2.2 土壤電阻率和桿塔接地電阻

圖6、7為不同土壤電阻率、桿塔接地電阻下，直流系統(tǒng)中電磁感應(yīng)參量的變化情況。

由圖6可知，平行段土壤電阻率對(duì)直流線路工頻感應(yīng)電壓、電流以及直流偏磁電流的影響很小。由圖7可知，隨著平行段桿塔接地電阻的增大，直流線路工頻感應(yīng)電壓、電流以及直流偏磁電流也有所增加，但增加幅度較小。

圖6 電磁感應(yīng)參量隨土壤電阻率的變化趨勢(shì)

3 超高壓緊湊型、常規(guī)線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路的電磁影響

超高壓緊湊型線路和常規(guī)線路的導(dǎo)線布置以及導(dǎo)線參數(shù)如圖8、表2、5所示。

表5 超高壓緊湊型線路的導(dǎo)線和地線參數(shù)

超高壓常規(guī)線路的輸送功率控制在1 000 MW，由于緊湊型線路自然功率大，將其輸送功率控制在1 500 MW。那么，直流線路上的感應(yīng)參量見(jiàn)表6。

圖7 電磁感應(yīng)參量隨桿塔接地電阻的變化趨勢(shì)

圖8 超高壓緊湊型線路及常規(guī)線路導(dǎo)線布置

表6 超高壓線路對(duì)平行架設(shè)特高壓直流線路的電磁影響

由計(jì)算結(jié)果可知，由于緊湊型線路減小了交流三相線路對(duì)直流線路電磁耦合影響的不平衡，交流緊湊型線路要比常規(guī)線路對(duì)特高壓直流線路的電磁影響明顯減小。

5 結(jié) 論

(1)交/直流平行架設(shè)后，特高壓直流線路電壓、電流中的工頻分量明顯增加。超高壓交流線路會(huì)在平行架設(shè)特高壓直流線路產(chǎn)生工頻感應(yīng)電壓、電流。特高壓直流線路換流變壓器閥側(cè)產(chǎn)生直流偏磁電流。

(2)特高壓直流線路工頻感應(yīng)電壓、電流和換流變壓器閥側(cè)直流偏磁電流隨著交/直流線路平行架設(shè)長(zhǎng)度的增加而增大，兩者基本呈線性關(guān)系；隨著交/直流線路接近距離的增加而減小，呈非線性關(guān)系。

(3)并行段土壤電阻率和桿塔接地電阻對(duì)特高壓直流線路工頻感應(yīng)電壓、電流以及直流偏磁電流的影響很小。

(4)對(duì)平行段特高壓直流線路的電磁影響，超高壓交流緊湊型線路比常規(guī)線路明顯減小。

[1] 陸國(guó)慶,何宏明,張軍. 交直流輸電線路相鄰架設(shè)或共用走廊的探討[J]. 高電壓技術(shù), 1997, 23(4):68-70.

[2] 黎小林,黃琦,唐劍，等.交流線路對(duì)鄰近并行直流線路影響[C].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)2006無(wú)線電干擾和變電站電磁兼容研討會(huì),2006.

[3] 周沛洪, 修木洪, 聶定珍. 同廊道架設(shè)交直流線路的相互影響[J]. 高電壓技術(shù), 2003, 29(9):5-9.

[4] 馬為民. 換流變壓器中直流偏磁電流的計(jì)算[J]. 高電壓技術(shù), 2004, 30(11):48-49.

[5] 趙松濤.交流輸電線路對(duì)并行直流輸電線路電磁感應(yīng)的仿真研究[D].北京：華北電力大學(xué), 2006:1-2.

[6] ±800 kV 直流輸電技術(shù)研究[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2006.

[7] Tiebing Lu, Songtao Zhaoxiang Cui. Simulation of Electromagnetic Induction on DC Transmission Lines from Parallel AC Transmission Lines[C].Electomagnetic Compatibility，2007:114-117.

[8] E.V.Larsen, R.A.Walling, C.J.Bridenbaugh. Parallel AC/DC Transmission Lines Steady-state Induction Issues.[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1989,4(1):667-673.

[9] 曾嶸,唐劍,張波,等. 交直流輸電線路并行對(duì)換流變直流偏磁影響及對(duì)策[J]. 陜西電力, 2008, 36(9): 1-5.

[10] 王琦,曾嶸,唐劍.羅百交流線路對(duì)云廣±800 kV直流電磁干擾研究[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù),2007,3(1):27-31.

[11] 劉振亞. 特高壓直流輸電技術(shù)研究成果專輯[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2005.