同桿并架平行雙回線不平衡電流產生機理的研究

楊金東，陶 曄，李周龍，吳思奇，郭鵬程

(1.云南電網有限責任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000；2.西安理工大學 水利水電學院，陜西 西安 710048)

同桿并架雙回線輸電方式具有安裝走廊較窄的優點，能適應復雜地形，因此在我國得到了廣泛的應用[1-2]。然而，這種布置方式由于各導線之間的距離較短，易引起線間互感，從而誘導不平衡電流，引發穩定性問題[3-4]。而且，對于一些距離相對較短的高壓輸電線路，導線之間不經過換位，雙回線之間的三相參數不對稱會引起負荷電流的不對稱[5]。而潛供電流的大小在不對稱三相線路參數的作用下對受故障類型更加敏感，極易引起線路重合失敗[6]。由此可見，不平衡電流受導線排列方式的影響較大，近年來有關學者對此開展了部分研究[7-13]。

一般而言，雙回線不平衡電流可以分為兩種，第一是穿越性不平衡電流，第二是環流不平衡電流。按照文獻[10]的研究，環流不平衡電流受輸電線路距離的影響比較大，而導線排列方式的影響則更加復雜。文獻[11-12]的研究結果表明，零序環流對電力二次系統有嚴重不利影響，并給出了對應的解決方案。

三相電流不對稱性最直接的影響為降低電力系統運行的可靠性。這種不對稱性會增大線路的損耗，同時放大負序和零序電流，進而對保護裝置、發電機和變壓器等造成不利影響，嚴重時會造成線路零序保護誤動[2,13-16]。因此，深入研究以及分析同桿并架雙回線誘發的電流不平衡產生機理，可為不平衡電流的減小或消除奠定基礎。

本文利用直接去耦法分別建立了雙回線路解列運行和并列運行時的正序等值電路和零序等值電路。分析了雙回線并列運行時的正序等值電流和零序等值電路中電流分布系數之間的關系。分析得到，由于正序電流分布系數與零序電流分布系數不同，導致雙回線間出現環流，進而使得雙回線三相電流不平衡。以云南臨滄電網110kV新云ⅠⅡ回線為例，建立了仿真模型，利用ATP-EMTP進行了并列運行和解列運行的仿真，結果表明分析結論正確。

1 同桿并架平行雙回線路模型

不換位的輸電線路必然存在不平衡電流，并且線路保護和通信等方面受零序不平衡電流影響較為明顯，因此不可忽視[2]。文獻[17]結果表明，輸電線路越短，環流不平衡性越大。

對雙回線而言，其運行方式可以分為兩種：一是解列運行，二是并列運行。圖1為兩種運行方式的示意圖。圖1中DL斷開與閉合分別表示解列運行和并列運行。

圖1 雙回線示意圖

2 解列運行分析

見圖2，本文利用“直接去耦法”建立雙回線解列運行條件下的零序和正序等值電路。圖中ZI0和ZII0分別表示兩回線的零序阻抗；而ZI1和ZII1表示兩回線的正序阻抗；Zm0為兩回線間的零序互感。

圖2 雙回線解列運行等值網絡

(1)

(2)

分析式(1)～(2)可知，同桿并架雙回線解列運行條件下兩回線之間的電流不發生耦合，I回線與II回線之間的電流彼此不影響，因此有效避免了三相不對稱現象。

3 并列運行分析

(3)

圖3 雙回線并列運行等值網絡圖

(4)

由圖3、式(3)～(4)可知，并列運行時電流I0或I1會分別分流到兩回線中。I回線電流受到II回線的耦合影響，且兩回線間的參數不對稱，最終導致三相電流不對稱的出現。

4 仿真驗證

本文基于ATP-EMTP建立了云南臨滄電網110kV新云ⅠⅡ回線的雙回線模型。圖中Ⅰ回線與Ⅱ回線的線路長度分別為808 m和 908 m。線路采用圖4中的垂直、異相序布置方式。線路的電阻0.154 2 Ω/km，電抗0.402 Ω/km，線徑1.89 cm。

圖4 仿真模型導線排列方式

本文分別在解列運行以及并列運行下進行仿真驗證。圖5為解列運行和三相負荷對稱條件下I回線的三相電流波形。由于解列運行線間無零序環流，故不存在不平衡電流。II回線下的三相電流波形與圖5類似，不再贅述。表1中給出了解列運行時I回線三相電流的幅值和相位，可以看出解列運行時，I回線的三相電流幾乎是對稱的。

圖5 解列運行時三相電流

表1 解列運行時三相電流幅值相位

Tab.1 Amplitude and phase of three phase currentin disconnection operation

參數相別I回線幅值/AA401.72B401.74C401.68相角/(°)A-14.96B-134.98C105.01

圖6為并列運行條件下I回線的三相電流波形。I回線與II回線間在線路三相參數不對稱作用下，存在三相電流不平衡量，圖6中的電流幅值大小和相位均不相等。II回線的三相電流波形也與I回線類似。

圖6 并列運行時三相電流

表2列出了并列運行時兩回線的三相電流幅值和相位，可更加明顯看出兩回線三相電流幅值大小不等，相位不對稱。

表2 并列運行時三相電流幅值相位

本文采用MATLAB在并列運行條件下計算得到兩回線的零序電流及零序環流，分別見圖7和圖8。分析圖中曲線可知，兩回線之間零序電流的幅值相當，相位存在明顯差異，而零序環流不為零。

圖7 兩回線零序電流

圖8 零序環流

表3中給出了并列運行時I回線、II回線零序電流的幅值和相位，可以看出并列運行時，兩回線的零序電流相位不同，并存在幅值為11.49的零序環流。

表3 并列運行時兩回線零序電流幅值相位

5 結 論

本文通過直接去耦法分析了同桿并架平行雙回線路并列運行三相不平衡電流的產生機理，利用直接去耦法分別建立了雙回線路解列運行和并列運行時的正序等值電路和零序等值電路。研究表明，兩回線解列運行，線間無零序環流，因此不存在不平衡電流；而并列運行雙回線間出現環流，使得雙回線三相電流不平衡，造成電流幅值大小、相位均不相等。