鄭楠，鄭彬，班連庚，李潤秋，項(xiàng)祖濤，韓亞楠，周佩朋，龔興國，劉光輝，嚴(yán)得錄

（1．陜西省電力公司規(guī)劃評(píng)審中心，陜西西安 710065；2．中國電力科學(xué)研究院，北京 100192；3．西北電網(wǎng)有限公司，陜西西安 710048；4．青海送變電工程公司，青海西寧 810001）

目前交流同塔雙回輸電技術(shù)在國內(nèi)外超高壓電網(wǎng)工程中已得到廣泛應(yīng)用[1-3]，我國首條特高壓交流同塔雙回輸電工程也將于2013年建成投產(chǎn)。交流輸電線路采取同塔雙回架設(shè)方式時(shí)[4-6]，必須對(duì)由于回路間電氣耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓、電流問題進(jìn)行關(guān)注，并在工程設(shè)計(jì)階段對(duì)其限制措施及線路的接地開關(guān)參數(shù)選型問題加以解決，以確保運(yùn)行安全[7-10]。而對(duì)于并行架設(shè)的單回線路，由于回路間距較大，回路間的電氣耦合作用也與同塔雙回線路相比更弱，因此往往忽略其回路間的耦合作用，對(duì)其影響的估計(jì)也較為樂觀。但近年來，受輸電通道走廊占地及工程造價(jià)限制，并行架設(shè)的單回線路間距有縮小的趨勢；尤其對(duì)于高海拔地區(qū)，導(dǎo)線的相間距離較平原地區(qū)更大，使得兩回路導(dǎo)線的最小距離也相對(duì)更小，這些都使得2條并行架設(shè)的單回線路之間可能存在較強(qiáng)的電氣耦合作用；另外，單回線的導(dǎo)線布置方式與同塔雙回線不同，二者的回路間電氣耦合特性也存在一定差異。目前，國內(nèi)外對(duì)于并行單回架設(shè)線路的感應(yīng)電壓和電流問題研究較少，且尚未開展過限制措施研究，對(duì)其接地開關(guān)的選型一般均按照單回架設(shè)線路處理，存在不足，因此亟需結(jié)合并行單回架設(shè)線路的實(shí)際特點(diǎn)開展感應(yīng)電壓、電流對(duì)策研究。

本文采用EMTP電磁暫態(tài)仿真工具[11]，依托我國西北地區(qū)某在建的750 kV輸變電工程，對(duì)并行單回架設(shè)線路的感應(yīng)電壓和電流問題進(jìn)行研究[12-13]，分析了回路間距對(duì)感應(yīng)電壓和電流的影響，并針對(duì)其靜電感應(yīng)電壓高且超過現(xiàn)有接地開關(guān)技術(shù)參數(shù)的突出問題，提出一種新的相序布置及線路換位方式，可以明顯降低感應(yīng)電壓、電流水平，滿足現(xiàn)有接地開關(guān)設(shè)備技術(shù)參數(shù)，解決了設(shè)備選型問題。研究成果為限制超/特高壓并行單回架設(shè)線路的感應(yīng)電壓、電流問題提供了一種新的思路，對(duì)解決工程實(shí)際問題也具有借鑒意義。

1 相序布置和換位對(duì)并行單回架設(shè)線路感應(yīng)電壓和電流的影響

對(duì)于同塔雙回線路而言，感應(yīng)電壓、電流的影響因素主要包括運(yùn)行電壓、輸送潮流、線路電氣參數(shù)、線路長度、相序布置、換位方式以及高抗補(bǔ)償度等[14-17]。下面針對(duì)并行架設(shè)單回線路分析相序布置和換位對(duì)感應(yīng)電壓和電流問題的影響。

普通同塔雙回線路的6相導(dǎo)線一般均采取垂直排列方式布置，如圖1所示；單回架設(shè)線路三相導(dǎo)線一般則采取水平排列或三角排列方式布置，圖2所示為2條并行架設(shè)單回線路的6相導(dǎo)線布置示意圖，每回線路的三相導(dǎo)線采取水平布置。

不同回路、不同相導(dǎo)線之間的耦合作用與其之間的距離直接相關(guān)，以圖1為例，就Ⅱ線的上導(dǎo)線而言，Ⅰ線的上導(dǎo)線距離其最近，因此Ⅰ線三相導(dǎo)線對(duì)Ⅱ線上導(dǎo)線的耦合作用從強(qiáng)到弱依次為上導(dǎo)線、中導(dǎo)線和下導(dǎo)線；而對(duì)于圖2，就Ⅱ線的左導(dǎo)線而言，Ⅰ線的右導(dǎo)線距離其最近，因此Ⅰ線三相導(dǎo)線對(duì)Ⅱ線左導(dǎo)線的耦合作用從強(qiáng)到弱依次為右導(dǎo)線、中導(dǎo)線和左導(dǎo)線。同塔雙回線路一般采取“換位+逆相序布置”方式來降低回路間的電氣耦合作用及線路參數(shù)的不平衡度[18-19]，通過比較圖1、圖2得出，“換位+同相序布置”方式更適宜成為并行架設(shè)單回線路降低回路間耦合作用的措施。

圖1 同塔雙回線路6相導(dǎo)線布置示意圖Fig.1 Arrangement scheme for 6 phases conductors of the double-circuit line

圖2 并行架設(shè)單回線路6相導(dǎo)線布置示意圖Fig.2 Arrangement scheme for 6 phases conductors of parallel single circuit lines

下面分析換位對(duì)回路間電氣耦合作用的影響。如圖3所示，EⅠA、EⅠB、EⅠC、EⅡA、EⅡB、EⅡC、UⅠA、UⅠB、UⅠC、UⅡA、UⅡB、UⅡC分別表示兩回線送端、受端三相等值電源；CⅡA-0表示Ⅱ線A相的對(duì)地電容；CⅡA-ⅡB、CⅡA-ⅡC分別表示Ⅱ線A相與Ⅰ線B相、C相的相間互電容；CⅡA-ⅠA、CⅡA-ⅠB、CⅡA-ⅠC分別表示Ⅱ線A相與Ⅰ線A、B、C三相之間的回路間互電容；XL、X′L分別表示Ⅱ線的高壓并聯(lián)電抗器及其中性點(diǎn)電抗器；DLⅠ、DLⅡ分別表示兩回線路的斷路器，其中Ⅰ線2側(cè)斷路器處于合位，該回線處于正常投運(yùn)狀態(tài)，Ⅱ線2側(cè)斷路器及接地開關(guān)均在分位，該回線處于冷備用狀態(tài)。

將圖3進(jìn)一步簡化成圖4來說明Ⅱ線冷備用狀態(tài)下通過電容耦合在其A相上產(chǎn)生感應(yīng)電壓的情況。圖4中忽略高抗的中性點(diǎn)小電抗，視高抗中性點(diǎn)直接接地。

圖3 雙回線路的相間電容耦合關(guān)系簡化等值電路Fig.3 Simplified equivalent circuit of the inter-phase capacitive coupling of two circuit lines

圖4 Ⅰ線在冷備用的Ⅱ線上耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓的簡化電路Fig.4 Simplified equivalent circuit of induced voltage on lineⅡcaused by lineⅠ

圖4 中X并A表示Ⅱ線A相對(duì)地電容和高抗并聯(lián)后的阻抗，X串A表示Ⅰ線A相與Ⅱ線A相之間的互電容對(duì)應(yīng)的阻抗（容抗），UG-ⅡAA表示由于兩回線間A相互電容的耦合作用而在Ⅱ線A相上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓。根據(jù)圖4可得如下關(guān)系式：

與圖4所示A相類似，Ⅰ線的B相、C相分別經(jīng)回路間互電容CⅡA-ⅠB、CⅡA-ⅠC也對(duì)Ⅱ線A相耦合產(chǎn)生感應(yīng)電壓。則可得Ⅱ線A相上的靜電感應(yīng)電壓U觶GA：

將式（4）代入式（1）可得

對(duì)于長距離線路，若采取完全理想的換位方式，每回線的對(duì)地電容相同，兩回線路間的互電容也相同，即X串A=X串B=X串C，X并A=X并B=X并C，則式（5）可簡化為：

對(duì)于三相對(duì)稱交流輸電系統(tǒng)，E觶ⅠA+E觶ⅠB+E觶ⅠC=0，因此由式（6）可知，線路采取理想換位方式時(shí)，在停運(yùn)線路上耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為0。但在實(shí)際工程中，由于受輸電通道的路徑、地形以及工程造價(jià)等因素制約，不可能做到理想換位，因此在一回停運(yùn)線路上將會(huì)產(chǎn)生一定幅值的感應(yīng)電壓。感應(yīng)電流的情況與感應(yīng)電壓類似，不再贅述。

2 西北地區(qū)某在建750 kV并行單回架設(shè)線路情況

本文研究的西北地區(qū)某在建的750 kV并行單回架設(shè)輸電線路全長330 km，單回線路桿塔為酒杯塔，導(dǎo)線采取水平排列，導(dǎo)線型號(hào)為6×LGJ-500/45，2條單回架設(shè)線路的回路間距離考慮全線為60 m（桿塔中心距離）或100 m 2種情況，線路兩側(cè)各裝設(shè)一組390 MV·A的并聯(lián)高壓電抗器，高抗補(bǔ)償度約為89%，其雙端簡化系統(tǒng)接線示意圖如圖5所示。

圖5 750 kV并行單回架設(shè)輸電線路雙端簡化系統(tǒng)接線示意圖Fig.5 Double terminals simplified system wiring diagram of 750 kV parallel single lines

3 現(xiàn)有750 kV線路接地開關(guān)開合感應(yīng)電壓和電流技術(shù)參數(shù)要求

目前在國標(biāo)和企標(biāo)中均對(duì)750 kV線路接地開關(guān)開合感應(yīng)電壓、電流參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定[20-21]，近年來，接地開關(guān)設(shè)備廠家制造水平也不斷提高，研制出可開合感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流能力更大的750 kV線路接地開關(guān)，表1所示為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備廠家提供的750 kV線路接地開關(guān)開合感應(yīng)電壓、電流技術(shù)參數(shù)。

表1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備廠家的750 k V線路接地開關(guān)的額定感應(yīng)電壓、電流技術(shù)參數(shù)Tab.1 Rated induced voltage and current of 750 kV grounding switches specified by present standard and manufacturers

4 采取典型換位及相序布置方式下的感應(yīng)電壓和電流

目前對(duì)于并行架設(shè)的單回線路，一般在設(shè)計(jì)階段均按照獨(dú)立單回線路來安排導(dǎo)線相序布置及換位，即兩回線路采取相同的相序布置及換位方式。圖5所示330 km的750 kV線路按照可研設(shè)計(jì)采取近似2次全循環(huán)換位，兩回線路采取同相序布置，每回線路的換位次數(shù)均為6次，各需要6基換位塔，其相序布置及換位如圖6所示。

圖6 750 k V并行單回架設(shè)線路典型換位及相序布置方式示意圖Fig.6 Typical transposition and phase sequence arrangement scheme for 750 kV parallel single circuit lines

基于圖6所示的線路換位及相序布置方式，考慮2條線路回路間距離為60 m和100 m 2種情況，采用EMTP軟件對(duì)330 km的750 kV并行單回架設(shè)線路一回線停運(yùn)時(shí)的感應(yīng)電壓和電流進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

由表2中結(jié)果可知：

1）當(dāng)并行架設(shè)單回線路回路間距全線為60 m時(shí)，其一回線停運(yùn)時(shí)的靜電感應(yīng)電壓最高可達(dá)130 kV，超過國標(biāo)、企標(biāo)以及設(shè)備廠家現(xiàn)有設(shè)備的開合靜電感應(yīng)電壓參數(shù)要求，給設(shè)備選型帶來困難。其余靜電耦合感應(yīng)電流、電磁耦合感應(yīng)電壓和電流則均低于企標(biāo)及設(shè)備廠家現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)條件。

2）當(dāng)并行架設(shè)單回線路回路間距全線為100 m時(shí)，其一回線停運(yùn)時(shí)的靜電感應(yīng)電壓最高為24.7 kV，低于國標(biāo)、企標(biāo)以及設(shè)備廠家現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)參數(shù)要求，其余靜電耦合感應(yīng)電流、電磁耦合感應(yīng)電壓和電流也均在標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備廠家現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)條件范圍。

表2 采取典型換位和相序布置方式時(shí)750 kV并行架設(shè)單回線路的感應(yīng)電壓和電流Tab.2 Induced voltage and current of 750 k V parallel single circuit lines adopting typical transposition and phase sequence arrangement scheme

5 新型線路換位及相序布置方式對(duì)感應(yīng)電壓和電流的限制效果

針對(duì)750 kV并行架設(shè)單回線路回路間距離為60 m時(shí)，靜電感應(yīng)電壓超過標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)參數(shù)的情況，本文提出一種新的線路換位和相序布置方式，如圖7所示。該方式下，兩回線路的換位次數(shù)不同，其中Ⅰ線換位5次，Ⅱ線換位7次，兩回線路的總換位次數(shù)為12次，換位桿塔數(shù)為12基，與圖6所示數(shù)量相同；從兩回線路相序?qū)?yīng)關(guān)系看，2圖均采用同相序布置方式，但圖7中同相序段在全線的分布位置與圖6相比存在差異；圖6近似實(shí)現(xiàn)了2次全換位，而圖7則近似實(shí)現(xiàn)了4次全換位，換位次數(shù)的增加使得兩回線路的回路間互電容差別更小，回路間參數(shù)的平衡性更好。

圖7 750 kV并行單回架設(shè)線路新型換位及相序布置方式示意圖Fig.7 New type transposition and phase sequence arrangement scheme for 750 kV parallel single circuit lines

基于圖7所示的線路換位及相序布置方式，考慮2條線路回路間距離為60 m的情況，采用EMTP軟件對(duì)330 km的750 kV并行單回架設(shè)線路一回線停運(yùn)時(shí)的感應(yīng)電壓和電流進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示。

表3 采取新的換位和相序布置方式時(shí)750 kV并行架設(shè)單回線路的感應(yīng)電壓和電流Tab.3 Induced voltage and current of 750 kV parallel single circuit lines adopting new type transposition and phase sequence arrangement scheme

比較表2和表3中結(jié)果可知：在并行架設(shè)單回線路回路間距全線為60 m的條件下，采用新的換位和相序布置方式時(shí)，其一回線停運(yùn)時(shí)的靜電感應(yīng)電壓最高為68.2 kV，顯著低于采取典型換位和相序布置方式的130 kV，其余靜電耦合感應(yīng)電流、電磁耦合感應(yīng)電壓和電流水平也與典型方式相比顯著降低。盡管采取新型換位和相序布置方式時(shí)的靜電感應(yīng)電壓仍然超過國標(biāo)、企標(biāo)規(guī)定的接地開關(guān)技術(shù)要求，但遠(yuǎn)低于設(shè)備廠家現(xiàn)有設(shè)備的靜電感應(yīng)電壓100 kV的開合能力，選用該設(shè)備可以滿足要求。

6 結(jié)論

本文依托西北地區(qū)某在建750 kV輸變電工程，對(duì)750 kV強(qiáng)耦合并行單回架設(shè)線路的感應(yīng)電壓和電流水平及其限制措施進(jìn)行研究，得到如下結(jié)論：

1）并行架設(shè)的單回線路一回線停運(yùn)時(shí)的感應(yīng)電壓和電流水平與回路間距直接相關(guān)，當(dāng)回路間距較近時(shí)，其感應(yīng)電壓和電流水平也較高，該問題值得關(guān)注，在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況開展限制措施及接地開關(guān)選型研究，不能單純按照單回線路處理。

2）相序布置和換位方式對(duì)并行架設(shè)單回線路的感應(yīng)電壓和電流問題有一定影響，宜采取“換位+同相序布置”作為其限制措施，與同塔雙回線路常用的“換位+逆相序布置”不同。

3）所研究的在建750 kV并行單回架設(shè)線路回路間距為60 m時(shí)，采取長距離并行單回架設(shè)線路慣用的換位及相序布置方式時(shí)，一回線停運(yùn)時(shí)的靜電感應(yīng)電壓高達(dá)130 kV，超過現(xiàn)有800 kV接地開關(guān)的技術(shù)條件要求，設(shè)備選型困難。

4）采取本文提出的換位及相序布置方式時(shí)，可以對(duì)感應(yīng)電壓和電流起到顯著減低作用，靜電感應(yīng)電壓降至68.2 kV，低于現(xiàn)有接地開關(guān)參數(shù)要求，解決設(shè)備選型問題，證實(shí)該措施是有效的，為解決遠(yuǎn)距離并行單回架設(shè)線路的感應(yīng)電壓和電流較高問題提供了借鑒。

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