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摘要：送电线路的电气不平衡度受到导线空间位置、相序排列方式、线路长度和输送功率等因素的影响，本文分析了上述因素与不平衡度之间的关系。因地形条件、气象条件、地方规划等因素限制，部分线路需采用单、双回路混合的架设方式，结合线路分段情况，对每个单回路进行一次完全换位，对双回路段线路，利用单双回路分支塔及单回路的换位，改变了前后双回路段的相序排列，相当于进行一次换位，再对第二段双回路进行一次换位。这样，虽然双回路线路各换位段长度不等，但也可以使单、双回路各相平均电感接近相等，满足不平衡度要求。
关键词：混合送电；线路；电气；不平衡度
Abstract：Imbalance of electrical transmission lines by the location of the wire space, the phase sequence arrangement of line length and the delivery of power factors, this paper analyzes the relationship between the above factors and imbalance. Due to terrain conditions, weather conditions, local planning restrictions, part of the line requires the use of single and mixed erection of the double-loop, combined with line segmentation, and a complete transposition of each single-loop, double-back sections of the line, use branch of the tower of the single and double loop and single-loop transposition, change the arrangement of the front and rear double-back sections of the phase sequence, equivalent to a transposition, and double-loop of the second paragraph of the first transposition. Thus, while the double circuit line transposition length range, but can also make single, double-loop average inductor close to equal, to meet the requirements of unbalance degree.
Key words: hybrid power transmission; lines; electrical; imbalance
中圖分类号：R730.42 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
电力系统三相电压的平衡状况是衡量电能质量的主要指标。在输电线路中，架空线间及对地位置不对称会造成三相线路参数不平衡，导致系统正常运行时不平衡。当系统电压、电流的不平衡度超过允许水平时，会影响到发电机等电气设备的正常运行、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，“电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。”。
2 计算方法
本文采用仿真方法对架空线路的不平衡度进行分析。按照一端供电的开式电力网络计算模型建模，等效负载根据传输功率和功率因数来计算。应用PSCAD建立架空线路不平衡度分析模型，其中三相电源为750kV对称电压源，架空线路用TLINE模型来模拟，负载采用三相对称负载。对各种布置通过仿真计算得到其负载端的三相电压电流波形，对数据提取正序及负序分量。用一个长度为0.02s的时间窗沿波形时间轴移动，在每一周期内对三相电压电流进行傅里叶分析，提取其基波分量的幅值及相位。
3 计算条件
本工程的系统标称电压750kV，最高运行电压800kV，最大输送功率2300MW，功率因素0.9。同塔双回路段：导线采用6×LGJ-500/45，单回路段：导线采用6×LGJ-400/50，地线采用GJ-100。导线分裂间距为400mm。导、地线参数如表1所示。
本文双回路段采用导线垂直排列的鼓型塔，单回路段采用导线水平排列的酒杯型塔进行计算，塔型如图1所示。
4 不换位线路的不平衡度分析
同塔双回线路的相序排列方式分为同相序、异相序和逆相序，排列方式如图2所示。
4.1 线路长度对不平衡度的影响
按照特定运行条件，单回路三相导线水平排列，计算线路的负序不平衡度如图3所示。
按照特定运行条件，对不同长度、不同相序排列方式下，同塔双回线路的不平衡度进行分析，仿真计算结果见图4。
由图4可知，对于负序不平衡度，双回线路以两侧回路逆相序为最好。因此，综合考虑，对于减小双回线路的电气不平衡度来说，两侧回路逆相序排列是有优势的。
由图3和图4可知，输电线路不平衡度随着线路长度的增加而增大，这是因为线路参数的不平衡性随着线路长度的增加而累加。
4.2输送功率的影响
按照特定运行条件，调整负载功率，分别计算单、双回路的不平衡度，计算结果见图5、图6。
计算结果显示，随着负载功率增大，不平衡度增大。这主要是由于负载较大时，其等效阻抗较小，线路三相阻抗不平衡造成的不平衡度的影响显著增大。
5不平衡度分析
同塔双回线路相位布置直接影响输电线路的不平衡度。假设750kV线路全线均采用同塔双回线路架设，导线6×LGJ-500/45，不换位，对同相序排列、异相序排列、逆相序排列各情况的不平衡度进行分析，结果如表2所示。
由表2可知，在不同布置方式下，同相序的不平衡度最大，其次为异相序1、2、3、4，逆相序的不平衡度最小。所以，建议同塔双回送电线路尽量采用逆相序相序布置方式。
如果线路全线采用2个单回路架设方式，经计算，不平衡度为2.34，大于逆相序、异相序3和异相序4排列方式的不平衡度。
750kV线路单、双回路兼而有之，其中单回路占55%、双回路占45%，换位方式的选择必须考虑到单、双回路相序配合及各导线相对位置的变化对不平衡度的影响。不换位情况下，仿真计算750kV线路负序不平衡度，计算结果见表3。
由表3可知，在不进行换位的情况下，相同双回路相序布置方式的不平衡度减小，异相序4的不平衡度最大，异相序3的不平衡度最小，逆相序的不平衡度大于异相序2和异相序3。这表明，由于单、双回路之间的变换，各相导线之间的相对位置发生变化，降低了线路的不平衡度，不平衡度的大小与各相导线相对位置的关系不同于同塔双回线路。
为进一步降低线路的不平衡度，并结合线路分段情况，对每个单回路段进行一次完全换位，对双回路段线路，利用单双回路分支塔及单回路的换位，改变了前后双回路段的相序排列，相当于进行一次换位，再对双回路（S2L）段进行一次换位。这样，虽然双回路线路各换位段长度不等，但也可以使单、双回路各相平均电感接近相等。仿真计算换位后线路的负序不平衡度为0.03%，比不换位的不平衡度降低了一个数量级，完全满足不平衡度的要求。
经过换位后，对于每个回路的三相导线，空间几何排列上基本达到平衡。三相间互容抗、互阻抗基本相等，线路负序不平衡度都显著下降，满足不平衡度限制的要求。
6 结论
综合以上计算分析和研究，得到如下结论：
1）随着导线长度的增大，线路不平衡度增大。
2）运行电压一定的情况下，不平衡度随输送功率的增大而增大。
3）对于上文所分析的线路，推荐导线在单回路段进行2次换位，在双回路段进行1次换位。换位后不平衡度有显著下降，满足不平衡度的要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：混合送电；线路；电气；不平衡度
Abstract：Imbalance of electrical transmission lines by the location of the wire space, the phase sequence arrangement of line length and the delivery of power factors, this paper analyzes the relationship between the above factors and imbalance. Due to terrain conditions, weather conditions, local planning restrictions, part of the line requires the use of single and mixed erection of the double-loop, combined with line segmentation, and a complete transposition of each single-loop, double-back sections of the line, use branch of the tower of the single and double loop and single-loop transposition, change the arrangement of the front and rear double-back sections of the phase sequence, equivalent to a transposition, and double-loop of the second paragraph of the first transposition. Thus, while the double circuit line transposition length range, but can also make single, double-loop average inductor close to equal, to meet the requirements of unbalance degree.
Key words: hybrid power transmission; lines; electrical; imbalance
中圖分类号：R730.42 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
电力系统三相电压的平衡状况是衡量电能质量的主要指标。在输电线路中，架空线间及对地位置不对称会造成三相线路参数不平衡，导致系统正常运行时不平衡。当系统电压、电流的不平衡度超过允许水平时，会影响到发电机等电气设备的正常运行、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，“电力系统公共连接点电压不平衡度限值为：电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。”。
2 计算方法
本文采用仿真方法对架空线路的不平衡度进行分析。按照一端供电的开式电力网络计算模型建模，等效负载根据传输功率和功率因数来计算。应用PSCAD建立架空线路不平衡度分析模型，其中三相电源为750kV对称电压源，架空线路用TLINE模型来模拟，负载采用三相对称负载。对各种布置通过仿真计算得到其负载端的三相电压电流波形，对数据提取正序及负序分量。用一个长度为0.02s的时间窗沿波形时间轴移动，在每一周期内对三相电压电流进行傅里叶分析，提取其基波分量的幅值及相位。
3 计算条件
本工程的系统标称电压750kV，最高运行电压800kV，最大输送功率2300MW，功率因素0.9。同塔双回路段：导线采用6×LGJ-500/45，单回路段：导线采用6×LGJ-400/50，地线采用GJ-100。导线分裂间距为400mm。导、地线参数如表1所示。
本文双回路段采用导线垂直排列的鼓型塔，单回路段采用导线水平排列的酒杯型塔进行计算，塔型如图1所示。
4 不换位线路的不平衡度分析
同塔双回线路的相序排列方式分为同相序、异相序和逆相序，排列方式如图2所示。
4.1 线路长度对不平衡度的影响
按照特定运行条件，单回路三相导线水平排列，计算线路的负序不平衡度如图3所示。
按照特定运行条件，对不同长度、不同相序排列方式下，同塔双回线路的不平衡度进行分析，仿真计算结果见图4。
由图4可知，对于负序不平衡度，双回线路以两侧回路逆相序为最好。因此，综合考虑，对于减小双回线路的电气不平衡度来说，两侧回路逆相序排列是有优势的。
由图3和图4可知，输电线路不平衡度随着线路长度的增加而增大，这是因为线路参数的不平衡性随着线路长度的增加而累加。
4.2输送功率的影响
按照特定运行条件，调整负载功率，分别计算单、双回路的不平衡度，计算结果见图5、图6。
计算结果显示，随着负载功率增大，不平衡度增大。这主要是由于负载较大时，其等效阻抗较小，线路三相阻抗不平衡造成的不平衡度的影响显著增大。
5不平衡度分析
同塔双回线路相位布置直接影响输电线路的不平衡度。假设750kV线路全线均采用同塔双回线路架设，导线6×LGJ-500/45，不换位，对同相序排列、异相序排列、逆相序排列各情况的不平衡度进行分析，结果如表2所示。
由表2可知，在不同布置方式下，同相序的不平衡度最大，其次为异相序1、2、3、4，逆相序的不平衡度最小。所以，建议同塔双回送电线路尽量采用逆相序相序布置方式。
如果线路全线采用2个单回路架设方式，经计算，不平衡度为2.34，大于逆相序、异相序3和异相序4排列方式的不平衡度。
750kV线路单、双回路兼而有之，其中单回路占55%、双回路占45%，换位方式的选择必须考虑到单、双回路相序配合及各导线相对位置的变化对不平衡度的影响。不换位情况下，仿真计算750kV线路负序不平衡度，计算结果见表3。
由表3可知，在不进行换位的情况下，相同双回路相序布置方式的不平衡度减小，异相序4的不平衡度最大，异相序3的不平衡度最小，逆相序的不平衡度大于异相序2和异相序3。这表明，由于单、双回路之间的变换，各相导线之间的相对位置发生变化，降低了线路的不平衡度，不平衡度的大小与各相导线相对位置的关系不同于同塔双回线路。
为进一步降低线路的不平衡度，并结合线路分段情况，对每个单回路段进行一次完全换位，对双回路段线路，利用单双回路分支塔及单回路的换位，改变了前后双回路段的相序排列，相当于进行一次换位，再对双回路（S2L）段进行一次换位。这样，虽然双回路线路各换位段长度不等，但也可以使单、双回路各相平均电感接近相等。仿真计算换位后线路的负序不平衡度为0.03%，比不换位的不平衡度降低了一个数量级，完全满足不平衡度的要求。
经过换位后，对于每个回路的三相导线，空间几何排列上基本达到平衡。三相间互容抗、互阻抗基本相等，线路负序不平衡度都显著下降，满足不平衡度限制的要求。
6 结论
综合以上计算分析和研究，得到如下结论：
1）随着导线长度的增大，线路不平衡度增大。
2）运行电压一定的情况下，不平衡度随输送功率的增大而增大。
3）对于上文所分析的线路，推荐导线在单回路段进行2次换位，在双回路段进行1次换位。换位后不平衡度有显著下降，满足不平衡度的要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。