1 平行输电线路定义分析
目前所说的平行线路是指某一区域的同一线路走廊内有两条及以上的线路, 或者说相距较近的输电线路相互之间有影响。
平行输电线路间的相关影响主要表现为线路间较大的电磁感应和电容耦合, 由此产生的感应电压、电流将对线路的谐振过电压、潜供电流、零序电压 (流) 产生影响, 直流线路上的工频感应电流通过换流变压器后将形成直流偏磁, 从而危及电网的安全稳定运行。
为充分利用线路走廊, 提高单位走廊面积的输送能力, 我国在电网规划、建设和改造中, 大力推广同塔双 (多) 回线和紧凑型线路, 并合理归并走廊以减小走廊宽度, 形成了大量的高低压、交直流平行输电线路通道走廊。近期在西南电网规划建设中发现并成功解决了多起平行线路间电磁感应对电网运行影响的案例, 通过这些研究可以认识到, 在平行线路建设成为一种趋势的背景下, 有必要全面深入地研究平行线路间相互影响的机理, 以及对电网运行的影响, 并在电网规划建设运行中采取相应的措施, 以确保电网的安全稳定运行。
平行线路按电压等级可分为: (1) 同电压等级平行, 如500kV之间的平行, 220kV间的平行; (2) 异电压等级平行, 如500kV和220kV之间的平行。
按电压性质可分为: (1) 交流线路间的平行; (2) 直流线路间的平行; (3) 交直流线间的平行。从平行距离可分为: (1) 全平行线路:始端和末端一致, 两线间距基本不变, 处于同一杆塔上, 几何结构基本对称; (2) 准平行线路:始端和末端一致, 间距在变化; (3) 异平行线路:同始端不同末端, 平行一段后分段:平行段又可以分为同塔平行和不同塔平行; (4) 段平行线路:始端末端均不同, 只是在中间有一段并行而已。
2 平行输电线路对电网主要影响因素
2.1 对输电线路运行方式的限制
平行输电线路由于在运行维护中安全风险增加, 由此带来对线路运行方式的限制。
(1) 平行线路间距小, 带电作业的难度也大, 陪停对线路的运行方式产生较大的影响, 同时降低设备的可用率和可靠性。
(2) 双回平行输电线路的故障模式可以分为独立停运、相关停运和共同模式停运, 与单回线路有所区别, 需要分析和比较各种故障模式和维修方式对双回平行输电线路运行可靠性的影响。
2.2 对设备维护方式的影响
由于带电设备电磁感应和静电感应的作用, 将会在附近的停电设备上感应出一定电位。平行线路如果一条线路带电, 会造成相邻停电的线路带电, 特别是当和停电检修平行接近的带电线路出现三相不平衡或单相接地时, 对停电线路的感应使其意外地带有危险电压。其次, 平行线路中一条检修停运, 并在两侧挂有接地线, 如果运行线路发生了接地故障, 出现零序电流, 会在停运检修的线路上产生零序感应电流。感应电压与电容有关, 即与导线的相对位置有关, 感应电流除与对地电容有关外, 还随着平行长度的加大而增大。
2.3 感应电压和电流问题
工程上对新架设及改造后的电力线路要求进行工频参数实际测量, 随着电力线路同塔架设和交叉跨越的情况愈发严重, 导致输电线路相互间的感应电压升高, 这对测试人员和仪器的安全构成了严重的威胁, 给线路工频参数的准确测量带来了严重的干扰。
另外, 随着同塔多回线 (平行线路) 的应用和电压等级的不断提高, 对平行线路两端的接地开关开合感应电流的能力也要求越来越高, 开合感应电流成为高压接地开关的一种特殊运行工况。
在两条或多条共塔或邻近平行布置的架空输电线中, 当某一回或几回线路停电后, 停电线路与相邻带电线路之间仍有电磁感应和静电感应, 会在停电的回路上产生感应电压和感应电流。这对接地开关的选用提出了新的要求。
2.4 对继电保护的影响
平行线路的保护配置与单回线路相比有一定特殊考虑, 主要如下。
(1) 同杆双回线路异名相故障的保护配置。同杆双回线路突出的特殊问题是双回同时闪络可能引起双回同时跳闸, 严重冲击系统。
(2) 平行线路纵联零序方向保护配置。由于平行运行线路零序互感效应会造成纵联零序方向保护误动跳闸, 实际已有事故教训, 需采取相关预防措施。
2.5 同塔双回带高抗线路异常问题
500kV同塔双回长线路一般需配置高抗, 攀枝花某同塔双回线在2007年启动调试过程中曾发生谐振, 另外一同塔双回线曾发生高抗中性点小电抗过负荷等异常现象, 这些异常问题已超出了设计技术规范的要求, 值得重点关注并研究对策。
2.6 对系统运行的影响
(1) 平行线路正负零序参数之间存在耦合关系, 而且耦合方式复杂, 常规大型电力系统分析方法已不能适用。
(2) 平行线路之间互感差异较大, 线路参数存在较大不平衡, 导致平行线路正常运行时产生较大的负序、零序电流, 这不但可能导致线路保护及系统保护发生误动, 而且流入系统中的负序电流会引起同步发电机转子过热, 影响发电机寿命。
(3) 平行线路发生单相瞬时接地故障时, 故障点将存在较大潜供电流, 这对线路的快速重合闸产生较大的影响, 甚至可能造成重合操作失败。
当平行线路位于电网的关键输送断面, 单相重合失败将导致线路跳闸, 电网关键断面输送能力大幅下降, 电网的安全稳定运行将面临严峻考验。
3 主要研究内容
对平行线路的主要研究内容包括以下6个方面。
(1) 平行输电线路系统分析技术研究。
分析平行线路原始序参数特征, 研究满足大型电力系统分析需要的简化序参数计算方法。基于电力系统故障分析理论, 建立平行线路不平衡度和潜供电流分析模型, 提出不平衡度评价指标。研究平行线路不平衡度和潜供电流变化趋势及其主导因素, 提出减小平行线路对系统影响的相关措施。
(2) 500kV交流平行输电线路感应问题的研究。
建立平行线路感应问题研究模型, 根据典型的华东500kV平行线路参数, 掌握华东电网基本感应特征;对补偿电抗器的中性点电抗的过负荷与平行线路之间的谐振问题进行分析, 为中性点电抗的选型、及谐振抑制提供技术支持。
(3) 交流输电线路对平行直流输电线路的影响研究。
针对交直流线路的并行电磁影响分析, 建立交直流平行运行线路之间相互作用的电磁耦合模型, 仿真分析不同条件下交流线路正常运行时对直流线路的影响, 提出主动、被动限制措施, 研究交流线路单相接地故障和雷击时对直流线路的干扰问题。
(4) 平行输电线路继电保护优化配置研究利用离线仿真软件, 搭建平行线路模型, 计算不同稳态工况下的平行线路感应电压和感应电流, 以及电流和电压的不平衡度, 分析对不同原理的继电保护和安全自动装置的影响。在离线计算分析的基础上, 选取典型的线路参数及线路保护配置, 在RTDS上建立实时动模仿真系统, 重点考验各种故障过程中的暂态分量对继电保护设备动作行为的影响, 并分析解决对策。
(5) 平行输电线路工频参数测试方法研究利用现场测试与EMTP仿真, 获得典型平行线路感应电压、感应电流;结合平行线路特点, 进行参数测试方法适用性分析;利用仿真计算与实验室模拟, 验证异频法进行线间耦合参数测试的可行性, 并提出相应的技术规范。
(6) 平行输电线路接地开关的选用研究结合EMTP仿真与现场实测, 分析平行线路接地开关技术要求的特殊性, 根据设备运行可靠性分析, 提出500kV平行线路接地开关选用技术规范。
4 结语
平行输电线路系统分析技术研究依据不同的计算目的, 平行线路典型参数需应用不同的计算参数, 对于大规模电力系统安全稳定分析, 如系统潮流、短路故障和暂态稳定分析等, 应使用简化序参数;输电线路本体评估, 如不平衡度计算、潜供电流计算等, 应使用原始序参数。
平行长度对平行线路不平衡度及潜供电流影响较大, 对于大于100km的平行线路, 必须考虑换位, 并安装中性点小电抗。应注意相位排列方式对平行线路不平衡度的主导作用, 采用逆相序排列或异相序排列, 避免同相序排列, 并根据实际情况优化相位排列方式。当平行间距大于50m时, 不平衡度和潜供电流变化呈饱和趋势。实际工程中平行间距一般大于50m, 因此可忽略平行间距对不平衡度和潜供电流的影响。
(1) 500kV交流平行输电线路间感应问题研究。
平行线路间感应电压和电流的大小与线路间距有较大的关系, 间距越小, 感应越大;与线路间距存在指数衰减规律;与平行线路占总线路长度的百分比呈线性增长关系。
中性点小电抗配置失当会引起平行线路之间的谐振, 可引起谐振的小电抗配置区间在不同的平行线路输电系统中也会有所不同。
两单回平行输电线路, 平行间距在50m以上, 不会发生谐振。当小电抗阻值大于800Ω时, 基本上可消除平行线路之间的谐振问题。
(2) 交流输电线路对直流输电线路的电磁影响。
在交直流线路相距50m以上时, 国网典型设计塔形中除F模块杆塔外, 交直流干扰不会对直流线路的正常运行造成影响, F模块杆塔的安全边线距为60m。
交流线路发生单相接地和雷击时在直流线路上产生的电磁骚扰对直流线路安全运行的影响, 因故障时间短, 不会对换流变压器产生严重影响。换流变压器选取时应考虑到交流线路磁感应带来偏磁电流的不利影响, 并采取一定抑制直流偏磁影响的措施。
(3) 平行输电线路继电保护优化配置研究。
平行线路会对电机负序电流保护以及线路高抗中性点过流保护造成影响, 在线路设计中应注意降低不平衡电流, 或提高设备的负载能力。平行线路会对线路保护阻抗元件、零序方向元件, 线路重合闸, 变压器、母线等保护中的零序电流/电压启动/闭锁元件造成影响, 应适当提高保护定值。
(4) 平行输电线路工频参数测试方法研究。
现有的不同参数测试方法均不能满足平行线路测试特殊性的需要, 应对测量方法进行一定创新, 而“增量—异频”法相结合可进行运行线路不停电条件下的平行线路参数测试, 该方法可最大限度地避免运行线路陪停, 为电网运行提供了便利。
(5) 平行输电线路接地开关的选用研究。
中短距离平行线路 (小于100km) 中加装快速接地开关或者超B类接地开关可有效抑制潜供电流。同时, 平行线路接地开关的选用应综合考虑技术可靠性及经济性分析。
摘要：本文基于笔者多年从事电网运行及电网方式管理方面的相关工作经验, 以平行输电线路对电网运行的影响为研究对象, 分析了平行输电线路对电网的主要影响因素, 给出了应对平行输电线路对电网影响的主要研究内容, 最后, 总结了6条结论, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：平行输电线路,电网,运行,影响,对策
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