山西电网220 kV河刘双回线电流三相不平衡原因分析

郝 伟，段伟文，王玮茹

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

山西电网220 kV河刘双回线电流三相不平衡原因分析

郝 伟，段伟文，王玮茹

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

通过对山西电网220 kV河刘双回线三相电流不平衡现象详细研究和仿真计算，确定其不平衡现象产生的原因和处理思路，制定出相应技术措施并通过了实际整改工程验证，对于山西省各地区输电线路三相不平衡现象的消除工作具有借鉴意义。

三相不平衡；PSCAD；仿真；换序

0 引言

电力系统三相电流平衡状况是评价电能质量优劣的主要指标之一。影响三相电流不平衡程度的主要因素有：负荷不平衡、架空线塔型选择、导线换位方式、导线电气参数、输电线路长度、电压等级、输送功率及潮流分布等[1，2]。当三相输电线路电流的不平衡度超过允许水平时，负荷较大导线会因过热导致其寿命缩短。此外，由于三相磁路不平衡，导致三相导线参数不平衡，从而可能增加输电线路的损耗。如何根据三相不平衡现象确定三相不平衡原因，进而找出处理办法，对于输电线路经济可靠运行具有重要意义。

本文通过对山西电网220 kV河刘双回线三相电流不平衡仿真分析计算，制定出消除不平衡现象的换序技术方案并应用于实践，工程应用结果验证了换序技术方案的可行性。

1 不平衡现象概况及初步分析

2013年9月3日9时，山西电网刘村220 kV变电站报220 kV母线保护装置异常告警，母线保护装置发母联TA不平衡异。同时，河刘Ⅰ线、河刘Ⅱ线电流出现较大的不平衡度，站内其他220kV支路的三相电流基本平衡。为了分析造成这一现象的原因，制定合理的整改方案，特进行了仿真分析研究。

河刘Ⅰ回、河刘Ⅱ回线路长度仅为4.933 km，采用同塔双回异相序架线方式搭线，导线电气参数基本相同，全程无换相。河刘Ⅰ线自上而下相序分别为C/A/B，河刘Ⅱ线自上而下相序分别为A/C/B。事发时运行方式为：1号主变压器（以下简称“主变”） 201、刘壶线243、罗刘Ⅰ线245、乔刘线247、河刘Ⅱ线249挂接东母，2号主变202、刘古线242、罗刘Ⅱ线246、河刘Ⅰ线251挂接西母，母联240运行状态,如图1所示。

图1 电流不平衡发生时运行方式示意图

从2013年9月3日刘村站记录数据得知，1号主变压器201、2号主变压器202、刘古线242、刘壶线243、罗刘I线245、罗刘Ⅱ线246、乔刘线247电流基本平衡，无零序电流；河刘I线251、河刘Ⅱ线249、母联240出现了不同程度的零序电流，不平衡度较大。如表1所示，河刘I线A相电流最大，B相电流次之，C相电流较小，零序不平衡度达到3.5%，负序不平衡度达到7.1%；河刘Ⅱ线C相电流最大，B相电流次之，A相电流最小，零序不平衡度达到3.3%，负序不平衡度达到8.9%。

表1 河刘双回线零序和负序不平衡度

根据当时运行方式以及所记录的各支路电流相量分析，母联240支路出现的电流不平衡源自河刘I线251、河刘Ⅱ线249不平衡所致。初步判断河刘双回线、母联电流不平衡现象是由于河刘同塔双回线序分量参数不平衡所致，与外界无关。

2 仿真模型搭建及数据拟合

文献[3]利用电力系统计算机辅助设计软件PSCAD（Power Systems Computer Aided Design） 进行仿真收到良好的效果。为验证初步判断，本案例也利用PSCAD仿真系统搭建河刘I线、河刘Ⅱ线的计算模型，模型中所用的杆塔结构类型、导线位置参数、导线电气参数、地线位置参数、地线电气参数均与河刘I线、河刘Ⅱ线实际参数设置一致。线路仿真模型如图2所示。

图2 河刘双回线PSCAD仿真模型示意图

河刘同塔双回线导线均采用2分裂导线钢芯铝绞线（2×LGJ-400/35型），分裂间距为40 cm，弧垂为15m，导线相间距为6.5m，双回线A相间距为9.2m，B相间距为11.2m，C相间距为9.2m，最低相导线离地面高度为21m。地线根数为2，弧垂为13m，两根地线间距为9m。

参考刘村变电站2013年9月3日9时、9月24日15时、9月25日9时共3个时段所记录的运行数据，通过微调仿真模型中线路两侧的等效电抗、功角等参数，使仿真模型与实际运行参数基本拟合。表2—表4为仿真数据与实际采样数据拟合结果。

表2 河刘双回线9月3日9时拟合结果

表3 河刘双回线9月24日15时拟合结果

表4 河刘双回线9月25日9时拟合结果

拟合结果表明，所搭建线路模型基本正确反映了河刘双回线的真实运行参数，所搭建仿真模型可信度较高，可用于进一步研究整改方案措施。

3 仿真计算结果

利用所搭建线路模型，尝试通过调整同塔双回线路导线换位方式寻找解决不平衡现象的方案。考虑到改造时的经济性，仅在原来的排列基础上调整某单回线路的排序。相序排列采用穷举法进行调整，各种导线排列方式下双回各线路电流的零序不平衡度与负序不平衡度仿真结果如表5所示。

结果显示，调整相序排列组合对减小双回线路各自的不平衡度有明显作用。当河刘双回线路采用异相序排列时，两回线的电流不平衡度较大，负序电流不平衡度大于7%，零序电流不平衡度也达到了3%左右；当采用同相序排列时，两回线的电流不平衡度反而有所减弱，零序电流不平衡度已不明显，但负序电流不平衡度仍大于2%；当采用逆相序排列时，两回线的零序电流不平衡度和负序不平衡度均减弱到1%以下。

表5 河刘双回线各种相序排列组合不平衡度比对表%%%

4 整改方案

采用逆相序排列，仍然是同塔双回线抑制电气不平衡度的最佳办法。同相序与异相序的排序方法均不同程度地导致不平衡度增大。对于河刘双回线来讲，为减小其电流不平衡度，建议从以下两种整改方案中选择一种。

a）在河刘I线相序不变的前提下，更改河刘Ⅱ线相序自上而下分别为B、A、C。

b）在河刘Ⅱ线相序不变的前提下，更改河刘I线相序自上而下分别为B、C、A。

5 实践验证

山西临汾供电公司于2014年3月进行了导线换序整改。由于河刘Ⅱ线1号终端塔至河西电厂架构，线下有房屋不便于施工，故采取河刘Ⅰ线相序调整方案（方案二）。

改造工程实施完成后于2014年3月23日对刘村站各支路电流同步记录。河刘双回线改造后零序和负序不平衡度如表6所示。

表6 改造后负和零序不平衡度

记录数据表明，经过河刘I线换序改造之后，河刘I线、河刘Ⅱ线电流不平衡度均显著下降。河刘I线零序不平衡度降到1.9%，负序不平衡度降到1.38%；河刘Ⅱ线零序不平衡度降到2.37%，负序不平衡度降到1.81%。改造方案可行性得到了验证。

6 经验总结

通过山西电网220 kV河刘双回线三相电流不平衡现象仿真计算、原因分析、方案制定、方案验证全过程工作，可以得出以下经验，对于山西省各地区输电线路三相不平衡现象的消除工作具有借鉴意义。

a）同塔双回线即使线路很短，如果相序设置不当，也会导致较大的电流不平衡度。较短线路长度的同塔双回线之间的互感不应被忽略。

b）输电线路三相不平衡现象原因具有多样化的特点，对于输电线路三相不平衡现象不宜简单定性分析，应借助于仿真与实际验证相结合的方式进行。

c）同塔双回线异相序排列不一定比同相序排列更有优势，但逆相序排列方式仍然是应对不平衡现象最好的方法。推荐同塔双回线均优先使用逆相序的排列组合方式。

［1］ 郭志红，程慈源，苏建军.山东电网部分500 kV线路不平衡电流偏大的原因分析及改善措施［J］.电网技术，2006，30（21）：32-36.

［2］ 邹林，林福昌，龙兆芝.输电线路不平衡度影响因素分析［J］.电网技术，2008，32（S2）：283-286.

［3］ 孟恒信，梁建伟，薛磊.山西500 kV长久三回线路电流不平衡原因分析及改造研究［J］.电网技术，2013，37（3）：641-646.

Unbalance Analysis on 220 kV Heliu Double Circuit Transm ission Lines

HAO Wei，DUANW eiwen，WANG Weiru
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Electric unbalance of Shanxigrid 220 kV Heliu double circuit transmission lines is studied and simulated by PSCAD in this thesis.The cause of unbalance and its treatmentmethod are identified，and technicalmeasures are established correspondingly and themeasureswere verified，which provides reference foreliminating three-phaseunbalanceof transmission lines.

three-phaseunbalance；PSCAD；simulation；conductor transposition

TM727

B

1671-0320（2015）01-0023-03

2014-11-22，

2014-12-10

郝 伟（1979），男，山西太原人，2008年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事继电保护试验与研究工作；

段伟文（1968），男，山西祁县人，1991年毕业于太原电力高等专科学校电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事电力系统计算分析工作；

王玮茹（1986），女，陕西渭南人，2012年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，助理工程师，从事电力系统计算分析工作。