输电线路电气参数特性解析

我国典型500kV输电线路主要有常规型和紧凑型两种,鉴于其代表性,通过研究这两种典型输电线路的塔型,展开对500kV输电线路电气参数的深入分析。

(一)输电线路电气参数的设计

500kV输电线路典型的线型为水平布置,采用四分裂导线4×LGJ—400/35,或采用紧凑型输电线路6×LGJ—300/40。紧凑型输电线路采用多根分裂导线,缩小相间距离,以减少线路的电抗和增加线路的电容,达到大幅度提高自然功率,有效压缩送电线路走廊的目的。基于PSCAD的500kV输电线路可以采用集中参数模型,利用正序电阻R 1、正序感抗XL 1,正序容抗XC 1和零序电阻R 0,零序感抗XL 0和零序容抗XC 0来计算模拟。

1.正序电阻计算

根据《电力工程高压送电线路设计手册(第二版)》导线的电阻及正序电抗,可以按照线路的型号和几何均距查表得出。

2.正序电抗计算

式中:D m为相导线间的几何均距,m;μ为导线材料的相对磁导率;n为每相分裂导线的根数(可根据GB/T 1179—2008《圆线同心绞架空线导线》查出);r dz为每相导线的等值半径,m。

3.正序电容计算

式中:D m为相导线间的几何均距,m;r为导线的半径,m。

4.零序电抗计算

一般500kV输电线路零序电抗与正序电抗的平均比值见表2-2。

表2-2　500kV输电线路零序电抗与正序电抗的平均比值

5.零序电容计算

根据《电力工程高压送电线路设计手册(第二版)》,具有双地线的零序电容为

式中:D i为导线a、b、c到其镜像间的几何均距,m;d m为相导线间的几何均距,m;r g为地线g的半径,m;D iagh为地线g和地线h至导线a、b、c的镜像间的几何均距,m;D gh为地线g至地线h的镜像距离,m;d magh为地线g和地线h至导线a、b、c间的几何均距,m;H gh为地线g和地线h对地的几何平均高,m;R m为相导线的自几何均距,m;d gh为地线g至地线h之间的距离,m。

根据上述设计和PSCAD程序两种方法,均可计算出典型500kV输电线路的参数,但是在输变电工程的内部过电压计算中,采用输电线路的实测参数更精准。

(二)输电线路电气参数的工频特性(www.xing528.com)

表2-3和表2-4分别是用PSCAD/EMTDC在大地电阻率取250Ω·m时计算得到的500kV输电线路的工频相参数和序参数。

表2-3　常规型和紧凑型输电线路工频相参数比较

表2-4　常规型和紧凑型输电线路工频序参数比较

从表2-3可以看出,紧凑型输电线路三相参数的不平衡度远小于常规型输电线路。根据500kV常规输电线路100km需换位的要求,紧凑型输电线路可以在较长距离内不换位,具体的换位距离应根据在实际背景下对电流、电压不平衡度的要求进行考虑。根据表2-4中数据计算得到的紧凑型输电线路的相间电容平均值比常规输电线路高,输电线路潜供电流中静电感应分量正比于输电线路的相间电容,恢复电压中静电感应分量也随相间电容的增大而增大。因此,紧凑型输电线路在设计中需加大对静电感应分量的补偿。在我国现有的高压、超高压输电线路中,主要采用纵联保护作为主保护,距离保护作为后备。

(三)输电线路电气参数的频变特性

在交变电流的作用下,导线和大地中将出现趋肤效应,使输电线路的电阻和电感成为电流频率的函数。这一作用尤其体现在地中模量里,此时线路对于不同频率分量呈现的不同传输特性将直接影响电磁暂态过程。因为考虑到线路的频变特性,所以需要计算输电线路在操作过电压研究的频率范围内(10～106 Hz)的线路参数情况,为准确计算500kV线路操作过电压奠定基础。

表2-5　典型500kV输电线路参数频变特性比较

从表2-5可以看出,紧凑型输电线路和常规型输电线路参数随频率变化的趋势一致,除常规型输电线路正序电阻在高频段变化略快外,其余参数变化幅度接近,因此从线路参数的频变特性方面考虑,紧凑型输电线路在电磁暂态分析中不需要做区别于常规输电线路的特殊考虑。

(四)接地方式对输电线路电气参数的影响

输电线路零序阻抗的大小与线路架空地线的材料和结构及架空地线的接地方式密切相关。由于当线路发生不对称接地故障时,线路两端的工频过电压幅值与该线路零序阻抗有关。零序阻抗越小,过电压越低,因此输电线路采用的逐塔接地的良导体地线除了满足避雷线的需要外,还可以降低输电线路的零序阻抗,从而降低不对称接地故障引起的工频过电压。为了避免流过地线和大地的环流造成电能损失,输电线路有时采用分段绝缘一点接地的形式,这种情况下地线对相导线的压降没有影响,在计算串联阻抗矩阵时不考虑地线,但在计算电容矩阵时,由于静电场不受分段影响,需考虑地线(Dommel H W.EMTP theory book.Oregon:BPA Branch of System Engneering,1995)。对紧凑型和常规型输电线路工频电气参数在不同地线类型、不同接地方式下的影响比较结果见表2-6。

从表2-6可以看出,接地方式对线路正序参数影响不大。逐塔接地方式将降低线路的零序电抗,但会增加零序电阻。这一特性对紧凑型输电线路和常规输电线路的效果大体相当,逐塔连续接地的良导体地线将明显减小输电线路的零序阻抗。

表2-6　地线与接地方式对紧凑型和常规型输电线路工频电气参数的影响

(五)土壤电阻率对输电线路电气参数的影响

500kV输电线路所经过的大地电阻率是一个随地域变化的值,即使同一地点的土壤电阻率,在不同季节也可能发生较大的变化。土壤电阻率的变化对输电线路的电气参数产生影响,进而会对输电线路的潜供电流和恢复电压造成影响。从表2-7可知,土壤电阻率的变化对线路正序参数和电容参数几乎没有影响。土壤电阻率从100Ω·m增加到2000Ω·m,钢绞地线的零序电阻增幅为3%,良导体地线JLB4—120的零序电阻增幅为17%,钢绞地线的零序电抗增幅为24%,良导体地线的零序电抗增幅为8%。从参数的幅值上来看,装设良导体地线的紧凑型线路在大地电阻率变化时,零序阻抗的波动程度略小,但从进行电磁暂态分析时的精度要求来看,仍需要合理考虑大地电阻率变化对零序阻抗计算的影响。

表2-7　土壤电阻率对输电线路工频电气参数的影响