同塔双回线路对应相短接运行对线路参数的影响

刘 冲， 牛陈灵， 颜军敏， 潘益伟

(1.温州电力局，浙江温州325000;2.温州电力建设有限公司，浙江 温州325000)

0 引言

输电线路是电力系统的重要组成部分，其各相相序的准确性关系到电网的安全稳定运行。其工频参数如正序参数、零序参数和互感参数可为电力系统潮流计算和继电保护整定计算提供实际数据，对保证线路正常运行和继电保护正确动作具有十分重要的意义［1-2］。这些参数的计算往往比较复杂，难以准确计算架设线路环境对线路参数的影响，所以直接以导线的出厂参数作为线路参数是不合适的。而且由于长期投运后导线的老化、土壤电阻率变化或者气候、环境及地理等因素的影响，都可能会使线路参数发生或多或少的变化，因此，对线路参数需要进行现场测量，而且还要定期进行测量。

同塔双回线由于在一个杆塔上架设了两回线路，大大节约了成本和线路走廊，在输电线路的架设中得到了广泛的应用。但是其运行方式的不同，会对线路的各个参数产生不同的影响。本文将对线路工频参数、线路起晕电压以及雷电参数等的影响分别进行讨论。

1 被测线路基本情况

温州电力局高压修试工区高试班对所辖的220 kV A站-110 kV B站之间的110 kV联络线的线路参数进行了测量，本线路自线路从220 kV A站110 kV构架起至110 kV B站进线构架止，为新架设的一段线路，线路的路径如图1所示。

图1 线路路径简图

如图1所示，A、B两变电站之间的架线全长为6.426 km，导线型号为 LGJXX-300/25，该段线路为双回设计，双回架设，本期仅投运一回，但是运行时在每个杆塔上均将两回线路的对应相进行短接。从A站到B站共有37基杆塔，从19号塔T接至220 kV C站，该线路为单回线路，全长为10.28 km。

在进行线路参数测量之前，已经对A站到B站以及A站到C站的相序进行了核实，相序均正确无误，且线路的直流电阻、绝缘电阻均符合要求。然后对110 kV马文上1187线进行线路工频参数的测量，测量时110 kV马上1273线C站侧线路开关断开，且断开了与此相连接的线路侧接地刀闸。因此在对110 kV马文上1187线进行线路参数测量时，110 kV马上1273线对此测量参数没有影响。

2 被测线路正序参数的计算

参数实际测量时利用上海思源电气生产的LP-1型线路参数测量装置，多次测量得到数据的平均值为:Z测(1)=0.3782+j1.2964 Ω 计算得|Z测(1)|=1.3504 Ω。由于线路长度为6.426 km，所以单位长度线路的正序阻抗为:|Z0|=|Z|/6.426=0.2101 Ω/km。而输电线路的电抗一般都在0.40 Ω/km左右［3］，且根据之前线路参数实际测量的经验，单位长度线路的正序阻抗也在0.40 Ω/km左右。因此此次测量的参数与理论值以及以前所测得的经验值均有很大的差异，大约仅有其一半。为了检验测试值的正确与否，对该线路的工频正序参数进行了理论计算。

由于电抗与几何均距、导线半径之间为对数关系，导线在杆塔上的布置对线路的电抗没有显著的影响［3］，因此对37基杆塔之间各相导线之间的距离取平均值进行计算。导线在杆塔上分布的截面如图2所示。

其中 A、B、C 和 A1、Bl、C1分别为两回线的三相，D和D1为架空地线。A、B、C、D四根线距离杆塔中心的距离分别为 2972.4、3435、3002.6 和1735.5 mm。A1、B1、C1、D1 四根线与 A、B、C、D 关于杆塔中心对称。四个横档两两之间的距离从上至下依次为2934.2、3584.2 和 3626.3 mm。计算得到AB、BC、CA 之间的距离分别为 3613.9、3652 和7210.6 mm。

单根线路时，正序电阻为:

由于两回线路各相分别相连，因此相当于两线并联，所以每相的正序电阻:

图2 导线在杆塔上的分布图

三相导线的几何平均距离:

代入计算得:

对于A相，由于A和A1连接，等效为分裂导线，则分裂导线的等效半径为:

将各个值代入式(1)计算得:

所以整条线路的电抗:

因三相完全换位，所以可忽略各相之间的互感，综上所算得的结果，该线路的正序阻抗为:

实际测得的结果:

因此可看出此结果与实际测得的结果相近，该测量值符合理论计算值，测量正确。

3 被测线路零序参数的计算

输电线路单位长度零序等值阻抗的计算公式为:

式中，Ra为单位长度线路的电阻;Rg为大地电阻，根据卡尔逊的推导，在50 Hz时，Rg=0.05 Ω/km;Dg为等值深度，在一般的计算中可以取1000 m［4］;Ds为组合导线的等值半径。与上节同理，将线路等价为二分裂导线，则组合导线的等值半径Ds=，代入算得Ds=1765.87mm。将上述所有的数据代入式(2)算得单位长度线路的零序阻抗为:

所以整条线路的零序阻抗:

则|Z(0)|=8.280 Ω。实际测量时得到的零序阻抗为:

实际测得的结果与计算所得的结果接近。

4 线路之间短接前后电晕起始电压

双回线路的两回线路上的对应相分别在每个杆塔上进行了连接，等效为一个二分裂的导线，因此，对该导线的电晕起始电压会产生影响，连接前线路的电晕起始电压为:

式中，Ucr为相电压的有效值;m1为粗糙系数，对绞线推荐采用0.9;m2为天气系数，最恶劣情况于m2=0.8;δ为空气的相对密度，与温度和大气压强有关，常规情况下近似计算时可取为1。代入数据算得:在最恶劣的情况下线路的起晕电压Ucr=107.92 kV。

连接后等效为二分裂导线，起晕电压为:

式中，n为分裂导线的根数;km为分裂导线表面的最大电场强度，即顶点的电场强度与平均电场强度的比值。

代入解得:km=1.004。将所有的数据代入式(4)解得两回线路连接后导线的起晕电压为:

该线路实际运行时的相电压最高为:

综上所述，虽然对应相连接后线路的起晕电压会有所降低，但是仍然高于该线路实际运行时的最高相电压，因此连接后对线路没有显著的影响。

5 对线路雷电参数的影响

ATP是用数值计算方法对电力系统中从数微秒至数秒之间的电磁暂态过程进行仿真模拟，主要用于计算电力系统中的电磁暂态过程［5］。打开ATP Draw程序后用户便可根据自己的需要按步骤创建完整的仿真模型电路，是一个操作界面比较简单的电磁暂态仿真程序［6］。

为了验证相应相短接前后对线路雷电参数的影响，在ATP中，对整个输电线路系统进行了以下的仿真，ATP Draw中建立的模型图如图3所示。

图3 ATP仿真中输电线路模型图

由于整个模型图太大，图3仅为截取的其中的一部分，对于整条线路里面的每一段线路，均按照施工图纸上每个杆塔的实际参数进行设置。

在图3中，模拟雷电击中避雷线时，各对应相短接前和短接后，用电流探针测量在各相架空线路中所感应产生的雷电流的大小。经计算，当雷击避雷线时，相应相连接后通过线路的雷电流大于连接前的雷电流。而当发生绕击，即雷电直接击中架空线路时，情况类似。因此，对线路的防雷水平以及防雷设施提出了更高的要求。

6 结论

(1)同塔双回线在每个杆塔上两回相应的相分别短接后，线路的正序阻抗会发生变化，实际测得的线路的正序阻抗与常规不短接的情况有较大差异，大约为短接前情况的一半。

(2)同塔双回线在每个杆塔上两回相应的相分别短接后，零序阻抗不会发生明显的变化，因此在这种情况下，常规测量时的经验零序阻抗为正序阻抗的三倍不再成立。

(3)同塔双回线在每个杆塔上两回相应的相分别短接后，线路的起晕电压会有所降低，但是仍然高于该线路实际运行时的最高相电压。

(4)当发生雷击时，相应相短接后通过线路的雷电流要大于对应相连接前的雷电流。这样就对线路的防雷水平以及线路的防雷设施提出了更高的要求。

［1］徐钟祝.架空输电线路工频参数测量及分析［J］.四川电力技术，2006，29(1):4-6.

［2］李澍森，陈晓燕，戚革庆，等.同塔四回输电线路参数带电测量［J］.高电压技术，2006，32(7):17-20.

［3］华智明，岳湖山.电力系统稳态计算［M］.四川:重庆大学出版社，1991.

［4］李光琦.电力系统暂态分析［M］.北京:中国电力出版社，1995.

［5］钱 鑫，李 琥，施 围.电力系统仿真计算软件介绍［J］.继电器，2001，30(1):43-46.

［6］韩丽娜，杨志坚，李 虎.ATP-EMTP在500 kV配电系统中的应用［J］.电测与仪表，2005(12):14-17.