西安科技大学高新学院。
毕业设计（**）
外文翻译。学生姓名： 王瑞进。
院（系）： 机电信息学院。
专业班级： 电气0803班。
指导教师： 商立群。
完成日期： 2023年12月10日
1000kv同塔双回输电线路潜供电流的研究。
张媛媛，班连庚，林集明，韩彬，王晓刚，项祖涛
中国电力科学研究院直流输电与电磁暂态研究中心，北京市海淀区）
摘要：分析总结了1000 kv 同塔双回线路的特点及潜供电弧与单相重合闸时间的关系。利用电磁暂态程序，计算分析了线路长度、运行方式、高抗中性点小电抗阻值及输送潮流等因素对上述线路单相重合闸过程中潜供电流的影响。
研究结果表明：对于有高抗补偿的线路，当采用1 s 左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在35 a 以内；特高压同塔双回线双回与单回运行时，导线耦合作用的不同加大了高抗中性点小电抗合适阻值的选择难度；当同塔双回系统具有线路长、输送潮流大等特点时，潜供电弧可能难以自熄灭。目前，工程中常采用导线逆相序换位方式。
但该方式无法完全消除回路间的耦合，因而无法从根本上解决上述问题。
关键词：同塔双回线路；潜供电流；单相重合闸；潮流；特高压。
0引言 根据我国特高压电网规划，2023年1000kv交流线路大多数采用同塔双回架设[1]，对于具有电压等级高、输电距离长、输送容量大等特殊性的特高压同塔双回线路是否存在单相重合闸过程中潜供电弧自熄灭问题。本文将就该问题，。分析讨论特高压同塔双回输电线路潜供电弧自熄灭问题。
1特高压同塔双回线路与潜供电弧
1.1 特高压输电线路特点。
我国特高压输电线路特征之一：跨越区域广、输电距离长。根据我国特高压规划网架，表1统计了1000kv输电线路不同长度范围所占的比例。
统计结果表明：规划中，我国特高压线路长度大部分在100～500km范围，其中300～500km的特高压线路占49.2%，近一半。
我国特高压输电线路特征之二：电压等级高，输送潮流大。对于电网结构较坚强的特高压核心环网，交流特高压输电线路的送电能力较强，每回线可以接近或超过4000mw；输电距离较远而送端电网又薄弱的电源直接送出线路，如蒙西送出及陕北送出线路，送电能力受稳定限制相对较低，每回线也有2000mw左右[2]。
表1 1000 kv 输电线路不同长度范围所占比例。
1.2同塔双回换位方式。
同塔双回输电线路一回线的三相之间及两回线的三相之间存在静电和电磁耦合。当任一回线路发生单相接地故障时，其非故障相和另一回无故障线路通过相间耦合，都会在接地点产生潜供电流和恢复电压，其幅值的大小直接影响故障相重合闸过程中潜供电弧的自熄灭。无线路高抗补偿情况下，同塔双回线路导线间耦合作用要大于单回线路。
线路越长、回路间耦合越大、且复杂。在高电压等级、长距离输电的特高压系统中，潜供电弧自熄灭问题可能会更为突出。 一般采取导线换位的方式减小相间的耦合、降低线路的不平衡度。
a）九段换位。
b）逆相序返相换位。
c）同向换位。
图一同塔双回线换位方式。
其中九段换位方式下，两回路之间只有零序耦合，耦合较小，但换位方式复杂、实现困难，一般不采用[4]。逆相序反向换位和同向换位方式下，两回路间除有零序耦合还存在正序耦合、两回路间的耦合较大，但换位方式简单，是实际工程中常采用的换位方式[4]。1.
3 同塔双回运行方式
同塔双回线路除存在两回线正常送电的双回运行方式外，还存在一回线停运、另一回正常送电的单回运行方式。为保证输电的可靠性，双回线中的任意一回都应满足单相重合闸的要求。线路高抗及其中性点小电抗对单相重合闸过程中的潜供电流和恢复电压有抑制作用。
因此，对于有高抗补偿的同塔双回线路，在选择高抗中性点小电抗时，除考虑双回正常送电方式外，还需要兼顾单回送电的方式。
1.4 潜供电弧与单相重合闸时间
单相重合闸时间定义为从系统发生故障，线路保护装置发生反应到完成重合闸操作的时间，主要包括保护和开关动作时间、弧道游离和恢复时间、及潜供电弧持续时间（或自熄灭时间）[5]，其分布过程如图2所示。潜供电弧燃弧时间与单相重合闸时间的协调是保证重合闸成功的必要条件。在超/特高压系统中，单相重合闸时间一般取1s，由此可推算出，接地点潜供电弧的自熄灭时间大约在0.
67s以内，才能满足1s单相重合闸的要求。
图2 单相重合闸时间分布过程示意图
潜供电弧持续时间与潜供电流和恢复电压梯度的大小以及风速﹑风向等气候条件有关[6]：风速为1.5～2.
5m/s、恢复电压梯度在8～15kv/m范围内，220～1150kv线路有电抗器补偿时，幅值为20~30a（有效值）的潜供电弧自灭时间（概率90％）是0.18～0.22s。
华北电力科学研究院在此基础上进行了潜供电弧自灭特性的试验研究，得到了风速大于1.5m/s、起弧位梯度低于13.5kv/m、有高抗补偿时，潜供电流90%概率熄灭时间t与其大小ic的拟合公式[7]：
由公式（1）可得：潜供电流幅值为35a（有效值）的潜供电弧自灭时间（概率90％）是0.71s。
因此，对于有高抗补偿的线路，当采用1s左右的重合闸时间时，单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在35a以内。 综上所述，导线换位、线路高抗及其中性点小电抗对线路单相重合闸过程中的潜供电弧有抑制作用。但特高压同塔双回输电线路具有电压等级高、距离长、输送潮流大、单双回。
等特点，上述抑制措施下，其潜供电弧问题是否能够得以解决，满足1s左右单相重合闸的要求。本文将对此展开讨论与研究。
2计算分析
2.1 系统条件
线路的潜供电流和恢复电压与输电线路的参数、线路的补偿情况和线路两端的运行电压、输送潮流有关，线路两侧的网架结构对其影响很小[1]。因此，本文基于华北－华中－华东特高压同步电网，建立了1000kv同塔双回输电系统，其等值电路如图3所示，输送有功及1000kv母线电压情况列于表2，研究中同塔双回线路单双回运行方式下各考虑了三种输送潮流情况。
3 1000kv同塔双回输电系统接线示意图。
表2 1000kv同塔双回输电系统电压及输送潮流情况 1000kv
2.2所研究线路及其高抗补偿情况
为分析特高压同塔双回长线路的潜供电流特点，本研究选择了特高压电网中300～500km范围内 2009特高压输电技术国际会议**集 3 具有代表性的5段特高压线，其名称、线路长度及其高抗配置参数列于表3。
表3 研究用1000kv同塔双回线参数及其补偿情况。
2.3 高抗中性点小电抗的取值情况
线路高抗中性点小电抗可补偿相间电容，减小潜供电流、降低恢复电压；适当选择小电抗阻值，使相间接近全补偿时（相间阻抗变得非常大），对潜供电弧的抑制效果最佳[1]。为此，本文对表3所列特高压同塔双回线路在所确定的高抗配置下，单、双回运行时，小电抗300~1800ω取值范围内，线路单相重合闸过程中的潜供电流进行了计算。研究中统一线路导线布置和换位方式为鼓型排列、逆相序反向一次全换位；双回运行时输送潮流3500mw， 单回运行时输送潮流3000mw。
图4和5分别给出了同塔双回线双回运行及单回运行方式下，不同长度特高压同塔双回线的潜供电流随小电抗阻值变化的情况。 由图4和5可以看出，1）单回、双回运行方式下，各长度特高压同塔双回线潜供电流，随线路高抗中性点小电抗阻值增加，均呈先减小后增大的趋势。即两种方式下各特高压线均存在一小电抗值，使得发生单相接地时的潜供电流幅值最低（已在图中标出）。
但同一长度的特高压线路两种运行方式下的潜供电流最低点对应的小电抗阻值不同，长度为300km的特高压线双回运行时潜供电流最低点对应的小电抗阻值为1400ω，单回运行时为800ω；长度为480km的特高压线双回运行时潜供电流最低点对应的小电抗阻值为600ω，单回运行时为400ω。
2）特高压同塔双回线路单回、双回运行方式时的潜供电流最低点数值，均随线路长度的增加而增大。在300~480km研究范围内，长度为300km的特高压线潜供电流最低点幅值最小，双回运行时为11.3a，单回运行时为13.
3a；长度为480km的特高压线潜供电流最低点幅值最大，双回运行时为21.4a，单回运行时为24.8a，几乎是300km特高压线的两倍。
3）特高压同塔双回线单回、双回运行方式下的潜供电流随小电抗阻值变化、从最低点向两侧增加时，线路越长潜供电流增加的速度越快。长度为300km时，双回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值1400ω，向左每减小100ω（或向右增大100ω），潜供电流仅增加1~4a；单回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值800ω，向左每减小100ω（或向右增大100ω），潜供电流也仅增加1~5a（小电抗最大变化幅度为400ω）。而长度为480km时，小电抗从潜供电流最低点时的取值600ω，向左每减小50ω（或向右增大50ω），潜供电流增加4~15a；单回运行方式下，小电抗从潜供电流最低点时的取值400ω，向左每减小50ω（或向右增大50ω），潜供电流增加10~16.
5a（小电抗最大变化幅度为300ω）。
图4 特高压同塔双回线双回运行时潜供电流随小电抗取值变化的情况
图5 特高压同塔双回线单回运行时潜供电流随小电抗取值变化的情况
特高压同塔线单回和双回运行方式下，单相重合闸过程中潜供电流的上述特征，使得同时考虑单回和双回运行时，特高压线潜供电流随线路长度、高抗中性点小电抗变化，呈现图6所示的变化趋势。图中小电抗各阻值对应的潜供电流值按小电抗同阻值下、单回和双回两种运行方式中的较大者取得，该图将指导高抗中性点小电抗最终取值。
图6 同时考虑特高压同塔双回线单回和双回运行时。
潜供电流随小电抗取值变化的情况。
由图6可以分析出，在确定特高压同塔双回线高抗中性点小电抗时：同时考虑单回、双回两种运行方式后，各长度特高压线潜供电流，随线路高抗中性点小电抗阻值增加，也呈先减小后增大的趋势。因此，可确定潜供电流最低点对应的阻值作为特高压线路高抗中性点小电抗的取值。
表4列出了不同长度特高压线高抗中性点小电抗的取值，及该阻值下，单回双回运行方式时，线路单相重合闸过程中最大潜供电流及恢复电压梯度，计算中绝缘子长度按10m考虑。
由表4可以看出，在已确定的合适阻值小电抗配置下，特高压同塔双回线无论是单回运行还是双回运行，线路越长，其潜供电流及恢复电压越大。当线路长度超过450km时，单回运行方式下，其潜供电流将大于35a，影响单相重合闸的成功率。
表4特高压线中性点小电抗取值、潜供电流及恢复电压梯度。
2.4小电抗阻值偏差及输送潮流的影响。
由图6可以看出，特高压线潜供电流随小电抗阻值变化、从最低点向两侧增加时，线路越长、增长速度越快，也就暗示着特高压同塔双回长线路单相重合闸过程的潜供电流，受其线路两侧高抗中性点小电抗阻值波动的影响较大。而实际工程中，高抗中性点小电抗阻值并非与设计值完全相同，线路输送潮流也并非固定不变，为此，本文对不同长度特高压同塔双回线路在已确定的小电抗阻值xs及阻值存在±10%裕度（即xs±10%）情况下、输送不同潮流（双回输送3500~4500mw，单回输送时3000~4000mw）时的潜供电流进行了计算，结果如图7所示。 由图7和图8可以分析出：
1）特高压同塔双回线双回和单回运行时的潜供电流，均与线路长度及输送潮流成正比，线路越长、潮流越大，潜供电流幅值越高，且单回运行时受长度、潮流的影响更大。在300～480km研究范围内、已确定的小电抗阻值xs下，长度为300km的特高压线，双回输送3500～4500mw时，潜供电流为20.92～1.
9a（增长幅度最大为1a），单回输送3000～4000mw时，潜供电流为18.92～3.1a（增长幅度最大为4.
2a）；长度为480km的特高压线双回送3500～4500mw时，潜供电流为33.4～35.8a（增长幅度最大为2.
4a），单回输送3000～4000mw时，潜供电流为40.1～48.6a（增长幅度最大为8.
5a）。 2）特高压同塔双回线双回运行时，小电抗阻值正向偏差（即xs＋10%）下，潜供电流幅值比取设计值xs时小，对潜供电弧的抑制更有利。长度为480km的特高压线，双回输送3500～4500mw系统条件下，小电抗阻值取xs＋10%时，潜供电流为27.
7～30.5a，可以满足1s左右重合闸的要求。 3）特高压同塔双回线单回运行与双回运行时的潜供电流随高抗中性点变化情况相反，小电抗阻值负向偏差（即xs－10%）下潜供电流幅值比取设计值xs时小，对潜供电弧的抑制更有利。
长度为480km的特高压线，单回输送3000～4000mw系统条件下，小电抗阻值取xs－10%时，潜供电流为313～9.9a。可见，特高压长线路在输送大潮流情况下，其小电抗阻值负向偏差仍不能将其潜供电流抑制在35a以内，1s左右单相重合闸过程中潜供电弧自熄灭存在问题。
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