陈杨健
（福州万山电力咨询有限公司福建福州350003）
摘要：为了确保电力系统的安全稳定运行，应合理控制高压输电线路的电气不平衡度，以下结合作者本人的实践，浅谈基于对称分量法的高压输电线路换位设计分析，来平衡不对称电流或电容。
关键词：对称分量法；输电线路；换位设计
1.前言
高压输电线路根据电路设计方式的不同，主要分为两种，一种是电缆输电线路，；另一种是架空输电线路。电缆输电线路是指将电缆埋在地下，能过节省空间，但是施工以及之后的维护工作不方便，一般高压输电线路所指的都是架空输电线路，利用输电塔将导线和底线悬在空中来完成输电工作。随着电网建设的迅猛发展。输电的可靠性在加强，输电能力也在不断加大。为了确保电力系统的安全稳定运行，应合理控制高压输电线路的电气不平衡度，随着线路长度的增加，不平衡度逐渐增大，一般采用换位或变换各回输电线路的相序排列的设计方式来平衡不对称电流或电容。以下结合作者本人的实践，浅谈基于对称分量法的高压输电线路换位设计分析。
2.对称分量法的设计分析
对称分量法要求相间阻抗或导纳矩阵满足循环对称或完全对称，利用对称分量法实现三相电流电压之间的关系解耦。分别见式（2-1）、（2-2）。
（2-1）
（2-2）
经对称变换后A相序电压序电流关系为：
（2-3）
其中：
，，（2-4）
（2-5）
对于循环对称阻抗矩阵有：
（2-6）
对于完全对称阻抗矩阵有：
（2-7）
以上分析可知，电力系统具有对称性质的元件经对称分量变换后的阻抗矩阵为对角线矩阵，这意味着三序电量之间的解耦，将相互依赖的三相系统转换为相互独立的三序系统。可以证明架空线路通过完全换位后，序电压电流满足式（2-6），此时线路两端的正序电压在线路中只产生正序电流，负序电压在线路中只产生负序电流，零序电压在线路中只产生零序电流，见图2-1（b）。但目前一些超高压输电线路导线换位困难，如果线路不完全换位或不换位，必将导致三相输电线路的参数存在一定的不对称，式（2-6）中阻抗矩阵非对角元素可能不全为零，负、零序参数之间有耦合，此时，尽管线路两端母线电压没有负序和零序分量，线路中也可能存在由正序电压产生的负序和零序电流。影响不换位输电线路不平衡性的主要因素有导线相序排列方式、导线对地高度、导线间距离以及导线自身属性等。对于完全换位线路输电线路，从首末两端来看，其线路参数平均起来是平衡的（这已由现场作者亲自测试结果证实）。但由于故障点可在线路上任意点出现，从检测端到故障点间参数不可能平衡。
（a）（b）
图2-1相分量和序分量电路模型
由于不换位和不完全换位线路以及故障点的任意性，实际运行中某相电压和电流可能高于或低于基于三相对称假设条件的分析结果，输电线路上生成负序、零序电压电流。由线路参数不平衡引起的负序、零序电流叠加在故障产生的负序零序电流上使得应用文中测距原理的距离保护准确性将受到影响。
3.仿真验证
为考察输电线路换位情况对测量误差的影响，对一条长为约为200km的换位和不完全换位线路的测距结果进行了比较。采用的不换位线路模型如3-1所示：
图3-1不完全换位线路模型
线路为三相水平排列且不完全换位线路。导线的相间距离D=12m，计算半径r=20.3454mm，线路离地面的高度H=50m。采用两根架空地线，地线的计算半径r=5.5245mm。导线和地线都分别下垂10m。
图3-2为B相金属性接地故障，采用不同序电流计算的阻抗测量误差。从图中看出，对于换位线路金属性故障，采用不同序电流计算的测量误差一致，且最大误差不超过1.5%；对于不完全换位线路金属性故障，采用不同序电流计算的测量误差没有明显的差别，且最大误差不超过-0.45%。
（a）换位线路
（b）不完全换位线路
图3-2B相金属性接地故障，采用不同序电流计算的阻抗测量误差
图3-3不同换位情况负序电流计算的阻抗测量误差
图3-3为图3-2相同情况下，都采用负序电流计算的阻抗测量误差比较，从图中可以看出，换位线路的最大误差为线路末端故障时的1.2%，不完全换位线路的最大误差为线路中间故障时的-0.41%。
（a）换位线路
（b）不完全换位线路
图3-4电阻接地故障测量误差
图3-4C相经50Ω电阻接地故障，采用不同序电流计算的阻抗测量误差。
图3-4为C相经50Ω电阻接地故障，采用不同序电流计算的阻抗测量误差，图（a）中可以看出，对于换位线路末端故障，用负序电流、复合电流、零序电流计算的误差分别为0.0441%，-2.6781%和-7.4939%。图（b）中可以看出，对于不完全换位线路末端故障，用负序电流、复合电流、零序电流计算的误差分别为0.4685%，-2.8666%，-8.7220%。
图3-5不同换位情况负序电流计算的阻抗测量误差
图3-5为图3-4相同情况下，都采用负序电流计算的阻抗测量误差比较，从图中可以看出，换位线路的最大误差为线路首端故障时的1.7812%，不完全换位线路的最大误差为线路中间故障时的3.4542%。
参考文献：
[1]张发苍，贾彦轻．浅议高压输电线路设计[J]，科技风，2011
[2]王立，35kV~110kV输电线路设计要点分析[J]，高科技与产业化，2010