同塔双回线路电流不平衡原因简析及改善措施
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摘 要：同塔双回线路在电网中广泛应用，但也引发了线路电流不平衡现象导致相关保护装置运行异常的问题。该文介绍了某变电站500 kV开关保护装置在系统非标准运行方式下感受到其线路零序电流增大而频繁启动的案例，经电磁暂态仿真模型分析了开关保护零序电流增大是由站外同塔双回线路互感产生三相不平衡电流和站内3/2接线同串中其他开关设备回路电阻不平衡共同作用的结果，并提出了切实可行的改善措施。希望对改善电网局部运行环境和加强线路设备运维工作有所帮助。
关键词：同塔双回线路;开关;电流;参数;不平衡
中图分类号：TM721 文献标志码：A
0 引言
输电线路在电网运行过程中由于电气参数不平衡导致相关变电设备运行异常的情况时有发生。通常来说，线路投运前通过其参数测试及优化能够改善其运行初期的电气条件，但随着外部输电网络构架的不断变化，在变电站内会逐渐反映出局部电气参数不平衡而影响设备正常运行。该文以四川省500 kV月城变电站某同塔双回线路运行中产生不平衡电流导致其开关保护频繁启动的异常情况为例，简析产生原因，并据此制定改善措施。希望对改善电网局部运行环境和加强线路设备运维工作有所帮助。
1 异常情况描述
1.1异常发生前运行方式
异常前月城变电站按照标准方式运行，500 kV主接线中Ⅰ母、Ⅱ母及2/3接线共计六串开关均合环运行。其中，第五串为里月一线5051开关、里月二线/官月一线5052开关、官月一线5053开关，第六串为里月二线5061开关、里月二线/官月二线5062开关、官月二线5063开关;官月一、二线负荷均为120万kW，潮流为官地电站送月城站。
1.2 异常发生时告警情况
2017年8月28日，月城站按停电计划对500 kV里月二线执行停电操作。7时41分，里月/官月二线5062开关由运行转热备用分闸正常，随后站端监控频发官月一线5053开关“保护长期不能复归”、“断路器保护启动”的动作/复归报文。现场查看该开关保护装置“运行”灯闪烁（正常时为常亮）、“运行异常”灯亮。运维人员向相关调度及管理人员汇报现场情况，并询问对侧官地电站无保护装置异常。待观察约半个多小时后，5053开关保护告警复归稳定，9时25分继续操作里月二线5061开关由运行转热备用。此后，在里月二线停电的3天时间内，即5062开关合闸前，5053开关保护仍频发启动告警。
2 设备运行情况
500 kV官月一、二线线路全长30.7 km，同塔双回线路，全线从上往下布置的相序为：官月一线CAB、官月二线ACB，全线不换位。曾在2016年9月站端停电操作拉开5062开关后，5053开关保护频繁启动，500kVⅡ母1、2号母差出现“TA异常”报警（任意支路3I0>0.25 IΦmax+0.04In时延时5 s发送TA异常信号）;此报警直到5062开关恢复合环后复归。事后，国调中心继保处对涉及的官月一、二线共计4套开关保护零序启动电流定值由原0.05 A调整为0.08 A。
3 异常情况原因分析
3.1 线路参数不平衡
经现场装置采样分析，5053开关保护启动时零序电流（3I0）为0.082 A，超过定值0.08 A，启动正确。此外，该开关保护3I0并不稳定，其幅值在0.04 A～0.08 A随线路负荷大小增减，因此保护频繁启动。进一步将官月一、二线正常负荷时，对比电厂和变电站后发现，两侧的线路保护装置采样均存在3I0（约0.03 A），但官月一线A相电流幅值较之B、C相偏大，而官月二线C相电流幅值较之A、B相偏大。询问官地电站发现，其电厂经主变送出的电流无3I0，而官月线线路上存在3I0。因此，可判断同塔双回线布置的官月一、二线线路在输送过程中因互感导致电气参数不平衡产生了3I0。
综上所述，省电科院搭建了嵌入电网中的月城站电磁暂态仿真模型，模拟里月二线开关拉开前后相关线路电流变化情况。1）假定月城站内所有开关回路电阻三相均匀，均为100μΩ，仿真时：0～2 s，模型启动，站内各串合环运行，2s时刻拉开5062开关，2.4 s时刻拉开5061开关，里月二线退出。其结果表明：官月一、二线三相电流存在显著不平衡。官月一线ABC三相电流依次递减，官月二线ABC三相电流依次递增，第五串各开关电流存在不平衡现象，其中5053开关最为显著，与实际情况吻合。2）官月一、二线为同塔双回，从上往下布置的相序为：官月一线CAB、官月二线ACB，全线不换位。当前挂线方式为异相序，是导致其线路电流不平衡的主要原因。消除线路即相关开关电路不平衡最直接有效的手段即改变挂线方式，推荐逆相序方式，即CAB-BAC方式。并对该种挂线方式进行仿真，经对比官月一、二线路换相前后的线路电流及串上各开关电流后，采用逆相序挂线方式可极大地改善线路及开关电流不平衡现象。3）仿真过程中5053开关（CT变比4000/1）3I0在最大时，仍不会超过400 A，即离母差TA异常告警判据还有一定距离，且未达到其开关保护启动值0.08 A（一次电流320 A）。因此里月二线退出后，官月一、二线线路电流不平衡是引起5053开关3I0升高的原因之一。
3.2 开关回阻不平衡
站内线路开关所在一次设备（含开关、刀闸、各侧引流线）的回路电阻不平衡也是可能导致3I0的因素。对此，仿真设置不同开关回路电阻增大的情况，模拟开关回阻引起的三相电流不平衡与线路不平衡二者作用叠加，以便帮助缩小排查范围。仿真时将所设开关电阻由100 μΩ改为200 μΩ，仿真工况不变，经排查表明：第五串开关不平衡时，尤其5051开关A、B相以及5052开关B相回阻上升时，5053开关3I0水平显著上升，且在里月二线退出运行时增大，且以5051开关A相电阻增大时最甚。因此5051、5052开关所在一次设备的回路电阻应当作为重点排查对象。
4 不平衡原因
综上所述，月城站5053开关三相电流不平衡现象有一个确定及一个可能原因，确定原因是开关出线电流不平衡，但这单一因素引起开关的3I0幅值不易达到保护启动定值，故叠加的可能原因是500 kV开关场串内开关回阻三相不平衡。
5 改善措施
拟定官月一、二线停电计划，结合电科院建议对其相序在官地电站出线侧按逆相序布置整改;同时，月城站内对官月一、二線路开关进行回路电阻测试，排查不合格回路电阻的影响。拟定里月一线停电计划，月城站内对其5051、5052开关进行回路电阻测试，排查不合格回阻的影响。
6 结语
针对电网部分线路局部电流不平衡的现象，通过仿真模拟了电网运行中线路电流的不平衡现象，找出其产生原因是线路及开关电路参数不平衡。即同塔双回线路全线不换位导致线路互感电流产生较小的零序电流和线路开关一次设备回路电阻不平衡，导致线路运行在变电站非标准运行方式下三相电流不平衡，进而叠加产生较大零序电流。为了改善不平衡现象，通过仿真模拟计算分析对同塔双回线路布线方式进行优化。此外，在线路停电时排查其一次开关所经回路电阻是否不平衡，找出不平衡原因加以整改也是改善线路电流不平衡现象的重要措施。
参考文献
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