同桿多回線路

同桿多回線路

為適應我國經濟高速發展對電力負荷增長的需要,電網建設不斷往超高壓、大容量的方向發展,不僅500kV電網已經成為我國的骨幹網架,而且為了減少超高壓輸電線路走廊占地,採用同桿架設多回輸電線路已成為超高壓主幹網架發展的必然趨勢。

概念

同桿多回線路 同桿多回線路

同桿架設的多回線路中,其中任一迴路檢修,其它所有的線路都必須停電,並應掛接地線。2停電檢修的每一回線路應具有雙重稱號,即:線路名稱、左線或右線、上線或下線的稱號。面向線路桿號增加的方向,在左邊的線路稱為左線針對同桿並架多回線路零序互感對零序保護及接地距離保護整定計算影響進行了詳盡分析,提出了利用軟體、套用“測量法”的概念進行整定,保證保護的選擇性,通過軟體仿真驗證了其正確性。

10kV同桿多回線路特殊相導線提線工具研製

隨著國民經濟的快速發展和電網建設步伐的加快,在人口稠密、經濟發達地區,土地資源日趨緊缺,部分地區甚至已無新辟線路走廊的可能。為解決線路走廊與地方土地利用之間的矛盾,必須集約化利用土地資源,提高線路走廊單位面積的傳輸容量,多回線路同桿並架技術是解決此問題的有效途徑。10kV線路是電力系統的重要組成部分,線上路走廊緊張的城市配電線路中,為使線路走廊得到充分利用,10kV同塔並架多回線路將成為城市配電線路建設的發展趨勢。

由於10kV同塔多回線路塔型結構和導線布置與單回線路有一定的區別,對於10kV同桿多回線路,靠近桿塔的中間迴路與周圍其他迴路以及桿塔間距較小,對中間迴路的維護採用常規的作業方式不能滿足安全要求。當多回導線同桿架設線路的這些特殊迴路需要消缺時,依照現有的技術水平及工器具不能滿足帶電作業要求,作業時需要將其他幾回線路同時停電,這就直接影響了城市的供電可靠性。

筆者對10kV同塔多回線路特殊相導線帶電作業技術進行研究。針對10kV同塔多回線路特點,首先仿真計算得出多回線路發生短路時產生的過電壓,明確帶電作業工具性能要求;然後採用理論分析與試驗研究相結合的方法,研製10kV同塔多回線路特殊相導線提線工具。

同塔多回線路作業難點及方法分析

以中國廣州地區廣泛使用的同塔四迴路桿塔為例進行作業方法的研究,如圖1所示。

(1)作業難點

圖1 同塔四迴路桿塔 圖1 同塔四迴路桿塔

配電線路帶電作業技術導則(GB/T18857)規定,在10kV配網帶電作業中,人體與帶電體的最小安全距離不得小於0.4m(絕緣桿作業法),且不允許絕緣斗內作業人員在不滿足安全距離的情況下穿越外側導線對內側導線進行操作。由圖1同塔四迴路桿塔結構可知,中間特殊相導線的作業難點在於:① 外側上相—中相導線構成的作業視窗過小,絕緣斗內作業人員無法在中間特殊相導線上直接操作;② 在更換內側中間特殊相導線絕緣子時,受桿塔導線排列緊密的影響,無法對該相導線進行提升。

(2)作業方法

圖2 提線工具初步設計示意 圖2 提線工具初步設計示意

針對作業難點,提出絕緣斗內作業人員絕緣手套直接操作與絕緣桿間接操作相結合的作業方法,搭配特殊相導線帶電作業工具,完成更換同塔多回線路內側中間相導線絕緣子更換等難度較大的作業項目。利用這種方法操作時,先使用提線工具提吊導線、擴大操作視窗,再使用間接工具在操作視窗中進行操作,以確保作業人員安全。提線工具初步設計示意如圖2所示。

10kV同桿多回線路特殊相導線帶電作業方法如下:

1)作業人員乘坐絕緣斗臂車,使用絕緣操作桿對電桿上的絕緣子瓷瓶70、 導線90進行遮蔽;

2)絕緣遮蔽完成後,將絕緣斗臂車升至桿塔上方,使同桿多回線路中間相導線提線工具懸掛在橫擔上,即將[M1] 橫擔卡具31,32,33分別卡在上、中、下3個橫擔上;

3)調整好緊線器41,42的位置,使緊線器下方導線金屬鉤51,52鉤住導線;

圖3 同塔四回線路過電壓計算模型 圖3 同塔四回線路過電壓計算模型

4)作業人員使用絕緣扳手轉動螺母314,將橫擔卡具收緊,重複上述步驟,直至3個橫擔卡具的螺母均收緊;

5)將絕緣斗臂車降至桿塔橫擔下方,安裝吊桿抱箍62,使之緊固;

6)確保多回線路中間相導線提線工具安裝牢固後,將絕緣斗臂車上升至桿塔上方,作業人員用絕緣操作桿操作緊線器41,42,提升導線;

7)使用絕緣桿間接工具如絕緣桿匝線剪、絕緣取瓶器、絕緣三齒耙等開展中相導線的帶電檢修工作。

10kV同桿多回線路過電壓及工具荷載理論計算

圖4 同塔四回線路排列方式 圖4 同塔四回線路排列方式

採用ATP-EMTP仿真計算軟體,按照調研獲取的廣州地區典型同塔四回線路桿塔圖紙進行導線布置,設定相關線路參數,建立10kV同桿多回架空線路電磁暫態模型如圖3所示,對線路短路過電壓進行計算分析。相序排列及空間布置採取典型同塔四回線路排列方式,模型中四回線路排列方式如圖4所示,即單回線路中上、中、下相依次縱向排列,四回線水平排列。仿真計算時,導線平均高度約為11m,同一側兩回線路離中心線距離分別為0.57和1.57m。進行多變數對比仿真,考慮線路末端負荷情況、線路短路位置、短路時刻相角這3個因素對系統發生故障短路時過電壓影響。經計算得出,最大過電壓發生在空載線路末端短路位置,且短路時刻相角為180°,後續仿真計算均按照該種工況進行設定。

相導線提線工具研製

(1)現場實測與工具改進

對10kV同桿多回線路進行實地考察及相關數據的測量。10kV同桿多回線路在橫擔上均設計有橫擔支撐結構以保證橫擔和提線工具的牢固穩定性。由於初步設計圖2中的電桿抱箍61主要用於維持工具穩定性,與現有線路上的橫擔支撐結構功能重複,故電桿抱箍可以取消。同時做出改進,以滿足現場需要,即

1)對上端吊臂橫向部分進行加長,並且在吊臂上設計多個緊線器懸掛點;

2)將緊線器下方金屬鉤改制為絕緣鉤;

3)減小立桿長度,將原本上、下相橫擔的兩相間橫擔固定方式改為相鄰橫擔固定,從而在保證同桿多回線路中間相導線提線工具安裝牢固的同時,縮小工具尺寸,降低重量。

(2)特殊相導線帶電作業方式確定

確定10kV多回線路特殊相導線最終帶電作業方式:

1)作業人員乘坐絕緣斗臂車,使用絕緣操作桿對電桿上的絕緣子瓷瓶70、導線90進行遮蔽;

2)絕緣遮蔽完成後 將絕緣斗臂車升至桿塔上方,使同桿多回線路中間相導線提線工具懸掛在橫擔上,即將橫擔卡具31,32分別卡在上、中2個橫擔上;

3)根據作業需求選擇緊線器掛點,然後調整緊線器的位置,使緊線器下方導線絕緣勾51,52鉤住導線;

4)作業人員使用絕緣扳手轉動螺母315,使上端卡具收緊,再使用絕緣扳手轉動螺母324,使下端卡具收緊;

5)確保多回線路中間相導線提線工具安裝牢固後,將絕緣斗臂車上升至桿塔上方,作業人員用絕緣操作桿,操作緊線器,提升導線;

6)開展中間相導線的帶電檢修工作。

同桿多回線路不平衡問題分析與對策

輸電線路設計、架設及運行過程中導致的三相參數不對稱是無法避免的。隨著中國用電負荷的迅猛增長及城市化進程的不斷加快,同桿並架的多回輸電線路作為節省輸電走廊、增加輸電容量、降低電力建設投資的一種有效方法,已越來越引起人們的重視。地區電網中出現大量短/超短的超高壓同桿多回輸電線路,且普遍採用不換位架設。因不換位同桿多回線路引起系統三相電流不平衡問題日益突出。因此,當超高壓同塔(桿)線路長度較短而採用不換位架設時,其引起的不同程度的三相電量不平衡問題應受到足夠重視。尤其是在地區電網中,同桿並架的多回線的廣泛套用將是一個趨勢,對同桿多回線路引起的三相不平衡問題的研究具有重要的現實意義。

不平衡現象與分析

至2009年底,深圳電網中220 kV線路均較短(最長的鯤宏雙回線為 34 km),採用全線不換位架設方式,直接導致深圳電網局部三相電流出現明顯不平衡。由現有寶安至奮進同桿雙回線路改造,新建寶安至公明甲乙線,形成安奮—安公同桿4回線路。試投入運行過程中出現嚴重三相不平衡電流:

1)公明站對安公甲線進行合環,A相和B相電流均為245 A,C 相電流達 490 A,引起寶安換流站側後備零序保護動作。

2)公明站對安公乙線進行合環,A 相電流為118 A,B 相和 C 相電流為 235 A,線路電壓正常,未發生跳閘。

3)安公甲乙線同時合環,仍維持單獨合環運行時的三相電流不平衡現象,電壓正常。鑒於安公甲乙線均在合環運行時零序電流過大,導致線路無法正常投入運行,因此將安公甲乙線斷開轉冷備用狀態。

寶安 500 kV 站點的 220 kV 母線為三相對稱的強電源,奮進站負荷可以近似認為三相對稱。對公明站安公甲乙線的帶負荷測試和開關迴路電阻測試顯示結果均合格。因此,現場測試排除因開關連線不良引起的不平衡和公明站電源/負荷不對稱的情況。初步理論分析表明:由於安奮線桿塔結構的限制,改造形成的安奮—安公同桿 4 回線路導線間距較小,導線之間電磁和靜電耦合較強,可能使線路參數的不對稱加大;公明站仍有出端與其他線路
連線,安公雙回投產後使所在 220 kV 片網形成環網結構,環網運行的影響可能使線路的不平衡電流增大。

不平衡影響因素分析

電力系統中通常以零序靜電不平衡度和負序靜電不平衡度衡量三相電量的不平衡性。根據線路後備保護配置特點,研究採用靜電不平衡度作為衡量指標,以零序和負序電流不平衡度為例,其定義如下:m=I/ I,m =I/ I,其中 I,I,I分別為線路的零序、正序和負序電流。

超高壓輸電線路採取不換位架設時,導線相序排列方式、導線間距離是影響線路參數不平衡的主要因素。處於環網運行時,還包括鄰近線路運行情況的影響。

研究結論

同桿多回線路架設方式在國內尚處在初始階段,今後會有越來越多的需求。研究以深圳某同桿4回線出現嚴重三相不平衡電流現象為切入點,利用EMTDC搭建同塔(桿)多回線路分相電氣參數仿真平台進行分析。研究結論為同桿多回線路設計、運行和改造提供有實用價值的建議:

1)同桿多回線導線之間電磁和靜電耦合較強,從降低不平衡度的角度設計時應適當加大線路之間距離,從運行的角度,多回線路上潮流差異不宜過大。

2)相序調整可有效降低同桿 4 回線路不平衡電流,從最佳化運行的角度建議同桿多回線路採用逆相序排列方式。

3)調整環網內鄰近線路相序也有助於降低同桿多回線路不平衡電流。

4)同桿多回線路在環網內運行時,尤其是各回線路間潮流差異過大時,不平衡電流可能急劇增大 ,可考慮將其開環運行。

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