新型四相架空輸電線路研究

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1、新型四相架空輸電線路研究(2008-08-0709:31:58)轉(zhuǎn)載▼標(biāo)簽：桿塔輸電線路零序電抗四相輸電技術(shù)文化摘要：多相輸電方式能夠提高輸電線路的輸送容量，節(jié)省架線走廊，已受到國(guó)外電力研究者的重視。本文提出了四相輸電這種新型的輸電方式，討論了它與傳統(tǒng)的三和及多和輸電方式比較所具有的優(yōu)越性，希望能引起有關(guān)方面的關(guān)注。關(guān)鍵詞：多和輸電四和輸電架空線路自然功率桿塔結(jié)構(gòu)］弓I言相對(duì)于傳統(tǒng)的三相輸電方式而言，多于三相的輸電方式可以稱之為多相輸電。多相輸電的研究與工業(yè)試運(yùn)行，在美國(guó)及其它一些國(guó)家進(jìn)行了二十多年，并取得

2、了很有吸引力的結(jié)果［1］O多相輸電線路與三相輸電線路相比具有許多潛在的優(yōu)勢(shì)，它具有較低的相間電壓，輕巧的桿塔結(jié)構(gòu)，較窄的架線走廊，大的輸送能力，易于與三相現(xiàn)有系統(tǒng)協(xié)調(diào)、兼容運(yùn)行，對(duì)高壓斷路器觸頭斷流容量的要求較低等［1］。另外，多相系統(tǒng)具有對(duì)角相，各相奇次諧波電流之和為零，還可以抑制諧波電流對(duì)通信的干擾?，F(xiàn)有的多相輸電方式的研究，限于相數(shù)為3的倍數(shù)相，如6、12、24相等，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)三相與3的倍數(shù)相Z間的多相變換很容易通過(guò)改變?nèi)妥儔浩鞯慕泳€方式得到。但是，為了避免多和輸電線路復(fù)雜的換位，必須將多相線路的各相

3、導(dǎo)線排列成正多邊形，這使得六和及以上多相導(dǎo)線的懸掛困難，桿塔結(jié)構(gòu)復(fù)朵，線路造價(jià)上升；隨著線路相數(shù)的增加，多相輸電線路的故障組合類型迅速增加，這使故障的分析計(jì)算、繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)及整定增加了難度；多相輸電系統(tǒng)中的斷路器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，和間過(guò)電壓倍數(shù)較高。由于上述缺點(diǎn)，六和及以上多相輸電方式?jīng)]有得到推廣應(yīng)用。事實(shí)上，四相輸電系統(tǒng)是最接近于三相的多相系統(tǒng)，它既具有以上多相輸電方式的優(yōu)點(diǎn)，乂克服了多相輸電所存在的缺點(diǎn)。近幾年，我們?cè)谘芯侩姎饣F路牽引平衡變壓器的基礎(chǔ)上，提出了一種三相變四相的新型屯力變壓器［2］。據(jù)此，

4、本文首次提出四相輸電這種新穎的輸屯方式，并對(duì)這種輸電方式的線路參數(shù)、傳輸功率、桿塔結(jié)構(gòu)及不對(duì)稱故障情況下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析研究，希望能引起電力行業(yè)齊設(shè)計(jì)、運(yùn)行、科研及管理部門的關(guān)注。2四相輸電系統(tǒng)的特性分析2.1四相線路的電暈臨界電壓及參數(shù)分析多相線路的相鄰相間電壓Up-p與相對(duì)地電壓Up-gZ間的比值為Up-p/Up-g二2sin(n/N)式中N——相數(shù)當(dāng)N二3時(shí)，比值為；當(dāng)N二4時(shí)，比值為。常規(guī)輸電線路相間距離主要取決于空氣的耐電強(qiáng)度，由于相間電壓減小，對(duì)相間絕緣的要求降低，從而使得相間距離減

5、小，線路變得緊湊。考慮架空輸電線路四相導(dǎo)線均勻分布在以半徑為r的圓上，如圖1所示。下面僅用空間電磁場(chǎng)分布的物理概念，分析輸屯線路參數(shù)計(jì)算時(shí)對(duì)應(yīng)的相間幾何均距，以便很方便直觀地推廣到四相導(dǎo)線任意排列并換位的四相輸電線路的參數(shù)的計(jì)算之中。圖1四相導(dǎo)線均勻分布在半徑為r的圓上Fig.1Four-phaseconductorsarrangedaroundthecirclewithradiusruniformly設(shè)四相導(dǎo)線所帶的電荷分別為qa、qb、qc、qd,考慮在四相對(duì)稱的條件下有qa二-qc、qb二-qd。在圖

6、1屮，線段相互垂直并平分，則電荷qa、qc在b、d點(diǎn)產(chǎn)生的電位為零，即b、d點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度僅由qb、qd決主。同理，a>c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度僅由qa、qc決定。所以計(jì)算輸屯線路每相電容與屯暈臨界電壓的相間幾何均距為Dm=Dac=Dbd=2r[4]。同樣設(shè)卩L

7、相線路電流分別為ia、ib、ic、id,考慮在四相對(duì)稱的條件下有ia二-ic、ib=-id,線路a相與c相構(gòu)成一個(gè)回路，線路b相與d相構(gòu)成另一個(gè)回路，并且兩個(gè)回路在屮心線正交，則二者沒(méi)有互感耦合。所以，計(jì)算a相與c相線路電感的相間兒何均距為Dac,引算b相與d相

8、線路電感的相間兒何均距為Dbd,即Dm=Dac=Dbd=2r[4]。以上分析表明，各相導(dǎo)線均勻分布在圓上的四相輸電線路的相間幾何均距為圓半徑的2倍。眾所周知，各相導(dǎo)線均勻分布在圓上的三相輸電線路的相間幾何均距為圓半徑的3倍。如果維持四和輸電線路與三相輸電線路的相間幾何均距不變，即二者的每相參數(shù)與電暈臨界電壓不變，則四相輸電線路所占據(jù)的空間半徑反而減小到三相的/2倍。從本質(zhì)上看，四相輸電線路的空間電磁場(chǎng)分布更加均勻，這樣，便可以大大提高四相輸電線路輸送功率的密度。2.2四相輸電線路的傳輸功率輸電線路的自然功率

9、表達(dá)式為[4]Sn二Pn二NU2N/ZC式屮UN——輸屯線路的相對(duì)地額定屯壓zc——線路的波阻抗N——相數(shù)當(dāng)相數(shù)由3相增加到4相時(shí)，在波阻抗不變的條件下，自然功率增大到原來(lái)的1.333倍。例如，一凹三相330/190kV線路與一回四相269/190kV線路，導(dǎo)線均勻布置在半徑分別為的圓上，使用2XLGJ-300/50分裂導(dǎo)線，分裂間距0.4m,如圖2所示圖2三相與四相架空線路分布在半徑分別為5.5m與4.76m的