新型四相架空输电线路研究

图3　三相、四相与六相杆塔比较
Fig.3　Comparison of three-phase, four-phase and six-phase poles

由于三相导线不能对称地悬挂在单柱杆塔的两侧，需要采用不对称的单柱杆塔，或者采用对称但复杂的猫头式杆塔。为了避免六相及以上多相线路复杂的换位，同时又保证各相参数平衡，必须将多相导线排列成正多边形，使得线路悬挂困难，而且需要将杆塔改造成Π形结构。显然，四相线路具有偶数相，对称性好，四相导线可以对称地悬挂在单柱杆塔的两侧，杆塔结构简单，节约杆塔材料，四相线路任意排列的换位将另做进一步讨论。
　　根据文献［3］研究，交流中等紧凑型330kV线路可减少占地面积18.9％。本文所述四相输电线路，输送单位容量的占地面积减少38.8％，显然已远远超过了中等紧凑型线路的经济效益，而且克服了紧凑型线路的杆塔和线路结构过于复杂，线路造价上升，以及线路电容明显增大，使补偿设备的投资增加，无功功率的控制复杂化等缺点［3］。
2.4　提高系统的静态稳定与暂态稳定性
　　简单电力系统功-角特性为

式中　U1、U2——输电线路首、末端的相对地电压
　　　X——每相线路的电抗
由于相数增加但维持线路的电抗不变，则四相线路的极限功率也相应地增大到三相的1.333倍，可以提高系统的静态稳定性。当然其代价是增加了一相导线，线路输送的初始功率也应有所增加。
　　当输电线路发生单相故障或两相邻相(以相序为标准)故障时，只要切除单相故障相及与之相邻的另一相或切除两故障相，其余两相可以继续长期正常运行。如果两相线路之间没有互感，则此时与电气化铁路的三相变两相牵引平衡变压器供电系统相似，变压器的三相侧电流仍然是完全对称的［5］，系统如图4所示。这给单相及两相瞬时故障采用的自动重合闸装置时间整定的放宽带来了更大的灵活性，以便消除高压线路潜供电流对故障恢复的影响，可以提高自动重合闸的成功率。

图4　四相输电线路两相邻相运行
Fig.4　Two adjacent phases operation in four phase system

　　与电气化铁路供电系统比较所不同的是，电气化铁路两相系统的一相为上行线，另一相为下行线，两相线路之间没有互感，而输电线路的两相线路之间存在互感，使得三相侧电流的对称性有所破坏，但并不严重。作者将在另文中将对称分量法引入四相系统分析四相输电系统的不对称故障时，将与各序分量对应的输电线路序电抗分别称之为正序电抗、负序电抗、半零序电抗、零序电抗。如果在变压器的四相侧中性点接一补偿电容，使其刚好补偿输电线路的零序电抗与半零序电抗之差值，则两相邻线路运行时，变压器三相侧电流可达到完全对称。此时线路的输送容量为四相运行时的一半，从而大大提高输电系统的暂态稳定性。或者说在永久性短路故障情况下，单回四相线路运行的可靠性，相当于双回三相线路运行的可靠性。也可以在杆塔一侧的两相线路正常运行的同时，对另一侧的两相线路进行电停维护。应当指出，四相线路两相邻相运行时，零序电流较大(三相侧无零序电流)，长期运行必须要采用架空地线。

3　结论
　　(1)四相输电线路的主要优点是：空间电磁场分布更加均匀，能提高线路输送功率密度；增加一相线路，相间电压降低，输送容量提高，线路走廊反而减小，节省投资；输送单位容量减少的占地面积为38.8％，远远优于交流中等紧凑型线路的效果，又不存在紧凑型线路的任何缺点；四相线路是偶数相，对称性好，四相导线可以对称地悬挂在单柱杆塔的两侧，杆塔结构简单；四相线路可以采用两相邻相运行，能提高输电系统的暂态稳定性。四相输电系统的研究与应用对发展我国电力工业具有重大的积极意义，是一个值得开发的领域。
　　(2)四相输电系统研究与应用的关键设备是研究实施性能优良的三相变四相及其逆变换的电力变压器。作者已提出了几种相应的变压器方案，并进行了深入的理论研究，有待进一步实施验证。
　　
刘光晔　男，1960年生，硕士，讲师，主要从事电力系统稳定与控制、新型平衡变压器理论、四相输变电理论等方面研究。
杨以涵　男，教授，博士生导师，主要从事电力分析与控制、配电系统自动化、人工智能在电力系统中的应用等方面研究。
Liu Guangye　received his M.E. degree in 1990 from North China Electric Power University. His main research interrest are electric power transmission, power system stability and balance transformer. Now he is a lecturer of Hunan University.
作者单位：刘光晔(湖南大学　410082)
　　　　　杨以涵(华北电力大学　100085)

参考文献

　[1]　张永立. 多相架空输电线路综论. 电网技术，1995，19(6):23～26
　[2]　周有庆，刘光晔，刘湘涛. 一种Y／〉／-V接线的新型平衡变压器研究. 中国电机工程学报，1998，18(5):364～367
　[3]　郭永基，陈寿孙. 交流紧凑型输电线路应用的研究. 中国电机工程学会1989年电力系统与电网技术年会论文集，北京：中国电机工程学会，1989,11.8～18
　[4]　陈珩. 电力系统稳态分析. 北京：水利电力出版社，1995.
　[5]　刘光晔，周有庆，姚建刚. YN／〉／-V新型平衡变压器阻抗平衡关系的基本理论. 电工技术学报，1999，14(1):31～34

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