1　引言
　　我国第一条500kV紧凑型线路，昌平－房山线路已于1999年11月投入运行。在此之前尽管安定至廊坊220kV紧凑型线路已投产近5年，但该线路毕竟仅30km，且因紧凑型线路较大的充电功率，500kV较220kV线路带来的系统问题要严重得多，为此有必要对500kV昌房紧凑型线路的运行特性进行计算分析。
2　线路参数与比较分析
2．1　紧凑型线路参数
　　昌平—房山500kV紧凑型线路全长85km，全线三相不换位，导线按等边三角形排列，导体在塔头上的布置及典型塔型参数如图1所示。

图1　塔头导体布置示意图

　　导线采用6根LGJ－240／30型钢芯铝绞线，均匀排列在直径为750mm的圆周上，两根地线均为GJ－70型钢绞线，平均气温时导线和地线的弧垂分别为12．75m和9．25m，地线采用分段绝缘一点接地方式。
　　由EMTP计算的工频相参数和序参数分别列于表1和表2（大地电阻率取250Ωm ）。

　　由于昌房紧凑型线路三相对地并非完全对称，序网间尚有微弱的耦合，序网耦合电容在50pF／km以下；序网耦合工频感抗在0．3mΩ／km以下，正负序耦合工频感抗在2μΩ／km以下。
2．2　常规线路参数
　　选作对比的常规线路导线为4×LGJ－400／35水平排列，相间距离12．3m，裂相间距0．45m，导线对地平均高度19m；地线2×GJ－70对地平均高度为29m，间距21m，分段绝缘一点接地。该线路的相、序参数计算值分别见表1和表2。

表1　紧凑型和常规线路相参数表　　

　
　　常规线路三相不对称，序网间存在耦合，序网耦合电容在1 nF／km以下；序网耦合工频感抗在26 mΩ／km以下。
2．3　线路参数比较
　　若线路三相对称，其序参数是完全解耦的，因此，分析线路序间耦合参数可以了解线路的对称情况。经计算比较可得如下结论：

    （1）紧凑型线路的序间最大耦合参数对其正序参数的标么值在1．39‰至2． 957 ‰之间，正负序耦合阻抗更小，为0．011‰，可以忽略不计；
　　（2）常规线路序间最大耦合参数对其正序参数的标么值在2．95％至10．51％之间，可见，上述常规线路的不对称度是不容忽视的，当线路达到一定的长度后，须采取换位措施；
　　（3）紧凑型线路的序间耦合参数，无论是有名值还是对其正序参数的标么值，均在常规线路的9％以下。因此，如果说常规线路在100 km以内可以不换位的话，正三角形排列的紧凑型线路基本上可以不换位。
　　表2给出了紧凑型和常规线路的单位长度参数比较。由表可见，与常规线路相比，紧凑型线路的正序电抗减小到73．1％，正序电容增加了32．5％，波阻抗减小到74．4％，自然功率提高了34．4％。
　　紧凑型线路的零正序电抗之比为6．07，常规线路为4．13；紧凑型线路的正序电容与相间电容的比为5．00，常规线路为8．64。
　　紧凑型线路因其截面较常规线路小，传播衰耗较大，两种线路的传播单位相移系数基本相同，紧凑型线路略小。
3　运行特性分析
3．1　不换位线路对系统电量不平衡的影响分析

　　昌房线路采用集中电阻的不换位三相耦合电路模型，用波阻抗、传播速度和转换矩阵表示，其它线路采用连续换位的对称模型，用正序和零序参数表示，采用EMTP程序对简化后的华北电网进行了多种运行方式的三相潮流计算分析，主要结论如下：
　　因昌房线不换位引起相邻母线的三相相电压不平衡量不到其平均电压的0．01 ‰，负序或零序电压不到其正序电压的0．02‰，因此可以忽略不计。
　　若昌房线采用不换位的常规500 kV线路，则与之相邻的500 kV母线的三相电压不平衡量将达到0．464‰至2．495‰，负序电压达到正序电压的0．449‰至2．034‰，零序电压达到其正序电压的0．128‰至0．612‰，与紧凑型线路相比要严重得多。
　　由昌房500 kV紧凑型线路不换位引起的系统各支路电流和有功潮流不平衡量均不超过其三相平均值的0．4‰，无功潮流不超过其三相平均值的1‰，负序或零序电流不足其正序电流的0．2‰。
　　昌房采用常规线路引起系统其他支路中的电流和有功不平衡量达到其三相平均值的11‰，负序或零序电流不到其正序电流的6‰；而昌房线路本身的电流和有功不平衡量达到其三相平均值的26‰，负序电流达到其正序电流的33‰，零序电流达到其正序电流的7‰，较紧凑型线路大得多，当线路较长时这种情况是不容忽视的。
3．2　线路输出无功
　　图2给出了每100km线路在525kV电压时的输出无功与线路传输功率的关系，潮流为0的无功即为线路充电功率，对紧凑型和常规线路分别为153．1Mvar／100km和115．6Mvar／100km；无功输出为0的潮流即为线路的自然功率，对紧凑型和常规线路分别为1443．8MW和1074．3MW。

图2　线路输出无功与其潮流的关系

　　由图2可见，当传输相同的功率时，与常规线路比较，紧凑型线路输出的无功功率较多（低自然功率时），或者需要的无功补偿较少（超自然功率时），随着线路传输功率的增加，紧凑型线路需要的无功补偿量显著地减少。
3．3　线路的功角损失
　　由表2可见，紧凑型和常规线路每100km的传播相移系数分别为6．069°和6．162°，基本相当，且紧凑型线路略小。这就是说，相同长度线路上传输线路自然功率时的功角损失基本相当，由于紧凑型线路的自然功率较常规线路高约34． 4 ％，因此，当同长度的线路上传输同功率时，常规线路的功角损失将较紧凑型线路大34．4％。由于功角损失在一定程度上反映了线路维持系统稳定的能力，因此，紧凑型线路的系统稳定能力将高于常规线路。
3．4　紧凑型线路的工频过电压
　　根据长线路的传输方程，当线路末端开路时，其末端电压V可由下式计算求得：

　　V＝V_首端／cosα（1）

式中　α为线路的传播相移系数与线路长度的乘积，由于紧凑型线路较常规线路的传播相移系数略低，由上式可见，同长度的两种线路的三相甩负荷工频过电压水平基本相当，而且紧凑型线路略低。实际的昌房线路多种方式计算结果同样支持这一结论。

　　昌房线路多种方式的工频过电压计算表明，对于单相接地故障过电压，紧凑型线路较常规线路约高4．4％，这是因为紧凑型线路的零序电抗与正序电抗之比为6．07，而常规线路为4．13。
　　由于紧凑型线路的电容参数增加，但电抗参数减小，无故障甩负荷过电压与常规线路相当，因其零序电抗相对较大，使得对紧凑型线路的单相接地故障过电压倍数的研究更有意义。
3．5　紧凑型线路的潜供电流与恢复电压

　　昌房线多种运行方式计算表明，无论是紧凑型线路还是常规线路，B相（中相）故障时的潜供电流和恢复电压均高于A相（边相）故障时的数值，常规线路几乎高出20％以上，而紧凑型线路因其有较好的对称性而相差不大；紧凑型线路的潜供电流和恢复电压均较常规线路高，对B相故障时的数值来说，紧凑型线路的潜供电流和恢复电压分别是常规线路的1．85和1．55倍左右。
　　无高抗时，昌房紧凑型线路的潜供电流和恢复电压最大值分别为29．5A和77．7kV，当采用常规线路时，分别为15．5A和48．5kV。
　　当昌房线路的昌平侧装设3×40Mvar高电抗，并在其中性点设1000～2300Ω的小电抗时，潜供电流和恢复电压分别可降低到8A和135kV以下。
3．6　紧凑型线路并联高抗中性点小电抗

据X_cab＝X_等值＝X_pX_p／X_n＋3X_p，则有　　

X_n＝X_pX_p／（X_cab－3X_p）＝X_p／（KK_c－3）（2）

式中　X_cab为ab相间电容的工频电抗；X_p为并联电抗的工频电抗；X_n为中性点小电抗工频电抗；K_c＝X_c1／X_p为线路高抗补偿度；X_c1为线路正序电容的工频电抗；K＝X_cab／X_c1为相间与正序容抗之比；对于选用的常规线路K为8．6，通常取9，对于紧凑型线路K为5．0。故紧凑型线路的并联电抗器中性点小电抗应按下式近似计算：

X_n＝X_p／（5K_c－3）（3）

　　由此可见，通常使用的中性点小电抗计算公式X_p／（9K_c－3）对紧凑型线路显然是不适用的。对相同补偿度的500kV线路来说，紧凑型线路并联电抗器中性点小电抗阻值较常规线路的要高得多。
4　送电能力计算分析

4．1　昌房线路稳定计算

　　采用BPA稳定计算程序，发电机采用E^′_q恒定模型，负荷采用70％恒定功率、30％恒定阻抗模型，对昌房线路稳定问题进行了计算。计算时采用的数据是华北系统1998年的电网数据。对昌房线路上发生三相短路故障，0．1s切除故障线路时系统稳定情况进行了校核计算。计算结果表明，电网机组间最大摆角在95°以下；对昌平和房山侧的断路器单相失灵时系统稳定情况也进行了校验，0．1s切开故障线路的非失灵断路器，0．4s断开与失灵断路器相关的线路。计算结果表明，各发电机的最大摆角在180°以内，系统稳定水平较高。
4．2　紧凑型线路的送电能力
　　为了考察紧凑型线路的送电能力，并与常规线路进行比较，在华北规划网络中选择一500km双回远距离500kV输电系统（距电厂200km处设开关站）作为例子，研究紧凑型线路的送电能力。
　　对紧凑型和常规型线路高抗的配置及开机情况如下：
　　对于紧凑型线路，电厂－开关站线路两端各配一组150Mvar高抗；开关站－系统线路两端各配一组200Mvar高抗。电厂开机4×600MW。
　　对于常规线路，电厂－开关站线路两端各配一组120Mvar高抗，开关站－系统线路两端各配一组150Mvar高抗。电厂开机3×600MW。
　　在同一网络上对上述两种送电方案，计算了三相短路故障，0．1s切除故障线路的稳定极限，紧凑型和常规型线路的送电极限分别为2050MW和1450MW。
　　从上述实例的稳定计算可见，500km的双回500kV紧凑型线路向较强的受端系统送电，并在线路的中部设开关站，其送电能力为2000MW左右，比常规线路送电能力约1500MW提高了35％到40％，对于实际的算例提高了41％。这充分说明了紧凑型线路的优越性。

5　结论
　　（1）昌房紧凑型线路的正序工频阻抗为0．01981＋j0．2015Ω／km，电容为17．684nF／km，波阻抗191Ω，500kV时的自然功率为1310MW，零序电抗是正序电抗的6．1倍。
　　（2）正三角形排列的紧凑型线路基本可以不换位，由此引起的系统不平衡度可以忽略不计。
　　（3）与常规线路比较，在传输功率相同情况下，紧凑型线路输出的无功功率较多，随着传输功率的增加，紧凑型线路需要的无功补偿会显著地减少。
　　（4）紧凑型线路无故障甩负荷过电压与常规线路相当，单相接地故障甩负荷过电压更值得研究。
　　（5）紧凑型线路的潜供电流与恢复电压较常规线路要高得多，但通过线路高压并联电抗器，并在其中性点加装小电抗后可以得到有效限制。
　　（6）紧凑型线路的正序与相间电容的比约为5，高抗中性点小电抗可按X_p／（5K_c－3）选择。
　　（7）500km双回500kV紧凑型线路（中间设开关站）的送电极限在2000MW左右，而常规线路约为1450MW，紧凑型线路提高了约40％。