同桿雙回輸電線路感應(yīng)電壓電流計算分析

嚴(yán)偉佳，華玉良，倪衛(wèi)良，沈 嶸

（蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，線路通道所需的土地成本不斷增加，為有效減少線路通道及建設(shè)費(fèi)用，同桿并架雙回線路甚至是多回線路的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍。如蘇州地區(qū)大部分220kV及以上電壓等級線路都為同桿架設(shè)線路。同桿架設(shè)多回線路將成為我國輸電線路發(fā)展的一種趨勢[1]，但由此帶來的感應(yīng)電壓電流問題也顯得日益突出[2]。因此，本文計算分析運(yùn)行回路在停電檢修線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓電流，為在實(shí)際運(yùn)行中采取相應(yīng)的檢修作業(yè)方式及安全防護(hù)措施提供依據(jù)[3]。

1 感應(yīng)電壓電流概述

感應(yīng)電壓根據(jù)產(chǎn)生原理的不同分靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓[4]。靜電感應(yīng)是當(dāng)導(dǎo)體處于外電場中時，該導(dǎo)體會因電容耦合效應(yīng)而帶上一定的電荷，可知由于停運(yùn)導(dǎo)線與運(yùn)行導(dǎo)線之間存在的電容耦合效應(yīng)，依靠運(yùn)行導(dǎo)線電壓產(chǎn)生的電場，停運(yùn)導(dǎo)線上即可感應(yīng)出一定的對地電位。電磁感應(yīng)電壓是當(dāng)導(dǎo)線流過交流電流時，在其周圍產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)停電線路與其交鏈，則會在停電線路上感應(yīng)出一個縱電勢，沿導(dǎo)線方向分布，當(dāng)停電導(dǎo)線與地形成回路情況下會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁感應(yīng)電流。

2 感應(yīng)電壓電流計算方法

對同桿雙回線路間感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的計算研究，對線路檢修和運(yùn)行是非常必要的。感應(yīng)電壓電流計算已有多篇文獻(xiàn)有過介紹[5-7]，本文以輸電線路電壓電流向量方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了感應(yīng)電壓電流計算公式[8]。

2.1 輸電線路電壓降方程

架空線路電壓降的向量方程形式為

簡寫為

式中：Vi為導(dǎo)線i對地電壓向量；Ii為導(dǎo)線i的電流向量；Zii為導(dǎo)線i與大地形成回路的單位長度串聯(lián)自阻抗；Zik為導(dǎo)線i與導(dǎo)線k間單位長度的互阻抗；x為導(dǎo)線長度。

Zii、Zik可通過卡松（Carson）公式來精確計算，但是其計算較為復(fù)雜，Gary，Deri則提出較為簡單的計算公式，其在工頻范圍內(nèi)有很高的精度。

2.2 輸電線路電壓與電荷方程

交流穩(wěn)態(tài)情況下，線路上電壓與電荷方程為

簡寫為

式中：Vi為導(dǎo)線i對地電壓向量；Ii為導(dǎo)線i的電流向量；Cii為導(dǎo)線i單位長度電容；Cik為導(dǎo)線i與導(dǎo)線k間單位長度互電容；x為導(dǎo)線長度。

2.3 感應(yīng)電壓電流公式推導(dǎo)

式（1）、式（3）完整地描述了多根導(dǎo)線在交流穩(wěn)態(tài)下的性能。現(xiàn)以三相導(dǎo)線（編號1，2，3）對一臨近停運(yùn)導(dǎo)線4的感應(yīng)電壓電流計算為例，推導(dǎo)感應(yīng)電壓電流計算公式。

2.3.1 靜電感應(yīng)電壓計算

導(dǎo)線兩端開路情況，推導(dǎo)導(dǎo)線4靜電感應(yīng)電壓計算公式。式中，黑體字母表示向量。根據(jù)式（3）電流微分方程，I4=0，dI4/dx=0，可得

2.3.2 電磁感應(yīng)電壓電流計算

導(dǎo)線兩端斷開時，推導(dǎo)電磁感應(yīng)電壓電流計算公式。根據(jù)微分方程式（1），其中I4=0，得

設(shè)線路上各點(diǎn)電壓均勻分布，則

導(dǎo)線兩端接地時，接地電阻為Z，電磁感應(yīng)電流為

3 影響感應(yīng)電壓電流因素

從推導(dǎo)出的靜電感應(yīng)電壓公式可以得出影響其大小的因素。靜電感應(yīng)電壓和線路電壓等級成正比；靜電感應(yīng)電壓與架空線線路同相鄰帶電線路之間距離成負(fù)相關(guān)；靜電感應(yīng)電壓和相鄰帶電線路電流無關(guān)；靜電感應(yīng)電壓和同桿架設(shè)線路長度無關(guān)。

從推導(dǎo)出的電磁感應(yīng)電壓電流公式可以得出影響其大小的因素。

電磁感應(yīng)電壓電流和線路負(fù)荷電流成正比；電磁感應(yīng)電壓電流和線路電壓無關(guān)；電磁感應(yīng)電壓電流與架空線線路同相鄰帶電線路之間距離成負(fù)相關(guān)；電磁感應(yīng)電壓和線路同桿架設(shè)長度成正比；全線同桿架設(shè)線路的電磁感應(yīng)電流和線路長度無關(guān)，和線路接地電阻負(fù)相關(guān)；部分線路同桿架設(shè)時，隨著線路非同桿架設(shè)長度的增加，電磁感應(yīng)電流隨之減小。

4 實(shí)例計算及分析

文章對同桿雙回線路500kV 5213/5214蘇車線的感應(yīng)電壓電流進(jìn)行了電磁暫態(tài)仿真計算和現(xiàn)場實(shí)測。500kV蘇車線線路全長73 km，導(dǎo)線型號為4×LGJ630/45，其中全線塔型以其中一直線塔塔型為代表，塔型尺寸如圖1所示。圖1中絕緣子平均長度以5 m計算，導(dǎo)線弧垂平均以10 m計算。其中，5213蘇車線停電檢修，5214蘇車線負(fù)荷電流1300 A。

圖1 塔型尺寸圖

仿真計算采用了電磁暫態(tài)仿真計算程序EMTP，計算線路靜電感應(yīng)電壓電流和電磁感應(yīng)電壓電流，如表1所示。其中，感應(yīng)電壓為線路中端處測得的值。

表1 感應(yīng)電壓電流仿真計算結(jié)果

利用5213/5214蘇車線一回停電檢修的機(jī)會，對其兩端接地后的感應(yīng)電流進(jìn)行了實(shí)測。實(shí)測感應(yīng)電流為上相89.2 A、中相13.4 A、下相88.6 A。

實(shí)測電磁感應(yīng)電流與理論計算感應(yīng)電流相比，有一定的誤差，其主要是由于塔型、弧垂、土壤電阻率等方面造成的，但兩者誤差在6%之內(nèi)，可見仿真計算數(shù)據(jù)還是較為可靠。

靜電感應(yīng)電壓在停電線路兩端開路情況下很大，可達(dá)幾十千伏，但只要一端接地，靜電感應(yīng)電壓立刻大大降低，只有幾十伏。因此通過接地來降低停運(yùn)線路靜電感應(yīng)電壓是十分有效的措施。兩端接地情況產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電流較小，只有數(shù)安培。

電磁感應(yīng)電壓在線路兩端開路情況下可達(dá)近千伏，相比靜電感應(yīng)電壓則小很多；當(dāng)一端接地后，另一端感應(yīng)電壓上升為原來的2倍。而當(dāng)兩端接地形成回路后，電磁感應(yīng)電流可達(dá)近百安培，因此在連接或開斷接地線時，有拉弧放電的可能，所以要特別注意做好絕緣工作。

從理論計算可見停運(yùn)線路兩端開路靜電感應(yīng)電壓和兩端短路電磁感應(yīng)電流數(shù)值較大，在實(shí)際線路運(yùn)行維護(hù)中需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

5 結(jié)束語

文章以輸電線路電壓電流向量方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)了靜電感應(yīng)電壓、電磁感應(yīng)電壓電流的計算公式，并由此得出了影響電磁感應(yīng)電壓電流的因素。對一條500kV實(shí)例線路進(jìn)行了仿真計算，計算結(jié)果與實(shí)測電磁感應(yīng)電流相比誤差不大。通過計算可得兩端開路靜電感應(yīng)電壓和兩端短路電磁感應(yīng)電流數(shù)值較大，在實(shí)際線路運(yùn)行維護(hù)中需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。對于靜電感應(yīng)可以通過加裝接地線來有效降低靜電感應(yīng)電壓；對于電磁感應(yīng)電流，在斷開或接通停運(yùn)回路時，一定要注意絕緣工作。在現(xiàn)場的檢修工作中，可以根據(jù)線路感應(yīng)電壓電流的實(shí)際大小制定相應(yīng)的防感應(yīng)電措施，保障檢修作業(yè)的安全。

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