220kV同塔雙回輸電線路感應(yīng)電壓、電流的研究

【摘 要】為了緩解輸電線路走廊資源緊缺與電力輸送能力不足之間的矛盾，韶關(guān)地區(qū)逐步開始建設(shè)同塔雙回輸電線路。針對(duì)同塔雙回線路對(duì)接地開關(guān)的設(shè)計(jì)選型有較大的影響問題，應(yīng)用電磁暫態(tài)程序（EMTP）計(jì)算韶關(guān)地區(qū)某條220kV同塔雙回路線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，為同塔雙回線路的設(shè)備設(shè)計(jì)選型提供參考。

【關(guān)鍵詞】同塔雙回線路；感應(yīng)電壓；感應(yīng)電流；EMTP

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，220kV及以上電壓等級(jí)輸變電系統(tǒng)在廣東地區(qū)的發(fā)展越來越迅速。隨著大型電站的建設(shè)，高壓輸電線路出線日趨密集，由于人口稠密區(qū)、森林保護(hù)區(qū)等對(duì)線行的限制，可以使用的線行越來越少。為解決輸電線路走廊越來越緊張的問題，新建的220kV及以上電壓等級(jí)輸電線路將盡量采用同塔雙回輸電線路。

同塔雙回路即是將兩回線路同塔架設(shè)，可以有效減小線路走廊及建設(shè)費(fèi)用，滿足大容量輸電要求。目前，廣東省甚至全國(guó)范圍內(nèi)同塔雙回線路已經(jīng)越來越多，在目前走廊資源緊張的背景下，同塔雙回線路已經(jīng)成為了我國(guó)高壓線路發(fā)展的一種趨勢(shì)。

但是，同塔雙回交流線路節(jié)省了線路走廊的同時(shí)也帶來了一個(gè)問題：雙回線路同塔架設(shè)使導(dǎo)線間的距離很近，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間均存在較強(qiáng)的電磁耦合和靜電耦合。對(duì)于同塔雙回交流線路，當(dāng)一回線路停運(yùn)時(shí)，由于停運(yùn)線路和運(yùn)行線路之間存在電磁耦合和靜電耦合，在停運(yùn)線路上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，對(duì)于較高電壓等級(jí)的同塔雙回交流線路，感應(yīng)電壓甚至?xí)哌_(dá)幾十千伏。為保證停運(yùn)線路上工作人員的安全作業(yè)，避免事故發(fā)生，研究停運(yùn)線路上的感應(yīng)電壓具有重要的意義[1]。

在同塔雙回交流線路中接地開關(guān)是必不可少的設(shè)備，因?yàn)楫?dāng)雙回輸電線路中一回帶電運(yùn)行，另一回停運(yùn)接地檢修時(shí)，停運(yùn)線路將會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，當(dāng)停運(yùn)線路檢修完畢重新投入運(yùn)行時(shí)，其接地開關(guān)必須切斷這些感應(yīng)電流[2]。

因此，計(jì)算220kV及以上電壓等級(jí)同塔雙回輸電線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，并據(jù)此提出接地開關(guān)的選型條件，對(duì)整個(gè)220kV及以上電壓等級(jí)同塔雙回輸電線路的設(shè)計(jì)及安全、可靠運(yùn)行具有重要和現(xiàn)實(shí)的意義。

1 原理分析

感應(yīng)電壓分為靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓。根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知當(dāng)把導(dǎo)體放于外電場(chǎng)中時(shí)，該導(dǎo)體會(huì)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(chǎng)，停運(yùn)導(dǎo)線上即可感應(yīng)出一定的對(duì)地電位。

根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象可知，對(duì)于同塔并架雙回線路一回正常運(yùn)行而另一回停運(yùn)，當(dāng)運(yùn)行導(dǎo)線中流過交流電流時(shí)，在其周圍將產(chǎn)生一個(gè)交變的電磁場(chǎng)，停運(yùn)線路與其交鏈，因此會(huì)在停運(yùn)線路上感應(yīng)出一個(gè)沿導(dǎo)線方向分布的縱電勢(shì)，且根據(jù)停運(yùn)導(dǎo)線對(duì)地絕緣程度的不同而對(duì)應(yīng)于不同的對(duì)地電位。這種由于停運(yùn)導(dǎo)線與運(yùn)行導(dǎo)線之間的磁耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大小決定于電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)弱、運(yùn)行導(dǎo)線和停運(yùn)導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)，以及導(dǎo)線的對(duì)地絕緣程度。所以當(dāng)帶電導(dǎo)線流過故障電流時(shí)，停運(yùn)導(dǎo)線上的磁感應(yīng)電壓較為突出[1]。

根據(jù)停運(yùn)線路和接地開關(guān)的狀態(tài)，停運(yùn)線路共有4種感應(yīng)參數(shù)：靜電感應(yīng)電壓Us、靜電感應(yīng)電流Is、電磁感應(yīng)電壓Ue和電磁感應(yīng)電流Ie[2]。

對(duì)于同塔雙回交流輸電線路，當(dāng)一回線路停運(yùn)檢修、另一回線路運(yùn)行時(shí)，由于退出運(yùn)行的線路與運(yùn)行線路各相導(dǎo)線距離并不相等，因此二者的互感存在差異，在停運(yùn)導(dǎo)線上將產(chǎn)生一個(gè)縱向電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)停運(yùn)導(dǎo)線接地時(shí)，縱向電動(dòng)勢(shì)將產(chǎn)生電磁感應(yīng)電流。與此類似，由于靜電效應(yīng)，運(yùn)行線路將在停運(yùn)導(dǎo)線上激勵(lì)出靜電感應(yīng)電壓，當(dāng)停運(yùn)導(dǎo)線接地時(shí)，將產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流。感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的計(jì)算可分為理論公式法和計(jì)算機(jī)模型仿真法。

2 計(jì)算模型

變電站接地網(wǎng)的電阻取0.5Ω，運(yùn)行線路輸送容量400MVA，功率因數(shù)0.95，線路長(zhǎng)度30km，土壤電阻率500Ω·m。線路均不換位，未加裝高抗，計(jì)算結(jié)果均為穩(wěn)態(tài)值。

3 理論公式法

對(duì)停運(yùn)線路，當(dāng)線路兩端接地開關(guān)不接地時(shí)，停運(yùn)導(dǎo)線上的電流IA=IB=IC=0，由此可計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上的靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓；當(dāng)停運(yùn)線路兩端接地開關(guān)接地時(shí)，停運(yùn)導(dǎo)線上的電壓UA=UB=UC=0，由以可計(jì)算出運(yùn)行線路在停運(yùn)線路上的靜電感應(yīng)電流和電磁感應(yīng)電流。

4 計(jì)算機(jī)模型仿真法

5 計(jì)算結(jié)果比較

由上表計(jì)算結(jié)果顯示，理論計(jì)算值與軟件仿真計(jì)算值基本吻合。

6 結(jié)論

6.1 影響因素

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)于同塔雙回交流線路上的感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流，主要有以下影響因素[6]：

靜電感應(yīng)電流Is：取決于帶電線路的電壓高低，與帶電線路的耦合因數(shù)（耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定）以及接地線路的接地端和開路端的長(zhǎng)度；

靜電感應(yīng)電壓Us：取決于取決于帶電線路的電壓高低和帶電線路的耦合因數(shù)，耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定；

電磁感應(yīng)電流Ie：取決于帶電線路中的電流大小和與帶電線路的耦合因數(shù)，耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定；

電磁感應(yīng)電壓Ue：取決于取決于帶電線路中的電流大小，與帶電線路的耦合因數(shù)（耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定）以及與帶電線路鄰近的那部分接地線路的長(zhǎng)度。

6.2 理論計(jì)算與計(jì)算機(jī)仿真的相互驗(yàn)證

本文對(duì)于同塔雙回交流線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流的研究，首先通過理論推導(dǎo)計(jì)算，再用ATP-EMTP軟件仿真，兩種研究方法的結(jié)果相互驗(yàn)證，得出的理論計(jì)算值與軟件仿真計(jì)算值基本吻合，對(duì)相關(guān)的工作研究有一定的參考價(jià)值。

得出的理論計(jì)算以及軟件仿真結(jié)果表明這兩種方法對(duì)于同塔雙回交流線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流的計(jì)算是可行的，但是計(jì)算模型與工程實(shí)際存在部分誤差，如：線路塔形變化、導(dǎo)線對(duì)地高度等參數(shù)在計(jì)算模型中均為平均參數(shù)，建議在工程選型應(yīng)用中保留適當(dāng)?shù)脑６取?/p>

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙華，阮江軍，黃道春，等.同塔并架雙回輸電線路感應(yīng)電壓的計(jì)算[J].繼電器，2005，33（1）：37-40.

[2]歐小波，韓彥華，呂亮，等.750kV同塔雙回輸電線路中感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的研究以及接地開關(guān)的選取[J].陜西電力，2011，39（1）：22-27.

[3]麻敏華，汪晶毅.500kV/220kV混壓同塔四回路感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的研究[J].廣東電力，2012，3（14）：30-35.

[4]DOMMEL W H.李永莊，譯.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算理論[M].北京：水利電力出版社，1991.

[5]馬仁明，黃安利.ATP—EMTP程序使用說明[M].武漢：武漢高壓研究所，1991.

[6]DL/T 486-2010 高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]