基于綜合法的含OPGW地線系統短路電流計算

張云鵬， 季 田

（1.國網信陽供電公司，河南信陽464000；2.中國移動河南有限公司，河南鄭州450001）

基于綜合法的含OPGW地線系統短路電流計算

張云鵬1， 季 田2

（1.國網信陽供電公司，河南信陽464000；2.中國移動河南有限公司，河南鄭州450001）

為了完成光纖復合架空地線（OPGW）的故障電流計算，并確保根據計算值選型的電力系統可靠和經濟運行，要選擇合適的計算方法。綜合輸電線路電磁環境、溫度、濕度等自然環境和線路自身參數等因素，搭建了綜合法計算模型。結合雙回架空線路實例，用MATLAB編程仿真的方法對其進行分析計算，從計算速度和計算精度兩方面進行評價，并驗證綜合法計算的可靠性和實際工程意義，為實際工程中采用合適的計算方法提供了一種新選擇。

短路電流；輸電線路；OPGW；MATLAB；綜合法

0 引 言

OPGW是一種兼有通信功能的新型架空地線，從電力系統的安全性和可靠性角度看，應確保通信系統通暢。電力系統嚴重故障時，流經OPGW的電流會比較大，若持續時間足夠長，會導致OPGW不可逆毀壞［1-4］，通信系統癱瘓，因此有必要準確地計算OPGW的選型電流。OPGW短路電流的分布計算沒有統一的標準算法，本文通過MATLAB編程計算，在分流法與網孔法的基礎上提出了綜合法，對其在工程中的實際應用進行了分析，并通過對220 kV雙回同塔架設線路的計算，驗證綜合法的合理性。

1 計算模型

1.1 計算模型原理

圖1為雙地線系統第1基桿塔處A相單相接地故障簡圖，圖中ZOi、ZDi分別為第i檔的OPGW與分流地線的阻抗，Rt為鐵塔接地電阻，R01、R02分別為1、2變電站的接地網電阻。

圖1 地線系統故障原理圖

綜合法結合了分流法和網孔法的特點，線路模型以故障點為界分為等效側和計算側兩部分。綜合法的計算側采用網孔法模型，等效側則采用分流法的理念，將其視為無限長線路，并用阻抗來等效，然后結合計算側，列網孔方程求解。

1.2 等效側模型

如圖1所示，取故障點右側為等效側（此部分桿塔數量至少10基以上）。等效時，假設導線無限長，每檔線路等長，線型不變，桿塔接地電阻不變，則等效側可以看作一個無限級的鏈狀網絡［5］，其等值模型如圖2所示。

圖2 無限級鏈狀網絡等值模型

由于是無限級鏈狀網絡，可以使用極限的觀點解決，則：

由串并聯定律可知：

即：

式中：Zeq為無限級鏈狀網絡的等效阻抗；ZAB為從AB端口向右看的等值阻抗；Z為每一檔線路OPGW和分流地線的并聯阻抗（計及互感）。

1.3 計算側模型

（1）網絡化簡［6］。根據桿塔的數量，把一條普通輸電線路分為若干檔，每一檔為一個網孔，計及兩根地線之間的互感和故障相對地線的感應電動勢，通過化簡，可得單個網孔的等值模型。所有網孔及等效側級聯后得到全線路的等值模型，如圖3所示。

（2）等分法計算短路電流Ik、Ik1、Ik2，其中Ik為故障點短路電流，Ik1、Ik2分別為故障點左右兩側流入故障點的電流。把整條線路6等分或12等分，通過對稱分量法計算相應等分點的故障電流，然后通過曲線擬合［6］獲得短路電流曲線，進而求出各桿塔處的故障電流。

圖3 綜合法模型圖

（3）列方程組求解［7，8］。根據KCL定理，可列出網孔方程組，如式（4）。用“追趕法”算出各網孔的電流，進而求得地線系統中的電流分布。

式中：E1、E2、…、Ei為故障A相對地線系統的感應電動勢。

2 實例計算與分析

某220kV雙回架空線路，全線長24 km，共59基桿塔，其架空地線系統由一根OPGW和一根分流地線構成，全部逐塔接地。故障A相與OPGW、分流地線分別相距6 m、11.5 m。取變電站接地網阻抗為0.5Ω，桿塔接地電阻為10Ω，平均檔距為400 m，第一基桿塔與變電站出口相距20 m，大地等值深度為1 000 m。線路各導線的相關參數如表1所示。

表1 導線相關參數

通過MATLAB編程，分別用分流法、網孔法和綜合法計算地線系統的故障電流分布，結果如表2和圖4、圖5所示。表中，If為單相接地短路電流值；IOPGW為流經OPGW的短路電流；ID為流經分流地線的短路電流。

表2 地線系統電流分布的計算結果 （單位：kA）

圖4 36號桿塔處故障時用網孔法計算的地線各檔電流分布

圖5 36號桿塔處故障時用綜合法計算的地線各檔電流分布

3 結 論

（1）故障點靠近變電站時，單相接地故障電流比較大，OPGW和分流地線的故障電流也比較大；地線系統中的故障電流越靠近故障點值越大。

（2）分流法僅限于計算變電站出口處第1基桿塔故障時，與故障點相鄰的兩檔地線的電流強度，且計算結果大于真實值，較為粗略；網孔法能夠較精確地計算全線故障電流的分布情況，但計算量較大；綜合法較分流法提高了計算精度，較網孔法降低了計算量，且誤差僅下降10%左右，仍在OPGW選型的允許范圍之內。地線系統最大故障電流的故障點在變電站出線附近的幾基桿塔中，采用綜合法能為設備選型提供可靠依據，有較強的工程實用性。

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Short-Circuit Current Calculation of Ground System w ith OPGW Based on Com prehensive M ethod

ZHANG Yun-peng1，JITian2
（1.State Grid Power Company Xinyang，Xinyang 464000，China；2.China Mobile Henan，Zhengzhou 450001，China）

In order to calculate the fault currentof an OPGW line ensuring that the selecting system based on the calculating result reliably and economically operates，it is necessary to choose a suitable calculationmethod.Considering some factors，such as electromagnetic fields of transmission lines，nature temperature and humidity environment，conductor parameters，etc，a comprehensive calculation model is put forward.Themodel is used in the calculating instance of a double-circuit overhead line adopting MATLAB and simulationmethod illustrating that the comprehensive calculation method is reliable，economic and suitable in both aspects of the calculation speed and accuracy in engineering application，and provide a new choose for the selection of appropriatemethods in engineering.

short circuit current；transmission line；OPGW；MATLAB；comprehensivemethod

TM133

A

1672-6901（2014）05-0039-03

2014-02-25

張云鵬（1988-），男，助理工程師.

作者地址：河南信陽市浉河區寶石橋［464000］.