基于“場”和“路”結(jié)合的500 kV MOA帶電測量相間干擾研究分析

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

近年來，已有不少專家、學(xué)者針對MOA相間干擾做了大量的研究[1-8]，其中文獻(xiàn)[8]基于模擬電荷法提出了相間耦合電流的簡化模型，并應(yīng)用部分電容法計(jì)算不同電壓等級下的相間耦合電流。模擬電荷法的使用是在所研究的場域邊界外的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，用虛設(shè)的較簡單的電荷分布來代替實(shí)際邊界上復(fù)雜的電荷分布，其效果滿足原邊界條件，所以模擬電荷法的優(yōu)點(diǎn)在于方法簡單、實(shí)用性強(qiáng)[9]。但是，模擬電荷法僅適用于無界的且介質(zhì)種類較少以及電極形狀比較簡單的電場問題。然而MOA存在多種介質(zhì)且介質(zhì)分界面處形狀又比較復(fù)雜，模擬電荷法就顯出其局限性了[10-12]。

下面針對上述模擬電荷法的局限性，提出了一種“場”和“路”相結(jié)合的方法。運(yùn)用ANSYS和EMTP聯(lián)合仿真來計(jì)算MOA相間干擾，先采用能較精確處理多介質(zhì)分布問題的有限元法來計(jì)算MOA雜散電容和相間耦合電容，再結(jié)合“路”的方法計(jì)算相間干擾電流，并與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

1 分布電容計(jì)算

1.1 有限元模型建立

應(yīng)用美國ANSYS公司的電磁場有限元分析軟件Maxwell 3D從“場”的角度計(jì)算出MOA相間干擾時(shí)的耦合電容值和雜散電容值。針對最普遍的“一”字排列500 kV電壓等級Y20W5-444/1063W型MOA，建立了三維有限元模型如圖1所示。模型由三節(jié)單元組成(忽略傘群)，節(jié)與節(jié)之間用金屬法蘭相連接，頂部有均壓環(huán)罩入，底部由金屬底座支撐。

計(jì)算模型中共存在6種介質(zhì)，MOA各介質(zhì)的相對介電常數(shù)如表1所示。

表1 各介質(zhì)的相對介電常數(shù)

(a)獨(dú)立模型 (b)干撓模型圖1 三維有限元模型

1.2 有限元法仿真計(jì)算電容值

分別給圖1(a)的1到4號導(dǎo)體上施加編號為V1到V4的電壓，給圖1(b)的1到8號導(dǎo)體上施加編號為V1到V8的電壓。則通過軟件計(jì)算可得到相應(yīng)的電容值如表2、表3所示。

表2 獨(dú)立MOA電容值 單位：pF

表3 干擾時(shí)耦合電容值 單位：為pF

2 計(jì)算持續(xù)電流

運(yùn)用電力系統(tǒng)和電子線路仿真軟件EMTP的ATP程序搭建起相應(yīng)的“路”模型，計(jì)算出相間干擾時(shí)的持續(xù)電流值，由于A相和C相距離較大，分布電容對泄漏電流的影響較小，故可以忽略A相和C相之間的干擾影響情況。

2.1 A相干擾情況分析

500 kV的MOA每節(jié)單元有54塊電阻片，在正常運(yùn)行時(shí)，MOA流過的電流處于小電流區(qū)，電阻片的電阻可以認(rèn)為是固定值，為4400 kΩ。所以，考慮雜散電容后，每相MOA的簡化模型如圖2所示。

圖2 A相MOA考慮雜散電容簡化模型

圖3 未考慮相間干擾時(shí)，A相MOA的持續(xù)運(yùn)行電壓、電流波形

圖4 B相對A相干擾的電路模型

考慮相鄰B相MOA對A相的干擾后，其電路模型如圖4所示。圖4中Ch1—Ch4、Cu1—Cu4、Cd1—Cd4、Cl1—Cl4分別為B相MOA的5、6、7、8號導(dǎo)體對A相MOA的1、2、3、4號導(dǎo)體的耦合電容，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 B相干擾時(shí)，A相電壓、電流波形

對比圖3和圖5的計(jì)算結(jié)果可以看出，由于B相MOA的干擾，使得A相MOA的持續(xù)電流從1.775 mA減小到了1.681 mA，電流超前電壓的相位角從74.88°減小到了69.84°，減小了5.04°，然而電流的阻性分量卻從0.463 mA增加到0.580 mA，增加了25.27%。

2.2 C相干擾情況分析

同理，只需把上述圖2和圖4中的正弦電壓UA換成C相持續(xù)運(yùn)行電壓就可以求出關(guān)于C相的干擾情況， 如圖6所示。

圖6 B相MOA干擾時(shí)，C相的持續(xù)運(yùn)行電壓、電流波形

可以看出，由于B相MOA的干擾，使得C相MOA的持續(xù)電流從1.775mA減小到了1.613 mA，電流超前電壓的相位角從74.88°增大到了78.3°，增加了3.42°，然而電流的阻性分量卻從0.463 mA減小到0.327 mA，減小了29.37%。

2.3 B相干擾情況分析

由于對稱原理，可以認(rèn)為A、C兩相的MOA對B相的干擾使得B相MOA的電流值有所減小，但相位角幾乎沒有變化，即全電流為1.598 mA，阻性電流為0.417 mA。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

由上節(jié)分析可得到Y(jié)20W5-444/1063W型MOA在正常運(yùn)行狀態(tài)下的仿真數(shù)據(jù)，如表4所示。

表4 Y20W5-444/1063W型MOA

在相同的被試環(huán)境下，可得到該型MOA在正常運(yùn)行狀態(tài)下的阻性電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 Y20W5-444/1063W型MOA

從表5可以知道，A、C相全電流基波值相等且略大于B相，阻性電流基波分量C、B、A三相呈遞增分布。可見現(xiàn)場測試的環(huán)境對測量影響很大。

把表4的仿真數(shù)據(jù)和表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比可以看出：

2)仿真數(shù)據(jù)的角度偏差為：A相偏差了5.04°，B相幾乎無偏差，C相偏差了3.42°，這完全符合理論推導(dǎo)3°～5°的偏差。然而，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差卻為：A相偏差了5.95°，B相認(rèn)為無偏差，C相偏差了6.43°。

3)仿真數(shù)據(jù)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏小。出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)椋孩俜抡嬷兄豢紤]了基波，即認(rèn)為電壓中不會有諧波干擾，而實(shí)際現(xiàn)場測量中，電壓會受到諧波干擾，從而數(shù)值會比仿真數(shù)值大；②仿真中忽略了避雷器傘群的影響，從而忽略了傘群對耦合電容的影響，這會使得耦合電容值變大，從而仿真數(shù)值有所偏小；③現(xiàn)場試驗(yàn)測試時(shí)，避雷器表面有污垢，測試時(shí)的天氣狀況等因素會使得測試數(shù)據(jù)有所偏大；④避雷器長期運(yùn)行，電阻片會有所老化，從而測試數(shù)據(jù)也會比仿真數(shù)據(jù)偏大；⑤測試設(shè)備本身也有誤差，可能使得測試數(shù)據(jù)偏大。

4 結(jié) 語