基于綜合法的含OPGW地線系統(tǒng)短路電流計(jì)算

張?jiān)迄i， 季 田

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

基于綜合法的含OPGW地線系統(tǒng)短路電流計(jì)算

張?jiān)迄i1， 季 田2

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

為了完成光纖復(fù)合架空地線（OPGW）的故障電流計(jì)算，并確保根據(jù)計(jì)算值選型的電力系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要選擇合適的計(jì)算方法。綜合輸電線路電磁環(huán)境、溫度、濕度等自然環(huán)境和線路自身參數(shù)等因素，搭建了綜合法計(jì)算模型。結(jié)合雙回架空線路實(shí)例，用MATLAB編程仿真的方法對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，從計(jì)算速度和計(jì)算精度兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，并驗(yàn)證綜合法計(jì)算的可靠性和實(shí)際工程意義，為實(shí)際工程中采用合適的計(jì)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(tǒng)的安全性和可靠性角度看，應(yīng)確保通信系統(tǒng)通暢。電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障時(shí)，流經(jīng)OPGW的電流會(huì)比較大，若持續(xù)時(shí)間足夠長，會(huì)導(dǎo)致OPGW不可逆毀壞［1-4］，通信系統(tǒng)癱瘓，因此有必要準(zhǔn)確地計(jì)算OPGW的選型電流。OPGW短路電流的分布計(jì)算沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)算法，本文通過MATLAB編程計(jì)算，在分流法與網(wǎng)孔法的基礎(chǔ)上提出了綜合法，對(duì)其在工程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析，并通過對(duì)220 kV雙回同塔架設(shè)線路的計(jì)算，驗(yàn)證綜合法的合理性。

1 計(jì)算模型

1.1 計(jì)算模型原理

圖1為雙地線系統(tǒng)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(wǎng)電阻。

圖1 地線系統(tǒng)故障原理圖

綜合法結(jié)合了分流法和網(wǎng)孔法的特點(diǎn)，線路模型以故障點(diǎn)為界分為等效側(cè)和計(jì)算側(cè)兩部分。綜合法的計(jì)算側(cè)采用網(wǎng)孔法模型，等效側(cè)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(jié)合計(jì)算側(cè)，列網(wǎng)孔方程求解。

1.2 等效側(cè)模型

如圖1所示，取故障點(diǎn)右側(cè)為等效側(cè)（此部分桿塔數(shù)量至少10基以上）。等效時(shí)，假設(shè)導(dǎo)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(cè)可以看作一個(gè)無限級(jí)的鏈狀網(wǎng)絡(luò)［5］，其等值模型如圖2所示。

圖2 無限級(jí)鏈狀網(wǎng)絡(luò)等值模型

由于是無限級(jí)鏈狀網(wǎng)絡(luò)，可以使用極限的觀點(diǎn)解決，則：

由串并聯(lián)定律可知：

即：

式中：Zeq為無限級(jí)鏈狀網(wǎng)絡(luò)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(lián)阻抗（計(jì)及互感）。

1.3 計(jì)算側(cè)模型

（1）網(wǎng)絡(luò)化簡［6］。根據(jù)桿塔的數(shù)量，把一條普通輸電線路分為若干檔，每一檔為一個(gè)網(wǎng)孔，計(jì)及兩根地線之間的互感和故障相對(duì)地線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過化簡，可得單個(gè)網(wǎng)孔的等值模型。所有網(wǎng)孔及等效側(cè)級(jí)聯(lián)后得到全線路的等值模型，如圖3所示。

（2）等分法計(jì)算短路電流Ik、Ik1、Ik2，其中Ik為故障點(diǎn)短路電流，Ik1、Ik2分別為故障點(diǎn)左右兩側(cè)流入故障點(diǎn)的電流。把整條線路6等分或12等分，通過對(duì)稱分量法計(jì)算相應(yīng)等分點(diǎn)的故障電流，然后通過曲線擬合［6］獲得短路電流曲線，進(jìn)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(jù)KCL定理，可列出網(wǎng)孔方程組，如式（4）。用“追趕法”算出各網(wǎng)孔的電流，進(jìn)而求得地線系統(tǒng)中的電流分布。

式中：E1、E2、…、Ei為故障A相對(duì)地線系統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2 實(shí)例計(jì)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(tǒng)由一根OPGW和一根分流地線構(gòu)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(wǎng)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(dǎo)線的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 導(dǎo)線相關(guān)參數(shù)

通過MATLAB編程，分別用分流法、網(wǎng)孔法和綜合法計(jì)算地線系統(tǒng)的故障電流分布，結(jié)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(jīng)OPGW的短路電流；ID為流經(jīng)分流地線的短路電流。

表2 地線系統(tǒng)電流分布的計(jì)算結(jié)果 （單位：kA）

圖4 36號(hào)桿塔處故障時(shí)用網(wǎng)孔法計(jì)算的地線各檔電流分布

圖5 36號(hào)桿塔處故障時(shí)用綜合法計(jì)算的地線各檔電流分布

3 結(jié) 論

（1）故障點(diǎn)靠近變電站時(shí)，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(tǒng)中的故障電流越靠近故障點(diǎn)值越大。

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

［1］ 方森華.OPGW復(fù)合光纜的最大允許電流計(jì)算［J］.中國電力，1995（11）：56-58.

［2］ 杜天蒼，張 堯，夏文波.利用短路電流熱效應(yīng)的OPGW分流地線選型［J］.高電壓技術(shù)，2007，33（9）：110-119.

［3］ Zeng R，He J，Lee J，et al.Influence of overhead transmission line on grounding impedance measurement of substation［J］. IEEE Trans.Power Delivery，2005，20（9）：1219-1225.

［4］ Spoor D，Zhu J.Intercircuit faults and distance relaying of dualcircuit lines［J］.IEEE Trans.Power Delivery，2005，20（3）：1846-1852.

［5］ 李顯鑫，王建華.OPGW短路電流計(jì)算中的2個(gè)重要細(xì)節(jié)［J］.電力建設(shè)，2006，27（6）：18-20.

［6］ Varga L，Guntner O，Pekanovics L.Computer program for the calculation of short-circuit temperature rise on optical ground wires［C］//International Conference on Electric Power Engineering，Budapest，1999.148-153.

［7］ 詹宗東.短路電流在OPGW及地線網(wǎng)絡(luò)中的分布計(jì)算［J］.四川電力技術(shù)，2004（3）：44-46.

［8］ 陳 岑.架空地線短路電流分析及其熱穩(wěn)定計(jì)算［J］.黑龍江電力，1998，20（1）：12-15.

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?jiān)迄i（1988-），男，助理工程師.

作者地址：河南信陽市浉河區(qū)寶石橋［464000］.