線路感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流計(jì)算初步研究

麥福文

摘要：自南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)發(fā)布之后，設(shè)計(jì)單位在設(shè)備選型時照搬典設(shè)方案，往往忽略設(shè)備選型的電氣計(jì)算，尤其是對于難以通過計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算的，比如線路感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的計(jì)算。根據(jù)DL/T 5452-2012《變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》的要求“對同桿架設(shè)線路，應(yīng)計(jì)算并提出感應(yīng)電壓和電流”，作為設(shè)計(jì)單位難以回避該類問題，本文通過介紹線路感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流計(jì)算原理，利用ATPDraw內(nèi)建的線路參數(shù)支持子程序LINE/CABLE CONSTANT（以下簡稱LCC），搭建線路感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的計(jì)算模型，對同塔架設(shè)線路進(jìn)行仿真計(jì)算，為設(shè)計(jì)人員提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：同塔架設(shè) 感應(yīng)電壓 感應(yīng)電流 ATPDraw。

一、概述

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，為減少輸電線路占地面積，節(jié)約土地資源，高壓同塔雙回甚至多回線路被越來越多地采用。但與此同時，多回線路采用同桿架設(shè)運(yùn)行也帶來了一些新的問題。

由于同塔多回線路回路間電磁和靜電耦合作用比較強(qiáng)，當(dāng)一回路停運(yùn)其它回路運(yùn)行時，在停運(yùn)線路上可能會感應(yīng)出較大的感應(yīng)電流或者感應(yīng)電壓，給線路接地刀閘選型和線路運(yùn)行檢修帶來一定困難。

根據(jù)目前設(shè)計(jì)行業(yè)的現(xiàn)狀，大部分設(shè)計(jì)單位在工程設(shè)計(jì)中，基本沒有進(jìn)行線路感應(yīng)電壓、電流計(jì)算，隔離開關(guān)線路側(cè)接地刀閘開合感應(yīng)電流的能力選型僅依據(jù)《交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)訂貨技術(shù)條件》（DL/T 486）的要求進(jìn)行，對于心里沒底的設(shè)計(jì)選型，往往通過選擇B類設(shè)備（較高的要求），不科學(xué)，不嚴(yán)謹(jǐn)。

實(shí)際在工程審查的時候，審查專家會針對此問題，要求設(shè)計(jì)單位提供感應(yīng)電壓電流計(jì)算書；另外根據(jù)DL/T 5452-2012《變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》要求，“對同桿架設(shè)線路，應(yīng)計(jì)算并提出感應(yīng)電壓和電流”。

二、計(jì)算原理

1、同桿雙回路線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流

同桿雙回輸電線路感應(yīng)電壓、電流示意圖如下：

同塔雙回路感應(yīng)電壓感應(yīng)電流示意圖

和 分別為運(yùn)行線路ABC三相與檢修線路 相之間的單位長度互電容和互電感， 分別為檢修線路 相單位長度對地電容和電感， 為線路長度，運(yùn)行線路各相運(yùn)行電壓、電流分別為 。為便于分析，忽略運(yùn)行線路對地電容和線間電容、檢修線線間電容、沿線電阻、全部對地有功泄漏。采用分布系數(shù)法，檢修線路的 相任一位置 的方程為：

運(yùn)行線路電流電壓相角均互差120°，上式簡化推導(dǎo)出感應(yīng)電壓和電流通用公式：

式中：

2、線路首末端的接地刀閘接地是否對檢修線路的感應(yīng)電壓感應(yīng)電流有影響

1）線路首末端接地刀閘都不接地時： ，對于一般線路來說， ，有：

在檢修線路首末端都不接地時，感應(yīng)電壓的靜電感應(yīng)分量起決定性作用，其與回路間電容和檢修回路相對地電容的比值相關(guān)，與線路運(yùn)行電壓成正比，與線路長度、線路輸送功率無關(guān)。

2）線路單端接地：設(shè)線路首端不接地，末端接地，有 ?？傻茫?/p>

檢修線路單端接地時，感應(yīng)電壓電磁感應(yīng)分量起決定作用，其電磁感應(yīng)分量與線路長度、回路間互感、線路輸送功率成正比，與線路運(yùn)行電壓無關(guān)。靜電感應(yīng)分量決定此時感應(yīng)電流大小，可得：

3）線路首末端均接地： ，可得：

。

當(dāng)檢修線路首末端都接地時，感應(yīng)電流的電磁感應(yīng)分量起決定性作用。感應(yīng)電流的電磁感應(yīng)分量與回路間互感成正比，與檢修回路自感成反比，與線路輸送功率成正比，與線路長度無關(guān)。

3、特殊情況下的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流

1）帶線路高抗同桿雙回線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流：當(dāng)檢修線路的首末端具有并聯(lián)電抗器時，因并聯(lián)電抗器補(bǔ)償線路對地電容量的作用，對檢修線路的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流產(chǎn)生了不同程度的影響。當(dāng)檢修線路首末端都不接地時，如下式：

對地電容量因?yàn)椴⒙?lián)電抗器的補(bǔ)償而減少，運(yùn)行線路對檢修線路上的靜電感應(yīng)電壓顯著增加，故又稱帶高抗的同桿雙回線路為強(qiáng)聯(lián)系的雙回線。因靜電感應(yīng)電流與檢修線路對地電容無關(guān)，因而高壓電抗器對靜電感應(yīng)電流的影響也很小，對電磁感應(yīng)電壓和電流的影響也很小。

2）部分同桿架設(shè)線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流：為解決變電站出線走廊緊張的問題，許多變電站采取了出線段同桿架設(shè)一定距離后，再分開架設(shè)的方法。不妨設(shè)同桿架設(shè)部分長度為 ，飛同桿架設(shè)部分長度為 。首末端不接地時劃撥需要線路的感應(yīng)電壓如下：

隨著非同桿架設(shè)線路長度的增加，檢修線路對地電容增加，使線路間互電容與對地電容之比減小，靜電感應(yīng)分量減小，感應(yīng)電壓減小。當(dāng)檢修線路單端接地時，檢修線路非接地端的感應(yīng)電壓和單端接地時接地端的感應(yīng)電流如下：

非同桿架設(shè)長度的變化對單端接地時的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流無關(guān)。當(dāng)檢修線路首末端都接地時，首末端接地電流如下：

它隨著非同桿架設(shè)長度的增加而減少。

因此：

a）在檢修線路首末端都不接地時，線路感應(yīng)電壓主要為靜電耦合分量；單端接地時，主要為電磁耦合分量。在檢修線路單端接地時，線路感應(yīng)電流主要為靜電耦合分量；在檢修線路首末端都接地時，主要為電磁耦合分量。

b）線路帶有高抗時，可使檢修線路首末端都不接地時的感應(yīng)電壓顯著增加。

c）部分線路同桿架設(shè)時，隨著線路同桿架設(shè)長度的增加，檢修線路首末端都不接地時的感應(yīng)電壓、首末端都接地時的感應(yīng)電流隨之減小。

三、ATP模型搭建及計(jì)算

了解計(jì)算原理后，我們利用ATP搭建計(jì)算模型。

計(jì)算模型簡介：ATPDraw是一款開放性軟件，無需注冊，網(wǎng)上隨便搜索均可下載。本計(jì)算輸電線路模型采用ATPDraw內(nèi)建的線路參數(shù)支持子程序LINE/CABLE CONSTANT（以下簡稱LCC）。利用該子程序內(nèi)的 型等值電路計(jì)算出架空線路的線路電阻、電容、電感各參數(shù)，利用該模型接入系統(tǒng)計(jì)算電場和磁場對線路造成的感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流。

根據(jù)個人設(shè)計(jì)工作的實(shí)際情況及初步設(shè)計(jì)深度規(guī)定，特建立起兩個模型供大家參考學(xué)習(xí)，分別是同塔四回路模型與同塔雙回路模型，下面以同塔四回路模型為例對LCC仿真計(jì)算進(jìn)行簡單的介紹：

1、首先運(yùn)行ATPDRAW打開如下界面：

通過file-open ctrl+o可以打開同塔四回路模型

如下圖所示：

圖中的所有標(biāo)示紅色的數(shù)據(jù)都可以通過雙擊來進(jìn)行重新定義，而中間π型的四方框?yàn)锳TP DRAW內(nèi)建的LCC程序，專門用于模擬線路多回路輸電情況。

本模型為已建好的同塔四回路模型，通過運(yùn)行：

便可完成模型的運(yùn)算并且得出我們所需的結(jié)果：

但是，在進(jìn)行計(jì)算之前，我們要先進(jìn)行包括LCC程序以及電源信號的輸入：

1、 LCC模型信息的設(shè)置

雙擊π，打開界面如下：

其中在standard data 一列中分別對應(yīng)：

Rho（ohm·m） 土壤電阻率

Freg.init（Hz） 頻率

Length（km） 線路長度

根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行設(shè)置，其它則保持默認(rèn)即可。（注：在#Ph中的數(shù)據(jù)應(yīng)該根據(jù)線路回路數(shù)置，原則是：1個回路線路需3個點(diǎn)（ABC三相），1條地線需1個點(diǎn)，那么同塔四回路則共需14個點(diǎn)。）

3、Data數(shù)據(jù)卡片信息設(shè)置：

本卡片信息應(yīng)該根據(jù)線路的塔型掛線，由上至下分別填寫，順序?yàn)椋旱鼐€-每一回路上-中-下導(dǎo)線。其中：

Rin 導(dǎo)線內(nèi)徑

Rout 導(dǎo)線外徑

Resis 直流電阻，單位為Ω/km

Horiz 導(dǎo)線水平位置

Vtower 桿塔處導(dǎo)線的高度

Vmid 檔距中央導(dǎo)線高度

Separ 分裂導(dǎo)線間距

Alpha 分裂導(dǎo)線排列角度

NB 分裂導(dǎo)線根數(shù)

4、Nodes信息的設(shè)置

Nodes選項(xiàng)里面就是定義LCC程序中每一回路的名稱以及每一個表計(jì)的名稱，較為簡單，不作介紹。

5、電壓源的設(shè)置：雙擊計(jì)算模型圖中 即可打開電壓源的卡片信息，如下：

對應(yīng)設(shè)置：

Amp. 電源之振幅，單位是V或A

f 電源之頻率，單位為Hz

Pha 電源之初始相角，單位視A1而定

A1 A1=0，單位為度（degrees）

A1>0，單位為秒（seconds）

TStart 電源動作的時間，單位為秒

TStop 電源關(guān)閉的時間，單位為秒

當(dāng)TStop=0，代表永不關(guān)閉

四、結(jié)論

ATPDRAW是英文版開放式的軟件，作為設(shè)計(jì)單位覺得難以上手，實(shí)際上該軟件對于普通設(shè)計(jì)單位來說非常有用，可以根據(jù)不同的電路搭建仿真計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，為我們的設(shè)計(jì)工作帶來較多的便利，希望本文對設(shè)計(jì)同行有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》電氣一次部分 水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院

《變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》DL/T 5452-2012 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》DL/T 5222-2005 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《ATPDRAW version3.5 for windows 9X/NT/2000/XP》USERSManual