220kV同塔雙回線路感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓的主要影響因素分析

李立峰　魯珊珊

【摘 要】220kV同塔雙回線路當(dāng)一回線路停運(yùn)時(shí)，另一回運(yùn)行線路中由于電磁和靜電耦合作用會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓。本文通過理論分析研究確定影響同塔雙回線路的感應(yīng)電流和電壓的主要因素為電力系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路在塔架上的布置方式和線路長度，并利用EMTP電磁暫態(tài)仿真進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算分析。結(jié)果表明：同塔雙回220kV線路運(yùn)行線路兩側(cè)的電壓對(duì)停運(yùn)線路靜電感應(yīng)電壓影響最大且為正比例關(guān)系（比例系數(shù)為0.43）；運(yùn)行線路輸送的功率與停運(yùn)線路的電磁感應(yīng)電流和電壓皆為成正比例關(guān)系（比例系數(shù)分別為22.59和為0.97）。線路在塔架上的布置方式對(duì)停運(yùn)線路感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓都有影響但對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。線路長度與電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電流皆為正比例關(guān)系（比例系數(shù)分別為0.68和為0.77）。

【關(guān)鍵詞】同塔雙回；220kV；感應(yīng)電流；感應(yīng)電壓；電磁暫態(tài)仿真

0 引言

為滿足電力負(fù)荷持續(xù)增長的需求，提高線路走廊單位面積的輸送能力，輸電線路采用同塔多回路架設(shè)是有效的解決方法之一。同塔并架線路由于線路之間電氣距離減小，當(dāng)其中一回線路停電檢修時(shí)，由于其他各帶電導(dǎo)線的電感和電容耦合的結(jié)果，致使檢修線路上會(huì)通過電流[1-2]，該電流會(huì)對(duì)塔架上的檢修人員產(chǎn)生刺激，嚴(yán)重者可能危機(jī)維修人員的生命安全。

本文針對(duì)同塔雙回線路感應(yīng)電流和電壓的影響因素，如電力系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路在塔架上的布置方式、線路長度等[3]進(jìn)行了理論分析，然后利用EMTP進(jìn)行了電磁暫態(tài)仿真計(jì)算分析[4]，旨在分析220kV典型同塔雙回線路在不同情況下，各種因素對(duì)感應(yīng)電流和電壓的影響。

1 同塔雙回線路感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓的影響因素

同塔雙回線路當(dāng)其中一回線路停運(yùn)時(shí)，運(yùn)行線路將在停運(yùn)線路上產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓。當(dāng)停運(yùn)線路一端開路，另一端接地開關(guān)操作時(shí)，接地開關(guān)能開斷和關(guān)合容性電流；當(dāng)停運(yùn)線路一端閉合，另一端接地開關(guān)操作時(shí)，接地開關(guān)能開斷和關(guān)合感性電流。

線路1的三相為B、A、C，線路2的三相為b、c、a，地線為w、v。d1為兩根地線w和v間水平距離，d2為兩根地線B相和b相水平距離，d3為兩根地線A相和c相水平距離，d4為兩根地線C相和a相水平距離，h1為地線懸掛高度與第一排導(dǎo)線懸掛高度的對(duì)地高度差，h2為第一排導(dǎo)線懸掛高度與第二排導(dǎo)線懸掛高度的對(duì)地高度差，h3為第二排導(dǎo)線懸掛高度與第三排導(dǎo)線懸掛高度的對(duì)地高度差，h4為第三排導(dǎo)線懸掛高度的對(duì)地高度。線路在塔架上的布置方式?jīng)Q定了導(dǎo)線間的幾何平均距離和導(dǎo)線與地線的幾何平均距離，進(jìn)而決定了導(dǎo)線的自阻抗與自電容和導(dǎo)線間的互阻抗與互電容。

即當(dāng)停運(yùn)線路兩端接地時(shí)，停運(yùn)線路的電流與運(yùn)行線路的電流和自電抗、兩回線路的互電抗相關(guān)。

而運(yùn)行線路的電流和電壓與線路在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式有關(guān)；同塔雙回線路導(dǎo)線、地線在桿塔上的布置方式和線路的長度決定線路的電抗和電容，所以同塔雙回線路停運(yùn)線路上的感應(yīng)電流和電壓與運(yùn)行線路的運(yùn)行方式、導(dǎo)線在桿塔的布置方式和線路長度密切相關(guān)。

2 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

2.1 運(yùn)行線路電壓的高低與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性

同塔雙回220kV線路的長度取100km，帶電線路輸送的有功功率為300MW。每回線路的導(dǎo)線采用雙分裂，導(dǎo)線型號(hào)JB/G1A-2×400，分裂間距為400mm。塔架上導(dǎo)體的懸掛高度：B相為34m，A相為27.3m，C相為21m，導(dǎo)線弧垂為10m。導(dǎo)線水平距離：B相為10m，A相為12m，C相為10m。兩根地線懸掛高度均為40m，地線水平距離為12m，地線弧垂為9m?？紤]電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，分別對(duì)運(yùn)行線路一側(cè)電壓為240kV、230kV和220kV進(jìn)行了仿真計(jì)算。

從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，隨運(yùn)行線路電壓的升高，停運(yùn)線路每相的電磁感應(yīng)電壓和電流會(huì)略微減小，而靜電感應(yīng)電壓和電流會(huì)有所增加。線路電壓從220kV增加至240kV時(shí)，運(yùn)行線路兩端的電壓對(duì)停運(yùn)線路的靜電感應(yīng)電壓影響最大，靜電感應(yīng)電壓由8.82kV增至9.69kV，靜電感應(yīng)電壓受線路兩端電壓影響的比例系數(shù)為0.43。

2.2 線路輸送潮流與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性

同塔雙回220kV線路的參數(shù)同2.1中所述，運(yùn)行線路一端電壓為235kV?？紤]到電網(wǎng)的運(yùn)行情況及線路的輸送能力，分別對(duì)線路輸送的有功功率為100MW、200MW、300MW、400MW和475MW（線路輸送功率的極限值）的情況進(jìn)行了分析。

從表2的計(jì)算結(jié)果可以看出，隨運(yùn)行線路上輸送功率的增大，停運(yùn)線路電磁感應(yīng)電壓和電流會(huì)顯著增大，而停運(yùn)線路靜電感應(yīng)電壓和電流影響不大。運(yùn)行線路輸送的有功功率從100MW增加至475MW時(shí)，停運(yùn)線路電磁感應(yīng)電流影響最大，最大一相（C相）的電磁感應(yīng)電流由25.34A增至114.56A，兩者成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為22.59。對(duì)停運(yùn)線路電磁感應(yīng)電壓也有較大的影響，最大一相（C相）電磁感應(yīng)電壓由1.10kV增至4.92kV，比例系數(shù)為0.97。

3 塔架上線路的布置方式與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

3.1 同塔雙回線路水平距離與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

同塔雙回220kV線路運(yùn)行線路一端電壓為235kV，輸送的潮流為300MW。同塔雙回220kV線路的布置方式同2.2.1中所述，分別對(duì)導(dǎo)線布置（d1，d2，d3）不同水平距離下進(jìn)行了分析：

（1）第一排為9.6m，第二排為11.6m，第三排為9.6m；

（2）第一排為10m，第二排為12m，第三排為10m；

（3）第一排為10.2m，第二排為12.2m，第三排為10.2m；

（4）第一排為10.4m，第二排為12.4m，第三排為10.4m。

表3列出了A相計(jì)算結(jié)果隨線路水平距離變化而改變的情況，其余兩相變化規(guī)律同C相。隨同塔雙回線路水平距離的增大，電磁感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓會(huì)有所減小。但是受塔架型號(hào)的限制，同塔雙回線路水平距離雖有所不同，但相對(duì)變化不大，相應(yīng)的對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。

3.2 線路對(duì)地高度與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

（1）導(dǎo)線弧垂與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

線路架設(shè)中，由于導(dǎo)線檔距等原因?qū)е聦?dǎo)線的弧垂會(huì)有所不同，從而對(duì)線路高度產(chǎn)生影響，本文分別對(duì)導(dǎo)線弧垂為8m，10m和11.6m的情況進(jìn)行了分析。

隨導(dǎo)線弧垂的變化，停運(yùn)線路第一排導(dǎo)線的電磁感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓也有所變化，但是變化不大。

（2）地線懸掛高度與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

地線懸掛高度對(duì)計(jì)算結(jié)果有一定的影響，分別對(duì)地線與第一排導(dǎo)線距離h1分別為3m，3.5m和4m的情況進(jìn)行了分析。

地線懸掛高度的不同，停運(yùn)線路第一排導(dǎo)線的電磁感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓也不同，但是結(jié)果變化不大。

4 線路長度與電磁和靜電耦合電流和電壓的相關(guān)性分析

本文分別對(duì)同塔雙回220kV線路長度為10km、25km、50km、75km、100km、125km和150km的情況進(jìn)行了計(jì)算分析。

從表6的計(jì)算結(jié)果可以看出，隨線路長度的增加，停運(yùn)線路的電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電流會(huì)明顯增大，而對(duì)電磁感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓影響不大。線路長度從10km增加至150km時(shí)，電磁感應(yīng)電壓由0.37kV增至4.37kV，影響最大的一相電磁感應(yīng)電壓與線路長度的比例系數(shù)為0.68；靜電感應(yīng)電流由0.32A增至4.82A，對(duì)靜電感應(yīng)電流影響最大的一相的比例系數(shù)為0.77。

5 結(jié)論

（1）220kV同塔雙回線路在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行方式與停運(yùn)線路電磁和靜電耦合電流和電壓有關(guān)系。運(yùn)行線路兩側(cè)的電壓對(duì)停運(yùn)線路靜電感應(yīng)電壓影響較大，成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為0.43，但是考慮到電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，線路兩側(cè)電壓的正常變化范圍在-10%～10%之間，電壓在該范圍內(nèi)變化時(shí)，其計(jì)算結(jié)果對(duì)線路上接地開關(guān)的選型影響不大。運(yùn)行線路輸送的功率主要影響停運(yùn)線路的電磁感應(yīng)電流和電壓，兩者成正比例關(guān)系，比例系數(shù)分別為22.59和為0.97，而對(duì)靜電感應(yīng)電壓和電流影響較小。

（2）線路在塔架上的布置方式對(duì)停運(yùn)線路電磁感應(yīng)電流、電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓都存在一定影響。但是受塔架型號(hào)的限制，線路在塔架上的布置方式變化不大，對(duì)感應(yīng)電流和電壓的計(jì)算結(jié)果影響不大。

（3）線路長度主要影響電磁感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電流，且成正比例關(guān)系，比例系數(shù)分別為0.68和0.77，而對(duì)電磁感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓影響較小。

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[責(zé)任編輯：湯靜]