500 kV同塔双回输电线路下平行运行0.38 kV线路时的感应电压和感应电荷

第41卷第1期：306-312高电压技术Vol.41,No.1:306-3122015年1月31日HighVoltageEngineeringJanuary31,2015DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.2015.01.043500kV同塔双回输电线路下平行运行0.38kV线路时的感应电压和感应电荷马爱清，徐东捷，王海波，张周胜，李峰，赵璐（上海电力学院电气工程学院，上海200090）摘要：高压输电线路下存在不接地的并行运行低压线路时，由静电及电磁耦合产生的感应电压和感应电流会危及到低压线路上的检修人员。为此，利用EMTP仿真软件，以同塔双回的500kV高压输电线路为例，计算分析其在不同正常运行情况下，380V低压线路的感应电压值及其感应电荷量。计算表明，运行电流变化时380V线路上的感应电压约为39.25kV；高、低压线路平行运行长度l变化时，低压线路的感应电压约为40kV，且h的变化对其影响不大；偏离杆塔中心距离d变化时，低压线路的感应电压由39.75kV逐渐降低。低压线路的感应电荷量最大值出现在d为40m附近时，电荷量为25nC/m。试验验证表明仿真结果的误差8%，从而验证了仿真计算结果的有效性。所得的计算结果可供线路运行人员实际检修工作参考。关键词：高压输电线路；同塔双回；感应电压；感应电荷；感应电流；EMTP软件InducedVoltageandInducedChargeof0.38kVlinesOperatedParallelUnder500kVACDouble-circuitTransmissionLinesonSameTowerMAAiqing,XUDongjie,WANGHaibo,ZHANGZhousheng,LIFeng,ZHAOLu(CollegeofElectricalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China)Abstract：Forungroundedlow-voltagetransmissionlineslocatedunderhigh-voltagetransmissionlines,theinducedvoltageandinducedcurrentgeneratedbyelectrostaticcouplingandelectromagneticcouplingjeopardizethesafetyofmaintenancepersonnel.Thus,taking500kVdouble-circuithigh-voltagetransmissionlinesonthesametowerasanex-ample,wecalculatedtheinducedvoltageandinducedchargeon380VtransmissionlinesbyusingEMTPwhenthe500kVlinesoperatenormallyunderdifferentconditions.Theresultsshowthattheinducedvoltageis39.25kVwhentheop-eratingcurrentvaries.Whentheparallellengthlbetweenthetwolinesvaries,theinducedvoltageisaround40kVandhardlyvarieswithh.Theinducedvoltagedecreasesfrom39.75kVwhenthedistancedbetweenthecentrallineandthelow-voltagelinesofthetowerdescends.Whendis40m,theinducedchargequantityreachesamaximumvalueof25nC/m.Furtherexperimentsshowthattheerrorofthecomputationalresultsislessthan8%,showingthevalidityofthesimulatingresults.Theobtainedresultscanbeusedasareferenceformaintenanceoflow-voltagelines.Keywords：high-voltagetransmissionlines;double-circuittransmissionlinesonsametower;inducedvoltage;inducedcharge;inducedcurrent;EMTPsoftware0引言1随着我国电力工业的迅速发展，输电线路走廊问题日益突出，为减少输电线路占地面积、降低单位容量线路造价，同塔双回输电线路是有效利用线———————基金资助项目：国家自然科学基金(51007055)；上海市教育委员会科研创新项目(12YZ141)；上海绿色能源并网工程技术研究中心项目（13DZ2251900）。ProjectsupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(51007055),InnovationProgramofShanghaiMunicipalEducationCom-mission(12YZ141),ProgramofShanghaiGreenEnergyGridConnectedTechnologyEngineeringResearchCenter(13DZ2251900).路走廊用地、提高输电容量和降低电力建设成本的一种有效方法。由于双回路线路间静电耦合和电磁感应，同塔双回线路及同塔多回线路之间会产生感应电压和感应电流，文献[1-4]分析了特高压输电线路的感应电压和感应电流，文献[1]考虑了在不同线路长度、输送潮流和相序排列方式下的感应电压和感应电流数值计算分析；文献[2-4]则采用仿真软件计算了特高压输电线路之间的感应电压和感应电流。文献[5-7]考虑了在不同电压等级下，同杆双回线路1回运行马爱清，徐东捷，王海波，等：500kV同塔双回输电线路下平行运行0.38kV线路时的感应电压和感应电荷3071回停运时的感应电压及感应电流。文献[8]计算了同塔双回线路的感应电压，同时考虑了安全作业方式。由于在同塔双回线路经过的地区可能存在低压线路与其平行运行的情况，而双回线路产生的静电耦合及电磁耦合在低压线路不接地情况下会产生感应电压，500kV同塔双回线路在低压线路上的感应电压可能会对低压线路的检修人员带来伤害[9-12]。因此计算分析500kV高压线路正常运行时，0.38kV低压线路检修人员可能面临的感应电压和感应电流放电危险对人体的伤害是十分必要的。设定运行条件为稳态运行且未遭受任何操作或大气过电压，本文对不同运行情况下，500kV同塔双回线路下有0.38kV低压线路平行运行时，采用EMTP软件进行感应电压和感应电流的数值分析计算[13]，同时还计算了低压线路的感应电荷量，并对数值分析结果进行了试验验证。1模型建立1.1线路杆塔模型及参数要进行感应电压计算，需要建立多导线系统的数学模型。针对本文的算例，500kV采用同塔双回线路，2根避雷线，且500kV输电线路采用6分裂导线，低压三相运行的0.38kV低压线路为单回，各条线路位置示意图如图1所示，其中1、2、3为1回的A1、B1、C1相，4、5、6为另1回的A2、B2、C2相，且采用6分裂导线；7、8、9为低压线路a、b、c相；10、11为避雷线G1、G2。LG1A1为避雷线与A1相的垂直距离，LA1B1为A1相与B1相的垂直距离，LB1C1为B1相与C1相的垂直距离，LC1为C1相与地面的垂直距离。d为低压线路偏离杆塔中心线距离。对于图1中共有11根导线的多导线系统，导线之间通过电容和电感相互耦合，当低压线路停运检修时，停电导线与带电导线之间存在电容耦合效应，依靠带电导线电压产生的电场，使停电导线感应出一定的对地电位，本文将对这种静电感应，考虑高压输电线路在不同运行电流时、平行运行长度l变化变化时以及偏离杆塔中心线距离d变化时，低压线路的感应电压进行仿真研究。500kV和0.38kV杆塔均采用直线塔。500kV导线详细参数如表1所示。此时土壤电阻率为200Ω·m，导线弧垂为8.24m，避雷线及地线弧6.18m，绝缘子串长为9m；分裂导线为6分裂导线，分裂图1500kV及0.38kV线路位置示意图Fig.1Locationdiagramof500kVtransmissionlinesand0.38kVlines表1导线参数Table1Conductorparameters导线类型钢芯铝绞线钢绞线(地线)光纤复合架空地线电线型号LGJK–400/35JLB20A–150OPGW股数×单丝直径/mm7×2.5钢芯48×3.2219×3.15导线直径/mm26.8215.7516.0直流电阻/（Ω·km–1）0.0740.580.43相分裂数611自分裂间距/mm400导线分裂状态正六边形直径为800mm，分裂导线直径为26.82mm。0.38kV为铝导线，导线截面70mm2，导线对地高度7m。1.2计算仿真模型的建立EMTP软件是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件[13]。是电力系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应用最广泛的程序，侧重的是系统的运行情况而不是个别开关的细节。针对本文的多导线回路仿真，基于表1中的详细参数，在EMTP中可方便建立它的测试电路模型图，如图2所示。308高电压技术2015,41(1)图2测试电路仿真模型图Fig.2Simulationdiagramoftestcircuit2感应电压和感应电荷计算及分析2.1不同工况下感应电压计算2.1.1高压线路运行电流变化时低压线路上的感应电压通过改变500kV线路的运行电流分别为500、1000、1500和2000A，0.38kV线路停运且两端均不接地，利用图2的测试电路模型进行仿真，得到低压0.38kV停电线路对应各相的感应电压，如表2所示。由表2可以看出，不同高压线路运行电流情况下，感应电压大小差别不大。这是因为，感应电压根据产生原理的不同分静电感应电压和电磁感应电压。静电感应是当导体处于外电场中时，该导体会因电容耦合效应而带上一定的电荷，可知由于停运导线与运行导线之间存在的电容耦合效应，依靠运行导线电压产生的电场，停运导线上即可感应出一定的对地电位。电磁感应电压是当导线流过交流电流时，在其周围产生1个交变磁场，当停电线路与其交链，则会在停电线路上感应出1个纵电势，沿导线方向分布，当停电导线与地形成回路情况下会产生相应的电磁感应电流。表2500kV运行电流变化时0.38kV线路上的感应电压Table2Inducedvoltageof0.38kVtransmissionlineswhenchangingoperationcurrentof500kVtransmissionlines相感应电压/kV500A1000A1500A2000Aa39.2439.7539.2539.25b39.2439.7539.2339.23c39.3039.7839.3039.30本文所研究的是0.38kV停运时两端均不接地时的情形，根据上面分析可知，此时静电感应电压起主要作用。感应电压的大小与500kV运行线路流过的电流关系不大。2.1.2高低压线路平行运行长度l变化时低压线路的感应电压通过改变图1中低压线路与高压线路的平行运行长度l，利用图2的仿真图仿真，计算低压线路各相的感应电压，仿真结果如表3所示。从表3可看出，感应电压的大小随平行高度的增大稍微有一点下降，考虑到0.38kV低压线路传输距离一般＜1km，因此可以认为低压线路感应电压的幅值随平行距离的变化基本不改变。马爱清，徐东捷，王海波，等：500kV同塔双回输电线路下平行运行0.38kV线路时的感应电压和感应电荷3092.1.3低