复合阻抗对输电线路零序参数的影响
第18卷第4期电力系统及其自动化学报Vol.18No.4
2006年8月ProceedingsoftheCSU2EPSAAug. 2006
复合阻抗对输电线路零序参数的影响
王汉斌,张园园,吕艳萍,潘 露
(武汉大学电气工程学院,武汉430072)
α
摘要:为了降低逐杆接地的光纤复合架空地线(OPGW)上的能量损耗,在OPGW与地之间安装复合阻抗,对架设OPGW的输电线路零序参数进行了分析,并给出了复合阻抗导通个数不同的情况下,输电线路零序阻抗的计算公式。结合一条实际的220kV的输电线路,研究了复合阻抗的接入对输电线路的零序参数和接地故障时零序电流所产生的影响,用包含直流的电磁暂态(EMTDC)仿真验证了该分析方法的有效性。关键词:光纤复合架空地线;复合阻抗;零序阻抗;接地故障;包含直流的电磁暂态中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:100328930(2006)0420087204
InfluenceonZero-SequenceLineDuetoWANGb,LVYan2ping,PANLu
(lEWuhanUniversity,Wuhan430072,China)
Abstract:InordertoreducethepowerlossesofOPGWinstalledtowerbytower,compositeimpedanceisinstalledbetweenOPGWandground.Thispaperanalyzesthezero2sequenceparametersoftransmissionlineequippedwithOPGW,andgivesacalculationformulaofzero2sequenceimpedancewhendifferentnumbersofcompositeimpedanceareswitchedon.Thentheinfluenceonzero2sequenceparametersandzero2sequencecurrentundergroundingfaultisstudiedonapractical220kVtransmissionline.EMTDCsimulationprovesthevalidityofthemethod.
Keywords:opticalfibercompositeoverheadgroundwire(OPGW);compositeimpedance;zero2sequenceimpedance;groundingfault;electromagnetictransientsincludingdirectcurrent(EMTDC)
1 前言
OPGW是20世纪70年代末80年代初在电线
电缆行业兴起的一种高新技术产品,它将通讯光纤复合到架空地线中,既满足了输电线路的防雷保护任务,又可以作为通讯线路,故获得了广泛应用[1]。实际运行中,为了降低OPGW上的过电压及能量损耗并防止OPGW在线路故障或遭受雷击时因过电流而损坏,可采用一种新型的电气元件——复合阻抗安装在OPGW与大地之间,使得OPGW在线路正常运行时保持与大地可靠地绝缘,而在线路故障或遭受雷击时迅速将大电流入地,以保障OPGW的安全运行。
电线路产生强烈的去磁作用,进而对输电线路的零序阻抗产生影响。零序阻抗的变化必然改变系统中零序电流的大小和分布[2,3],可能使系统中的零序电流保护和接地距离保护误动或拒动,因此对安装复合阻抗前后系统的零序参数进行分析具有重要的理论和实际意义。
2 OPGW的接地方式
OPGW敷设时,由于受到耐热性能的限制,一
般都采用逐基接地的方式,以利于在雷击和短路等特殊事故情况下,电流就近入地。虽然其抗雷击和相线短路的能力增强了,但与传统输电线路避雷线相比,其阻值较小,因此OPGW线路损耗较大。
鉴于以上不足,又不能采用分段绝缘的方式,
当复合阻抗导通时,OPGW中的电流会对输
α收稿日期:2005209205;修回日期:20052112
15
・88・电力系统及其自动化
学报 2006年8月
提出地线换位,但其耗效果并不明显且施工困难,采用OPGW经复合阻抗接地可以解决上述问题。
Ds为输电线自几何均距;Deq为三相导线间的
互几何均距
Deq=
3 复合阻抗的物理模型
复合阻抗相当于一个非线性电阻,具有在高电压下导通,而在低电压下绝缘隔断的特性,利用一个小电阻r和一个压控开关K的串联电路作为复合阻抗的等效模型,如图1所示
。
DabDbcDca
Dab、Dbc、Dca分别为相线ab、bc、ca之间的距离;
rg为OPGW单位长度的电阻;Dsg为OPGW的
自几何均距;DLg为OPGW与输电线路之间的互几何均距
DLg=
DagDbgDcg
Dag、Dbg、Dcg分别为相线与OPGW之间的距离。
图1 复合阻抗的等效模型
Fig.1 Equivalentmodelofcompositeimpedance
4.2 复合阻抗安装后的线路等值阻抗
1)复合阻抗安装后,当线路正常运行,且复合
其中,K两端电压在小于某一闪络电压Uflash时开断,保证复合阻抗的开断绝缘(本文取为9000V,远大于输电线正常运行时OPGW压);而当K,OPGWr0.8。
阻抗全未导通时,OPGW,输电线路时线路的零序阻抗0。
2,线路等值零序阻Z0(g)=Z0-′Zg0
2
(5)
4 4.1 复合阻抗安装前的线路等值阻抗
′
式中,ZgW与大地形成回路的自阻抗。0为OPG
′
{Zg+0}8 km=3{re}8 km+3{rg}8 km+
L
复合阻抗安装前,OPGW逐基接地,线路等值
零序阻抗的计算公式如下[4],该公式只适用于连续地线且地线两端的经导体直接接入变电所的接地网中:
Z0(g)=Z0-Zg0
2
[5]
(6)
Dsg
其中:R为杆塔的接地电阻;m为导通的复合阻抗
[5]
j0.4335lg
中未接入接地网的个数;L为输电线路的长度。
3)当复合阻抗全部导通时,输电线路的零序阻抗相当于OPGW逐基接地的情况。
由此可见随着复合阻抗导通个数的增加,输电线路的等值零序阻抗呈减小趋势。当复合阻抗全部开断时,Z0(g)最大;当复合阻抗全部导通时,Z0(g)最小;当复合阻抗部分导通时,Z0(g)介于二者之间。
(1)
Z0为无OPGW时输电线路的零序阻抗,
{Z0}8 km=3{re}8 km+3{ra}8 km+
j0.4335lg
DsT
(2)
Zg0为OPGW与大地形成回路的自阻抗,
{Zg0}8 km=3{re}8 km+3{rg}8 km+
5 线路接地故障时的EMTDC仿真
(3)
j0.4335lg
Dsg
Zgm0为OPGW与输电线之间的零序互阻抗,(4)
DLg
其中:re为大地等值电阻,取为0.058 km;ra为输
零序阻抗的变化,必然导致系统接地故障时的
零序电流大小和分布也将发生改变。以下将以一条实际架设OPGW的220kV单回输电线路为例进行分析,OPGW在两端经复合阻抗接入变电所接地网中。
5.1 模型建立
系统结构如图2所示,运行部门提供的参数(均已转化为标幺值,SB=100MV A,VB=Vav)如下:
M变侧系统最大运行方式时
X
31max
{Zgm0}8 .4335lgkm=3{re}8 km+j0
电线路单位长度电阻;De为地中虚拟导线的等值深度,De=660Θ f;Θ为大地电阻率;f为电流频率;
DsT为三相导线组的自几何均距
DsT=
DsDeq
2
=0.02559
第18卷第4期 王汉斌等:复合阻抗对输电线路零序参数的影响・89・
XXXXXXX
30max
=0.04405=0.0516=0.07026=0.00967=0.01145=0.02654=0.034
17;
XX
3130
=0.04281=0.1378
最小运行方式时
31min30min
接地故障时零序电流EMTDC仿真结果见表2。
表2 复合阻抗部分导通时线路的接地故障零序电流Tab.1 Zero-sequencecurrentundergroundingfault
whensomecompositeimpedancesswitchedon
故障类型
A
N变侧系统最大运行方式时
31max30max
运行方式故障点
M侧最大N侧最小M侧最小N侧最大M侧最大N侧最小M侧最小Nf1f2f1f2f1f2f1f2
最小运行方式时
31min30min
故障点零序电流
3.46473.74642.51518.84032.82603.27502.07
M侧零N侧零
序电流
2.
75820.59271.71010.46112.24980.51801.40410.4296
序电流
0.76053.15370.80508.37920.57632.75690.66107.8070
相接地
BC
图2 系统结构图
Fig.2 Sketchmapofthesystem
相接地
EMTDC计算模型中,型,起见,通,,。5.2 4此时OPGW全线对地绝缘,线路阻抗幺值为
XX
3130
=0.04281=0.14526
电流
此时相当于复合阻抗安装前,OPGW逐基接地的情况,由3.1可以计算出线路阻抗标幺值为
XX
3130
接地故障时零序电流EMTDC仿真结果见表3。
表3 复合阻抗全未导通时线路的接地故障零序电流Tab.3 Zero-sequencecurrentundergroundingfault
whennocompositeimpedancesswitchedon
故障类型
A
=0.04281=0.12583
运行方式故障点
M侧最大N侧最小M侧最小N侧最大M侧最大N侧最小M侧最小N侧最大
f1f2f1f2f1f2f1f2
接地故障时的零序电流EMTDC仿真结果如表1
(以下电流只取最大最小两种值,已转化成有所示。
效值,单位kA)。
表1 复合阻抗全部导通时线路的接地故障零序电流Tab.1 Zero-sequencecurrentundergroundingfault
whenallcompositeimpedancesswitchedon
故障类型
A
故障点零序电流
3.45083.73482.49578.83312.80763.25892.03918.2279
M侧零N侧零
序电流
2.76870.57091.72280.44512.35190.49801.40800.4153
序电流
0.68213.16380.77218.38810.45572.76090.63117.8125
相接地
BC
相接地
故障点零
运行方式故障点
序电流
M侧最大N侧最小M侧最小N侧最大M侧最大N侧最小M侧最小N侧最大
f1f2f1f2f1f2f1f2
3.49163.76392.54778.85092.85983.30172.11018.2541
M侧零N侧零
序电流
2.73770.62941.68530.48872.24240.55321.39520.4557
序电流
0.75373.13260.86248.36230.61772.74810.71457.7985
5.5 数据分析
相接地
BC
由表1、表2和表3的数据可知:
1)复合阻抗全部导通时,f2处故障时流经f1处零序电流I0max=0.6294,I0min=0.4557,f1处故障时流经f2处的零序电流I0max=0.8624,I0min=0.6177;
2)复合阻抗部分导通时,f2处故障时流经f1
相接地
5.3 复合阻抗部分导通时线路接地故障零序
处零序电流I0max=0.5927,I0min=0.4296,f1处故障时流经f2处的零序电流I0max=0.8050,I0min=0.5763,此时的零序电流的最大最小值都较全
电流
取未导通复合阻抗个数m=26(复合阻抗总数为52),线路阻抗幺值为
部导通前有所减小。
・90・电力系统及其自动化学报 2006年8
月
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3)复合阻抗全未导通时,f2处故障时流经f1
处零序电流I0max=0.5709,I0min=0.4153,f1处
故障时流经f2处的零序电流I0max=0.7721,最小零序电流I0min=0.4557,此时的最大最小零序电流值都较前两种情况有所减小。
可见,随着复合阻抗导通个数的不同,输电线接地故障的零序电流大小和分布发生改变,而且随着其导通个数的减少零序电流呈减小趋势。当复合阻抗全部导通后的零序电流最大,复合阻抗全未导通时零序电流最小,复合阻抗部分导通时零序电流介于二者之间。
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6 结语
OPGW上安装复合阻抗后,会对输电线路的
零序阻抗及接地故障时的零序电流大小和分布产生影响,随着复合阻抗导通个数的增加,的等值零序阻抗呈减小趋势,增大趋势。,使其可靠工作。
参考文献:
[1] Liuis2RSales,JosepMartin,AllesandroGinocchio.
作者简介:
王汉斌(1979-),男,硕士研究生,研究方向为电力系统继电保护。Email:[email protected]
张园园(1979-),男,硕士研究生,研究方向为电力系统运行与控制。Email:[email protected]
吕艳萍(1955-),女,教授,研究方向为电力系统继电保护方面的教学与研究。Email:[email protected]
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作者简介:
杜 茵(1980-),女,硕士研究生,研究方向为电力系统规划、电压稳定。Email:[email protected]黄民翔(1955-),男,教授,研究方向为电网规划、电力市场的教学与研究工作。Email:[email protected]