330 kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓和電流的仿真研究

郭海斌，楊麗娟

（寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院，寧夏 銀川 750001）

330 kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓和電流的仿真研究

郭海斌，楊麗娟

（寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院，寧夏 銀川 750001）

針對(duì)同塔雙回線路中，一回線運(yùn)行、另一回線停運(yùn)檢修時(shí)，在停運(yùn)線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和電流是否威脅人身安全的問題，結(jié)合羅山—靈州330 kV輸電線路實(shí)際工程，建立了基于電磁暫態(tài)分析程序ATP-EMTP的感應(yīng)電壓和電流仿真計(jì)算模型，計(jì)算分析了靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)2種類型的電壓和電流。仿真結(jié)果表明：330 kV同塔雙回線路一回線運(yùn)行、另一回線停運(yùn)檢修時(shí)，停運(yùn)線路上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓、電流幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體的安全電壓和安全電流，需對(duì)線路接地開關(guān)進(jìn)行正確選擇。

330 kV同塔雙回線路；接地開關(guān)；電磁感應(yīng)；靜電感應(yīng)

同塔雙回線路能有效利用線路走廊用地，降低建設(shè)成本費(fèi)用，提高輸電容量。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輸電容量不斷增大，國(guó)內(nèi)同塔雙回線路應(yīng)用日益增多［1-3］。

對(duì)新建的羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路，感應(yīng)電壓可能會(huì)高達(dá)10 kV以上，如果接地開關(guān)選擇不合理，將會(huì)嚴(yán)重威脅人身安全。為了在線路停電檢修時(shí)，確保檢修人員的人身安全，需在一回線路運(yùn)行，另一回線路停運(yùn)檢修工況下，計(jì)算出停運(yùn)線路上的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，以確保羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路選擇的接地開關(guān)類型具有開合感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的能力。

1 研究現(xiàn)狀及問題分析

羅山-靈州雙回330 kV線路工程，起點(diǎn)為羅山330 kV變電站，終點(diǎn)為靈州±800/330 kV換流變電站，線路總長(zhǎng)約2×38.0 km，全線均采用同塔不換位雙回線路架設(shè)。羅山-靈州雙回線路中，若一回線運(yùn)行，另一回線路停運(yùn)檢修，由于兩回線路存在電磁耦合和靜電耦合［4-9］，考慮此線路工程路徑長(zhǎng)，電壓高等特點(diǎn)，在停運(yùn)線路上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓、電流很有可能超過擬定的A類接地開關(guān)的開合感應(yīng)能力。

因此，在線路停電檢修時(shí)，為了確保檢修人員的人身安全，結(jié)合羅山-靈州雙回330 kV輸電線路實(shí)際工程，基于ATP-EMTP軟件，本文將針對(duì)以下2個(gè)問題對(duì)羅山-靈州同塔雙回線路中檢修線路的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流進(jìn)行仿真計(jì)算研究：

（1）獲取羅山-靈州雙回線路接地開關(guān)在①線路兩端接地；②線路一端接地，另一端不接地；③線路兩端均接地工況下感應(yīng)產(chǎn)生的電壓、電流的最大幅值并進(jìn)行分析，以便采取措施，確保線路檢修時(shí)檢修人員的人身安全。

（2）根據(jù)接地開關(guān)參數(shù)仿真結(jié)果，驗(yàn)證在停運(yùn)線路上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓、電流是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A類接地開關(guān)的開合感應(yīng)能力。

2 感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流仿真模型的搭建及計(jì)算數(shù)據(jù)分析

電磁感應(yīng)主要與停運(yùn)線路周圍的磁場(chǎng)有關(guān)［3］，運(yùn)行線路負(fù)荷電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在停運(yùn)線路上將會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電流。靜電感應(yīng)主要與停運(yùn)線路周圍的電場(chǎng)有關(guān)［9］，停運(yùn)線路在運(yùn)行線路的電場(chǎng)中會(huì)感應(yīng)出電壓和電流。

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路的接地開關(guān)選型研究仿真計(jì)算中，考慮線路接地開關(guān)的3種工況進(jìn)行仿真計(jì)算，即線路兩端接地；線路一端接地，另一端不接地；線路兩端均接地。

2.1仿真計(jì)算模型的建立

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)電壓和電流的仿真計(jì)算模型建立需考慮影響感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的因素，如輸電線路是否換位、線路長(zhǎng)度大小、輸送功率大小等。

羅山-靈州雙回330 kV輸電線路輸送潮流按規(guī)劃可能出現(xiàn)的最大潮流800MV左右考慮，帶電運(yùn)行線路羅山側(cè)母線電壓按330 kV考慮。羅山至靈州送電線路路徑長(zhǎng)度為38 km，全線不換位。仿真分析時(shí)輸電線路用JMARTI線路模型模擬。

2.2仿真工況

采用電磁暫態(tài)分析程序ATP-EMTP建立靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)電壓和電流的仿真計(jì)算模型，計(jì)算給出各種工況下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的感應(yīng)電壓、電流仿真波形圖進(jìn)行分析。

2.2.1工況1

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路，Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端都不接地，計(jì)算仿真如圖1所示。此時(shí)因同桿雙回線路間的靜電耦合作用，將在Ⅱ回線路上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。

圖1Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端都不接地計(jì)算仿真

由圖1可知，在該工況下，因靜電耦合而產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓最大，由于電磁耦合影響很弱，電磁感應(yīng)電流為毫安量級(jí)，所以圖中感應(yīng)電流仿真曲線值近似為零。

2.2.2工況2

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路一端接地，一端不接地，計(jì)算仿真如圖2所示。由于同桿雙回線路間的靜電耦合作用，將沿接地端形成靜電感應(yīng)電流；同時(shí)，Ⅱ回線路不接地的一側(cè)，由于電磁耦合作用，將在不接地端形成較高的電磁感應(yīng)電壓。

圖2Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路一端接地，一端不接地計(jì)算仿真

在該工況下，由圖2（a）仿真圖形數(shù)據(jù)可知，因同塔雙回線路間的靜電耦合作用，在停運(yùn)線路不接地端，靜電感應(yīng)電流最大，電磁感應(yīng)電壓為伏特量級(jí)，其值近似為零；由圖2（b）仿真圖形數(shù)據(jù)可知，在停運(yùn)線路接地端，由于電磁耦合的作用，電磁感應(yīng)電壓最大，靜電感應(yīng)電流為微安量級(jí)，即圖中靜電感應(yīng)電流仿真曲線值近似為零。

2.2.3工況3

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路，Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端接地計(jì)算仿真如圖3所示。此時(shí)Ⅱ回線路因電磁感應(yīng)，將在Ⅱ回路間形成電磁感應(yīng)電流。

圖3Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端接地計(jì)算仿真

由圖3數(shù)據(jù)可知，在該工況下，由于電磁耦合而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電流最大。由于靜電耦合影響很弱，靜電感應(yīng)電壓為伏特量級(jí)，圖3中靜電感應(yīng)電壓仿真曲線值近似為零。

2.3仿真數(shù)據(jù)分析

按照羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路路徑長(zhǎng)度為38 km、全線不換位、電源電壓為330 kV等工程實(shí)際要求，通過電磁暫態(tài)分析程序ATPEMTP軟件仿真計(jì)算，得出以上3種工況的ATP仿真計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

由表1可知：

（1）在Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端都不接地工況下，不存在靜電感應(yīng)電流和電磁感應(yīng)電壓。但在停運(yùn)線路羅山側(cè)，因靜電耦合而產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓三相最大值為10.209 kV，因電磁耦合很弱，羅山側(cè)與靈州側(cè)的感應(yīng)電流三相最大值為0.1021mA，可忽略不計(jì)。

（2）在Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路一端接地，一端不接地工況下，不存在靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電流。但在停運(yùn)線路不接地端，因同塔雙回線路間的靜電耦合作用［10］，其靈州側(cè)的靜電感應(yīng)電流三相最大值為1.045 A，電磁感應(yīng)電壓三相最大值為0.104 5 V，可忽略；在停運(yùn)線路上接地端，由于電磁耦合的作用［10］，羅山側(cè)的電磁感應(yīng)電壓三相最大值為0.777 kV，感應(yīng)電流三相最大值為7.771μA，可忽略不計(jì)。

表1羅山-靈州雙回330 kV線路計(jì)算結(jié)果

（3）在Ⅰ回線路運(yùn)行，Ⅱ回線路停運(yùn)，Ⅱ回線路兩端接地工況下，不存在靜電感應(yīng)電流和電磁感應(yīng)電壓。但在停運(yùn)線路靈州側(cè)，因電磁耦合而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電流三相最大值為52.343 A，因靜電耦合很弱，羅山側(cè)與靈州側(cè)的靜電感應(yīng)電壓三相最大值為5.234V，可忽略不計(jì)。

綜合上述計(jì)算結(jié)果，經(jīng)整理得到羅山-靈州330 kV線路接地開關(guān)參數(shù)最低限制要求如表2所示。

表2羅山-靈州雙回330 kV線路計(jì)算結(jié)果

目前文獻(xiàn)［11］規(guī)定的接地開關(guān)的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)限值如表3所示。其中A類接地開關(guān)主要用于耦合弱或比較短的平行線路，B類接地開關(guān)主要用于耦合強(qiáng)或比較長(zhǎng)的平行線路。事實(shí)上，在某些情況（接地線路很長(zhǎng)一段與帶電線路鄰近，帶電線路上的負(fù)荷較大，帶電線路的運(yùn)行電壓比接地線路高等）下，感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流可能超過該標(biāo)準(zhǔn)限值，因此，結(jié)合具體工程實(shí)際，通過對(duì)不同工況的仿真計(jì)算，給出相應(yīng)的接地開關(guān)限值要求是必要的。

表3 DL/T 486-2010規(guī)定的接地開關(guān)的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓參數(shù)（有效值）

羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路的接地開關(guān)選擇應(yīng)滿足感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的限制要求，根據(jù)表2中的計(jì)算結(jié)果可知，在Ⅰ回帶電Ⅱ回檢修工況下，其靜電感應(yīng)電壓為10.209 kV，由表3可知羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路的靜電感應(yīng)電壓已經(jīng)超過初選為A類接地開關(guān)開合感應(yīng)電壓5 kV的能力，故推薦采用B類接地開關(guān)。

3 效果評(píng)價(jià)

（1）由仿真圖形數(shù)據(jù)知，一回線路運(yùn)行，另一回線路停運(yùn)，兩端都不接地時(shí)靜電感應(yīng)電壓最高可達(dá)10.209 kV；單端接地時(shí)，不接地端靜電感應(yīng)電流為1.045 A，接地端電磁感應(yīng)電壓為0.777 kV；兩端接地電磁感應(yīng)電流最高為52.343 A，即遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通過人體的安全電壓36 V、安全電流10 mA，線路檢修時(shí)如果不加任何防護(hù)措施將會(huì)嚴(yán)重威脅檢修人員的人身安全。

（2）由羅山-靈州雙回330 kV線路仿真計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果知，停運(yùn)線路的最大靜電感應(yīng)電壓達(dá)到了10.209 kV，超過了文獻(xiàn)［11］規(guī)定的A類接地開關(guān)的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓參數(shù)限值5 kV，故A類接地開關(guān)不符合本線路開合感應(yīng)電壓的能力。

4 結(jié)論

（1）仿真計(jì)算數(shù)據(jù)表明，羅山-靈州雙回線路檢修時(shí)，線路不加任何防護(hù)措施，停運(yùn)線路上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓、電流幅值將遠(yuǎn)超過人體的安全電壓和安全電流，考慮人生安全，需對(duì)線路接地開關(guān)進(jìn)行正確選擇。

（2）根據(jù)接地開關(guān)參數(shù)仿真計(jì)算結(jié)果，建議羅山-靈州330 kV同塔雙回輸電線路兩端接地開關(guān)都選靜電感應(yīng)電壓大于10.209 kV的B類接地開關(guān)。

［1］ 羅純堅(jiān).多調(diào)頻場(chǎng)下的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算[D].北京：華北電力大學(xué)，2007.

［2］ 傅中.500kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓和電流的仿真與研究[J].安徽電力，2007,24(4)：1-3.

［3］ 苗淼，葉丙莉，王娜.同塔雙回線路靜電感應(yīng)電壓實(shí)用計(jì)算方法[J].吉林電力，2009,37(6)：15-18.

［4］ 韓彥華，黃曉民，杜秦生.同桿雙回線路感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流測(cè)量與計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，2007,33(1)：140-143.

［5］ 許小龍，張勤，朱小平.同塔雙回輸電線路感應(yīng)電壓的計(jì)算與分析[J].江西電力，2006,30(3)：8-10.

［6］ 趙華，阮江軍，黃道春.同桿并架雙回輸電線路感應(yīng)電壓的計(jì)算[J].繼電器，2005,33(22)：37-40.

［7］ 胡丹暉，涂彩琪，蔣偉，等.500kV同桿并架線路感應(yīng)電壓和電流的計(jì)算[J].高電壓技術(shù)，2008,34(9)：1927-1931.

［8］ 姚金霞，郭志紅，朱振華，等.500kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓、電流的研究[J].華北電力技術(shù)，2006(1)：23-25.

［9］ 李寶聚，周浩.1000kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓和電流的計(jì)算分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011,35(3)：14-19.

［10］鐘蓉.西寧-日月山750kV同塔雙回線路接地開關(guān)選擇研究[J].四川電力技術(shù)，2011,34(5)：54-58.

［11］DL/T 486—2010，高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)規(guī)范[S].

Simulation research of the induced voltageand current in 330 kV same tower double circuit transm ission lines

GUO Haibin,YANG Lijuan
(Ningxia HuiAutonomousRegion Power Design Institute,Yincuan Ningxia 750001,China)

Aiming at the problem thatwhen double circuit transmission lines on the same tower,one circuit is operating,and the other is stopping to overhaul,the induced voltage and circuit on the shutdown line whethermenace personal safety formaintenance personnal,Combiningwith Luoshan-Lingzhou 330 kV transmission line project,establishes the induced voltage and circuit simulation calculationmodelbased on electromagnetism transientanalysis program(ATP-EMTP),calculatesand analyzes the electrostatic induction voltage and current and electromagnetic induction voltage and current.The simulation result shows thatwhen double circuit transmission lines on the same tower, one circuit is operating,and the other is stopping to overhaul,induced voltage and current on the shutdown line far exceed the humans body safe voltage and current,so need to correctly select the ground switch for line.

330 kV double circuit transmission line on the same tower;ground switch; electromagnetic induction;electrostatic induction

TM743

A

1672-3643（2017）02-0023-05

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.02.005

2017-01-28

郭海斌(1975)，男，注冊(cè)電氣工程師，從事變電站電氣設(shè)計(jì)工作。

有效訪問地址：http：//dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.02.005