CN101872974B

CN101872974B - 一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法

Info

Publication number: CN101872974B
Application number: CN2010101600847A
Authority: CN
Inventors: 陈卫; 杨德先; 吴彤; 陈德树; 张凤鸽; 冯灿成; 王秘
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: CN101872974A

Abstract

本发明属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法。该发明从实际同杆并架双回输电线路各相线的自感以及各相线之间的互感入手，根据空间磁场耦合的原理，利用铁芯线圈结构建立模型。本发明通过调节自感主线圈、互感调节线圈匝数，可精确、灵活地调节各相线不同的自感及各线间互感，使其对外的特性(正序，负序和零序阻抗)和实际线路的对外特性一致，同时也能模拟实际线路局部的特征。本发明方法所构建的模型能够全面真实地反映各线的自感以及线间互感，很好地解决了以前模型只能反映两回线间零序互感及模拟实际不换位时的不对称线路时存在较大误差的问题。

Description

一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济快速发展，电力需求与日俱增，电网输电容量的要求也日益提高。同杆并架双回输电线路因其输电走廊较窄、输电容量大、供电可靠性高、运行维护简单等优点在我国被广泛应用，因而对其相关特性的研究十分必要，且引起人们的高度重视。为了正确地模拟同杆并架双回线路，使其尽可能真实地反映实际线路的物理特性，为相关继电保护及控制原理和装置的研制提供研究平台，其物理模型应综合考虑同杆并架线路每一相输电线路的自感、互感等各种因素的相互影响。这种相互影响使得物理模型的研制十分困难。目前国内、外陆续有一些与之相应的物理模拟方法被提出来。文献[1](见吴国瑜.电力系统仿真[M].北京：水利电力出版社，1987)，中提及一种基于“六角形”电抗器的同杆双回线路物理模拟模型，其加工制造和调试困难，且为了保证参数平衡，相关6个气隙需要同步调整，使参数调整极为复杂，其模型只能较准确地反应两回线之间的零序互感，而难以准确模拟线间不对称时线路的互感中存在的差异。文献[2](见甘良杰.电力系统动态模拟装置中同杆双回线的模拟.电力系统及其自动化学报，1991，3(2)，60-65)、文献[3](见郭玉藻，林声宏，梁研珍等.高压输电线的动态物理模拟[J].华南理工大学学报，1996，24(1)：145-150)提出了基于三个互感电抗器的同杆双回线路模型，该线路模型正负序阻抗中的电阻量和零序阻抗的电阻量是相等的，但是在实际的线路中，两者并不相等；另外该模型只考虑了两回线之间的零序互感的影响，不能反映同杆并架双回线各线间互感存在的差异。文献[4](见付育颖，严干贵，戴武昌，等.500kV同杆并架双回线路的动态物理模型，吉林电力，2006，34(2)，11-13)论述了零序电流互感器二次接入阻抗的同杆双回线路模型，该模型同样只考虑了互感零序分量的作用，没有考虑输电导线实际位置的影响，不能模拟两回线间正、负序存在耦合关系。

发明内容

本发明的目的在于克服上述各种模型不足，并考虑到实际线路的换位方式，提供一种基于空间磁场的分段结构设计的同杆并架输电线路建模方法；该方法所建立的模型可以克服以前物理模型只反映两回线间零序互感的缺点，并能全面反映两回线各相之间所有的互感，可以精确地反映同杆并架双回线路故障时的电气量变化特征。

本发明提供的一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法，其特征在于，其建模过程为：

第1步利用六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈、六根立柱磁路铁芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯构建磁通回路；

第2步按下述方式接线并建立分段模型：

第2.1步同杆并架输电线路分段线路参数计算：

根据实际同杆并架双回线分段线路中各导线类型，各导线的空间位置，以及大地电阻率，求出单个分段中各相线的自阻抗和各相线之间的互阻抗；

第2.2步根据实际同杆并架双回线分段线路中各相线的自感及最小的互阻抗的阻抗值选择第1步中构建的单个分段模型磁通回路中的自感主线圈和中心线圈的接线端子，并接线；

第2.3步获取初步参数，包括分段模型六组各自感主线圈的对地压降，及各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；

第2.4步根据第2.3步得到的分段模型各相线之间初步的互阻抗与第2.1步计算得到的对应各相线的互阻抗的比较结果，选择互感调节线圈的接线端子，并按选择的结果将第1步构建的磁通回路中的互感调节线圈接线；

第2.5步根据第2.3步重新测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗，并将测量结果与对应的计算出来的结果比较，如果误差在可接受范围，则调试完成，否则，根据第2.4步重新选择接线端子，再根据第2.3步测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗，比较测量值与计算值的误差，如此循环，直到达到误差在允许范围内；

第3步将各分段模型串联，形成完整的同杆并架物理模型：

按照第1步和第2步构建并调试其余的分段模型。调试完后，将调试好的分段模型中的各自感主线圈据实际的电力系统同杆并架双回输电线路换位方式换位串联，各分段模型的中心线圈串联，形成完整的同杆并架模型。

本发明通过调节自感主线圈、互感调节线圈匝数，可精确、灵活地调节各相线不同的自感及各线间互感，当各线之间的互感完全被模拟时，其对外的特性(正序，负序和零序阻抗)也就和实际线路的对外特性一致，同时也能很好的模拟实际线路局部的特征。

本发明方法结合了同杆并架双回线所有的自感和互感，所构建的模型能够较真实地反映各线的自感以及线间互感，很好地解决了以前模型只能反映两回线间零序互感及模拟实际不换位时的不对称线路时存在较大误差的问题。

附图说明

图1为按照基于空间磁路耦合方法所构建的一种物理模型中分段模型的结构示意图；

图2为水平铁芯以及三个水平铁芯组成的Y型铁芯组示意图(包括图2.1是水平铁芯示意图，图2.2是Y型铁芯组示意图)；

图3为各铁芯所型成的空间磁通回路；

图4为基于空间磁路耦合方法所搭建的分段模型的调试示意图；

图5为基于空间磁路耦合方法所搭建的分段模型的端子示意图；

图6为基于空间磁路耦合方法所搭建的同杆并架双回线物理模型接线原理图。

具体实施方式

考虑实际线路是换位的，本发明是基于分段结构设计，下面仅说明单个分段模型的构建方法，其余分段模型构建方法相同。本发明利用三的整数倍个分段根据实际电力系统同杆并架双回输电线路的接线方式进行换位串联得到到完整的同杆并架输电线路模型。下面仅说明单个分段模型的构建方法，其余分段模型构建方法相同。

本发明所建立的模型是基于空间磁路耦合原理，根据电流磁效应以及法拉第电磁感应定律，利用铁芯线圈结构搭建而成。根据本方法构建的分段模型如图1所示，它是利用六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈产生空间磁场，并利用六根立柱磁路铁芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯形成空间磁通回路，通过铁芯和线圈的空间位置移动来调整各线圈的耦合，从而达到对同杆并架双汇输电线的模拟。

六个自感主线圈分别定义为X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆，六个互感调节线圈分别定义为M₁、M₂、M₃、M₄、M₅和M₆，中心线圈定义为X₀，互感调节线圈与中心线圈的匝数相等，均为自感主线圈匝数的一半。

六根立柱磁路铁芯分别定义为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆；中间零序铁芯定义为T₀。

六根水平铁芯分别定义为W₁、W₂、W₃、W₄、W₅和W₆。

以附图1到图6为例，下面说明本发明详细步骤：

1.利用铁芯、自感主线圈、中心线圈和互感调节线圈构建磁通回路；

如图1及图3所示，根据同杆并架双回输电线路实际空间磁场耦合情况，建立分段模型的磁通回路。

每根水平铁芯可以采用如图2.1所示的结构，水平铁芯顶部成等腰三角柱突出，顶角为120°，尾部成等腰三角柱向内凹。

如图2.2及图3所示，W₁、W₂和W₃水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在一起构成上Y型铁芯组；W₄、W₅和W₆水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在一起构成下Y型铁芯组。两Y型铁芯组所在的平面平行于水平面，且W₁与W₄、W₂与W₅和W₃与W₆分别在同一垂直平面上。组成Y型铁芯组的各水平铁芯顶部紧密结合。

T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆在上、下Y型铁芯组中间。

T₁安装在W₁与W₄所构成的平面中W₁的正下方，可沿W₁方向平移，并与W₁垂直且保留可调节气隙；X₁、M₁套在T₁上，且X₁放置在靠近上Y型铁芯组的一侧。

T₂安装在W₂与W₅所构成的平面中W₂的正下方，可沿W₂方向平移，并与W₂垂直且保留可调节气隙；X₂、M₂套在T₂上，且X₂放置在靠近上Y型铁芯组的一侧。

T₃安装在W₃与W₆所构成的平面中W₃的正下方，可沿W₃方向平移，并与W₃垂直且保留可调节气隙；X₃、M₃套在T₃上，且X₃放置在靠近上Y型铁芯组的一侧。

T₄安装在W₁与W₄所构成的平面中W₄的正上方，可沿W₄方向平移，并与W₄垂直且保留可调节气隙；X₄、M₄套在T₄上，且X₄放置在靠近下Y型铁芯组的一侧。

T₅安装在W₂与W₅所构成的平面中W₅的正上方，可沿W₅方向平移，并与W₅垂直且保留可调节气隙；X₅、M₅套在T₅上，且X₅放置在靠近下Y型铁芯组的一侧。

T₆安装在W₃与W₆所构成的平面中W₆的正上方，可沿W₆方向平移，并与W₆垂直且保留可调节气隙；X₆、M₆套在T₆上，且X₆放置在靠近下Y型铁芯组的一侧。

T₀位于上、下Y型铁芯组的中轴线的中央，中心线圈X₀套在T₀的中间。

T₁与T₄、T₂与T₅和T₃与T₆分别处于同一垂线上，并分别留有调节空气气隙。各铁芯以及铁芯之间的空气气隙共同构成了磁通回路，如图3所示。

2各线圈的接线，建立分段模型

2.1分段线路参数计算

根据实际同杆并架双回线分段线路中各导线类型，各导线的空间位置，以及大地电阻率，求出分段线路的各相线的自阻抗Z′_q(1≤q≤6)和各相线之间的互阻抗M′_pq(1≤p≤6，1≤q≤6，且p≠q)。所求出的自阻抗Z′_q和互阻抗M′_pq已考虑到大地回路以及架空地线对各相线的影响。

2.2初调：自感主线圈和中心线圈接线端子的选择以及接线

同杆并架双回线中六根相线分别定义为：S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆，其中S₁、S₂和S₃组成|回线，S₄、S₅和S₆组成||回线。各自感主线圈和中心线圈都有6个接线端子，从右往左分别反映的匝数分别占总匝数的0％、10％、20％、50％、70％、100％。

中心线圈X₀作为各相线自阻抗以及各相线之间互阻抗的公共部分，且考虑到自感主线圈的感应阻抗以及接上互感调节线圈后对互感的助增作用，在互阻抗M′_pq中，根据分段线路参数中最小一个互阻抗阻抗值的70％选择中心线圈的接线端子，利用选定的接线端子将中心线圈X₀与地线串联；

自感主线圈据各线自阻抗Z′_q与中心线圈阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子，将每个自感主线圈所选择的一个接线端子与同杆并架双回线中的对应相线连接，另一个接线端子接到地线；

同杆并架双回线六根相线的电流I₁ ^&、I₂ ^&、I₃ ^&、I₄ ^&、I₅ ^&、I₆ ^&分别流过分段模型的自感主线圈X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆。六线电流之和经过地线流过中心线圈X₀，最后流入大地。完成自感主线圈和中心线圈的接线之后，分段模型形成初步的各相线的自阻抗和各相线之间的互阻抗。

2.3获得分段模型初步参数

分段模型中，各自感主线圈的对地压降定义为各自感主线圈的压降与中心线圈压降之和；调试接线图如图4所示，调试过程中，将各自感主线圈一端短接，并接入到中心线圈，然后每一次对其中一根相线S_q通入电流I_q ^&，测量各自感主线圈的对地压降，对所有六根相线均进行一次，得到六组各自感主线圈的对地压降；利用自感主线圈的每一组的对地压降除以对应的电流得到各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；

记第q根相线通电时在自感主线圈X_q上产生的压降为U^& _Xqq，记第q根相线通电时在中心线圈X₀所产生的压降为U^& _X0q；记第q根相线通电时在自感主线圈X_p上产生的感觉压降为U^& _Xpq。

相线S_q通入电流I_q ^&(1≤q≤6)后，测量到S_q初步的自阻抗Z_Lqq为：

式1中，Z_Lqq(1≤q≤6)为相线S_q通入电流I_q ^&(1≤q≤6)后，测量到S_q初步的自阻抗；

为中心线圈X₀的阻抗。

相线S_q通入电流I_q ^&(后，测量到S_q外其他各相线初步的互阻抗Z_Mpq(1≤p≤6，1≤q≤6，且p≠q)为：

式2中，Z_Mpq(1≤p≤6，1≤q≤6，且p≠q)为相线S_q通入电流I_q ^&(1≤q≤6)后，测量到S_p初步的互阻抗；Z_Xpq为自感主线圈X_q对自感主线圈X_p的互阻抗，

为中心线圈X₀的阻抗。

2.4互感调节线圈选择以及接线

①互感调节线圈接线端子的选择

各互感调节线圈都有6个接线端子，从右往左分别反映的匝数分别占总匝数的0％、10％、20％、50％、70％、100％。D_MqL表示互感调节线圈M_q所选择的左边端子，D_MqR表示互感调节线圈M_q所选择的右边端子。

互感调节线圈接线端子的选择时，可根据第2.3步得到的各相线之间初步的互阻抗与第2.1步对应计算到的各相线的互阻抗进行比较，如果误差比较大，可以选择匝数差较大的一对端子；如果误差比较小，可以选择匝数差较小的一对端子。一般情况下，认为自感抗的误差在2％以内，互感抗的误差在10％以内为误差较小。具体步骤如下：

根据Z_M12与M′₁₂之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₁的一对接线端子D_M1L、D_M1R和互感调节线圈M₂的一对接线端子D_M2L、D_M2R；

根据Z_M23与M′₂₃之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₃的一对接线端子D_M3L、D_M3R和互感调节线圈M₂的一对接线端子D’_M2L、D’_M2R；互感调节线圈M₂中所选择的两对接线端子不能相同。

根据Z_M45与M′₄₅之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₄的一对接线端子D_M4L、D_M4R和互感调节线圈M₅的一对接线端子D_M5L、D_M5R；

根据Z_M56与M′₅₆之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₆的一对接线端子D_M6L、D_M6R和互感调节线圈M₅的一对接线端子D’_M5L、D’_M5R；互感调节线圈M₅中所选择的两对接线端子不能相同。

②互感调节线圈的接线

互感调节线圈自成回路，不跟外部系统连接，如图5所示。互感线圈中，M₁与M₂并联；M₂与M₃并联，其中M₂利用不同的两对接线端子分别与M₁、M₃连接，因而M₁与M₃之间没有电流回路，而是通过M₂实现电磁耦合。同理，M₄与M₅并联；M₅与M₆并联，M₅利用不同的两对接线端子分别与M₄、M₆连接，因而M₄与M₆之间没有电流回路，而是通过M₅实现电磁耦合。具体接线方式如下：

M₁的D_M1R与M₂的D_M2R相连接，M₁的D_M1L与M₂的D_M2L相连接；

M₂的D’_M2R与M₃的D_M3R相连接，M₂的D’_M2L与M₃的D_M3L相连接；

M₄的D_M4R与M₅的D_M5R相连接，M₄的D_M4L与M₅的D_M5L相连接；

M₅的D’_M5R与M₆的D_M6R相连接，M₅的D’_M5L1与M₃的D_M6L相连接；

两回线之间的互感M′₁₄、M′₁₅、M′₁₆、M′₂₄、M′₂₅、M′₂₆、M′₃₄、M′₃₅、M′₃₆则通过各各自感主线圈和互感调节线圈之间磁场的综合耦合得到。

2.5微调，建立分段模型

由于互感调节线圈接线完成后，对整个分段模型的空间磁场分布产生影响，分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗会产生变化。

应根据第2.3步重新测量分段模型中各相线的自感抗Z′_Lqq以及各相线之间的互感抗Z′_Mpq，并将测量结果与对应的计算出来的结果比较，如果误差可接受(一般情况下，自感抗的误差在2％以内，互感抗的误差在10％以内)，则调试完成，否则，根据第2.4步重新选择接线端子，再根据第2.3步测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗，比较测量值与计算值的误差，如此循环，直到达到误差在允许范围内。

3将各分段模型串联，形成完整的同杆并架物理模型

实例：

下面举例进一步说明步骤(2)和步骤(3)：

例子中整个同杆并架双回输电线路有三个分段模型，分段模型的建立仅以第一个分段模型为例，其余两个分段模型的调试方法与第一个分段模型相同。

1根据已知SZ14杆塔模型中各相线的空间位置，导线的类型以及参数，大地的电阻率，求出求出分段线路各相线的自阻抗Z′_q(1≤q≤6)和各相线之间的互阻抗M′_pq(1≤p≤6，1≤q≤6，且p≠q)。

2分段模型各自感主线圈和中心线圈都有6个接线端子，从右往左分别反映的匝数分别占总匝数的0％、10％、20％、50％、70％、100％。中心线圈的6个接线端子从右往左分别定义为：D_X00、D_X01、D_X02、D_X03、D_X04和D_X05，自感主线圈X_q接线端子从右往左分别定义为：D_Xq0、D_Xq1、D_Xq2、D_Xq3、D_Xq4和D_Xq5。

在互阻抗M′_pq中，根据最小一个互阻抗阻抗值的70％选择中心线圈的接线端子D_X00和D_X05，利用选定的接线端子将中心线圈X₀与地线串联；

自感主线圈X₁根据各线自阻抗Z′₁与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X15和D_X11，自感主线圈X₁的D_X15与S₁相连接，D_X11与地线连接；

自感主线圈X₂根据各线自阻抗Z′₂与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X25和D_X21，自感主线圈X₂的D_X25与S₂相连接，D_X21与地线连接；

自感主线圈X₃根据各线自阻抗Z′₃与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X35和D_X30，自感主线圈X₃的D_X35与S₃相连接，D_X30与地线连接；

自感主线圈X₄根据各线自阻抗Z′₄与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X45和D_X41，自感主线圈X₄的D_X45与S₄相连接，D_X41与地线连接；

自感主线圈X₅根据各线自阻抗Z′₅与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X55和D_X51，自感主线圈X₅的DX₅₅与S₅相连接，D_X51与地线连接；

自感主线圈X₆根据各线自阻抗Z′₆与中心线圈X₀阻抗的差值，并考虑到接上互感调节线圈后对自感的削弱作用，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子D_X65和D_X60，自感主线圈X₆的D_X65与S₆相连接，D_X60与地线连接；

各自感主线圈的对地压降定义为各自感主线圈的压降与中心线圈压降之和；调试过程中，将各自感主线圈一端短接，并接入到中心线圈，然后每一次对其中一根相线S_q通入电流I_q ^&，电流I_q ^&流过中心线圈，最后流入大地。测量各自感主线圈的对地压降，对所有六根相线均进行一次，得到六组各自感主线圈的对地压降；利用自感主线圈的每一组的对地压降除以对应的电流得到各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；

在S₁中通入电流I₁ ^&，电流I₁ ^&流经中心线圈最后流入大地，其余导线开路时，会在X₁和X₀中产生压降，同时会在X₂-X₆中产生感应压降，此时可以得到

式中，Z_L11为相线S₁的自感抗，Z_Mp1(2≤p≤6)，为相线S₁通电流I₁ ^&时，在相线S_P产生的互感抗；I₁ ^&为流过X₁的电流，U^& _X11、U^& _X01分别为电流I₁ ^&流过X₁和X₀所产生的压降，U^& _Xp1(2≤p≤6)为X₁通入电流I₁ ^&后，在X_p上产生的感应电动势；

为自感主线圈X₁的阻抗，

为中心线圈X₀的阻抗；

(2≤p≤6)为自感主线圈X₁通入电流后，在自感主线圈X_p(2≤p≤6)中感应的互感抗。

同理可以得到各线的自感，以及线间的互感。

当S₂中通入电流I₂ ^&，其余导线开路时，有

当S₃中通入电流I₃ ^&，其余导线开路时，有

当S₄中通入电流I₄ ^&，其余导线开路时，有

当S₅中通入电流I₅ ^&，其余导线开路时，有

当S₆中通入电流I₆ ^&，其余导线开路时，有

其中，Z_Lqq(1≤q≤6)为相线S_q的自感抗，Z_Mfq(1≤f≤6，1≤q≤6，p≠q)，为相线S_q通电流时，在相线S_P产生的互感抗；

为自感主线圈X_q的阻抗，

为中心线圈X₀的阻抗；

(1≤p≤6，1≤q≤6，p≠q)为自感主线圈X_q通入电流后，在自感主线圈X_p中产生的互感抗。

根据Z_M12与M′₁₂之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₁的一对接线端子D_M13、D_M15和互感调节线圈M₂的一对接线端子D_M23、D_M25；

根据Z_M23与M′₂₃之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₃的一对接线端子D_M31、D_M35和互感调节线圈M₂的一对接线端子D_M20、D_M23；

根据Z_M45与M′₄₅之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₄的一对接线端子D_M43、D_M45和互感调节线圈M₅的一对接线端子D_M53、D_M55；

根据Z_M56与M′₅₆之间的差值的大小分别选择互感调节线圈M₆的一对接线端子D_M61、D_M65和互感调节线圈M₅的一对接线端子D_M50、D_M53；

互感调节线圈自成回路，不跟外部系统连接。如图5所示：

M₁的DM₁₅与M₂的D_M25相连接，M₁的D_M13与M₂的D_M23相连接；

M₂的D_M23与M₃的D_M35相连接，M₂的D_M20与M₃的D_M31相连接；

M₄的D_M45与M₅的D_M55相连接，M₄的D_M43与M₅的D_M53相连接；

M₅的D_M53与M₆的D_M65相连接，M₅的D_M50与M₆的D_M61相连接；

因此M₁和M₃、M₄和M₆并没有电流回路，而是分别通过M₂和M₅内部的磁场耦合；互感调节线圈与自感主线圈没有电气连接，只是通过空间磁场进行耦合。

由于互感调节线圈接线完成后，对整个分段模型的空间磁场分布产生影响，分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗会产生变化。根据第2.3步重新测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗。

在S₁中通入电流I₁ ^&，其余导线开路时，会在X₁和X₀中产生压降，同时会在X₂-X₆中产生感应压降，此时可以得到

同理可以得到各线的自感，以及线间的互感。

当S₂中通入电流I₂ ^&，其余导线开路时，有

当S₃中通入电流I₃ ^&，其余导线开路时，有

当S₄中通入电流I₄ ^&，其余导线开路时，有

当S₅中通入电流I₅ ^&，其余导线开路时，有

当S₆中通入电流I₆ ^&，其余导线开路时，有

比较重新测量各相线的自感抗Z′_Lqq和各相间互感抗Z′_Mpq与其相对应的计算值进行比较。所有的误差值都在允许范围以内，第一个分段模型调节完毕。

其余两个分段模型的调节方法与第一个分段模型的调节方法一样。三个分段模型调节完毕后，将三个分段模型换为串联。第h个分段模型的第q个自感主线圈定义为X_h-q(h＝1、2、3)，第h个分段模型的中心线圈定义为X_h-0，第h各分段模型的自感主线圈X_q接线端子从右往左分别定义为：D_h-Xq0、D_h-Xq1、D_h-Xq2、D_h-Xq3、D_h-Xq4和D_h-Xq5，第h各分段模型的中心线圈X₀接线端子从右往左分别定义为：D_h-00、D_h-01、D_h-02、D_h-03、D_h-04和D_h-05，具体步骤如下(见图6)：

三个分段模型的自感主线圈X₁、X₂和X₃作为同杆并架双回输电线的|回线，三个分段模型的自感主线圈X₄、X₅和X₆作为同杆并架双回输电线的||回线。

第一个分段模型X_1-1的D_1-X15与S₁的一端相连，第一个分段模型X_1-1的D_1-X11与第二个分段模型X_2-3的D_2-X35相连，第二个分段模型X_2-3的D_2-X32与第三个分段模型X_3-2的D_3-X25相连，第三个分段模型X_3-2的D_3-X21与S₁的另一端相连形；

第一个分段模型X_1-2的D_1-X25与S₂的一端相连，第一个分段模型X_1-2的D_1-X21与第二个分段模型X_2-1的D_2-X15相连，第二个分段模型X_2-1的D_2-X11与第三个分段模型X_3-3的D_3-X35相连，第三个分段模型X_3-3的D_3-X31与S₂的另一端相连；

第一个分段模型X_1-3的D_1-X35与S₃的一端相连，第一个分段模型X_1-3的D_1-X30与第二个分段模型X_2-2的D_2-X25相连，第二个分段模型X_2-2的D_2-X21与第三个分段模型X_3-1的D_3-X15相连，第三个分段模型X_3-1的D_3-X11与S₃的另一端相连；

这样就形成同杆并架双回输电线路的|回线；同理，

第一个分段模型X_1-4的D_1-X45与S₄的一端相连，第一个分段模型X_1-4的D_1-X41与第二个分段模型X_2-5的D_2-X55相连，第二个分段模型X_2-5的D_2-X51与第三个分段模型X_3-6的D_3-X65相连，第三个分段模型X_3-6的D_3-X61与S₄的另一端相连形；

第一个分段模型X_1-5的D_1-X55与S₂的一端相连，第一个分段模型X_1-5的D_1-X51与第二个分段模型X_2-6的D_2-X65相连，第二个分段模型X_2-6的D_2-X62与第三个分段模型X_3-4的D_3-X45相连，第三个分段模型X_3-4的D_3-X41与S₅的另一端相连；

第一个分段模型X_1-6的D_1-X65与S₆的一端相连，第一个分段模型X_1-6的D_1-X60与第二个分段模型X_2-4的D_2-X45相连，第二个分段模型X_2-4的D_2-X41与第三个分段模型X_3-5的D_3-X55相连，第三个分段模型X_3-5的D_3-X51与S₆的另一端相连；

第一个分段模型X_1-0的D_1-X05与地线一端相连，第一个分段模型X_1-0的D_1-X00与第二个分段模型X_2-0的D_2-X05相连，第二个分段模型X_2-0的D_2-X00与第三个分段模型X_3-0的D_3-X05相连，第三个分段模型X_3-0的D_3-X00与地线另一端相连；

这样就形成同杆并架双回输电线路的||回线，也构建了同杆并架双回输电线路模型。

本发明方法可以通过调节各线圈的接线端子、Y型铁芯组和立柱磁路铁芯的气隙、模型上下两部分的空气气隙或改变各线圈的连接方式等多种方式来调节，可以根据不同的线路模型，灵活的调节出所需要的参数，具有很好的灵活性和适用性。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法，其特征在于，其建模过程为：

第1步利用六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈、六根立柱磁路铁芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯构建磁通回路；具体为：

六个自感主线圈分别记为X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆，六个互感调节线圈分别记为M₁、M₂、M₃、M₄、M₅和M₆，中心线圈记为X₀，互感调节线圈与中心线圈的匝数相等，均为自感主线圈匝数的一半；

六根立柱磁路铁芯分别记为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆；中间零序磁路铁芯记为T₀；

六根水平铁芯分别记为W₁、W₂、W₃、W₄、W₅和W₆；W₁、W₂和W₃水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在一起构成上Y型铁芯组；W₄、W₅和W₆水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在一起构成下Y型铁芯组；两Y型铁芯组所在的平面平行于水平面，且W₁与W₄、W₂与W₅和W₃与W₆分别在同一垂直平面上；组成Y型铁芯组的各水平铁芯顶部紧密结合；

T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆在上、下Y型铁芯组中间；

T₁安装在W₁与W₄所构成的平面中W₁的正下方，能够沿W₁方向平移，并与W₁垂直且保留调节气隙；X₁、M₁套在T₁上，且X₁放置在靠近上Y型铁芯组的一侧；

T₂安装在W₂与W₅所构成的平面中W₂的正下方，能够沿W₂方向平移，并与W₂垂直且保留调节气隙；X₂、M₂套在T₂上，且X₂放置在靠近上Y型铁芯组的一侧；

T₃安装在W₃与W₆所构成的平面中W₃的正下方，能够沿W₃方向平移，并与W₃垂直且保留调节气隙；X₃、M₃套在T₃上，且X₃放置在靠近上Y型铁芯组的一侧；

T₄安装在W₁与W₄所构成的平面中W₄的正上方，能够沿W₄方向平移，并与W₄垂直且保留调节气隙；X₄、M₄套在T₄上，且X₄放置在靠近下Y型铁芯组的一侧；

T₅安装在W₂与W₅所构成的平面中W₅的正上方，能够沿W₅方向平移，并与W₅垂直且保留调节气隙；X₅、M₅套在T₅上，且X₅放置在靠近下Y型铁芯组的一侧；

T₆安装在W₃与W₆所构成的平面中W₆的正上方，沿W₆方向平移，并与W₆垂直且保留可调节气隙；X₆、M₆套在T₆上，且X₆放置在靠近下Y型铁芯组的一侧；

T₀位于上、下Y型铁芯组的中轴线的中央，中心线圈X₀套在T₀的中间；

T₁与T₄、T₂与T₅和T₃与T₆分别处于同一垂线上，并分别留有调节空气气隙；各铁芯以及铁芯之间的空气气隙共同构成分段模型的磁通回路；

第2步按下述方式接线并建立分段模型：

第2.1步同杆并架输电线路分段线路参数计算：

第2.3步获取初步参数，包括分段模型六组各自感主线圈的对地压降和各相线的电流，所述各自感主线圈的对地压降定义为各自感主线圈的压降与中心线圈压降之和；利用自感主线圈的每一组的对地压降除以对应的电流得到各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；

第3步将各分段模型串联，形成完整的同杆并架物理模型：

按照第1步和第2步构建并调试其余的分段模型；调试完后，将调试好的分段模型中的各自感主线圈据实际的电力系统同杆并架双回输电线路换位方式换位串联，各分段模型的中心线圈串联，形成完整的同杆并架模型。

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，第2.2步具体包括下述过程：

同杆并架双回线中六根相线分别定义为：S₁、S₂、S₃、S₄、S₅和S₆，其中S₁、S₂和S₃组成I回线，S₄、S₅和S₆组成II回线；

中心线圈X₀作为各相线自阻抗以及各相线之间互阻抗的公共部分，在互阻抗中，根据分段线路参数中最小一个互阻抗阻抗值的70％选择中心线圈的接线端子，利用选定的接线端子将中心线圈X₀与地线串联；

自感主线圈X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆根据各线自阻抗与中心线圈X₀阻抗的差值，在差值的基础上预留该线自阻抗阻抗值的10％来选择接线端子，利用选定的接线端子，将每个自感主线圈与同杆并架双回线中的一根相线串联；

同杆并架双回线六根相线的电流i₁、i₂、i₃、i₄、i₅、i₆分别流过分段模型的自感主线圈X₁、X₂、X₃、X₄、X₅和X₆；六电流之和经过其他设备的中性点回流过中心线圈X₀，最后流入大地；完成自感主线圈和中心线圈的接线之后，分段模型形成初步的各相线的自阻抗和各相线之间的互阻抗。

3.根据权利要求1或2所述的建模方法，其特征在于，第2.4步具体包括下述过程：

各互感调节线圈都有6个接线端子，从右往左分别反映的匝数分别占总匝数的0％、10％、20％、50％、70％、100％；

互感调节线圈接线端子的选择通过第2.3步得到的各相线之间初步的互阻抗与第2.1步对应计算到的各相线的互阻抗进行比较，如果误差较大，选择匝数差较大的一对端子；否则选择匝数差较小的一对端子；互感调节线圈自成回路，不跟外部系统连接；互感调节线圈中，M₁与M₂并联；M₂与M₃并联，其中M₂利用不同的两对接线端子分别与M₁、M₃连接，因而M₁与M₃之间没有电流回路，而是通过M₂实现电磁耦合；同理，M₄与M₅并联；M₅与M₆并联，M₅利用不同的两对接线端子分别与M₄、M₆连接，因而M₄与M₆之间没有电流回路，而是通过M₅实现电磁耦合。