CN104237692A - 一种输电线路opgw的选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路OPGW的选型方法，所述方法包括(1)选取输电线路OPGW和分流线的组合；(2)计算允许短路电流；(3)计算自阻抗；(4)计算综合阻抗；(5)计算地线组允许短路电流；(6)校验短路电流。本发明提出的输电线路OPGW选型方法，其优点在于考虑输电线路OPGW与分流线的自阻抗、综合阻抗，计算精度高；同时考虑两种地线分别的短路电流，保证选型结果的稳定性；选型后进行短路电流校验，包含站口校验、换线塔校验，保证线路中任何情况任何地点地线均可稳定运行；并未增加计算难度，选型方法简便易行。

Description

一种输电线路OPGW的选型方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路选型方法，具体讲涉及一种输电线路OPGW的选型方法。

背景技术

在电力线路上，输电线路OPGW光缆具备地线和光纤通信双重功能，作为一种新兴的信息传输通道，近些年在一些国家得到了迅速发展。在通讯方面，具有通信容量大、抗干扰、可靠性高、不额外占用走廊的特点；作为地线，能满足普通地线的防雷要求，具备良导体的屏蔽作用，可减小送电线路的电磁影响。目前，由于尚无统一国家标准型号，且厂家的生产工艺的差异，输电线路OPGW的机电特性、热稳定和通信光纤等性能互相制约，参数也不尽相同。本着安全、经济、合理的原则，对每个工程，都需要对按选定的输电线路OPGW进行其与导地线的配合计算，使其不但具有通信功能，又满足地线的机械强度要求。

由于输电线路OPGW有铝护套，外层由铝包钢绞线和铝合金绞线组成，其直流电阻及电抗远小于镀锌钢绞线和杆塔接地电阻，所以，当线路发生单相对铁塔闪络接地时，短路电流大部分(90％左右)将通过输电线路OPGW和分流线返回变电所。一般在靠近变电所的前两档内，单相短路电流，可高达40～50kA，会引起输电线路OPGW温升发热，严重时会引输电线路OPGW损坏甚至影响通信。所以在使用输电线路OPGW作为架空地线时，稳定问题十分重要。为了区别常规地线的热稳定计算，引用了分流线和组合地线的概念，分流线是指在架空地线中起分流作用的良导体部分；组合地线，有2种以上不同型号，不同质的地线架于一条线路上。因此，在输电线路OPGW选型计算中，合理配置是输电线路OPGW选型的关键。

输电线路OPGW的选型，对输电线路的稳定运行以及对输电线路设计具有重要的意义。而由于输电线路地线短路电流计算的复杂性，现有的经验公式都没全面涵盖所有的影响因素，无法准确判断地线是否稳定，而且经验公式是基于低电压等级线路的长期测量总结出来的，对于高电压等级线路的输电线路OPGW选型的计算存在误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种输电线路OPGW的选型方法，通过输电线路OPGW与分流线组合，计算输电线路OPGW与分流线的自阻抗和综合阻抗，同时考虑两种地线分别的短路电流，保证选型结果的稳定性；选型后进行短路电流校验，包含站口校验、换线塔校验和最大短路电流校验保证线路中任何情况任何地点地线均可稳定运行；并未增加计算难度，选型方法简便易行。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种输电线路OPGW的选型方法，其改进之处在于，所述方法包括

(1)选取输电线路OPGW和分流线的组合；

(2)计算允许短路电流；

(3)计算自阻抗；

(4)计算综合阻抗；

(5)计算地线组允许短路电流；

(6)校验短路电流。

优选的，所述步骤(1)中输电线路OPGW和分流线的组合包括站口处的输电线路OPGW和分流线的组合和需换线处输电线路OPGW和分流线的组合。

优选的，所述步骤(2)包括根据输电线路OPGW和分流线各自的参数和短路热稳定允许电流公式，计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流。

进一步地，根据公式

$I=\sqrt{\frac{C}{0.24a_o{R}_{o}T}\ln \frac{a_o(t_2-20)+1}{a_o(t_1-20)+1}}$ 和 $C=\frac{2.7\×0.21\×A_1}{100}+\frac{7.85\×0.11\×{\mathrm{\βA}}_g}{100}$ 计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流，

其中，I为地线验算短路热稳定允许电流；C为载流部分的热容量；A_l、A_g分别为铝截面积、钢截面积；β为钢比热系数；a_o为载流部20℃时的电阻温度系数；R_o为载流部20℃时的电阻；T为计算短路热稳定的时间；t₁为地线初始温度；t₂为地线短路热稳定允许温度。

优选的，所述步骤(3)包括根据公式 $Z_{\mathrm{ii}}=(R_o+0.05)+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{\mathrm{\σ}\·\frac{D}{2}}$ 计算输电线路OPGW和分流线的自阻抗，其中，ρ为大地电阻率；f为频率；σ为有效半径系数；D为外径。

优选的，所述步骤(4)包括

导地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{D_{\mathrm{ij}}}$

D_ij为导线和地线间距离；

地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{d_{\mathrm{ij}}}$

d_ij为地线之间的距离；

地线组综合阻抗：

$Z_p=\frac{(Z_o-Z_m)(Z_g-Z_m)}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)}+Z_m,$

Z_o、Z_g、Z_m、Z_p分别为输电线路OPGW自阻抗、分流线自阻抗、输电线路OPGW和分流线互感、输电线路OPGW和分流线综合阻抗。

优选的，所述步骤(5)包括根据公式和计算地线组允许短路电流I_p＝min(I₁，I₂)。

优选的，所述步骤(6)包括站口短路电流的校验、换线塔短路电流的校验和最大短路电流的校验。

进一步地，所述站口短路电流校验包括I_c＝I_l+I_r＜I_p，站口输电线路OPGW和分流线组合合格，其中，I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流。

进一步地，所述换线塔短路电流校验包括

设换线塔号N；

校验N+1塔小号侧短路电流是否超地线组允许短路电流；

换线点距离为：L_c＝(N-1)×l_av+l₀；

l_av、l₀分别为平均档距和进线档距；

换线塔下一基塔(N+1)短路电流为：I_c＝I_l+I_r

I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流；

换线塔下一基塔(N+1)短路点两侧短路电流强制分量为：

I_lm＝I_l×k_m

I_rm＝I_r×k_m

换线塔下一基塔(N+1)短路点短路电流自由分量为：

I_f＝I_l×k_f+I_r×k_f

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗为：

Z_cl＝(((R_b//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p…直到(N+1)节点

R_t为杆塔接地电阻；

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗为：

$Z_{\mathrm{cr}}=(Z_{\mathrm{cr}}+Z_p)//R_t=\frac{\sqrt{Z_g(4R_t+Z_g)}+Z_g}{2}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流自由分量为：

$I_{\mathrm{lf}}=I_f\×\frac{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t}{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t+Z_{\mathrm{cr}}\×R_t+Z_{\mathrm{cl}}\×Z_{\mathrm{cr}}}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流为：

I_lc＝I_lm+I_lf；

判断是否满足I_lc＝I_lm+I_lf＜I_pc，是则换线塔合格；否则换线塔向大号侧增加，直到满足要求，确定换线塔号。

进一步地，用下式校验所述最大短路电流：

选择输电线路OPGW型号，用容量表示即I_lo ²t_s， $I_{\lg }=I_{\mathrm{lc}}\×\frac{Z_o-Z_m}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)},$ 选择分流线型号，

其中，t_s为重合闸时间，200kV为0.3s，500kV为0.25s。

进一步地，所述短路电流强制分量和自由分量的比为：

强制分量为： $k_m=\frac{Z_m}{Z_p};$

自由分量为： $k_f=1-k_m=1-\frac{Z_m}{Z_p}.$

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明提出的输电线路OPGW选型方法，其优点在于考虑输电线路OPGW与分流线的自阻抗、综合阻抗，计算精度高；同时考虑两种地线分别的短路电流，保证选型结果的稳定性；选型后进行短路电流校验，包含站口校验、换线塔校验，保证线路中任何情况任何地点地线均可稳定运行；并未增加计算难度，选型方法简便易行。

本发明选型的输电线路OPGW可以与现有的地线相匹配，被安装在电力架空线杆的顶部，无须考虑最佳挂点与电腐蚀因素。输电线路OPGW光缆作为输电线路的屏蔽线和防雷线，为电力线抗雷击放电提供保护。在输电线路发生短路时起屏蔽作用，并减小短路电流对电网的相互干扰。光缆中的光纤具有二次余长，以保证输电线路OPGW光缆在受到最大运行张力时光纤不受力。既降低了冰荷和风荷，又确定了在短路情况下产生的热量易散去。输电线路OPGW光缆的外径和拉力单重比与常用地线规格相近，可以用来直接替换原有地线而不须更换铁塔，架设非常方便。

附图说明

图1为本发明提供的一种输电线路OPGW的选型方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

1、设输电线路OPGW和分流线的组合。

设站口处输电线路OPGW和分流线的组合，需换线处输电线路OPGW和分流线的组合，若线路不长则不考虑换线，全线为一个组合。例：站口附近5km，输电线路OPGW1//JLB1，5～10km，输电线路OPGW2//JLB2，10km以后，输电线路OPGW2//GJ。

2、计算输电线路OPGW和分流线的允许短路电流。

根据输电线路OPGW和分流线各自的参数和短路热稳定允许电流公式，计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流；

通过公式 $I=\sqrt{\frac{C}{0.24a_o{R}_{o}T}\ln \frac{a_o(t_2-20)+1}{a_o(t_1-20)+1}}$ 和 $C=\frac{2.7\×0.21\×A_1}{100}+\frac{7.85\×0.11\×{\mathrm{\βA}}_g}{100}$ 计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流。

其中，I为地线验算短路热稳定允许电流(A)；C为载流部分的热容量(cal/℃/cm)；A_l、A_g为分别为铝截面积、钢截面积(mm²)；β为钢比热系数；a_o为载流部20℃时的电阻温度系数(℃^-1)；R_o为载流部20℃时的电阻(Ω/cm)；T为计算短路热稳定的时间(s)；t₁为地线初始温度(℃)；t₂为地线短路热稳定允许温度(℃)。

3、计算输电线路OPGW和分流线的自阻抗。

通过公式 $Z_{\mathrm{ii}}=(R_o+0.05)+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{\mathrm{\σ}\·\frac{D}{2}}$ 计算输电线路OPGW和分流线的自阻抗，

其中，ρ为大地电阻率(Ω·m)；f为频率(Hz)；σ为有效半径系数；D为外径。

4、计算地线组综合阻抗。

导地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{D_{\mathrm{ij}}}$

其中，D_ij为导线和地线间距离(m)；

地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{d_{\mathrm{ij}}}$

其中，d_ij为地线之间的距离(m)；

地线组综合阻抗为：

$Z_p=\frac{(Z_o-Z_m)(Z_g-Z_m)}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)}+Z_m$

其中，Z_o、Z_g、Z_m、Z_p分别为输电线路OPGW自阻抗、分流线自阻抗、输电线路OPGW和分流线互感、输电线路OPGW和分流线综合阻抗。

5、计算地线组允许短路电流。

根据公式 $I_1=I_o\×\frac{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)}{Z_g-Z_m},$ $I_2=I_g\×\frac{(Z_o-Z_m)+(Z_g-z_M)}{Z_o-Z_m}$ 得地线组允许短路电流I_p＝min(I₁，I₂)。

6、校验短路电流。

1)站口校验。

站口短路电流：I_c＝I_l+I_r＜I_p，站口输电线路OPGW和分流线组合合格。

其中，I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流(A)；

2)换线塔校验。

设换线塔号N

校验N+1塔小号侧短路电流是否超地线组允许短路电流。

换线点距离：L_c＝(N-1)×l_av+l₀

其中，l_av、l₀分别为平均档距和进线档距(m)；

换线塔下一基塔(N+1)短路电流：I_c＝I_l+I_r

其中，I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流(A)；

短路电流强制分量、自由分量比例为：

强制分量： $k_m=\frac{Z_m}{Z_p}$

自由分量： $k_f=1-k_m=1-\frac{Z_m}{Z_p}.$

换线塔下一基塔(N+1)短路点两侧短路电流强制分量：

I_lm＝I_l×k_m

I_rm＝I_r×k_m

换线塔下一基塔(N+1)短路点短路电流自由分量：

I_f＝I_l×k_f+Ir×k_f

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗：

Z_cl＝(((R_b//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p…直到(N+1)节点，

其中，R_t为杆塔接地电阻，

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗：

$Z_{\mathrm{cr}}=(Z_{\mathrm{cr}}+Z_p)//R_t=\frac{\sqrt{Z_g(4R_t+Z_g)}+Z_g}{2}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流自由分量：

$I_{\mathrm{lf}}=I_f\×\frac{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t}{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t+Z_{\mathrm{cr}}\×R_t+Z_{\mathrm{cl}}\×Z_{\mathrm{cr}}}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流：

I_lc＝I_lm+I_lf

判断I_lc＝I_lm+I_lf＜I_pc，换线塔合格，否则换线塔向大号侧增加，直到满足要求，确定换线塔号。

3)输电线路OPGW和分流线通过的最大短路电流效验。

选择输电线路OPGW型号，采用容量表示即I_lo ²t_s $I_{\lg }=I_{\mathrm{lc}}\×\frac{Z_o-Z_m}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)},$ 选择分流线型号，

t_s为重合闸时间，200kV为0.3s，500kV为0.25s。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述方法包括

(1)选取输电线路OPGW和分流线的组合；

(2)计算允许短路电流；

(3)计算自阻抗；

(4)计算综合阻抗；

(5)计算地线组允许短路电流；

(6)校验短路电流。

2.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(1)中输电线路OPGW和分流线的组合包括站口处的输电线路OPGW和分流线的组合和需换线处输电线路OPGW和分流线的组合。

3.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(2)包括根据输电线路OPGW和分流线各自的参数和短路热稳定允许电流公式，计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流。

4.如权利要求3所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，根据公式

$I=\sqrt{\frac{C}{0.24a_o{R}_{o}T}\ln \frac{a_o(t_2-20)+1}{a_o(t_1-20)+1}}$ 和 $C=\frac{2.7\×0.21\×A_1}{100}+\frac{7.85\×0.11\×{\mathrm{\βA}}_g}{100}$ 计算输电线路OPGW和分流线各自允许的短路电流，

其中，I为地线验算短路热稳定允许电流；C为载流部分的热容量；A_l、A_g分别为铝截面积、钢截面积；β为钢比热系数；a_o为载流部20℃时的电阻温度系数；R_o为载流部20℃时的电阻；T为计算短路热稳定的时间；t₁为地线初始温度；t₂为地线短路热稳定允许温度。

5.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(3)包括根据公式 $Z_{\mathrm{ii}}=(R_o+0.05)+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{\mathrm{\σ}\·\frac{D}{2}}$ 计算输电线路OPGW和分流线的自阻抗，其中，ρ为大地电阻率；f为频率；σ为有效半径系数；D为外径。

6.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(4)包括

导地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{D_{\mathrm{ij}}}$

D_ij为导线和地线间距离；

地线间互感为：

$Z_{\mathrm{ij}}=0.05+0.1445\lg \frac{660\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}}{d_{\mathrm{ij}}}$

d_ij为地线之间的距离；

地线组综合阻抗：

$Z_p=\frac{(Z_o-Z_m)(Z_g-Z_m)}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)}+Z_m,$

Z_o、Z_g、Z_m、Z_p分别为输电线路OPGW自阻抗、分流线自阻抗、输电线路OPGW和分流线互感、输电线路OPGW和分流线综合阻抗。

7.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(5)包括根据公式 $I_1=I_o\×\frac{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)}{Z_g-Z_m}$ 和 $I_2=I_g\×\frac{(Z_o-Z_m)+(Z_g-z_M)}{Z_o-Z_m}$ 计算地线组允许短路电流I_p＝min(I₁，I₂)。

8.如权利要求1所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述步骤(6)包括站口短路电流的校验、换线塔短路电流的校验和最大短路电流的校验。

9.如权利要求8所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述站口短路电流校验包括I_c＝I_l+I_r＜I_p，站口输电线路OPGW和分流线组合合格，其中，I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流。

10.如权利要求8所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述换线塔短路电流校验包括

设换线塔号N；

校验N+1塔小号侧短路电流是否超地线组允许短路电流；

换线点距离为：L_c＝(N-1)×l_av+l₀；

l_av、l₀分别为平均档距和进线档距；

换线塔下一基塔(N+1)短路电流为：I_c＝I_l+I_r

I_l、I_r分别为短路点两侧两个方向的短路电流；

换线塔下一基塔(N+1)短路点两侧短路电流强制分量为：

I_lm＝I_l×k_m

I_rm＝I_r×k_m

换线塔下一基塔(N+1)短路点短路电流自由分量为：

I_f＝I_l×k_f+I_r×k_f

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗为：

Z_cl＝(((R_b//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p)//R_t+Z_p…直到(N+1)节点

R_t为杆塔接地电阻；

换线塔下一基塔(N+1)小号侧等效阻抗为：

$Z_{\mathrm{cr}}=(Z_{\mathrm{cr}}+Z_p)//R_t=\frac{\sqrt{Z_g(4R_t+Z_g)}+Z_g}{2}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流自由分量为：

$I_{\mathrm{lf}}=I_f\×\frac{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t}{Z_{\mathrm{cl}}\×R_t+Z_{\mathrm{cr}}\×R_t+Z_{\mathrm{cl}}\×Z_{\mathrm{cr}}}$

换线塔下一基塔(N+1)小号侧短路电流为：

I_lc＝I_lm+I_lf；

判断是否满足I_lc＝I_lm+I_lf＜I_pc，是则换线塔合格；否则换线塔向大号侧增加，直到满足要求，确定换线塔号。

11.如权利要求8所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，用下式校验所述最大短路电流：

选择输电线路OPGW型号，用容量表示即I_lo ²t_s， $I_{\lg }=I_{\mathrm{lc}}\×\frac{Z_o-Z_m}{(Z_o-Z_m)+(Z_g-Z_m)},$ 选择分流线型号，

其中，t_s为重合闸时间，200kV为0.3s，500kV为0.25s。

12.如权利要求10所述的一种输电线路OPGW的选型方法，其特征在于，所述短路电流强制分量和自由分量的比为：

强制分量为： $k_m=\frac{Z_m}{Z_p};$

自由分量为： $k_f=1-k_m=1-\frac{Z_m}{Z_p}.$