CN106096161A - 输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法 - Google Patents

输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,包括以下步骤:获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数,输电线路沿线的土壤电阻率及输电线路所在运行线路的运行参数并将上述参数传输至ATP‑EMTP仿真系统;搭建ATP‑EMTP仿真模型;输电线路参数设置;对运行线路施加源;输电线路工频感应电压及电流的计算包括:计算输电线路静电感应电压时,感应的输电线路需两端开路;计算输电线路电磁感应电压时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计算静电感应电流时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计算电磁感应电流时,感应的输电线路两端均需接地;本发明适用于任何并行的输电线路且计算准确度高。

Description

输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统仿真计算领域,具体涉及一种输电线路工频感应电压及电流 的仿真计算方法。
背景技术
[0002] ATP_EMTP(Electr〇-Magnetic Transient Program)是用于电力系统电磁暂态分 析的仿真软件,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电力系 统仿真软件。
[0003] 根据研究表明,目前输电线路的感应电压可高达几十千伏,感应电流可高达几十 安培。本发明可提供一种输电线路工频感应电压、感应电流的计算方法,以便输电线路工作 人员提前了解输电线路工频感应电压、电流水平,及时做好安全措施,提高输电线路工作人 员作业安全可靠能力。
[0004] 目前对输电线路工频感应电压、感应电流的研究计算中,针对同塔双回输电线路 的研究较多,且大多以定性分析为主,缺乏实测数据的支撑。
发明内容
[0005] 为解决现有技术存在的不足,本发明公开了输电线路工频感应电压及电流的仿真 计算方法,适用于任意并行的输电线路。
[0006] 为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
[0007] 输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,包括以下步骤:
[0008] 获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数,输电线路沿线的土壤电阻率及输电 线路所在运行线路的运行参数并将上述参数传输至ATP-EMTP仿真系统;
[0009] 搭建ATP-EMTP仿真模型;
[0010] 输电线路参数设置:根据获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数、输电线路沿 线的土壤电阻率及输电线路并行线路的运行参数设置ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模 块的相关参数;
[0011] 对运行线路施加源;
[0012] 输电线路工频感应电压及电流的计算:计算输电线路静电感应电压时,感应的输 电线路需两端开路;计算输电线路电磁感应电压时,感应的输电线路需一端接地,一端开 路;计算静电感应电流时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计算电磁感应电流时,感 应的输电线路两端均需接地。
[0013] 进一步的,搭建ATP-EMTP仿真模型时,根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路架 设方式、输电线路相序、运行线路与感应线路的并行间距四个因素确定输电线路模型分段 点,四个因素为与的关系,若四个因素同时一致,则在一个设计段中;
[0014]输电线路模型搭建:对短距离输电线路可选择ATP-EMTP仿真系统中的集中参数模 型,对长距离输电线路需选择ATP-EMTP仿真系统中的分布参数模型。
[0015]进一步的,输电线路参数设置时,设置的参数包括ATP-EMTP仿真系统中的输电线 路模块中的Model模块及data模块的参数;
[0016] Model模块中设置输电线路类型及对应的特征、设置土壤电阻率、输电线路输送频 率及输电线路长度;
[0017] data模块设置输电线路相号、内径、外径、直流电阻、水平距离Horiz、导线高度 Vtower、档距中央导线高度Vmid、分裂间距、地线保护角及分裂数。
[0018] 进一步的,在对运行线路施加源时,施加源为电压源或电流源;若施加源采用电压 源的方式,则选择Type of source为电压源,并设置电压源的幅值、频率及相角;
[0019] 若施加源采用电流源的方式,则选择Type of source为电流源,并设置电流源的 幅值、频率及相角,并设置电压源或电流源的开始时间<〇,停止时间〉仿真时间T max。
[0020] 进一步的,在对运行线路施加源时,将运行线路等效负荷阻抗串接在运行线路末 端。
[0021] 进一步的,在输电线路工频感应电压及电流的计算时,在输电线路终端设置分相 器,将一条三相输电线路分成三个单相输电线路,实现感应线路的感应电压及电流的分相 探测。
[0022]进一步的,在输电线路工频感应电压及电流的计算时,将探测电流源串联接在每 个单相输电线路中,将探测电压源并联接在感应的每个单相输电线路两端,调试计算结束 后该探测电流源显示通过的电流幅值及角度,该探测电压源显示并接线路点的电压幅值与 角度。
[0023]进一步的,档距中央导线高度Vmid =导线高度-弧垂。
[0024]进一步的,若将连续若干级杆塔所假设的导线合并在一个设计段,则平均档距中 央导线高度Vm/ :
[0025] Vmid'=加权平均导线高度-平均弧垂
[0026]加权平均导线高度一该设计段内的不同导线高度与其所占的百分比乘积的加和; [0027] 平均弧垂一该设计段平均档距对应的弧垂。
[0028]进一步的,水平距离Horiz在设置时,首先选定一个参考的水平距离,若选定感应 线路杆塔中线为参考水平距离〇点,设参考坐标点左方为负,右方为正,运行线路与感应线 路的并行间距为d;
[0029] 若运行线路在感应线路右侧,则Horiz®舊#=Horiz廟魏各+d [0030] 若运行线路在感应线路左侧,则:Horiz®舊#=Horiz廟魏各-d。
[0031]进一步的,运行线路施加源的计算时:
[0032]若输电线路线电压U,三相输送功率为S = P+jQ
[0033]其中S为视在功率;P为有功功率;Q为无功功率;
[0034] 则等效相电压峰值UpeakS:
Figure CN106096161AD00051
Figure CN106096161AD00061
[0042]进一步的,运行线路等效负荷阻抗为Z = R+jX,其中R为等效电阻,X为等效电抗。
Figure CN106096161AD00062
[0044] 本发明的有益效果:
[0045] 本发明研究的输电线路工频感应电压、感应电流的仿真计算方法,适用于任何并 行的输电线路,且提供了仿真计算数据与实测数据的对比,有力的验证了该仿真计算方法 的准确度。
具体实施方式:
[0046] 下面结合具体实施例子对本发明进行详细说明:
[0047] 1、数据采集
[0048] 1)获取所涉及的输电线路资料,包括输电线路型号、内径、外径、直流电阻值,分裂 数,分裂间距,弧垂、相序。
[0049] 2)获取所涉及的地线资料,包括地线型号,内径,外径、直流电阻,弧垂,接地方式、 地线保护角。
[0050] 3)获取所涉及的输电杆塔资料,包括杆塔型号、呼高、档距、导线在杆塔悬挂点及 参数。
[0051] 4)获取所涉及的土壤电阻率参数。
[0052] 5)获取运行线路运行参数,包括运行线路电压等级、输送功率。
[0053] 2.数据分析计算
[0054]将收集到的上述数据根据下述公式进行数据分析计算:
[0055] l)Vmid =导线高度-弧垂 [0056] Vmid-档距中央导线高度。
[0057] 2)若将连续若干级杆塔所假设的导线合并在一个设计段,则:
[0058] Vmid'=加权平均导线高度-平均弧垂
[0059] 加权平均导线高度一该设计段内的不同导线高度与其所占的百分比乘积的加和。
[0060] 平均弧垂一该设计段平均档距对应的弧垂。
[0061] 3)运行线路与感应线路的并行间距d是决定输电线路感应电压及电流的关键影响 参数。ATP-EMTP软件中的LCC(输电线路模块)中Mode 1中的Hor iz参数设定不同的并行间距 d。首先选定一个参考的水平距离,若选定感应线路杆塔中线为参考水平距离0点,设参考坐 标点左方为负,右方为正。
[0062] 若运行线路在感应线路右侧,则Horiz®舊#=Horiz廟魏各+d [0063] 若运行线路在感应线路左侧,则:Horiz®舊#=Horiz廟魏各-d
[0064] 4)运行线路施加源的计算。
[0065]若输电线路线电压U,三相输送功率为S = P+jQ [0066] 其中S-视在功率;P-有功功率;Q-无功功率
Figure CN106096161AD00071
[0075]等效负荷阻抗为Z = R+jX,其中R为等效电阻,X为等效电抗。
Figure CN106096161AD00072
[0077] 3、ATP_EMTP仿真模型搭建。
[0078] 1)输电线路模型设计。根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路架设方式、输电线 路相序、运行线路与感应线路的并行间距四个因素确定输电线路模型分段点。四个因素为 与的关系,若四个因素同时一致,则在一个设计段中。
[0079] 2)搭建输电线路模型。对短距离输电线路可选择ATP-EMTP中的集中参数模型,对 长距离输电线路需选择ATP-EMTP中的分布参数模型,将步骤1)设计好的各段输电线路,在 ATP-EMTP中用选择的输电线路模型模拟,并根据输电线路相序图将各段输电线路连接起 来。
[0080] 3)输电线路参数设置。需设置的参数有ATP-EMTP中的LCC(输电线路模块)中的 Model、data模块。此部分参数的设置根据上述1资料收集及上述2数据分析计算得到,具体 为Model模块中设置输电线路类型及对应的特征,设置输电线路模型,设置土壤电阻率,输 电线路输送频率,输电线路长度;data模块设置输电线路相号,内径,外径,直流电阻,水平 距离Hor iz,导线高度Vt_r,档距中央导线高度Vmid,分裂间距,地线保护角,分裂数。
[0081] 4)对运行线路施加源。此施加源可以为电压源或者电流源。电压源与电流源、等效 负荷阻抗的数据来源见上述第1部分中的数据采集及上述第2部分中的数据分析计算。具体 为选择ATP-EMTP中的Sources模块中的AC sources 1&3模块,双击AC sources 1&3模块,进 行Componet:ACS0URCE设置,若施加源采用电压源的方式,贝lj选择Type of source为电压 源,并设置电压源的幅值(峰值或有效值),频率,相角;频率为50HZ,相角可设定任意值;然 后将电压源一端接在运行线路首端,另一端接地。若施加源采用电流源的方式,则选择Type of source为电流源,并设置电流源的幅值(峰值或有效值),频率,相角;频率为50HZ,相角 可设定任意值。将电流源一端接在运行线路首端,另一端接地。并设置电压源或电流源的开 始时间<Ο,停止时间〉仿真时间Tmax。
[0082] 5)选择选择ATP-EMTP中的RLC模块,把上述第2部分中的数据分析计算得到的等效 负荷阻抗数值添加到该模块,建立好运行线路的等效负荷阻抗模型,并将该模型串联在运 行线路末端。
[0083] 6)仿真时间步长设置。打开ATP-EMTP中的ATP模块下的ATP-Settings,设置仿真步 长deltaTCl X 10-3,仿真时间Tmax>deltaT。
[0084] 4 .ATP-EMTP 计算调试
[0085] 1)运行ATP程序,查看各段换位及相序是否准确,若错误,逐段核对LCC(输电线路 模块)相序,并修正,直到相序全部与设计相序一致为止。
[0086] 2)安排计算方式。计算输电线路静电感应电压时,感应的输电线路需两端开路;计 算输电线路电磁感应电压时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计算静电感应电流 时,感应的输电线路需一端接地,一端开路。计算电磁感应电流时,感应的输电线路两端均 需接地。
[0087] 3)由于感应线路每相导线高度、每相与运行线路间距均不同,感应线路的感应电 压及电流需分相探测,故需在输电线路终端设置分相器,即选择Probe&3-pha Se中的 Splitter(3phase)模块,将一条三相输电线路分成三个单相输电线路。
[0088] 4)将探测电流源串联接在每个单相输电线路中,将探测电压源并联接在感应的每 个单相输电线路两端,双击探测电流源设定探测电流源显示的内容,选择Steady-state的 curr/Power,选择Onscreen中的Curr .Ampl,则调试计算结束后该探测电流源显示通过的电 流幅值及角度。双击探测电压源设定探测电压源显示的内容,选择Steady-state的 Voltage,选择Onscreen中的U,则调试计算结束后该探测电压源显示并接线路点的电压幅 值与角度。
[0089] 5、仿真计算验证。运用本发明介绍的输电线路工频感应电压、感应电流的仿真计 算方法,对某1000kV特高压输电线路感应电压及感应电流进行了仿真计算,该1000kV特高 压输电线路并行多条500kV、200kV、110kV运行线路,并行间距分布在(100m-600m)区间,I 线仿真计算结果如表1所示,Π 线仿真计算结果如表2所示:
Figure CN106096161AD00081
Figure CN106096161AD00091
[0094]因为输电线路并行工况复杂,通常感应电压及电流的计算在工程应用中只要仿真 计算值与实测值在一个数量级(感应电压以500V为一个数量极,感应电流以5A为一个数量 极)即可满足工程需要。通过上表可知,本方法可很好的满足实际工程需求。
[0095]上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限 制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1. 输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,包括以下步骤: 获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数,输电线路沿线的土壤电阻率及输电线路 所在运行线路的运行参数并将上述参数传输至ATP-EMTP仿真系统; 搭建ATP-EMTP仿真模型; 输电线路参数设置:根据获取输电线路、地线及输电杆塔的基本参数,输电线路沿线的 土壤电阻率及输电线路并行线路的运行参数设置ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块的 相关参数; 对运行线路施加源; 输电线路工频感应电压及电流的计算:计算输电线路静电感应电压时,感应的输电线 路需两端开路;计算输电线路电磁感应电压时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计 算静电感应电流时,感应的输电线路需一端接地,一端开路;计算电磁感应电流时,感应的 输电线路两端均需接地。
2. 如权利要求1所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,搭建 ATP-EMTP仿真模型时,搭建ATP-EMTP仿真模型时,根据输电线路沿线土壤电阻率、输电线路 架设方式、输电线路相序及运行线路与感应线路的并行间距这四个因素确定输电线路模型 分段点,四个因素为与的关系,若四个因素同时一致,则在一个设计段中; 输电线路模型搭建:对短距离输电线路选择ATP-EMTP仿真系统中的集中参数模型,对 长距离输电线路需选择ATP-EMTP仿真系统中的分布参数模型。
3. 如权利要求1所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,输电 线路参数设置时,设置的参数包括ATP-EMTP仿真系统中的输电线路模块中的Model模块及 data模块的参数; Model模块中设置输电线路类型及对应的特征、设置土壤电阻率、输电线路输送频率及 输电线路长度; data模块设置输电线路相号、内径、外径、直流电阻、水平距离Horiz、导线高度Vtower、 档距中央导线高度Vmid、分裂间距、地线保护角及分裂数。
4. 如权利要求1所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,在对 运行线路施加源时,施加源为电压源或电流源;若施加源采用电压源的方式,则选择Type of source为电压源,并设置电压源的幅值、频率及相角; 若施加源采用电流源的方式,则选择Type of source为电流源,并设置电流源的幅值、 频率及相角,并设置电压源或电流源的开始时间<〇,停止时间〉仿真时间Tmax。
5. 如权利要求4所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,在对 运行线路施加源时,将运行线路等效负荷阻抗串接在运行线路末端。
6. 如权利要求1所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,在输 电线路工频感应电压及电流的计算时,在输电线路终端设置分相器,将一条三相输电线路 分成三个单相输电线路,实现感应线路的感应电压及电流的分相探测。
7. 如权利要求1或6所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是, 在输电线路工频感应电压及电流的计算时,将探测电流源串联接在每个单相输电线路中, 将探测电压源并联接在感应的每个单相输电线路两端,调试计算结束后该探测电流源显示 通过的电流幅值及角度,该探测电压源显示并接线路点的电压幅值与角度。
8. 如权利要求3所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,档距 中央导线高度Vmid =导线高度-弧垂。
9. 如权利要求8所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,若将 连续若干级杆塔所假设的导线合并在一个设计段,则平均档距中央导线高度V mi/: Vmid' =加权平均导线高度-平均弧垂 加权平均导线高度一该设计段内的不同导线高度与其所占的百分比乘积的加和; 平均弧垂一该设计段平均档距对应的弧垂。
10. 如权利要求3所述的输电线路工频感应电压及电流的仿真计算方法,其特征是,水 平距离Horiz在设置时,首先选定一个参考的水平距离,若选定感应线路杆塔中线为参考水 平距离0点,设参考坐标点左方为负,右方为正,运行线路与感应线路的并行间距为d; 若运行线路在感应线路右侧,则Horizjg®®=Ho;riz廟魏各+d 若运行线路在感应线路左侧,则:Horizjga®=Horiz廟趨g-d。
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