CN106597161A - 一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，属于高压输电技术领域。本发明通过测量接地电阻时架空线路地线获取第j条架空地线电流与变电站接地电阻短路电流的总电流的幅值和相位，获得架空地线对短路电流的阻性部分，通过计算的架空线路地线耦合电流、以及架空线路的三相导线零序电流，计算得到变电站短路时架空地线中的总电流，从而得到架空地线短路电流的总的分流系数。本发明将容易计算的与线路参数相关的互感部分通过计算获得，变电站接地电阻、土壤结构等复杂因素的影响通过测量获得，避免了由于接地电阻测试中的线路地线分流情况与实际变电站接地网内发生接地短路故障时电流分布情况不完全相同导致的计算误差的问题。

Description

一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法

技术领域

本发明涉及高压输电技术领域，特别是涉及一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法。

背景技术

中性点接地系统的输电线路中，线路杆塔上发生单相接地短路故障时，短路电流将通过塔杆接地装置入地，产生塔杆地电位升高。同时为了满足输电线路防雷的需要，国内的输电线路中多配备架空地线，架空地线将短路电流分散开，减少了塔杆的入地短路电流。同时，变电站接地系统的设计过程中，计算最大入地故障电流的过程至关重要，影响着变电站的安全性能。架空地线的最大入地电流的大小会影响变电站地网入地电流的大小，从而影响地电位升降、跨步电压和接触电压。输电线路中的架空地线与变电站接地网相连，当变电站接地网内发生接地短路故障时，短路电流具有三条流向路径：第一，短路电流经与接地网相连的架空线路的“地线—杆塔”接地系统分流；第二，短路电流经由接地网(不经由大地)直接流回变电站变压器的中性点；第三，短路电流经过接地网流入大地。因此，在设计变电站接地系统的过程中，应考虑接地网内发生接地短路故障的情况，即计算架空线路地线对变电站短路电流的分流系数，也就是真正流过架空线路地线的电流与短路电流的比，再根据分流系数评估变电站接地系统的性能。

现有的架空地线短路电流的详细分布情况可以通过仿真模拟、模拟短路实验以及实际测量线路地线分流情况等方法获得。仿真模拟需估算架空地线与接地网相连的架空线路的回路数、线路和杆塔等参数与变电站接地电阻，并考虑土壤结构等因素的影响，计算架空电路的短路电流的详细分布情况。然而上述参数在实际模拟中存在难以测量以及精度较低的问题，导致仿真模拟结果与实际地线分流情况相差较大。模拟短路实验中，需对架空地线进行短路实验，短路实验成本高、风险高，测试工作量大。

目前常规的测量线路地线分流情况中，工作人员需在变电站进行接地电阻测试，同时测量此时的线路地线分流情况，计算此时线路地线分流系数，并将这一分流系数直接作为架空线路地线对变电站短路电流分流系数。然而，由于接地电阻测试中的注入电流路径与分走电流的线路地线之间存在互感，因此接地电阻测试中的线路地线分流情况与实际变电站接地网内发生接地短路故障时的电流分布情况并不完全相同。此时获得的架空地线短路电流分流结果与实际结果会出现一定偏差，导致测量结果不准确。

发明内容

本发明提供了一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，以解决现有的架空线路地线短路电流分流系数获取方法中，因此接地电阻测试中的线路地线分流情况与实际变电站接地网内发生接地短路故障时的电流分布情况并不完全相同，导致测量结果不准确，以及通过人工短路试验获取分流系数，试验成本高，很难工程应用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，包括：通过接地电阻测试，获得第j条架空地线电流I_Vj与短路电流的总电流I_m的幅值和相位；根据公式计算获得架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m；获取当第i条架空线路三相导线中有零序电流时，第i条架空线路地线耦合电流k_Mi；获取架空地线短路时第i条架空线路的

优选的，变电站接地网内发生接地短路故障时，架空地线中的总电流I_w为第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流I_Vj与第i条架空线路地线中由于相应相线和地线之间的互感耦合形成的电流I_Mi之和，即

优选的，第i条架空线路地线中由于相应相线和地线之间的互感耦合形成的电流I_Mi正比于第i条架空线路地线耦合电流k_Mi，即I_Mi＝3k_MiI_0i。

优选的，第i条架空线路地线耦合电流k_Mi的获取方法包括：模拟架空电路等效电路；根据戴维宁等效电路原理，获取等效电路开路电压U_Di与等效电阻Z_Di；根据公式计算得到第i条架空线路地线耦合电流k_Mi。

优选的，第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流I_Vj正比于入地电流I_g，其比例系数k_v通过接地电阻测试时获取的架空地线分流获得。

优选的，当各架空线路相同时，每条架空线路地线耦合电流k_Mi相同，架空线路地线耦合电流记为k_m，架空地线短路电流的分流系数W_f的获取公式为W_f＝W_m+k_M(1-W_m)。

由以上技术方案可见，本发明提供的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，通过测量架空线路地线对变电站接地电阻短路电流的分流情况，获取第j条架空地线电流I_Vj与短路电流的总电流I_m的幅值和相位，计算架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m、第i条架空线路地线耦合电流k_Mi、以及第i条架空线路的三相导线零序电流I₀，计算得到变电站短路时架空地线中的总电流I_w，从而进一步得到架空地线短路电流的分流系数W_f。本发明实施例公开了一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，属于高压输电技术领域。本发明通过测量接地电阻时架空线路地线获取第j条架空地线电流与变电站接地电阻短路电流的总电流的幅值和相位，从而获得架空地线对短路电流的阻性部分，通过计算的架空线路地线耦合电流、以及架空线路的三相导线零序电流，计算得到变电站短路时架空地线中的总电流，从而进一步得到架空地线短路电流的总的分流系数。本发明将容易计算的与线路参数相关的互感部分通过计算获得，将变电站接地电阻、土壤结构等复杂因素的影响通过测量获得，避免了由于接地电阻测试中的线路地线分流情况与实际变电站接地网内发生接地短路故障时的电流分布情况不完全相同导致的计算误差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法流程示意图；

图2为模拟架空电路等效电路图；

图3为变电站接地测试时电流路径示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法流程示意图，由图1可知，架空线路地线短路电流分流系数获取方法包括通过接地电阻测试，获得第j条架空地线电流I_Vj与短路电流的总电流I_m的幅值和相位；根据公式计算获得架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m；获取当第i条架空线路三相导线中有零序电流时，第i条架空线路地线耦合电流k_Mi；获取架空地线短路时第i条架空线数W_f。

当变电站内发生短路时，架空线路出现短路电流，架空线路地线中的电流可以分为两部分：

其中，I_w是所有架空线路地线中的总电流，I_Vj是在第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流，I_Mi是在第i条架空线路地线中由于相应相线和地线之间的互感耦合形成的电流。

由互感原理可知，I_Mi正比于第i条架空线路的三相导线的零序电流I_0i(忽略不同线路之间的导地线互感)：

I_Mi＝3k_MiI_0i，

式中k_Mi等于第i条架空线路三相导线中有1A零序电流时在该线路地线耦合出的电流。考虑线路杆塔接地电阻对该电流的影响，k_Mi可以通过图2所示的模拟架空电路等效电路图求得(图中的电压源是相应档段下三相导线中的零序电流在其上感应出的纵向电动势，M_i是每档中三相导线与地线之间的平均互感Z_wi是每档地线的自阻抗，不论单回还是多回线路，以上参数均可以通过手册求出)。由于图3中电路为级联电路，可以通过戴维宁等效电路求解I_Mi，其中，戴维宁等效电路的开路电压为：

U_Di＝jωM_i(3I_0i)(Z_Di+R_ti)/Z_Di,

式中Z_Di是戴维宁等效电路的等效电阻：

根据上式，k_Mi可转化为：

即可求出k_Mi。

I_Vj正比于变电站的地电位升，而该地电位升又正比于入地电流I_g，因此I_Vj与I_g的比例关系如下式所示：

式中k_V是比例系数。k_V可以通过接地测试时架空地线电流分流获得。图3为变电站接地测试时电流路径示意图。由于架空线路地线与变电站接地网相连，且二者很难断开，在测量接地电阻时，测量电流只有一部分经过被测变电站接地网入地，余下部分没有经被测变电站接地网直接入地，而是从架空线路地线流向远方通过杆塔和远方变电站入地。测量变电站接地电阻时，电流引线相对于线路地线很短，且两者距离很远，之间的夹角很大，因此，电流引线与线路地线之间的互感基本可以忽略，其分流原理类似于纯粹的电阻分流，也就是由于短路电流使得被测接地网的地电位升高，在该地电位的作用下，部分短路电流会从线路地线流走。

因此，接地测试时架空地线对短路电流的分流系数为：

式中I_Vj是在第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流，I_m是短路电流所用的电流，其分为两部分流散掉，一部分通过架空线路地线，即另一部分通过接地网入地，即入地电流I_g。

由上式可推导出，k_V＝W_m/(1-W_m)。由于短路时入地电流带入公式

可得：

因此架空线路地线对变电站短路电流分流系数W_f为

求得各条线路上提供的零序电流后，即可以由上式得到架空线路地线对变电站短路电流分流系数W_f。如果各条线路参数相同，每条架空线路地线耦合电流k_Mi相同，则架空线路地线耦合电流记为k_m，且每条线路上的k_M相同。架空地线短路电流的分流系数W_f的获取公式可以转换为

W_f＝W_m+k_M(1-W_m)。

上述W_m和k_M均在工频下求得，是复数。当测得接地测试时架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m后，再计算出k_Mi，则架空线路地线对变电站短路电流分流系数W_f可以通过上述或者W_f＝W_m+k_M(1-W_m)公式计算获得。

本发明通过测量接地电阻时架空线路，获取第j条架空地线电流I_Vj与短路电流的总电流I_m的幅值和相位，计算架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m、第i条架空线路地线耦合电流k_Mi、以及第i条架空线路的三相导线零序电流I₀，计算得到变电站短路时架空地线中的总电流I_w，从而进一步得到架空地线短路电流的分流系数W_f。本发明通过计算相线与地线之间的互感耦合形成的感性分流，以及通过计算接地测试时架空地线电流分流结果，估算架空线路地线对短路电流总的的分流，将容易计算的与线路参数相关的互感部分通过计算获得，而将变电站接地电阻、土壤结构等复杂因素的影响通过测量获得，避免了由于接地电阻测试中的线路地线分流情况与实际变电站接地网内发生接地短路故障时的电流分布情况不完全相同导致的计算误差的问题。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，所述架空线路地线短路电流分流系数获取方法包括：

通过接地电阻测试，获得第j条架空地线电流I_Vj与短路电流的总电流I_m的幅值和相位；

根据公式计算获得架空地线对短路电流的分流系数阻性部分W_m；

获取当第i条架空线路三相导线中有零序电流时，第i条架空线路地线耦合电流k_Mi；

获取架空地线短路时第i条架空线路的三相导线零序电流I_0i；

根据公式得到变电站短路时架空地线中的总电流I_w；

根据公式得到架空地线短路电流的分流系数W_f。

2.根据权利要求1所述的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，变电站接地网内发生接地短路故障时，所述架空地线中的总电流I_w为第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流I_Vj与第i条架空线路地线中由于相应相线和地线之间的互感耦合形成的电流I_Mi之和，即

3.根据权利要求2所述的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，所述第i条架空线路地线中由于相应相线和地线之间的互感耦合形成的电流I_Mi正比于所述第i条架空线路地线耦合电流k_Mi，即I_Mi＝3k_MiI_0i。

4.根据权利要求1所述的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，所述第i条架空线路地线耦合电流k_Mi的获取方法包括：

模拟架空电路等效电路；

根据戴维宁等效电路原理，获取等效电路开路电压U_Di与等效电阻Z_Di；

根据公式计算得到所述第i条架空线路地线耦合电流k_Mi。

5.根据权利要求1所述的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，所述第j条架空线路地线中由于地电位升造成的电流I_Vj正比于所述入地电流I_g，其比例系数k_v通过接地电阻测试时获取的架空地线分流获得。

6.根据权利要求1所述的一种架空线路地线短路电流分流系数获取方法，其特征在于，当各架空线路相同时，所述每条架空线路地线耦合电流k_Mi相同，架空线路地线耦合电流记为k_m，所述架空地线短路电流的分流系数W_f的获取公式为W_f＝W_m+k_M(1-W_m)。