CN201639294U - 一种同杆并架双回输电线路物理模型 - Google Patents

Abstract

一种同杆并架双回输电线路物理模型，采用i、k分别表示两回线的六相线路A、B、C、D、E和F中的任一相，在A相线路中，第一零序互感器的第I组(18)原方依次与自补偿阻抗Z_A(24)、第三至第五互感器(3、4、5)的原方、互补偿阻抗Z_AE(25)、Z_AF(26)串联；在B相线路中，第一零序互感器的第II组(19)原方依次与自补偿阻抗Z_B(27)、第六和七互感器(6、7)的原方、互补偿阻抗Z_AB(28)、Z_BD(29)、Z_BF(30)串联。本实用新型将基于公共互阻抗的物理模型构建结构实用化，可有效克服现有同杆并架双回输电线路物理模型的缺陷，可模拟某一段不换位线路的实际不对称情况，同时也能很精确的模拟同杆并架双回输电线路的各种跨线故障。

Description

一种同杆并架双回输电线路物理模型

技术领域

本实用新型属于电力系统自动化领域，具体涉及一种同杆并架双回输电线路物理模型的实现方法，也可用于其它类型输电线路物理模型的实现。

背景技术

电力系统动态物理试验是对继电保护和自动化装置进行性能分析和评估的重要手段，而物理模型是进行动态物理试验研究的基础。迄今，国内外针对同杆并架线路的结构特点，提出了多种动态物理模型的设计方案，包括基于“六角形”电抗器的同杆双回线路模型(见吴国瑜.电力系统仿真.水利电力出版社，1987)、基于三个互感电抗器的同杆双回线路模型(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)、零序电流互感器二次接入阻抗的同杆双回线路模型(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)。但上述几种模型都是对实际的同杆并架线路进行了简化，难以真实反映同杆并架线路故障时的电气量变化特性。专利“一种同杆并架双回输电线路物理模型的构建方法”提出了一种基于公共阻抗的模型设计方法。该方法可以有效克服原有方法存在的模拟误差较大的缺陷，更准确地反映同杆并架线路的电气量变化过程。但是该方法使用的互感器很多，互补偿阻抗为纯电感现有的制造工艺无法实现，模型中的两个零序互感器所要带的负载很大，在短路情况下，可能导致铁芯饱和，导致公共模拟阻抗产生较大误差，另外模型中的互感器都是理想互感器但是实际运用的所有互感器都存在着不可忽略漏抗。因此，专利“一种同杆并架双回输电线路物理模型的构建方法”只是从原理上提出了一种构建方法，要真正的实现还必须进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于将一种同杆并架双回输电线路物理模型的构建方法实用化，提供一种新的同杆并架双回输电线路物理模型，用以使互感器更少，互补偿阻抗不为纯电抗，易于制造，零序互感器所带负载外移，抗短路时铁芯饱和，并使模拟精度更高。

所述同杆并架双回输电线路物理模型，采用i、k分别表示两回线的六相线路A、B、C、D、E和F中的任一相，且i不等于k，公共阻抗为M_min、互补偿阻抗为Z_ik和每条输电线路自补偿阻抗为Z_i，输电线路自阻抗、各相间互阻抗、等值地线自阻抗及等值地线和输电线的互感都由大地回路对自阻抗、互阻抗的等值深度和大地电阻所表征，对于分裂的输电导线通过等值半径表征，地线的互感影响归算于各相自阻抗和各相间互阻抗，其特征为：

在A相线路中，第一零序互感器的第I组原方依次与自补偿阻抗Z_A、第三至第五互感器的原方、互补偿阻抗Z_AE、Z_AF串联；

在B相线路中，第一零序互感器的第II组原方依次与自补偿阻抗Z_B、第六和七互感器的原方、互补偿阻抗Z_AB、Z_BD、Z_BF串联；

在C相线路中，第一零序互感器的第III组原方依次与自补偿阻抗Z_C、第八至十互感器的原方、互补偿阻抗Z_AC、Z_BC串联；

在D相线路中，第二零序互感器的第III组原方依次与自补偿阻抗Z_D、第十一至第十三互感器的原方、互补偿阻抗Z_AD、Z_CD串联；

在E相线路中，第二零序互感器的第II组原方依次与自补偿阻抗Z_E、第十四至第十五互感器的原方、互补偿阻抗Z_DE、Z_BE、Z_CE串联；

在F相线路中，第二零序互感器的第I组原方依次与自补偿阻抗Z_F、第十六至第十七互感器的原方、互补偿阻抗Z_DF、Z_EF、Z_CF串联；

第三互感器的副方与互补偿阻抗Z_AB并联；

第四互感器的副方与互补偿阻抗Z_AC并联；

第五互感器的副方与互补偿阻抗Z_AD并联；

第六互感器的副方与互补偿阻抗Z_BC并联；

第七互感器的副方与互补偿阻抗Z_BE并联；

第八互感器的副方与互补偿阻抗Z_CD并联；

第九互感器的副方与互补偿阻抗Z_CE并联；

第十互感器的副方与互补偿阻抗Z_CF并联；

第十一互感器的副方与互补偿阻抗Z_DE并联；

第十二互感器的副方与互补偿阻抗Z_DF并联；

第十三互感器的副方与互补偿阻抗Z_BD并联；

第十四互感器的副方与互补偿阻抗Z_EF并联；

第十五互感器的副方与互补偿阻抗Z_AE并联；

第十六互感器的副方与互补偿阻抗Z_AF并联；

第十七互感器的副方与互补偿阻抗Z_BF并联；

第一零序互感器与第二零序互感器的副方并联后，首端为物理模型地线的首端，末端和公共阻抗M_min串联；

第一、第二零序互感器和第一至第十七互感器的同名端都在同一侧，且变比均为1∶1。

本实用新型结合了同杆并架双回线所有的自感和互感，所构建的模型能够全面真实地反映各相间互感和每相的自感，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。同时该构建方法考虑了互感器的漏抗，互感器的数量，零序互感器带负载能力等多方面的实际问题，具有很强的实用意义。

附图说明

图1为按照本实用新型所构建的一种物理模型的结构示意图。

图中：1-第一零序互感器，2-第二零序互感器，3-第三互感器，4-第四互感器，5-第五互感器，6-第六互感器，7-第七互感器，8-第八互感器，9-第九互感器，10-第十互感器，11-第十一互感器，12-第十二互感器，13-第十三互感器，14-第十四互感器，15-第十五互感器，16-第十六互感器，17-第十七互感器，18-第一零序互感器第I组，19-第一零序互感器第II组，20-第一零序互感器第III组，21-第二零序互感器第I组，22-第二零序互感器第II组，23-第二零序互感器第III组，24-自补偿阻抗Z_A，25-互补偿阻抗Z_AE，26-互补偿阻抗Z_AF，27-自补偿阻抗Z_B，28-互补偿阻抗Z_AB，29-互补偿阻抗Z_BD，30-互补偿阻抗Z_BF，31-自补偿阻抗Z_C，32-互补偿阻抗Z_AC，33-互补偿阻抗Z_BC，34-公共阻抗M_min，35-自补偿阻抗Z_D，36-互补偿阻抗Z_AD，37-互补偿阻抗Z_CD，38-自补偿阻抗Z_E，39-互补偿阻抗Z_DE，40-互补偿阻抗Z_BE，41-互补偿阻抗Z_CE，42-自补偿阻抗Z_F，43-互补偿阻抗Z_DF，44-互补偿阻抗Z_EF，45-互补偿阻抗Z_CF，46-地线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：如图1中所示，本实用新型根据同杆并架双回输电线路每相线在自感和每两相线间的互感，构建公共阻抗物理模型。下面以两回线六相为例更加详细说明本实用新型，但以下实施例仅是说明性的，本实用新型并不受这些实施例的限制，它可以适用于其它多回线多相的其它情形。

本实用新型涉及较多的模型参数计算，主要包括：每条输电线路的自阻抗S_i，等值地线自阻抗G，各相间的互阻抗M_ik，等值地线和各输电线间的互感W，归算后各相自阻抗S′_i，归算后各相间互阻抗为M′_ik，公共阻抗M_min，互补偿阻抗Z′_ik，考虑制造工艺后的互补偿阻抗Z_ik，考虑互感器漏抗和制造工艺后自补偿阻抗Z_i，其中，i、k分别表示两回线的六相A、B、C、D、E和F中的任一相。下述举一例予以说明各个参数的计算方法。

1.根据同杆并架双回输电线路杆塔的几何结构参数以及导线及大地的电气参数，计算每条输电线路的自阻抗S_i，等值地线自阻抗G，各相间的互阻抗M_ik，等值地线和各输电线间的互感W；

1.1预备计算

计算输电线路自阻抗、各相间互阻抗、等值地线自阻抗及等值地线和输电线的互感都必须考虑大地回路的影响。大地回路对自阻抗、互阻抗的影响主要是通过等值深度和大地电阻来反映的，等值深度的计算公式为：

$D_e=660*\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}}{f}}\left(m\right)$

上式中，ρ表示大地电阻率，单位为Ω·m；f输电频率，单位为Hz。

大地电阻r_e，单位为Ω/km，其计算公式为：

r_e＝9.87*f*10^-4(Ω/km)

对于f＝50Hz时，大地电阻r_e约为0.05Ω/km。

对于分裂的输电导线，现在工程中一般都是运用钢芯铝线，其等值半径计算公式为：

D_s＝(0.77～0.9)*r  (m)

上式中，r表示输电导线的半径，单位为m。

对于n分裂的分裂导线，其自几何间距的计算公式如下：

n＝2时 $D_{\mathrm{sb}}=\sqrt{D_s*d}\left(m\right)$

n＝3时 $D_{\mathrm{sb}}=\sqrt[3]{D_s*d^2}\left(m\right)$

n＝4时 $D_{\mathrm{sb}}=\sqrt[4]{4*D_s*d^3}\left(m\right)$

上式中，d表示分裂导线的分离间距，单位为m。

1.2输电线路自阻抗和互阻抗的计算

输电线路的自阻抗和互阻抗计算中都应该纳入大地回路的影响，因此输电线线路的自阻抗和互阻抗的计算公式分别如下：

S_i＝[R_s/n+r_e+j0.1445*lg(D_e/D_sb)]*l  (Ω)

M_ik＝[r_e+j0.1445*lg(D_e/D_ik)]*l(Ω)

上式中，R_s表示单位长度输电导线的直流电阻，单位为Ω/km；D_ik表示输电线i和k的空间间距，l为输电线路的长度，单位为km。

1.3等值地线及等值地线与输电线路互感的计算

地线的自阻抗及地线与输电线路的互阻抗也应该纳入大地回路的影响，因此地线的自阻抗和地线与输电线路互阻抗的计算公式分别如下：

G＝[R_g+r_e+j0.1445*lg(D_e/D_sg)]*l(Ω)

W＝[r_e+j0.1445*lg(D_e/D_L-g)]*l(Ω)

上式中，R_g表示单位长度架空地线的直流电阻，单位为Ω/km；式中的地线的自几何间距D_sg和输电线路的计算方法一致。D_L-g为线路和地线的互几何间距。

$D_{L-g}=\sqrt[3]{D_{\mathrm{Ag}}*D_{\mathrm{Bg}}*D_{\mathrm{Cg}}}$

上式中，D_Ag表示A相输电线路和架空地线的空间间距；D_Bg表示B相输电线路和架空地线的空间间距；D_Cg表示C相输电线路和架空地线的空间间距。

在实际线路中一般地线多为两根，此时计算地线自阻抗和地线与输电线路互阻抗的计算公式不变，只是公式中的地线电阻应改为R′_g＝R_g/2，地线的自几何间距应改为 $D_{\mathrm{sg}}^{\′}=\sqrt{D_{\mathrm{sg}}*d_{g1g2}}$ (d_g1g2为地线g1和地线g2的间距)，地线和输电线路的互几何间距应改为 $D_{L-g}^{\′}=\sqrt[6]{D_{\mathrm{Ag}1}*D_{\mathrm{Bg}1}*D_{\mathrm{Cg}1}*D_{\mathrm{Ag}2}*D_{\mathrm{Bg}2}*D_{\mathrm{Cg}2}}$ (D_Ag1为地线g1和A相输电导线的间距；D_Bg1为地线g1和B相输电导线的间距；D_Cg1为地线g1和C相输电导线的间距；D_Ag2为地线g2和A相输电导线的间距；D_Bg2为地线g2和B相输电导线的间距；D_Cg2为地线g2和C相输电导线的间距；)。

2.将地线的互感影响归算到各相自阻抗和各相间互阻抗；计算归算后各相自阻抗S′_i各相间等值互阻抗M′_ik；

因为在制造模型时，一般不设置专门地线，因此需要把地线对线路互感的影响归算到线路自阻抗和互阻抗中，其归算公式为：

S′_i＝S_i-W²/G    (Ω)

M′_ik＝M_ik-W²/G  (Ω)

3.在互阻抗M′_ik中，以最小的一个互阻抗作为公共阻抗M_min，并计算出各互阻抗大于公共阻抗的互补偿阻抗Z_ik；

3.1经过修正后的互阻抗已经包含地线对线路的影响，在修正后的M′_ik中找出最小的作为公共阻抗M′_min。

3.2互补偿阻抗计算

互补偿阻抗计算公式为：

Z′_ik＝M′_ik-M′_min  (Ω)

上式计算所得的互补偿阻抗Z′_ik为纯电感。纯电感的时间常数为无穷大，现有电感的制造工艺的时间常数最大也只能达到80ms左右。因此，构建模型时必须考虑这一实际制造工艺的影响。为了方便设计，将Z′_ik中最大的一个互补偿阻抗Z′_max按照某一固定时间常数τ(一般情况τ可取70ms)来设计，并用下式计算电感中的电阻分量R：

R＝Z′_max/τ(Ω)

确定R后，为了设计方便，在实际制造互补偿阻抗的电阻分量均以R来制造，这就使得所有的互补偿阻抗的时间常数均会小于或等于τ。此时互补偿阻抗Z_ik为：

Z_ik＝R+Z′_ik(Ω)

3.2公共阻抗的修正

物理模型中每两相间的互阻抗为公共阻抗加上这两相间的互补偿阻抗，在3.1步中互补偿阻抗增加了电阻R，而实际每两相间的互阻抗为恒定不变，因此公共阻抗必须减少电阻R。故公共阻抗应修正为：

M_min＝M′_min-R    (Ω)

4.根据计算出的各个互补偿阻抗及公共阻抗计算出每条输电线路自补偿阻抗Z_i；

自补偿阻抗计算公式为：

$Z_i=S_i^{\′}-M_{\min }-\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}{Z}_{\mathrm{ik}}-n*X_T\left(\mathrm{\Ω}\right)$

上式中X_T表示互感器的漏抗，n表示串入i相电路的互感器个数。

(5)利用上述参数搭建物理模型。

根据上述计算的参数，可以构建如图1所示的输电线路物理模型，图中A，B，C，D，E，F表示两回线路的六相，N表示模型中的等效地线；Z_i表示自补偿阻抗(i代表六相中的任意一相，如果i为A时即Z_A代表A相的自补偿阻抗)；Z_ik表示第i相和第k相间的互补偿阻抗(i，k分别代表六相中的任意一相且i不等于k，如i为A相，k为D相，则Z_AD表示A相和D相间的互补偿阻抗)；表示两个零序互感器1、2，零序互感器原方的三个绕组I、II、III。零序互感器和第一至第十七互感器的同名端都在同一侧，且变比均为1∶1。

如图1所示，在A相线路中，第一零序互感器的第I组18原方依次与自补偿阻抗Z_A24、第三至第五互感器3、4、5的原方、互补偿阻抗Z_AE25、Z_AF26串联；

在B相线路中，第一零序互感器的第II组19原方依次与自补偿阻抗Z_B27、第六和七互感器6、7的原方、互补偿阻抗Z_AB28、Z_BD29、Z_BF30串联；

在C相线路中，第一零序互感器的第III组20原方依次与自补偿阻抗Z_C31、第八至十互感器8、9、10的原方、互补偿阻抗Z_AC32、Z_BC33串联；

在D相线路中，第二零序互感器的第III组23原方依次与自补偿阻抗Z_D35、第十一至第十三互感器11、12、13的原方、互补偿阻抗Z_AD36、Z_CD37串联；

在E相线路中，第二零序互感器的第II组22原方依次与自补偿阻抗Z_E38、第十四至第十五互感器14、15的原方、互补偿阻抗Z_DE39、Z_BE40、Z_CE41串联；

在F相线路中，第二零序互感器的第I组21原方依次与自补偿阻抗Z_F42、第十六至第十七互感器16、17的原方、互补偿阻抗Z_DF43、Z_EF44、Z_CF45串联；

第三互感器3的副方与互补偿阻抗Z_AB28并联；

第四互感器4的副方与互补偿阻抗Z_AC32并联；

第五互感器5的副方与互补偿阻抗Z_AD36并联；

第六互感器6的副方与互补偿阻抗Z_BC33并联；

第七互感器7的副方与互补偿阻抗Z_BE40并联；

第八互感器8的副方与互补偿阻抗Z_CD37并联；

第九互感器9的副方与互补偿阻抗Z_CE41并联；

第十互感器10的副方与互补偿阻抗Z_CF45并联；

第十一互感器11的副方与互补偿阻抗Z_DE39并联；

第十二互感器12的副方与互补偿阻抗Z_DF43并联；

第十三互感器13的副方与互补偿阻抗Z_BD29并联；

第十四互感器14的副方与互补偿阻抗Z_EF44并联；

第十五互感器15的副方与互补偿阻抗Z_AE25并联；

第十六互感器16的副方与互补偿阻抗Z_AF26并联；

第十七互感器17的副方与互补偿阻抗Z_BF30并联；

第一零序互感器1与第二零序互感器2的副方并联后，首端为物理模型地线46的首端，末端和公共阻抗M_min34串联；

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

Claims (1)

1.一种同杆并架双回输电线路物理模型，采用i、k分别表示两回线的六相线路A、B、C、D、E和F中的任一相，且i不等于k，公共阻抗为M_min、互补偿阻抗为Z_ik和每条输电线路自补偿阻抗为Z_i，输电线路自阻抗、各相间互阻抗、等值地线自阻抗及等值地线和输电线的互感都由大地回路对自阻抗、互阻抗的等值深度和大地电阻表示，对于分裂的输电导线通过等值半径表示，地线的互感影响归算于各相自阻抗和各相间互阻抗，其特征为：

在A相线路中，第一零序互感器的第I组(18)原方依次与自补偿阻抗Z_A(24)、第三至第五互感器(3、4、5)的原方、互补偿阻抗Z_AE(25)、Z_AF(26)串联；

在B相线路中，第一零序互感器的第II组(19)原方依次与自补偿阻抗Z_B(27)、第六和七互感器(6、7)的原方、互补偿阻抗Z_AB(28)、Z_BD(29)、Z_BF(30)串联；

在C相线路中，第一零序互感器的第III组(20)原方依次与自补偿阻抗Z_C(31)、第八至十互感器(8、9、10)的原方、互补偿阻抗Z_AC(32)、Z_BC(33)串联；

在D相线路中，第二零序互感器的第III组(23)原方依次与自补偿阻抗Z_D(35)、第十一至第十三互感器(11、12、13)的原方、互补偿阻抗Z_AD(36)、Z_CD(37)串联；

在E相线路中，第二零序互感器的第II组(22)原方依次与自补偿阻抗Z_E(38)、第十四至第十五互感器(14、15)的原方、互补偿阻抗Z_DE(39)、Z_BE(40)、Z_CE(41)串联；

在F相线路中，第二零序互感器的第I组(21)原方依次与自补偿阻抗Z_F(42)、第十六至第十七互感器(16、17)的原方、互补偿阻抗Z_DF(43)、Z_EF(44)、Z_CF(45)串联；

第三互感器(3)的副方与互补偿阻抗Z_AB(28)并联；

第四互感器(4)的副方与互补偿阻抗Z_AC(32)并联；

第五互感器(5)的副方与互补偿阻抗Z_AD(36)并联；

第六互感器(6)的副方与互补偿阻抗Z_BC(33)并联；

第七互感器(7)的副方与互补偿阻抗Z_BE(40)并联；

第八互感器(8)的副方与互补偿阻抗Z_CD(37)并联；

第九互感器(9)的副方与互补偿阻抗Z_CE(41)并联；

第十互感器(10)的副方与互补偿阻抗Z_CF(45)并联；

第十一互感器(11)的副方与互补偿阻抗Z_DE(39)并联；

第十二互感器(12)的副方与互补偿阻抗Z_DF(43)并联；

第十三互感器(13)的副方与互补偿阻抗Z_BD(29)并联；

第十四互感器(14)的副方与互补偿阻抗Z_EF(44)并联；

第十五互感器(15)的副方与互补偿阻抗Z_AE(25)并联；

第十六互感器(16)的副方与互补偿阻抗Z_AF(26)并联；

第十七互感器(17)的副方与互补偿阻抗Z_BF(30)并联；

第一零序互感器(1)与第二零序互感器(2)的副方并联后，首端为物理模型地线(46)的首端，末端和公共阻抗M_min(34)串联；

第一、第二零序互感器(1、2)和第一至第十七互感器(1～17)的同名端都在同一侧，且变比均为1∶1。

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