高壓架空輸電線路地線熱穩(wěn)定的計算

1、高壓架空輸電線路地線熱穩(wěn)定的計算 摘要 隨 著超 高 壓電 網(wǎng)的 發(fā)展 出現(xiàn) 了大 功率 的電 力樞 紐 ，其 特點 是在這些電 力樞 紐附 近 短路 電流 值非 常大 ，需 要計 算地 線熱 穩(wěn) 定， 本文 就純鋼 絞線 地線 、鋼 絞線 地線 與 opgw 、良導 體 與 opgw之間 的 配合 計算 加以研究， 本文 提出 得 計算 方法 對該 類工 程的 計算 有一 定的 指 導意 義?！娟P(guān)鍵 詞】地線短 路電 流熱 穩(wěn)定1 問 題 的提 出隨 著 超 高壓 電網(wǎng) 的 發(fā)展 出 現(xiàn) 了 大 功率 的 電力 樞紐 ， 其 特 點 是 在 這些電力 樞紐 附近 短 路電 流值 非常 大，

2、使得 架空 地線 返回 電 流可 高大 數(shù)千安 培，且與 短路 點 的位 置、 架空 地線 的材 料、 截面 以及 是 否絕 緣、 桿塔的接地 電阻 、檔 距 長度 等因 素均 有關(guān) 。 當 由于 懸垂 絕緣 子 串或 空氣 間隙閃絡， 而在 架空 線 路桿 塔上 發(fā)生 單相 短路 時， 地線 會因 由 于地 線返 回的短路電 流非 常大 缺 乏足 夠的 熱穩(wěn) 定性 而發(fā) 生損 壞， 因此 ， 就要 求校 驗地線的熱 穩(wěn)定 性。 在 檔距 中央 相導 線對 地閃 絡時 ，地 線將 直 接耐 受電 弧的作 用。 但是 ，如 果 正確 的選 擇檔 距中 央導 線與 地線 間的 距 離， 這種 閃絡

3、就很少 發(fā)生 ，故 在 本次 討論 、計 算中 不予 考慮 。2 計 算 方法 的確 定2.1基 本假 設(shè)條 件一般 地說 來流 經(jīng) 地線 的電 流由 以下 條件 共同 決定 ： 發(fā) 生短路 的 桿 塔的接地 電阻 ； 該 桿塔 與相 鄰桿 塔間 一段 地線 的電 阻， 或 是當 地線 與變電所（ 發(fā)電 廠） 的 接地 網(wǎng)相 連時 ，該 桿塔 與此 接地 網(wǎng)間 一 段地 線電 阻； 相鄰 桿塔 或者 變 電所 （發(fā) 電廠 ）接 地網(wǎng) 的接 地電 阻 。- 1 -應當 指出 ， 一旦 離開 發(fā)電 廠或 變電 所， 短路 電流 就 急劇 下降 。 因此，為 了校 驗地 線 的穩(wěn) 定性 （特 別是

4、如果 熱穩(wěn) 定性 不足 ， 需要 加大 發(fā)電廠 或變 電 站附 近 的 地線 截面 時 ）， 則必 須 知道 短路 點 沿 線路 移 動 時 流 經(jīng)線 路 兩 端 的 短 路電 流 變化 情 況 。 本 文 對如 何 計 算 單 相 短 路 電 流 不 做 介紹 。導線 流過 短路 電 流時 ， 其 中 由 地線 和 相導 線間 的感 應 所 引 起 的電 流，由于 鋼地 線 的電 阻比 較高 ，在 校驗 其熱 穩(wěn)定 時， 該 部分 地線 的電流可以 忽略 不計 ； 但是 良導 體作 架空 地線 時， 該部 分地 線 的電 流的 是不容 忽略 的。地線 的熱 穩(wěn)定 性 由短 路 電 流 及 其

5、持 續(xù) 時間 長短 來決 定 對 地 線 進行校驗 時， 應取 相 應于 最不 利條 件下 得計 算短 路電 流； 而 計算 時間 ，則取計及 自動 重合 閘 動作 的整 個主 保護 動作 時間 。2.2基 本計 算方 法鋼地 線的 電 流分 布， 可按 所示 計算 網(wǎng)絡 來確 定。 當 進行 計算 時，在所研 究區(qū) 段上 的 線路 檔距 都取 相同 的值 ，桿 塔間 地線 的 電阻 r 取 用相等 值， 各桿 塔 接地 電阻 r 也 取用 相等 值 。rrrrrrrn1rrrrrrrzm短路 點兩 側(cè) 回路 段的 輸入 阻抗 為：zbx1zbx2- 2 -?2(zm zc+ zc thm r

6、 )z bx =?(zc + zm thmr )?式中zc=(rr ) ；?r / r ；r =m 短路 點每 側(cè)均 勻線 路的 檔距 數(shù)；zm 使 均勻 線路 形成 閉 路的 阻抗 ， 。當?shù)鼐€與發(fā)電廠或變電站接地網(wǎng)相連時,阻抗 zm 等于接地網(wǎng)的接地電阻zm=rn1.如果計算線段與帶絕緣地線的線路段相連,或地線未與發(fā)電廠或變電所的接地網(wǎng)相連 ,則 zm=。此時 ,上式改寫為：z bx = z c thmr相鄰桿塔間的地線電阻：r = lcts2式中 =0.14 .mm/m 鋼導體的有效電阻率，在電流值較大（大于5ka）ct時，取作常數(shù)；l 線路檔距長度，m；s所校驗的地線截面， mm2。因

7、為超高壓線路通常帶有相同型號雙地線，所以此時桿塔間的地線電阻為：r = 1 l2cts短路點兩側(cè)地線中的電流為：i 1= i k z0/z bx1i 2= i k z0/z bx2式中 1/ z0=1/ zbx1+1/ zbx2+1/ri k所研究地點得計算短路電流， ka。- 3 -當線路上采用兩根型號相同的地線時，所得到短路電流由兩根地線均勻承擔，即每根地線的電流等于式i 1、 i 2 值的一半。假如研究地點得計算短路電流值比較大（超過 10 ka），則必須考慮到因受桿塔接地電阻的影響而有所降低。則修正后的短路電流：ikx =i k u e，（ k a ）22r i k+u e式中 ue線

8、路的額定電壓， kv。地線截面積按有關(guān)規(guī)程規(guī)定進行熱穩(wěn)定校驗，并要求ad i dtdc式中 a d同時滿足熱穩(wěn)定和滿足機械強度的最小截面積， mm2 ；t d為短路的等效持續(xù)時間，按主保護動作時間并考慮自動重合閘不成功或斷路器拒動等因素，一般取0.5 1.0s ；c架空地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，鋼絞線c=70，鋁絞線 c=120。在某一計算段內(nèi)兩根地線為不同型號和截面時r 為并聯(lián)值， 求出短路點兩側(cè)地線中的電流后再進行分流計算。（其中令 z1 阻抗較小為后續(xù)表達帶來方便）即：i 1 i 2 = ( z2 - z12 ) (z1 - z12 )式中 i1短路時流過地線1 的電流，ka；i 2短路時流

9、過地線2 的電流，ka；z12地線 1、地線 2 之間的互阻抗，/km；z1地線 1 自阻抗，/km；z2地線 2 自阻抗，/km；在這種情況下一般可能是一根良導體與一根鋼絞線（或良導體），這時導線流過短路- 4 -電流，在地線（良導體）上與相導線感應所誘起的電流：i d1 =i k zmz1式中 i d1在良導體上所誘起的電流， ka；i k導線上流過的短路電流， ka；zm流過短路電流的導線與良導體地線間的互阻抗， / m ；z1良導體地線的自阻抗， / m 。z m = 0.05 + j 0.145lg d0dmnd0地中電流的等值深度， m；dmn 流過短路電流的導線與良導體地線間距離

10、，m。地中電流的等值深度取決于大地電導率，且為：d0 = 2.085(4)0.1 f式中線路路徑經(jīng)過地區(qū)大地電導率 ,s/m這種在良導體中所誘起的電流應該疊加在分流所得值上，即良導體地線上的電流：i = i d1 + i 1opgw地線短路熱穩(wěn)定允許電流c0(2- 20)+ 1i=ln t(t1 - 20)+ 10.240 r0t 0式中：i地線短路熱穩(wěn)定允許電流c載流部分的熱容量， cal/ /cm； 0載流部20時的電阻溫度系數(shù)，-1 ；r0載流部 20時的電阻，/ cm ；t計算短路熱穩(wěn)定的時間， s；t 1地線初始溫度，；- 5 -t 2地線短路熱穩(wěn)定允許溫度，；幾個問題的討論：當計算

11、的短路電路較大，所取得地線不能滿足熱穩(wěn)定性要求，同時我們也知道：零序電流跟線路短路點與變電站、發(fā)電廠的距離關(guān)系密切，短路點與變電站、發(fā)電廠的距離越近，短路電流就越大，架空地線承受的返回電流也越大一般說來，當然地線選型也越大；短路點與變電站、發(fā)電廠的距離越遠，短路電流就越小，架空地線承受的返回電流也越小，當然地線選型在滿足熱穩(wěn)地的機械強度情況也越小。為此，我們可以有以下的幾種方法來解決：加大地線截面；將進線檔、段地線絕緣；與 opgw配合的地線應加大截面來滿足 opgw的熱穩(wěn)定要求；在同一線路上選用兩種規(guī)格的 opgw；采用地下回流線。當選用更大的地線型號時：我們一般的估算：110 千伏，lgj

12、70/40；220 千伏，lgj95/55；因地線熱穩(wěn)定性不夠?qū)Φ鼐€采用絕緣懸掛時：在變電站或發(fā)電廠進線段我們可以將其地線進行絕緣， 絕緣選擇是按線路單相短路時，地線絕緣子并聯(lián)火花間隙不得擊穿這個條件來決定分段最大可能長度。地線絕緣懸掛采用一片絕緣子時，火花間隙通常取 40mm。要防止地線絕緣子的并聯(lián)火花間隙擊穿，應當滿足不等式：u j et k yk1k2式中： u j 地線絕緣子的并聯(lián)火花間隙放電電壓，kv；et 線路電流在地線上感應的電動勢，kv；k y 考慮線路短路時過渡過程中存在著自由分量的一個系- 6 -數(shù)；k1 計及火花間隙放電電壓統(tǒng)計分散性系數(shù)， k1 =1.05 1.10；k

13、2 計及氣象條件對火花間隙放電電壓影響的系數(shù)，k2=1.051.10；考慮到取用所引入的系數(shù)值，其必要的條件為：et0.5u j(1)對于并聯(lián) 40mm火花間隙單片絕緣子，u j=36kv，則 et18 kv。感應的電動勢為：e t=-j mil y(2)式中：電流的角頻率， =2f （f=50hz）m導線與地線間的互感系數(shù)， h/km；i 線路電流，i= 3i0，i0=單相短路時的零序電流， ka。ly地線絕緣分段長度， km。導、地線之間的距離通常不會超過導線的平均懸掛高度。對此情況：m=4.6210 -4 lgd/d(3)式中 d 地中電流的等值深度， m；d各相任一導線對地線的最小距離

14、， m。地中電流的等值深度取決于大地電導率，且為：d=2.085/（0.1f ）(4)式中線路路徑經(jīng)過地區(qū)大地電導率 ,s/m由(2) (4) 上式可以推導出:l y= et/( i 4.6210 -4 lg2.085/(d (0.1 f )或者考慮到式(1) 并代入已知條件, 可得地線絕緣分段的最大允許長度為: l ymax1.15u/(i0lg2.085/(d(0.1 f )- 7 -對于采用并聯(lián)火花間隙40mm的單片絕緣子懸掛的地線 , 有:lymax41.5/(i0lg2.085/(d(0.1 f )需要討論幾個問題:用 i 0 試算至符合正常選用地線時，則地線可以對地不絕緣。1. 零

15、序電流跟線路短路點與變電站、發(fā)電廠的距離關(guān)系密切。2. 一條架空線路沿線的大地電導率， 特別是經(jīng)過不同地質(zhì)條件的架空線路不可能是不變的，或許變化很大。當然，為解決進線檔的熱穩(wěn)定問題，我們不需很長距離，這樣，大地電導率很可能用同一值。3. 線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)也可能變化。 ，因此，在一條架空線路范圍內(nèi)，分段的最大允許長度不是固定不變的。一般地為滿足地線的熱穩(wěn)定性而采取的絕緣，線路不會很長，一般一、兩個分段即夠。三、結(jié)論：opgw光纜、地線的熱穩(wěn)定計算方法與地線截面積配合問題較為復雜、提出得計算方法也很多且計算結(jié)果彼此相差較大， 而計算結(jié)果是否正確關(guān)系到 opgw光纜是否能安全運行的關(guān)鍵所在。作者把在工作中經(jīng)過長期的學習所得的心得和體會提出來同大家討論。主