220kV同塔双回输电线路感应电压、电流的研究

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【摘 要】为了缓解输电线路走廊资源紧缺与电力输送能力不足之间的矛盾，韶关地区逐步开始建设同塔双回输电线路。针对同塔双回线路对接地开关的设计选型有较大的影响问题，应用电磁暂态程序（EMTP）计算韶关地区某条220kv同塔双回路线路的感应电压和感应电流并对其影响因素进行分析，为同塔双回线路的设备设计选型提供参考。

【关键词】同塔双回线路；感应电压；感应电流；EMTP

随着电力工业的发展，220kV及以上电压等级输变电系统在广东地区的发展越来越迅速。随着大型电站的建设，高压输电线路出线日趋密集，由于人口稠密区、森林保护区等对线行的限制，可以使用的线行越来越少。为解决输电线路走廊越来越紧张的问题，新建的220kV及以上电压等级输电线路将尽量采用同塔双回输电线路。

同塔双回路即是将两回线路同塔架设，可以有效减小线路走廊及建设费用，满足大容量输电要求。目前，广东省甚至全国范围内同塔双回线路已经越来越多，在目前走廊资源紧张的背景下，同塔双回线路已经成为了我国高压线路发展的一种趋势。

但是，同塔双回交流线路节省了线路走廊的同时也带来了一个问题：双回线路同塔架设使导线间的距离很近，导线与导线之间、导线与大地之间均存在较强的电磁耦合和静电耦合。对于同塔双回交流线路，当一回线路停运时，由于停运线路和运行线路之间存在电磁耦合和静电耦合，在停运线路上会产生感应电压和感应电流，对于较高电压等级的同塔双回交流线路，感应电压甚至会高达几十千伏。为保证停运线路上工作人员的安全作业，避免事故发生，研究停运线路上的感应电压具有重要的意义[1]。

在同塔双回交流线路中接地开关是必不可少的设备，因为当双回输电线路中一回带电运行，另一回停运接地检修时，停运线路将会产生较大的感应电流和感应电压，当停运线路检修完毕重新投入运行时，其接地开关必须切断这些感应电流[2]。

因此，计算220kV及以上电压等级同塔双回输电线路的感应电压和感应电流，并据此提出接地开关的选型条件，对整个220kV及以上电压等级同塔双回输电线路的设计及安全、可靠运行具有重要和现实的意义。

1 原理分析

感应电压分为静电感应电压和电磁感应电压。根据静电感应现象可知当把导体放于外电场中时，该导体会因电容耦合效应而带上一定的电荷，可知由于停运导线与运行导线之间存在的电容耦合效应，依靠运行导线电压产生的电场，停运导线上即可感应出一定的对地电位。

根据电磁感应现象可知，对于同塔并架双回线路一回正常运行而另一回停运，当运行导线中流过交流电流时，在其周围将产生一个交变的电磁场，停运线路与其交链，因此会在停运线路上感应出一个沿导线方向分布的纵电势，且根据停运导线对地绝缘程度的不同而对应于不同的对地电位。这种由于停运导线与运行导线之间的磁耦合而产生的感应电压大小决定于电流产生磁场的强弱、运行导线和停运导线之间的耦合系数，以及导线的对地绝缘程度。所以当带电导线流过故障电流时，停运导线上的磁感应电压较为突出[1]。

根据停运线路和接地开关的状态，停运线路共有4种感应参数：静电感应电压Us、静电感应电流Is、电磁感应电压Ue和电磁感应电流Ie[2]。

对于同塔双回交流输电线路，当一回线路停运检修、另一回线路运行时，由于退出运行的线路与运行线路各相导线距离并不相等，因此二者的互感存在差异，在停运导线上将产生一个纵向电动势，当停运导线接地时，纵向电动势将产生电磁感应电流。与此类似，由于静电效应，运行线路将在停运导线上激励出静电感应电压，当停运导线接地时，将产生静电感应电流。感应电压和感应电流的计算可分为理论公式法和计算机模型仿真法。

2 计算模型

变电站接地网的电阻取0.5Ω，运行线路输送容量400MVA，功率因数0.95，线路长度30km，土壤电阻率500Ω・m。线路均不换位，未加装高抗，计算结果均为稳态值。

3 理论公式法

对停运线路，当线路两端接地开关不接地时，停运导线上的电流IA=IB=IC=0，由此可计算出运行线路在停运线路上的静电感应电压和电磁感应电压；当停运线路两端接地开关接地时，停运导线上的电压UA=UB=UC=0，由以可计算出运行线路在停运线路上的静电感应电流和电磁感应电流。

4 计算机模型仿真法

5 计算结果比较

由上表计算结果显示，理论计算值与软件仿真计算值基本吻合。

6 结论

6.1 影响因素

根据计算结果，对于同塔双回交流线路上的感应电压及感应电流，主要有以下影响因素[6]：

静电感应电流Is：取决于带电线路的电压高低，与带电线路的耦合因数（耦合因数由杆塔上的线路布置情况来确定）以及接地线路的接地端和开路端的长度；

静电感应电压Us：取决于取决于带电线路的电压高低和带电线路的耦合因数，耦合因数由杆塔上的线路布置情况来确定；

电磁感应电流Ie：取决于带电线路中的电流大小和与带电线路的耦合因数，耦合因数由杆塔上的线路布置情况来确定；

电磁感应电压Ue：取决于取决于带电线路中的电流大小，与带电线路的耦合因数（耦合因数由杆塔上的线路布置情况来确定）以及与带电线路邻近的那部分接地线路的长度。

6.2 理论计算与计算机仿真的相互验证

本文对于同塔双回交流线路感应电压及感应电流的研究，首先通过理论推导计算，再用ATP-EMTP软件仿真，两种研究方法的结果相互验证，得出的理论计算值与软件仿真计算值基本吻合，对相关的工作研究有一定的参考价值。

得出的理论计算以及软件仿真结果表明这两种方法对于同塔双回交流线路感应电压及感应电流的计算是可行的，但是计算模型与工程实际存在部分误差，如：线路塔形变化、导线对地高度等参数在计算模型中均为平均参数，建议在工程选型应用中保留适当的裕度。

【参考文献】

[1]赵华，阮江军，黄道春，等.同塔并架双回输电线路感应电压的计算[J].继电器，2005，33（1）：37-40.

[2]欧小波，韩彦华，吕亮，等.750kV同塔双回输电线路中感应电压、感应电流的研究以及接地开关的选取[J].陕西电力，2011，39（1）：22-27.

[3]麻敏华，汪晶毅.500kV/220kV混压同塔四回路感应电压、感应电流的研究[J].广东电力，2012，3（14）：30-35.

[4]DOMMEL W H.李永庄，译.电力系统电磁暂态计算理论[M].北京：水利电力出版社，1991.

[5]马仁明，黄安利.ATP―EMTP程序使用说明[M].武汉：武汉高压研究所，1991.

[6]DL/T 486-2010 高压交流隔离开关和接地开关[M].北京：中国电力出版社，2011.