线路参数计算时的架空地线模拟1.doc

线路参数计算时的架空地线模拟 曹祥麟 （广东省电力设计研究院） 摘要：线路参数对电力系统的仿真计算是至关重要的。目前被广泛使用的电磁暂态计算程序EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 提供了计算线路参数的功能。本文探讨了在利用EMTP计算线路参数时如何模拟具有特殊构造的架空地线，提出了以股线为单元的模拟方法，并在此基础上，提出了考虑交流电阻修正的使用几何平均半径的实用方法。本文的研究结果也可在计算线路参数时用于对具有特殊构造的相导线的模拟。本文还探讨了架空地线接地方式对线路参数及对稳态和暂态计算结果的影响，分析了架空地线绝缘间隙在稳态和暂态时的状态，指出了架空地线分段接地时当作逐塔接地的可行性和必要性。 关键词：线路参数计算；架空地线；EMTP；架空地线模拟；架空地线构造；股线模拟；几何平均半径；交流电阻；架空地线接地方式；稳态计算；暂态计算；继电保护整定 1 引言 在研究电力系统的稳态和暂态问题（例如潮流计算、故障计算、稳定计算和过电压计算等）时，线路参数都是必不可少的。线路建成后可以用测量的方法获得线路的参数，但在规划设计阶段必须通过计算方法求取线路参数。在计算潮流和短路电流时只需要工频序参数，可以用简单的公式算出，或者直接从设计手册上查取。但对于暂态计算仅用简单公式计算就不够了。目前在国际上被广泛使用的电磁暂态计算程序EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)提供了计算架空输电线路和电缆输电线路参数的支持程序“LINE CONSTANTS”和“CABLE CONSTANTS” [1]。EMTP在计算线路参数时消去架空地线并将分裂导线合并成相导线，求得等值相导线参数和序参数[2]。 本文探讨了在利用EMTP计算线路参数时如何模拟具有特殊构造的架空地线，提出了以股线为单元的模拟方法，并在此基础上，提出了考虑交流电阻修正的、使用几何平均半径的实用方法。本文的研究结果也可在计算线路参数时用于对具有特殊构造的相导线的模拟。 本文还探讨了架空地线接地方式对线路参数及对稳态和暂态计算结果的影响，分析了架空地线绝缘间隙在稳态和暂态时的状态，指出了架空地线分段接地时当作逐塔接地的可行性和必要性。 (a)铝包钢绞线 (b)OPGW 图１ 避雷线的构造 2 对架空地线构造的模拟 2.1 EMTP考虑的架空地线构造 EMTP在计算线路参数时用以下两种方法之一来模拟单根导线。 （１）当作管形导线，输入外径D、管壁厚与外径之比T/D及直流电阻。计算中将自动计及趋表效应。以下称此方法为常用法。 （２）采用几何平均半径的概念，输入外径Ｄ、几何平均半径（或单位空间电抗）及交流电阻。计算中将不考虑趋表效应，需要用户输入计及趋表效应的交流电阻值。以下称此方法为几何平均半径法。 通常采用第一种方法来计算线路参数。常用的钢芯铝绞线虽然有钢芯存在，但上一层正绞的铝线对钢芯的磁化在不同程度上被下一层反绞的铝线所抵消，因而可以不考虑钢芯的存在，当作空心导线看待。而常用的钢绞线为实心导线，可看作空心导线的特例，即在输入数据中取T/D=0.5。 但是在超高压线路，特别在特高压线路，架空地线通常采用铝包钢绞线或者OPGW（图１）。在这种情况下，至今采用的最多的办法是，算出铝和钢的截面积，然后用具有相同铝、钢截面积的钢芯铝绞线来代替（以下称此方法为简化法）。这种方法缺乏理论依据，也不能考虑股线布置上的区别，而且因为没有参考的标准未判断过其误差的大小。 2.2 具有特殊构造的架空地线的模拟方法 2.2.1 以股线为单元的模拟方法 为了正确模拟具有特殊构造的架空地线，最好采用有限单元法，但这个方法难于在EMTP中实施。为了能在EMTP中实施又具有一定的理论依据，作者提出了以股线为单元的模拟方法。从图１可以看出，即使架空地线整体构造很复杂，但单根股线都具有规则的形状。本方法将股线看作分裂导线的子导线，先用管形导线的方法来模拟每根股线，然后合并成一根导线。 为了验证新方法的有效性，分别使用常用法和新方法对单相铝合金绞线进行了计算，计算结果如表１所示。铝合金绞线和钢绞线一样，是实心导线。 表1 铝合金绞线(AAAC/5005)的单相线路参数 项目 常用法 新方法 计算方法 将整根导线当作一根管形导线 将每根股线当作一根管形导线(共19根) 趋表效应考虑否 考虑 考虑 输入电阻的类别 直流电阻 直流电阻 60 (Hz) C(10-9F/mile) 8.992 8.896 -1.08% R(ohm/mile) 0.4335 0.4334 -0.02% X(ohm/mile) 1.530 1.533 0.20% 1000 (Hz) C(10-9F