高海拔地区35kV及以下带电投切空载线路研究方法与流程

本发明属于带电作业检修
技术领域：
，具体涉及高海拔地区35kv及以下带电投切空载线路研究方法。
背景技术：
：在带电作业方面，国内电力供电企业或相关研究单位尚未对高海拔地区35kv及以下线路带电作业海拔和湿度等因素对断接空载线路的影响等问题进行研究分析的报道。因此，如何为高海拔地区35kv及以下线路开展带电作业提供技术支持，服务于公司创一流工作，是公司35kv及以下线路带电检修急需解决的问题。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供高海拔地区35kv及以下带电投切空载线路研究方法，提供35kv、20kv、10kv海拔气候条件下投切空载线路时，影响作业检修的断口距离、电容电流值、电压值关系，实现安全带电检修。其技术方案为：高海拔地区35kv及以下带电投切空载线路研究方法，按照以下步骤进行：(1)确定海拔和湿度条件：在以下五个海拔等条件下开展相关试验：a.海拔1800m-2000m的自然环境选择一个值，湿度为自然湿度；b.海拔3000m-3500m的自然环境选择一个值，湿度为自然湿度；c.在模拟气候试验室中模拟海拔1800m-2000m的自然环境对应的海拔值，湿度80％；d.在模拟气候试验室中模拟海拔3000m-3500m的自然环境对应的海拔值，湿度80％；e.在模拟气候试验室中模拟海拔4000m的自然环境，湿度80％；(2)投切电容电流仿真研究：a.确定仿真模型：采用atp-emtp仿真软件，搭建仿真模型，选用lcc输电线路模型(纯电缆线路和架空线路)，采用10kv-35kv系统常用的标准塔型，导线型号采用常用的标准型号，土壤电阻率选择500-2000ω·m，系统选择为理想的无限大电源系统，隔离开关选择为时控开关；b.开展仿真研究：a.将采用atp-emtp搭建投切空载线路模型，在同一海拔高度下，对投切10kv-35kv范围内同一电压的空载线路进行电磁暂态仿真，空载线路的电容电流值分别选择为0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a；隔离开关的固定合闸角为90°时，观察隔离开关的分闸角不同时的情况，确定分闸角对过电压及过电流的影响；隔离开关的固定分闸角为270°时，即残余电压为-em，，观察隔离开关的合闸角不同时的情况，确定合闸角对过电压及过电流的影响；b.将采用atp-emtp搭建投切空载线路模型，在步骤(1)中的海拔条件中，对投切10kv-35kv范围内不同电压的空载线路进行电磁暂态仿真，空载线路的电容电流值分别选择为0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a；设定隔离开关触头间的间距为240mm时，比较介质强度恢复电压与弧隙恢复电压，整定得到电弧可能重燃的时间区域，使用工频熄弧理论和高频理论，总结电弧一次重燃和多次重燃对过电压的幅值的影响，并记录一次重燃情况和最严重重燃情况下最大过电压水平和最大暂态过电流水平；c.将采用atp-emtp搭建投切空载线路模型，在步骤(1)中的海拔条件中，对投切10kv、0.2m/s条件下电弧衰减特性研究；(3)投切电容电流试验研究：a.确定试验设备：选择电容器组、工频试验变压器、隔离开关和高速摄像机组成模拟实际线路，模拟断接10kv-35kv线路空载容性电流工况进行试验，其中工频试验变压器通过线路连接着电容器组，线路上设置有隔离开关，高速摄像机对准隔离开关，配合高速摄像仪和录波仪使用；b.开展试验研究：a.利用工频试验变压器创造三种电压工况，通过三相异步减速电机带动隔离开关进行分合闸，模拟带电作业，空载线路的电容电流值分别选择为0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a；b.在步骤(1)中的海拔和湿度条件，对同一电压、不同容性电流的组合进行分合试验，通过接通时间和电源频率的调整来控制打开速度和打开距离，采用高速摄像仪来确定其速度，采用录波仪记录过电压、过电流值，采用高速摄像机录取拉弧过程，测量电弧长度；(4)得出研究结论：对比仿真研究和试验研究中的电压数值，得出时间作业与仿真作业之间电压差异，分析造成差异的因素。发明的有益效果：本发明在高海拔地区对35kv、20kv、10kv投切空载线路时电容电流进行仿真及试验研究，分析不同电压等级投切过程中对过电压及过电流的影响，确认投切空载线路放电特性及电弧衰减特性，确定高海拔地区开展35kv及以下线路带电投切空载线路作业条件，填补高海拔地区开展35kv及以下线路带电投切空载线路作业空白，对提高高海拔地区35kv及以下线路带电作业的安全性提供了依据，对促进高海拔地区35kv及以下线路带电作业的发展起到了积极作用。附图说明图1为固定合闸角为90°，分闸角为0°时母线过电压水平曲线；图2为固定合闸角为90°，分闸角为0°时母线过电流水平曲线；图3为固定合闸角为90°，分闸角为90°时母线过电压水平曲线；图4为固定合闸角为90°，分闸角为90°时母线过电流水平曲线；图5为固定合闸角为90°，分闸角为180°时母线过电压水平曲线；图6为固定合闸角为90°，分闸角为180°时母线过电流水平曲线；图7为固定合闸角为90°，分闸角为270°时母线过电压水平曲线；图8为固定合闸角为90°，分闸角为270°时母线过电压水平曲线；图9为固定合闸角为90°时，不同分闸角产生的过电压水平统计图；图10为固定合闸角为90°时，不同分闸角产生的过电流水平统计图；图11为固定分闸角为270°，合闸角为0°时母线过电压水平曲线；图12为固定分闸角为270°，合闸角为0°时母线过电流水平曲线；图13为固定分闸角为270°，合闸角为90°时母线过电压水平曲线；图14为固定分闸角为270°，合闸角为90°时母线过电流水平曲线；图15为固定分闸角为270°，合闸角为180°时母线过电流水平曲线；图16为固定分闸角为270°，合闸角为180°时母线过电流水平曲线；图17为固定分闸角为270°，合闸角为270°时母线过电流水平曲线；图18为固定分闸角为270°，合闸角为270°时母线过电流水平曲线；图19为固定分闸角为270°时，不同合闸角产生的过电压水平统计图；图20为固定分闸角为270°时，不同合闸角产生的过电流水平统计图；图21为切断10kv配电网空载线路工频熄弧理论下电容电流为0.5a时母线过电压水平曲线；图22为切断10kv配电网空载线路工频熄弧理论下电容电流为0.5a时母线过电流水平曲线；图23为切断10kv配电网空载线路高频理论下电容电流为0.3a时一次重燃时，母线过电压水平曲线；图24为切断10kv配电网空载线路高频理论下电容电流为0.3a时一次重燃时，母线过电流水平曲线；图25为切断10kv配电网空载线路高频理论下电容电流为0.3a时多次重燃时，母线过电压水平曲线；图26为切断10kv配电网空载线路高频理论下电容电流为0.3a时多次重燃时，母线过电流水平曲线；图27为简化仿真模型；图28为切断0.1a电流时隔离开关温度场分布情况；图29为切断0.2a电流时隔离开关温度场分布情况；图30为切断0.3a电流时隔离开关温度场分布情况；图31为切断0.4a电流时隔离开关温度场分布情况；图32为切断0.5a电流时隔离开关温度场分布情况；图33为试验研究典型波1示意图；图34为试验研究典型波2示意图；图35为试验研究典型波3示意图；图36为试验研究典型波4示意图；图37为试验研究典型波5示意图；图38为试验研究典型波6示意图；图39为试验研究典型波7示意图；图40为投切空载线路试验研究接线图。具体实施方式本发明提供高海拔地区35kv及以下带电投切空载线路研究方法，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。高海拔地区35kv及以下带电投切空载线路研究方法，按照以下步骤进行：(1)确定海拔和湿度条件：在以下五个海拔等条件下开展相关试验：a.海拔1800m-2000m的自然环境选择一个值，湿度为自然湿度；b.海拔3000m-3500m的自然环境选择一个值，湿度为自然湿度；c.在模拟气候试验室中模拟海拔1800m-2000m的自然环境对应的海拔值，湿度80％；d.在模拟气候试验室中模拟海拔3000m-3500m的自然环境对应的海拔值，湿度80％；e.在模拟气候试验室中模拟海拔4000m的自然环境，湿度80％；(2)投切电容电流仿真研究：仿真研究实例1(分闸角对过电压及过电流的影响)采用atp-emtp仿真软件，搭建仿真模型，以2000m海拔高度下，隔离开关的分闸流过0.3a电容电流的10kv空载线路为例，隔离开关的固定合闸角为90°时，假定发生一次重燃，观察分闸角不同时的情况：对分闸角为0°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图1所示和图2所示；对分闸角为90°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图3所示和图4所示；对分闸角为180°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图5所示和图6所示；对分闸角为270°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图7所示和图8所示；当隔离开关开断空载线路的过程，a相拉开，隔离开关的触头间发生重燃是切空载线路过电压产生的原因，其中过电压水平高低由空载线路上残余电压决定。分闸角决定了触头拉开后，线路上的残余电压。当分闸角为0°时，空载线上的残余电压为0，在合闸角为90°时，触头间电弧重燃，引起电磁振荡，引起过电压。当分闸角为90°时，空载线路上的残压为em，与合闸角为90°时母线的电压相差不大，难以引起强烈的电磁振荡，产生的过电压现象也不明显。而分闸角为270°时，触头间的电压差最严重，引起的电磁振荡最为强烈，产生的过电压及过电流水平也最高。当空载线路上分别流过0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a的电容电流时，产生的规律一致，做出统计，如图9和图10所示。可知，当分闸角与合闸相角相反时，母线产生的过电压过电流情况最严重。仿真研究实例2(合闸角对过电压及过电流的影响)基于实例1建立的10kv空载线路模型，以2000m海拔高度下，隔离开关的分闸流过0.3a电容电流的空载线路为例，隔离开关的固定分闸角为270°时，即残余电压为-em，假定发生一次重燃，观察合闸角不同时的情况。对合闸角为0°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图11和图12所示；对合闸角为90°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图13和图14所示；对合闸角为180°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图15和图16所示；对合闸角为270°时的系统过电压及过电流水平做出统计，如图17和图18所示；在这种情况下，合闸角在90°时，产生的过电压水平、过电流水平最严重。如果设定分闸角为0°时，在合闸角为90°合270°时产生的过电压和过电流水平都会比较严重，但是没有这种情况下合闸角为90°产生的高。造成此种现象的因素是线路上的残余电荷使得电磁振荡现象更严重。当空载线路上分别流过0.1a、0.a、0.3a、0.4a、0.5a的电容电流时，产生的规律一致，做出统计，如图19和图20所示。由于电弧重燃对应的时间不确定，因此线路上对应的过电压的值也不是定值，所以从合闸时间上去限制合闸过电压是不合理的。但触头的运动速度提高，也就意味着发生重燃的时间将大大减少，产生过电压、过电流水平较慢速触头低。仿真研究实例3(切断10kv配电网空载线路过电压及过电流水平研究)参考《中国南方电网公司10kv和35kv配网标准设计》，10kv线路中，架空线路采用钢芯铝绞线lgj240/30，长度由流过电路的电容电流整定。采用螺栓角钢塔，导线呈三角形方式布置，塔顶呼高13m，两边距地11m，中线距地11.7m，两边线相互距离2m，与中线距离1.5m，档距250m。土壤电阻率选定为2000ω·m。将采用atp-emtp搭建投切空载线路模型，在步骤(1)中的海拔条件中，对投切10kv空载线路进行电磁暂态仿真；设定隔离开关触头间的间距为240mm时，比较介质强度恢复电压与弧隙恢复电压，整定得到电弧可能重燃的时间区域，如下表所示：0.1a0.2a0.3a0.4a0.5a2000m0.205s0.365s0.675s1.135s1.2s3000m0.235s0.415s0.765s1.2s1.2s4000m0.262s0.475s0.865s1.2s1.2s使用工频熄弧理论情况下，以空载线路的电容电流值0.5a为例，记录过电压水平和过电流水平，如图21和22所示。设定高频电流基本衰减完毕之后在打开开关，这使得断口间的最大电压始终不超过2em，也就意味着产生的过电压及过电流的水平不会特别高。使用高频理论情况下，以空载线路的电容电流值0.3a为例，记录一次重燃情况和多次重燃情况下母线过电压水平和过电流水平，一次重燃时，如图23和24所示；多次重燃时，如图25和26所示；最大过电压幅值的变化是受电弧重燃次数的影响的。在重燃次数增加，过电压的最大幅值都是随着电弧重燃次数的增加而增加，而当分闸过电压的最大幅值在有限的取值内达到一定的数值后，从图中可以看到，重燃次数增加时，过电压的幅值增大不多。经实例3试验后，得出如下统计：1)海拔为2000m情况下：一次重燃情况，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a1.83700.4a1.62630.3a1.55590.2a1.48460.1a1.2534最严重重燃情况下，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a2.691450.4a2.451400.3a2.281350.2a2.191240.1a2.101072)海拔为3000m情况下：一次重燃情况，如下表所示，最严重重燃情况下，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a2.691460.4a2.451410.3a2.281350.2a2.201230.1a2.111063)海拔为4000m情况下：一次重燃情况，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a1.83700.4a1.62630.3a1.55590.2a1.48460.1a1.2534最严重重燃情况下，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a2.691460.4a2.451410.3a2.281350.2a2.201230.1a2.11106结论：同一海拔下，线路流过的电容电流值越大，触头间重燃产生的过电压过电流水平越严重，线路储存电荷能力不同。线路流过同一电容电流值时，当电弧不发生抖动，弧柱未断，“电路”上发生反复重燃，过电压、过电流水平基本不变。切空载线路产生的过电压水平在1.25～2.69p.u.之间。仿真研究实例4(切断35kv配电网空载线路过电压及过电流水平研究)参考《中国南方电网公司10kv和35kv配网标准设计》，35kv线路中，架空线路采用钢芯铝绞线lgj240/30，设定档距为600m，线路长度由流过线路的电容电流决定。采用螺栓角钢塔，导线呈三角形方式布置，塔顶呼高18m，两边距地16.8m，中线距地18.3m，两边线相互距离5.66m，与中线距离3.2m。土壤电阻率选定为2000ω·m。经试验后，得出如下统计：1)海拔为2000m情况下：一次重燃情况，如下表所示，最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a1.981600.4a1.761470.3a1.541340.2a1.541300.1a1.48129最严重重燃情况下：2)3000m情况下一次重燃情况下：最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a1.981600.4a1.761470.3a1.541340.2a1.541300.1a1.48129最严重重燃情况下：最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a2.703420.4a2.533390.3a2.443050.2a2.212830.1a2.182783)4000m情况下一次重燃情况下：最大过电压水平(p.u.)最大暂态过电流水平(a)0.5a1.981600.4a1.761470.3a1.541340.2a1.541300.1a1.48129最严重重燃情况下：仿真研究实例5(10kv、0.2m/s条件下电弧衰减特性研究)针对10kv断路器灭弧室，基于流力动力学n-s方程和能量连续性方程建立了触头打开过程中的数学模型(如图27所示)。从以air为介质的电弧的物理过程出发，忽略磁场和重力作用，耦合了外部电路与机械运动对电弧的影响，实现了灭弧时电弧动态行为的仿真计算。以海拔2000m的情况为例，仿真切断0.1a电流时隔离开关温度场分布情况如图28所示；以海拔2000m的情况为例，仿真切断0.2a电流时隔离开关温度场分布情况如图29所示；以海拔2000m的情况为例，仿真切断0.3a电流时隔离开关温度场分布情况如图30所示；以海拔2000m的情况为例，仿真切断0.4a电流时隔离开关温度场分布情况如图31所示；以海拔2000m的情况为例，仿真切断0.5a电流时隔离开关温度场分布情况如图32所示；随着切断电流的增大，电弧发热越严重，高温区域面积在扩大。(3)投切电容电流试验研究选择电容器组、工频试验变压器、隔离开关和高速摄像机组成模拟实际线路，模拟断接10kv-35kv线路空载容性电流工况进行试验，其中工频试验变压器通过线路连接着电容器组，线路上设置有隔离开关，高速摄像机对准隔离开关，配合高速摄像仪和录波仪使用，如图40所示。利用工频试验变压器创造三种电压工况，通过三相异步减速电机带动隔离开关进行分合闸，模拟带电作业，空载线路的电容电流值分别选择为0.1a、0.2a、0.3a、0.4a、0.5a；在不同海拔和湿度条件，对同一电压、不同容性电流的组合进行分合试验，具体试验数据如下表：通过接通时间和电源频率的调整来控制打开速度和打开距离，采用高速摄像仪来确定其速度，采用录波仪记录过电压、过电流值，采用高速摄像机录取拉弧过程，测量电弧长度，录波仪记录典型波形如图33、图34、图35、图36、图37、图38、图39；从试验波形看，在分合过程中，均产生了较高的过电压，最高达到了额定电压的6.9倍，显著的超过了现有规程要求的倍数，也显著大于仿真研究的结论，分析原因为试验负载采用了纯电容，没有电阻和电感，电阻和电感在暂态过程中可显著的降低过电压的幅值和陡度，由于试验回路为纯电容结构，所以测得的过电压波形既高又陡。同时从仿真中可看到，分合过程中，当分合的角度是90°或270°时，过电压及过电流均较大，比其他角度分合闸均大，而从试验波形看，由于隔离开关无灭弧功能，且负载为纯容性负载，因此在分闸过程中，当电流过零点熄灭时，电压刚好处于峰值，导致分闸过程中过电压异常大。在带电作业实际操作时，由于负载不是纯容性或纯感性的，而是电容、电感、电阻均有的负载，因此断开空载线路时，电流自然灭弧时的电压不会是峰值，过电压水平不会类似试验得出的结论。当前第1页12