一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统的制作方法
【专利摘要】一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统，它包括分别与线路Ⅰ和线路Ⅱ连接的两个变电站及其接地刀闸控制系统，在第一变电站的接地刀闸与地网之间串联设置一个阻抗，阻抗并联连接一个接触器。本实用新型通过采用在变电站的接地刀闸与地网之间串联阻抗-接触器的并联系统来实现既抑制感应电流又不增加线路电压的目的，为降低检修时操作的复杂度，针对原有接地刀闸的操作回路进行优化设计，实现对与阻抗并联接触器投切的自动控制。本实用新型即能有效降低电磁感应电流，满足开合大容量、长距离、紧凑型同塔双回输电线路的需要，降低了设备造价；而且也提供了一种在已建成变电站电磁感应电流电压超标时不需要更换接地刀闸的解决方案。
【专利说明】-种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及输电线路检修【技术领域】，具体地说是一种同塔双回线路间感应电 流电压的抑制系统。
【背景技术】
[0002] 随着电网的发展以及输电线路走廊的日趋紧张，为降低输电走廊的占地面积，同 塔双回甚至多回输电线路得到大面积应用。同塔双回输电线路的两回线路之间存在着较强 的静电耦合和电磁耦合，当一回线路正常运行，另一回线路停电检修时，停运线路上会产生 感应电流电压。
[0003] 同塔双回输电线路两条线路之间的耦合主要有静电耦合和电磁耦合，假设线路I 正常运行，线路II停电检修，以检修线路的A相作为研究对象，则线路间的耦合如图1和图2 所示，在图1和图2中，C , A u A、C , B u A、C , c u A表示线路I ABC三相与线路II A相之间单位 长度的电容，(：114表示线路11单位长度的电容^141141^ 11411。114表示线路148(：三相 与线路II A相之间单位长度的互感，L u A表示线路II单位长度的自感。线路I电压为U i A、 U!B、U1C电流为I iA、I iB、I 线路II A相静电感应电压为UIISA，静电感应电流为IIISA; 线路II A相电磁感应电压为U π M，电磁感应电流为I π μ。
[0004] 如图1所示，当检修线路两侧接地开关均处于断开状态时，静电感应电压在检修 线路上起重要作用，容易得到： G 。U' 一 C - ? 。m - G - π Cl
[0005] U . = -(Λ \ . > 一 C -? ； ~ C - 、 一 C-- 、丄 ^ j ?-# tirt j av trt 4 w- a·? Λ x >- Λ
[0006] 由⑴式可见，静电感应电压仅与电压等级及线路相间电容的不平衡有关系，与 线路长度及传输功率无关。
[0007] 当检修线路一侧接地开关处于断开状态，另一侧接地开关处于合闸状态，线路上 流过的电流主要为静电感应电流，可得：
[0008] ISiia - j ω 1 (CIAIIA · UIA+CIBIIA · UIB+CICIIA · UIC) (2)
[0009] 由（2)式可见，静电感应电流与电压等级、线路相间电容的不平衡、线路长度均有 关系，与线路传输功率无关。
[0010] 如图2所示，当检修线路一侧接地开关处于断开状态，另一侧接地开关处于合闸 状态，线路接地开关断开侧的电压主要为电磁感应电压，可得：
[0011] UMIIA - j ω 1 (ΜΙΑΠΑ · ΙΙΑ+ΜΙΒΠΑ · IIB+MICIIA · IIC) (3)
[0012] 由⑶式可见，电磁感应电压与线路传输功率、线路相间耦合电感的不平衡、线路 长度均有关系，与电压等级无关。
[0013] 当检修线路两侧接地开关均处于闭合状态时，流过线路的电流主要为电磁感应电 流，可得：
[0014] !x::a=-1- ⑷ ?HA
[0015] 由（4)式可见，电磁感应电流仅与线路传输功率和线路相间耦合电感的不平衡有 关系，与电压等级及线路长度无关。
[0016] 为了保证检修人员的安全，对于同塔双回线路进行检修时，必须先合上检修线路 两侧的接地刀闸并挂上接地线；检修结束，转正常运行方式时，又需要先断开检修线路两侧 接地刀闸，然后进行倒闸操作送电。在整个过程中，线路两侧接地刀闸需要先投入后退出， 期间需要开合从运行线路向检修线路感应过来的电流电压。
[0017] 由于接地刀闸本身结构的特点，其切断电流电压的能力很弱。同塔双回线路间的 耦合作用对接地刀闸的切除能力造成了很大的考验，尤其是随着经济的发展，大容量、长距 离、紧凑型同塔双回路的出现，对接地刀闸的性能要求更为苛刻。
[0018] 目前根据国家标准及相关企业标准的要求，为满足切断不同感应电流电压的要 求，接地刀闸分为A类、B类、超B类，其中A、B类属于常规产品，超B类属于特殊定制产品， 由制造单位和用户商定，专门用于切断较大的感应电流电压，需专门的设计、造价较高、运 维复杂。
[0019] 另外，在实践中也发现，原来两侧配置常规接地刀闸的同塔双回线路，随着负荷增 长、线路改接、运行方式的，会出现同塔双回线路感应电流电压超标，导致两侧的接地刀闸 无法满足新接入线路切断感应电流电压的要求，此时需要对已经建成的变电站内接地刀闸 整体更换。已建成变电站的设备更换受制于场地面积、设备形式、停电施工方案等多种因素 制约，实现不易，同时设备寿命未到期即更换，也造成了很大的经济上的浪费。 实用新型内容
[0020] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制 系统，其结构简单，能够有效抑制检修时同塔双回线路之间的感应电流和电压。
[0021] 本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种同塔双回线路间感应电流 电压的抑制系统，包括分别与线路I和线路II连接的变电站及其接地刀闸控制系统，其特 征是：还包括阻抗和接触器，所述变电站包括第一变电站和第二变电站，所述的第一变电站 和第二变电站的接地刀闸与地网连接，在所述第一变电站的接地刀闸与地网之间串联设置 一个阻抗，所述阻抗分别并联连接一个接触器。
[0022] 进一步地，所述接地刀闸控制系统包括第一时间继电器和第二时间继电器，所述 第一时间继电器和第二时间继电器的触点分别设置在接地刀闸控制系统的一次回路的接 触器控制回路中，线圈设置在二次回路中。
[0023] 进一步地，所述接触器的线圈与第一时间继电器和第二时间继电器的触点串联连 接，触点与第一时间继电器的触点并联连接。
[0024] 进一步地，所述接触器采用型号为JCZ5-7. 2/400的接触器。
[0025] 本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采用在变电站的接地刀闸与地网之间 串联阻抗-接触器的并联系统来实现既抑制感应电流又不增加线路电压的目的，为降低检 修时操作的复杂度，针对原有接地刀闸的操作回路进行优化设计，实现对与阻抗并联接触 器投切的自动控制。常规接地刀闸附加该抑制系统即能有效降低电磁感应电流，满足开合 大容量、长距离、紧凑型同塔双回输电线路的需要，降低了设备造价；在已建成变电站电磁 感应电流电压超标时，也提供了一种不需要更换接地刀闸的解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的 其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027] 图1为同塔双回线路之间静电耦合示意图；
[0028] 图2为同塔双回线路之间电磁耦合示意图；
[0029] 图3为本实用新型抑制系统的设备连接结构示意图；
[0030] 图4为本实用新型所述抑制系统的一次回路电路图；
[0031] 图5为本实用新型所述抑制系统的二次回路电路图；
[0032] 图6为接地刀闸只串接阻抗的结构示意图；
[0033] 图7为接地刀闸只串接阻抗时500kV线路电磁感应电流随电阻变化的仿真曲线 图；
[0034] 图8为接地刀闸只串接阻抗时500kV线路电阻端电压随电阻变化的仿真曲线图。
【具体实施方式】
[0035] 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为 了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可 以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不 指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定 按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制 本实用新型。
[0036] 如图3、图4和图5所示，本实用新型的一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制 系统，包括分别与线路I和线路II连接变电站及其接地刀闸控制系统，还包括阻抗和接触 器，所述变电站包括第一变电站和第二变电站，所述的第一变电站和第二变电站的接地刀 闸与地网连接，在所述第一变电站的接地刀闸与地网之间串联设置一个阻抗，所述阻抗分 别并联连接一个接触器；所述接地刀闸控制系统包括第一时间继电器和第二时间继电器， 所述第一时间继电器和第二时间继电器的触点分别设置在接地刀闸控制系统的一次回路 的接触器控制回路中，线圈设置在二次回路中；所述接触器的线圈与第一时间继电器和第 二时间继电器的触点串联连接，触点与第一时间继电器的触点并联连接。所述接触器采用 型号为JCZ5-7. 2/400的接触器。
[0037] 在同塔双回线路检修时，采用本实用新型所述抑制系统来抑制同塔双回线路之间 的感应电流和电压，其操作过程如下：
[0038] 1)在第一变电站的接地刀闸与地网之间分别串接一个阻抗，且每个阻抗分别并联 连接一个接触器，所述接触器出去分闸状态；
[0039] 2)检修前首先合上第二变电站的接地刀闸，然后在合上第一变电站的接地刀闸， 此时第一变电站的接地刀闸通过串接阻抗与地网连接；
[0040] 3)合上接触器，将阻抗短接，进行线路检修；
[0041] 4)检修完成后，首先断开接触器，将阻抗串联在第一变电站的接地刀闸与地网之 间，然后依次断开第一变电站的接地刀闸和第二变电站的接地刀闸。
[0042] 本实用新型的工作原理如下。
[0043] 理论计算与实测均证明同塔双回线路间的耦合电容、耦合电感均非常小，电容值 在微法量级、耦合电感在毫亨量级。分析式（2)和式（3)可见，由于耦合电容、耦合电感很 小，故静电感应电流、电磁感应电压很小，在感应电流电压的研究中处于次要因素。分析式 ⑴和式⑷可见，虽然耦合电容、耦合电感与线路自身电容、电感相比是比较低的，但是两 者相除，仍然具有一定的比值，故静电感应电压、电磁感应电流相对较大。进一步的分析，由 于系统的电压往往控制在一个稳定的数值，因而对于某一电压等级线路来说，静电感应电 压受运行方式变化不大，一般来说是可预测的，并且根据实测结果采取导线换位等措施后， 可将静电感应电压限制在合适的数值。但是由式（4)可知，电磁感应电流大小在运线路的 电流影响很大，呈线性关系；而电力系统中运行方式的改变、潮流的变化、接入方式的变化 均会对运行线路电流造成影响，使电磁感应电流发生变化。一般来说，需要按照在运线路的 导线极限传输电流计算停运线路的电磁感应电流，按此标准选择接地刀闸，可确保接地刀 闸在开合时能够可靠工作而不发生损坏。
[0044] 根据在运极限传输电流校验停运线路电磁感应电流时，一般会出现静电感应电 压、静电感应电流、电磁感应电压三个参数数值均不高，在常规A、B类接地刀闸要求的范围 内；电磁感应电流数值较大，超过了常规A、B类接地刀闸要求。
[0045] 考虑到耦合电感很低，本实用新型通过在接地刀闸与地网之间串接阻抗，来有效 增加电磁感应电流回路的阻抗值，起到抑制电磁感应电流的目的。
[0046] 如图6所示，设串接阻抗后线路上的电磁感应电流为ΓΜΙΙΑ，端部由于静电感应电 流引起的电压升为U' SIIA。
[0047] 当接地刀闸QE1串接阻抗Z后，流过线路的电磁感应电流得到抑制： " I ΑΙΑ ' 11 A + W I BIIA * 1 11 + W I CO A * JI C * = ] I llA 十 ^
[0048] ?背 1 A:: A'1 1 A I 3 Π A'1 ! S I ?C :J A*· I C / ￠-\ =- D J
[0049] 由（5)式可见，当传输容量及线路参数不发生变化的情况下，串接阻抗相当于增 加了线路的自感，从而缩小的电磁感应电流。
[0050] 然而，由于感应电流流过附加阻抗将会在附加阻抗上产生电压，从而抬高停电线 路的电位，导致停电线路电位升高为：
[0051] =llA' ^ (6)
[0052] 根据典型500kV同塔双回线路数据，分别在接地刀闸回路中串接不同的电阻，得 出感应电流电压（各相中的最大值）随电阻变化的曲线如图7和图8所示：
[0053] 由图7和图8可知，串接电阻后电磁感应电流随着串接电阻的增大急剧减小，同时 也会在串接电阻端部造成较高的电位升，从而抬高停电线路的电位，可能对检修人员造成 伤害。进一步分析可见，串接电阻端部的电位升随电阻增大，但不高于线路未串接电阻时的 电磁感应电压。为解决这一电压的影响，如图3所示，本实用新型的抑制系统由阻抗Z以及 与阻抗Z并联的接触器KM组成。
[0054] 当线路II停电检修时，先合上第二变电站B的接地刀闸QE2,然后合上第一变电站 A的接地刀闸QE1，将阻抗Z接入系统，起到抑制接地刀闸QE1合闸时的电磁感应电流的作 用；接地刀闸QE1合闸后，合上接触器KM，将阻抗Z短接，同时抑制检修线路上的电位升高。
[0055] 当线路II退出检修时，先断开接触器KM，将阻抗Z接入系统，抑制接地刀闸QE1分 闸时的较大的电磁感应电流；然后顺序断开接地刀闸QE1和接地刀闸QE2接地刀闸，将检修 线路退出。
[0056] 对于典型的220_500kV分裂导线而言，线路自感1. 7Xl(T3H/km，数值较小。由 式（5)可见，电磁感应电流大小基本上与串接电阻阻值成反比例关系。设λ 当 k = 2即Zad2 = L时，静电感应电流将降低至原来的50%。根据上文提高的线路自感值，对 应的串接电阻Z = 0.53381。对于40km的220kV线路串接电阻大约为22 Ω ;对于l〇〇km的 500kV线路串接电阻大约为53 Ω。
[0057] 根据图7和图8所示的仿真曲线，可见当串接电阻分别为20 Ω、50Ω时相应的电 磁感应电流基本上降低一半，仿真结果与理论分析相一致。
[0058] 当检修线路接地刀闸合上时，随后并联接触器将串接电阻短接。此时，流过接触器 的电流为全部电磁感应电流。当检修线路接地开关断开前，需要先断开并联接触器，所以并 联接触器需具备开断全部电磁感应电流的能力。接触器断开时，需要承受串接电阻上的电 压，根据上文的分析该电压不会超过线路的电磁感应电压。
[0059] 考虑到一般线路的电磁感应电流均不超过300A，220_500kV线路电磁感应电压一 般不大于6. 3kV，可选择JCZ5-7. 2/400型号的接触器。该型号接触器的额定工作电压为 7. 2kV，额定工作电流为400A，关合电流可达4kA，开断电流可达3. 2kA。
[0060] 如图4和图5所示，为降低操作的复杂性，对接地刀闸的控制回路进行了优化设 计，图4和图5中，ΤΙ、T2为时间继电器，KM1、KM2为接地刀闸QE控制回路，KM3为接触器 KM的控制回路。通过在原有的接地刀闸控制回路中增加时间继电器，可以自动实现合上接 地刀闸后自动投入接触器，断开接地刀闸之前自动先断开接触器，简化了操作过程。
[0061] 以上所述只是本实用新型的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来 说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被 视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统，包括分别与线路I和线路II连接的 变电站及其接地刀闸控制系统，其特征是：还包括阻抗和接触器，所述变电站包括第一变电 站和第二变电站，所述的第一变电站和第二变电站的接地刀闸与地网连接，在所述第一变 电站的接地刀闸与地网之间串联设置一个阻抗，所述阻抗分别并联连接一个接触器。
2. 根据权利要求1所述的一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统，其特征是： 所述接地刀闸控制系统包括第一时间继电器和第二时间继电器，所述第一时间继电器和第 二时间继电器的触点分别设置在接地刀闸控制系统的一次回路的接触器控制回路中，线圈 设置在二次回路中。
3. 根据权利要求2所述的一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统，其特征是： 所述接触器的线圈与第一时间继电器和第二时间继电器的触点串联连接，触点与第一时间 继电器的触点并联连接。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的一种同塔双回线路间感应电流电压的抑制系统， 其特征是：所述接触器采用型号为JCZ5-7. 2/400的接触器。
【文档编号】H02J3/26GK203850835SQ201420281010
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】郭宜果, 侯源红, 吴健, 李琨, 于昉, 李越, 魏鑫, 于文星, 兰峰 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司经济技术研究院