与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法及系统与流程

1.本发明涉及特高压架空线路设计技术领域，具体涉及一种与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.传统的输电技术受输电损耗大、输电容量小、输电距离短、稳定性差等因素制约，难以满足社会发展的需要。特高压输电技术在输电供应方面具有诸多优势，具有巨大的发展前景。
4.目前，在特高压架空线路的设计过程中，由于缺乏相关的标准，在特高压线路中有同走廊低压线路的情况下，需要专门计算低压线路的感应电压，确保对低压线路的影响在可容许的范围之内，或者调整设计思路，降低对低压线路的影响。
5.国内关于架空输电线路感应电压、感应电流的研究主要还都是利用atp-emtp仿真程序建立仿真模型，进行计算。由于建立atp-emtp模型需要对线路的杆塔结构、线路导线型号、线路换位、线路高抗配置等参数进行设定，才能搭建出一个合理的仿真模型，当改变一些参数时，又需要重新修改模型，耗时、耗力，而且对于软件的掌握也需要花费一定的时间、精力。对于含同塔多回路的特高压输电网络，和特高压线路走廊中存在低压架空线路时，整个计算过程需要对全部回路的所有运行及停运工况进行模拟和比较，最后得出最严重的控制工况和对应的感应电压、电流值。若采用手动调整停运线路逐一计算，则人工工作量极大且容易出错；若对这些软件进行二次开发，实现自动循环停运工况计算，则涉及调用或修改其源代码，操作难度也相当大。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出了一种与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法及系统，无需搭建仿真模型，也不需要对全部回路的所有运行及停运工况进行模拟和比较，对于线路参数的计算过程简单，工作量低且效率高。
7.在一些实施方式中，采用如下技术方案：
8.与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法，包括：
9.获取特高压架空线路及同走廊低压线路的运行电压和电流数据，特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的a相、b相和c相之间单位长度的互电容和互电感数据，以及同走廊低压线路a相、b相和c相的自电容和自电感数据；
10.基于所述数据，分别计算同走廊低压线路的感应电压、感应电流、静电感应电压及电流、以及电磁感应电压及电流数据；
11.如果上述数据中任一数据超过了相应的阈值要求，则重新对特高压架空线路进行设计，直至上述数据均满足相应的阈值要求。
12.作为进一步地方案，所述计算同走廊低压线路的感应电压、感应电流，具体为：
[0013][0014][0015][0016]
其中，l为同走廊低压线路长度，γ为线路的传播常数，α为线路的相位常数，zc为低压线路的波阻抗；为低压线路电压，为低压线路电压感应电压，为低压线路电流，为低压线路感应电流，特高压线路a相电压，特高压线路a相电流，为同走廊低压线路的自感；m
aa
、m
ba
、m
ca
分别为特高压线路a、b、c三相和同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电感。
[0017]
作为进一步地方案，计算同走廊低压线路的静电感应电压，具体为：
[0018][0019][0020][0021]
其中，c
aa
、c
ba
、c
ca
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电容；c
ab
、c
bb
、c
cb
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的b相之间单位长度的互电容；c
ac
、c
bc
、c
cc
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的c相之间单位长度的互电容；ua、ub、uc分别为特高压架空线路的a相、b相和c相电压；u1、u2、u3分别为同走廊低压线路a、b、c相的静电感应电压；c0为低压线路a相导线的对地电容与低压线路a相导线通过b相导线、c相导线和避雷线的对地电容的并联；c1为低压线路b相导线的对地电容与低压线路b相导线通过a相导线、c相导线和避雷线的对地电容的并联；c2为低压线路c相导线的对地电容与低压线路c相导线通过b相导线、a相导线和避雷线的对地电容的并联。
[0022]
作为进一步地方案，计算同走廊低压线路的电磁感应电流，具体为：
[0023][0024][0025][0026]
其中，i
′1、i
′2、i
′3分别为同走廊低压线路a、b、c相的电磁感应电流；m
aa
、m
ba
、m
ca
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电感；m
ab
、m
bb
、m
cb
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的b相之间单位长度的互电感；m
ac
、m
bc
、m
cc
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的c相之间单位长度的互电感；
ia、ib、ic分别为特高压架空线路的a相、b相和c相电流；l1、l2、l3分别为同走廊低压线路a、b、c相的自感。
[0027]
作为进一步地方案，计算同走廊低压线路的静电感应电流，具体为：
[0028]
i1＝jωl(c
aa
ua+c
ba
ub+c
ca
uc)
[0029]
i2＝jωl(c
ab
ua+c
bb
ub+c
cb
uc)
[0030]
i3＝jωl(c
ac
ua+c
bc
ub+c
cc
uc)
[0031]
其中，i1、i2、i3分别为同走廊低压线路a、b、c相的静电感应电流。
[0032]
作为进一步地方案，计算同走廊低压线路的电磁感应电压，具体为：
[0033]u′1＝jωl(m
aa
ia+m
ba
ib+m
ca
ic)
[0034]u′2＝jωl(m
ab
ia+m
bb
ib+m
cb
ic)
[0035]u′3＝jωl(m
ac
ia+m
bc
ib+m
cc
ic)
[0036]
其中，u
′1、u
′2、u
′3分别为同走廊低压线路a、b、c相的电磁感应电压。
[0037]
作为进一步地方案，如果上述数据中任一数据超过了相应的阈值要求，则重新对特高压架空线路进行设计，具体包括：
[0038]
增大特高压线路和低压线路之间的绝对距离；
[0039]
或者，减少特高压线路和低压线路并行的有效长度；
[0040]
或者，增大特高压线路的相间距离；
[0041]
或者，改变特高压线路的杆塔形式、改变线路布局或线路相序。
[0042]
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0043]
一种与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算系统，包括：
[0044]
数据获取模块，用于获取特高压架空线路及同走廊低压线路的运行电压和电流数据，特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的a相、b相和c相之间单位长度的互电容和互电感数据，以及同走廊低压线路a相、b相和c相的自电容和自电感数据；
[0045]
数据计算模块，用于基于所述数据，分别计算同走廊低压线路的感应电压、感应电流、静电感应电压及电流、以及电磁感应电压及电流数据；
[0046]
阈值判断模块，用于在上述数据中任一数据超过了相应的阈值要求，则重新对特高压架空线路进行设计，直至上述数据均满足相应的阈值要求。
[0047]
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0048]
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法。
[0049]
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0050]
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法。
[0051]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0052]
(1)本发明无需搭建仿真模型，也不需要对全部回路的所有运行及停运工况进行模拟和比较，对于线路参数的计算过程简单，工作量低且效率高。同时，也不会受到参数修改的限制。
[0053]
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面
的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0054]
图1为本发明实施例中的输电线路间感应电压电流计算模型示意图。
具体实施方式
[0055]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0056]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0057]
实施例一
[0058]
在一个或多个实施方式中，公开了一种与特高压线路同走廊的低压线路感应电压计算方法，具体包括如下过程：
[0059]
(1)获取特高压架空线路及同走廊低压线路的运行电压和电流数据，特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的a相、b相和c相之间单位长度的互电容和互电感数据，以及同走廊低压线路a相、b相和c相的自电容和自电感数据；
[0060]
本实施例中，假设1000kv特高压架空线路和同走廊低压线路全线耦合，两种线路均为单回线线路，且同走廊低压线路上没有高压电抗器的影响。
[0061]
由于两条不同的输电线路之间有线间电容和和线间电感，每条输电线路自身又有对地电容和对地电感。因此，本实施例获取特高压架空线路的运行电压和电流数据：ua、ub、uc、ia、ib、ic，以及同走廊低压线路的运行电压和电流数据：ua、ub、uc、ia、ib、ic；1000kv交流特高压线路(以下简称1000kv线路)的a、b、c三相和同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电容和互电感分别为：c
aa
、c
ba
、c
ca
和m
aa
、m
ba
、m
ca
；同走廊低压线路的a相对地的自电容和电感分别为ca、la；b相和c相也有类似的表示。
[0062]
(2)基于所述数据，分别计算同走廊低压线路的感应电压、感应电流、静电感应电压以及电磁感应电流数据；
[0063]
本实施例中，1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的计算模型可用图1表示(以a相为例，且省略了地线的影响)。除了纵向上为分布参数电路，横向上也存在线路间互电容和互电感的静电耦合作用和电磁耦合作用的影响。
[0064]
①
同走廊低压线路的感应电压和感应电流的计算方法为：
[0065]
考虑1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的耦合作用后，同走廊低压线路上的电压和电流沿线路的分布参数方程见式(1)和(2)，其中g代表1000kv线路的地线的影响，g代表同走廊低压线路地线的影响。
[0066]
[0067][0068]
1000kv交流特高压线路的地线大多通过杆塔分段接地，因此有因此有和均为0的边界条件。1000kv线路的运行电压和电流比同走廊低压线路大很多，同走廊低压线路对1000kv的影响可以忽略不计，因此可近似认为为常量，即1000kv线路的额定工况。
[0069]
其中，和均表示向量，下面也是一样。
[0070]
本实施例中，本实施例中，
[0071]
为高压侧地线电压，为高压侧地线电流，为低压侧地线电压，为低压侧地线电流，c
aa
为高压侧a相自部分电容，c
ab
为高压侧a相对b相互部分的电容，c
ac
为高压侧a相对c相互部分的电容，c
ag
为高压侧a相对地线的互部分电容；c
aa
为高压侧a相对低压侧a相的互部分电容，c
ag
为高压侧a相对低压侧地线的互部分电容，其他参数的含义与此类似。
[0072]
如果忽略同走廊低压线路abc三相内部的线间互电容和互电感，仅仅考虑1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的线间互电容和互电感，以及同走廊低压线路每相导线的自电容和自电感，则以a相为例，分布参数计算方程可以进一步简化为式(3)和式(4)所示，b相和c相有类似的公式。
[0073][0074][0075]
输电线路一般是三相对称运行的，各相的电压、电流相角差为120
°
，故可以进一步简化为式(5)和式(6)。
[0076][0077][0078]
式中，l为线路长度，γ为线路的传播常数，α为线路的相位常数，zc为线路的波阻抗，见式(7)-(10)。
[0079][0080][0081][0082]
其中，c
aa
、c
ba
、c
ca
分别为1000kv交流特高压线路(以下简称1000kv线路)的a、b、c三相和同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电容；m
aa
、m
ba
、m
ca
分别为1000kv交流特高压线路(以下简称1000kv线路)的a、b、c三相和同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电感。
[0083]
②
同走廊低压线路的静电感应电压计算方法为：
[0084]
当同走廊低压线路两端的接地刀闸均不接地时，有两端有感应电压产生。1000kv线路对同走廊低压线路的感应电压主要由静电感应作用决定，从横向上看类似一个10节点组成的电路。1000kv的abc三相和两根地线以及同走廊低压线路的abc三相和两根地线代表电路中的节点，所有的地线均接地，而1000kv线路的abc三相上有独立电流源以维持节点电压恒定。如果输电线路间的电容矩阵已经消除地线的影响，则该电路方程可以进一步降为6阶，如式(11)所示：
[0085][0086]
式中，电容矩阵c中的元素和1000kv线路的电压已知，未知量为和即是同走廊低压线路上的静电感应电压。忽略同走廊低压线路abc三相内部的线间互电容，仅仅考虑1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的线间互电容且认为三相对称，则可进一步简化为式(12)。
[0087][0088][0089][0090]
其中，c
aa
、c
ba
、c
ca
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电容；c
ab
、c
bb
、c
cb
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的b相之间单位长度的互电容；c
ac
、c
bc
、c
cc
分别为特高压架空线路的a、b、c三相与同走廊低压线路的c相之间单位长度的互电容；ua、ub、uc分别为特高压架空线路的a相、b相和c相电压；u1、u2、u3分别为同走廊低压线路a、b、c相的静电感应电压；
[0091]
c0为低压线路a相导线的对地电容与低压线路a相导线通过b相导线、c相导线和避雷线的对地电容的并联；c1为低压线路b相导线的对地电容与低压线路b相导线通过a相导线、c相导线和避雷线的对地电容的并联；c2为低压线路c相导线的对地电容与低压线路c相导线通过b相导线、a相导线和避雷线的对地电容的并联。
[0092]
③
同走廊低压线路的电磁感应电流的计算方法为：
[0093]
当同走廊低压线路两端的接地刀闸均接地时，两端有感应电流产
生。1000kv线路对同走廊低压线路的感应电压主要由电磁感应作用决定，从横向上看类似一个匝数比为1：1双绕组变压器的电路。1000kv的abc三相对应变压器的原边，而同走廊低压线路的abc三相对应变压器的副边，且1000kv线路的abc三相上有电压源以维持回路电流恒定。假设输电线路间的电感矩阵已经消除地线的影响，则有6阶的回路电流方程，如式(13)所示。
[0094][0095]
式中，电感矩阵m中的元素和1000kv线路的电流已知，未知量为和即是同走廊低压线路上的电磁感应电流。
[0096]
如果忽略同走廊低压线路abc三相内部的线间互电感，仅仅考虑1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的线间互电感，且认为三相对称，则可进一步简化式为(14)：
[0097][0098][0099][0100]
其中，i
′1、i
′2、i
′3分别为同走廊低压线路a、b、c相的电磁感应电流；m
aa
、m
ba
、m
ca
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的a相之间单位长度的互电感；m
ab
、m
bb
、m
cb
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的b相之间单位长度的互电感；m
ac
、m
bc
、m
cc
分别为特高压架空线路的abc三相与同走廊低压线路的c相之间单位长度的互电感；ia、ib、ic分别为特高压架空线路的a相、b相和c相电流；l1、l2、l3分别为同走廊低压线路a、b、c相的自感。
[0101]
④
同走廊低压线路的静电感应电流和电磁感应电压的计算方法为：
[0102]
当同走廊低压线路两端的接地刀闸仅一端接地有且不接地端侧的感应电压主要由电磁感应作用决定，接地端侧的感应电流主要由静电感应作用决定。
[0103]
如果忽略同走廊低压线路abc三相内部的线间互电容和互电感，仅仅考虑1000kv交流特高压线路对同走廊低压线路的线间互电容和互电感且认为三相对称，则有静电感应电流和电磁感应电压简化表达式分别如式(15)和(16)所示。
[0104]
i1＝jωl(c
aa
ua+c
ba
ub+c
ca
uc)
[0105]
i2＝jωl(c
ab
ua+c
bb
ub+c
cb
uc)(15)
[0106]
i3＝jωl(c
ac
ua+c
bc
ub+c
cc
uc)
[0107]
其中，i1、i2、i3分别为同走廊低压线路a、b、c相的静电感应电流；
[0108]u′1＝jωl(m
aa
ia+m
ba
ib+m
ca
ic)
[0109]u′2＝jωl(m
ab
ia+m
bb
ib+m
cb
ic)(16)
[0110]u′3＝jωl(m
ac
ia+m
bc
ib+m
cc
ic)
[0111]
其中，u
′1、u
′2、u
′3分别为同走廊低压线路a、b、c相的电磁感应电压。
[0112]
(3)如果上述数据中任一数据超过了相应的阈值要求，则重新对特高压架空线路进行设计，直至上述数据均满足相应的阈值要求；以使得特高压架空线路对同走廊低压线
路的影响在可容许的范围内。
[0113]
上述数据包括：同走廊低压线路的感应电压和感应电流、同走廊低压线路的静电感应电压、同走廊低压线路的电磁感应电流、同走廊低压线路的静电感应电流以及同走廊低压线路的电磁感应电压。
[0114]
本实施例中，如果上述数据中任一数据超过了相应的阈值要求，可以通过下面几种方式重新对特高压架空线路进行设计，具体包括：
[0115]
增大特高压线路和低压线路之间的绝对距离；
[0116]
或者，减少特高压线路和低压线路并行的有效长度；
[0117]
或者，增大特高压线路的相间距离；
[0118]
或者，改变特高压线路的杆塔形式、改变线路布局或线路相序。
[0119]
当然，再具体设计时，上述几种方式也可以组合使用。
[0120]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。