架空输电线路最小相间距离计算分析

柏晓路,葛秦岭,余雯雯,谢帮华,赵全江

(1.中南电力设计院,湖北武汉 430071;2.武汉大学珞珈学院,湖北武汉 430072)

架空输电线路最小相间距离计算分析

柏晓路1,葛秦岭1,余雯雯2,谢帮华1,赵全江1

(1.中南电力设计院,湖北武汉 430071;2.武汉大学珞珈学院,湖北武汉 430072)

建立精确的计算模型,得到考虑风偏影响和不考虑风偏影响两种情况下的导线最小相间距离计算方法,并在 Matlab平台上编程实现算法。对典型的双回路塔分支算例进行计算,并对该算例进行敏感性分析。

输电线路;相间距离;电气间隙;相序排列; Matlab

0 引 言

在架空输电线路设计中,经常会遇到导线相序排列方式突然变化的情况[1],如由原来的垂直排列方式变成水平排列方式,特别是双回路塔分支或者双回路塔进龙门架时,需要检验导线最小相间距离是否满足电气间隙的要求[2～3]。以往的检验方法是在 CAD中作图进行计算,该方法速度慢,精确度较差。本文建立精确的计算模型,在 Matlab平台上编程实现算法,计算速度快,精确度较高。并对典型的双回路塔分支时的导线最小相间间隙进行计算,并进行敏感性分析。

1 导线最小相间距离计算方法

1.1 不考虑风偏影响时的计算方法

1.1.1 空间坐标系建立

建立空间坐标系如图 1所示。

图1 计算模型空间坐标系Fig.1 Spatia l coordinate system of the computation modeling

1.1.2 输入已知数据

根据计算的气象条件,输入 K值;根据档距、高差、转角度数以及杆塔尺寸易得各挂点的坐标,设小号侧杆塔坐标分别为 a,b,c,大号侧杆塔坐标分别为 A,B,C。

1.1.3 计算两相导线最小相间距离

已知挂点坐标后,易得 A相导线挂点连线的方向向量为：

其中,f(XAa)为点 XAa处的弧垂,易由导线斜抛物曲线公式 f=4kx(1-x)[5～7]求得。

同理,可求其他两相导线 Bb,Cc所有点的坐标,然后搜索导线 Aa,Bb所有点的距离最小值为DAB。具体搜索算法的程序流程图如图 2。

1.1.4 计算三相导线最小相间距离

同理,求得 A,C相导线最小相间距离 DAC和B,C相导线最小相间距离 DBC。

取两两导线距离的最小值,即 Dmin=min(DAB,DAC,DBC)。

根据以上计算步骤易在 Matlab中编程实现,输入数据少,计算过程简单,结果精确。

图2 搜索程序流程图Fig.2 Flow chart of the searching program

1.2 考虑风偏影响时的计算方法

假设大风方向在沿 Z轴负方向,导线沿大风方向发生相同角度的风偏。

此时,可将坐标系沿 x轴进行旋转 (沿 x轴正方向视角,逆时针旋转),旋转角度为 φ,得到新的空间坐标系,XY轴平面即为风偏平面。

对各挂点坐标进行坐标变换如式 (4),可得到新的坐标 a′,b′,c′,A′,B′,C′。 K值使用大风 K值,其他步骤与不考虑风偏时相同,即可求得风偏时导线最小_相间距离。

2 典型算例计算

以三峡地下电站至荆门换流站双回路500 kV输电线路工程为背景,806～880号塔为典型的双回路塔分支情况,相序排列由垂直排列方式变成水平排列方式,对该档距内导线最小相间距离进行计算分析。

图3为相序布置图,806号塔为双回路耐张塔右侧回路,880号塔为单回路耐张塔,由于双回路塔分支变单回路塔,相序排列方式发生突变,需要检验导线最小相间距离是否满足电气间隙距离要求。规程要求在操作过电压工况下,500 kV输电线路导线最小相间距离必须大于4.6 m。

图3 相序布置图Fig.3 Layout of the phase position

工程已知条件：档距 L=548m,挂点高差H=132 m,806号塔转角度数为右转 40°12′,塔型为 SDJ-27,降基为 -6 m;880号转角度数为左转 7°26′,塔型为 JG 522-27,降基为 -5m。

不考虑风偏影响时,对该算例进行计算得到导线最小相间距离为8.353 4 m,发生在 A,B相导线档距间;考虑风偏影响时,对不同的风偏角进行计算,得到导线最小相间距离列于表1。

表 1 风偏角φ变化时导线最小相间距离Tab.1 Least phase-to-phase distance of conductor when wind deviation angleφdiffer

无论是静态还是动态情况,导线最小相间距离均大于 4.6m,且有较大裕度,满足电气间隙的要求。

3 敏感性分析

3.1 杆塔位置

保持其他参数不变,分别对高差 H和档距 L变化时进行仿真计算,列于图 4和图 5。

如图 4所示,高差增大时,导线最小相间距离会有微弱减小的趋势,高差对导线最小相间距离影响较小。

如图 5所示,档距增大时,导线最小相间距离增大,但对导线最小相间距离影响不显著。

综上所述可知,当相邻两杆塔的高差和档距变化时,即杆塔位置变化时,导线最小相间距离不会发生显著变化,因此,杆塔位置对导线最小相间距离不起控制作用,不能通过改变杆位来优化导线最小相间距离。

3.2 塔头尺寸

保持其他参数不变,分别对与 A,B相有关的塔头尺寸——双回路塔中横担和下横担间的垂直距离 HAB、单回路塔下横担长度 LA变化时进行仿真计算,列于图 6和图 7。

如图 6所示,双回路塔中横担和下横担间的垂直距离 HAB增大时,导线最小相间距离随之增大,双回路塔中横担和下横担间的垂直距离对导线最小相间距离有较大影响。

如图 7所示,单回路塔下横担长度 LA增大时,导线最小相间距离随之增大,单回路塔下横担长度对导线最小相间距离有一定控制能力。

因此,当两相的有关塔头尺寸变化时,对该两相间的导线最小相间距离起一定控制作用,但是增大塔头尺寸要新制塔,并且会增加成本投资。

3.3 相序排列方式

经过对杆塔位置和塔头尺寸等参数的分析,发现这些参数或者影响较小,或者增加投资,均不能对导线相间间隙起到决定性的影响,以下将分析相序排列方式对导线最小相间距离的影响。

假设 880号单回路塔相序排列方式自左到右ACB不变时,806号双回路塔相序自上而下有 6种排列方式——CAB,CBA,BAC,BCA,ABC,ACB,分别对以上 6种方式进行计算分析,其他参数不变,计算结果列于表 2。

表 2 相序排列方式不同时导线最小相间距离Tab.2 Least phase-to-phase distance o f conductor when phase position differs

由表 2可知,相序的排列方式对导线的最小电气间隙影响很大,起着决定性的影响。

当双回路塔采用自上而下 BAC,BCA的排列方式时,导线最小相间距离最紧张,只有1.861 9m和1.545 1 m,不满足4.6 m的电气间隙要求;当采用自上而下 ABC,ACB的排列方式时,导线最小相间距离也较为紧张,最小的电气间隙为 5.203 6m和6.167 8m,电气间隙的裕度较小;只有当采用自上而下 CAB和 CBA的排列方式时,导线最小相间距离较大,且有较大裕度。

因此,当单回路塔相序排列方式为自左到右ACB时,该典型算例宜采用双回路塔自上而下CAB和 CBA的排列方式。

4 结 论

针对导线相序排列方式突然变化的情况,建立精确的计算模型,计算考虑风偏影响和不考虑风偏影响两种情况下的导线最小相间距离,在 Matlab平台上编程实现算法,计算速度快,精确度较高。对典型的双回路塔分支时的导线最小相间间隙进行计算,并对该算例进行敏感性分析。通过计算分析表明,一般情况下杆塔位置对导线最小相间距离影响较小,不起控制作用;塔头尺寸对导线最小相间距离有一定影响,但增大塔头尺寸会增加成本投入;而相序的排列方式对导线最小相间距离起决定性的影响。在今后的工程中,特别要注意相序排列方式的选择,避免出现导线最小相间距离过小的情况。当终端塔进龙门架时,考虑到龙门架的受力因素,导线会放松,此时要考虑放松后导线的弧垂公式进行计算。

[1]王晓彤,班连庚,林集明,等.金昌—酒泉750 kV同塔双回紧凑型线路换位方式分析 [J].电力系统自动化,2009,33(16)：102-107.

Wang Xiaotong,Ban Liangeng,Lin Jiming,etal.Comparative analysis on transposing modes for 750 kV compact doub le-circuit overhead transmission lines on same tower from Jinchang to Jiuquan[J].Automation of Electric Power Systems,2009,33(16)：102-107.

[2]DL/T5092-1999.110～500 kV架空送电线路设计技术规程 [S].1999.

[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册 [M].北京：中国电力出版社,2003.

[4]王萼芳,石生明.高等数学 [M].北京：高等教育出版社,2003.

[5]孟遂民.架空送电线路设计 [M].北京：中国电力出版社,2000.

[6]陈慈宣.电气工程基础 [M].北京：中国电力出版社,2004.

[7]尚亚东,周璋鹏.750 kV输电线路弧垂检测方法[J].电网与水力发电进展,2008,24(5)：39-42.

Shang Yadong,Zhou Zhangpeng.Sag measurementof the 750 kV transmission line[J].Advances of Power System＆Hydroelectric Engineering,2008,24(5)：39-42.

Analysis of Least Phase Distance of Overhead Transm ission Line

Bai Xiaolu1,Ge Qinling1,Yu Wenwen2,Xie Banghua1,Zhao Quan jiang1
(1.Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,China;2.Luojia College of Wuhan University,Wuhan 430072,China)

One accurate calculationmodelwas used in the paper.Considering or not considering wind deviation,least phase-to-phase distance of conductor can be calcu lated using themodel.The algorithm was realized in Matlab.Taking the typical double-circuit transmission branch tower as an example,calculation and sensitivity analysiswere done in the example.

transmission line;phase distance;electric clearance;phase position; Matlab

T M753

A

2009-11-06。

柏晓路 (1984-),男,助理工程师,从事送电线路电气设计,E-mail：baixiaolu@csepdi.com。