基于综合法的含OPGW地线系统短路电流计算

张云鹏， 季 田

（1.国网信阳供电公司，河南信阳464000；2.中国移动河南有限公司，河南郑州450001）

基于综合法的含OPGW地线系统短路电流计算

张云鹏1， 季 田2

（1.国网信阳供电公司，河南信阳464000；2.中国移动河南有限公司，河南郑州450001）

为了完成光纤复合架空地线（OPGW）的故障电流计算，并确保根据计算值选型的电力系统可靠和经济运行，要选择合适的计算方法。综合输电线路电磁环境、温度、湿度等自然环境和线路自身参数等因素，搭建了综合法计算模型。结合双回架空线路实例，用MATLAB编程仿真的方法对其进行分析计算，从计算速度和计算精度两方面进行评价，并验证综合法计算的可靠性和实际工程意义，为实际工程中采用合适的计算方法提供了一种新选择。

短路电流；输电线路；OPGW；MATLAB；综合法

0 引 言

OPGW是一种兼有通信功能的新型架空地线，从电力系统的安全性和可靠性角度看，应确保通信系统通畅。电力系统严重故障时，流经OPGW的电流会比较大，若持续时间足够长，会导致OPGW不可逆毁坏［1-4］，通信系统瘫痪，因此有必要准确地计算OPGW的选型电流。OPGW短路电流的分布计算没有统一的标准算法，本文通过MATLAB编程计算，在分流法与网孔法的基础上提出了综合法，对其在工程中的实际应用进行了分析，并通过对220 kV双回同塔架设线路的计算，验证综合法的合理性。

1 计算模型

1.1 计算模型原理

图1为双地线系统第1基杆塔处A相单相接地故障简图，图中ZOi、ZDi分别为第i档的OPGW与分流地线的阻抗，Rt为铁塔接地电阻，R01、R02分别为1、2变电站的接地网电阻。

图1 地线系统故障原理图

综合法结合了分流法和网孔法的特点，线路模型以故障点为界分为等效侧和计算侧两部分。综合法的计算侧采用网孔法模型，等效侧则采用分流法的理念，将其视为无限长线路，并用阻抗来等效，然后结合计算侧，列网孔方程求解。

1.2 等效侧模型

如图1所示，取故障点右侧为等效侧（此部分杆塔数量至少10基以上）。等效时，假设导线无限长，每档线路等长，线型不变，杆塔接地电阻不变，则等效侧可以看作一个无限级的链状网络［5］，其等值模型如图2所示。

图2 无限级链状网络等值模型

由于是无限级链状网络，可以使用极限的观点解决，则：

由串并联定律可知：

即：

式中：Zeq为无限级链状网络的等效阻抗；ZAB为从AB端口向右看的等值阻抗；Z为每一档线路OPGW和分流地线的并联阻抗（计及互感）。

1.3 计算侧模型

（1）网络化简［6］。根据杆塔的数量，把一条普通输电线路分为若干档，每一档为一个网孔，计及两根地线之间的互感和故障相对地线的感应电动势，通过化简，可得单个网孔的等值模型。所有网孔及等效侧级联后得到全线路的等值模型，如图3所示。

（2）等分法计算短路电流Ik、Ik1、Ik2，其中Ik为故障点短路电流，Ik1、Ik2分别为故障点左右两侧流入故障点的电流。把整条线路6等分或12等分，通过对称分量法计算相应等分点的故障电流，然后通过曲线拟合［6］获得短路电流曲线，进而求出各杆塔处的故障电流。

图3 综合法模型图

（3）列方程组求解［7，8］。根据KCL定理，可列出网孔方程组，如式（4）。用“追赶法”算出各网孔的电流，进而求得地线系统中的电流分布。

式中：E1、E2、…、Ei为故障A相对地线系统的感应电动势。

2 实例计算与分析

某220kV双回架空线路，全线长24 km，共59基杆塔，其架空地线系统由一根OPGW和一根分流地线构成，全部逐塔接地。故障A相与OPGW、分流地线分别相距6 m、11.5 m。取变电站接地网阻抗为0.5Ω，杆塔接地电阻为10Ω，平均档距为400 m，第一基杆塔与变电站出口相距20 m，大地等值深度为1 000 m。线路各导线的相关参数如表1所示。

表1 导线相关参数

通过MATLAB编程，分别用分流法、网孔法和综合法计算地线系统的故障电流分布，结果如表2和图4、图5所示。表中，If为单相接地短路电流值；IOPGW为流经OPGW的短路电流；ID为流经分流地线的短路电流。

表2 地线系统电流分布的计算结果 （单位：kA）

图4 36号杆塔处故障时用网孔法计算的地线各档电流分布

图5 36号杆塔处故障时用综合法计算的地线各档电流分布

3 结 论

（1）故障点靠近变电站时，单相接地故障电流比较大，OPGW和分流地线的故障电流也比较大；地线系统中的故障电流越靠近故障点值越大。

（2）分流法仅限于计算变电站出口处第1基杆塔故障时，与故障点相邻的两档地线的电流强度，且计算结果大于真实值，较为粗略；网孔法能够较精确地计算全线故障电流的分布情况，但计算量较大；综合法较分流法提高了计算精度，较网孔法降低了计算量，且误差仅下降10%左右，仍在OPGW选型的允许范围之内。地线系统最大故障电流的故障点在变电站出线附近的几基杆塔中，采用综合法能为设备选型提供可靠依据，有较强的工程实用性。

［1］ 方森华.OPGW复合光缆的最大允许电流计算［J］.中国电力，1995（11）：56-58.

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Short-Circuit Current Calculation of Ground System w ith OPGW Based on Com prehensive M ethod

ZHANG Yun-peng1，JITian2
（1.State Grid Power Company Xinyang，Xinyang 464000，China；2.China Mobile Henan，Zhengzhou 450001，China）

In order to calculate the fault currentof an OPGW line ensuring that the selecting system based on the calculating result reliably and economically operates，it is necessary to choose a suitable calculationmethod.Considering some factors，such as electromagnetic fields of transmission lines，nature temperature and humidity environment，conductor parameters，etc，a comprehensive calculation model is put forward.Themodel is used in the calculating instance of a double-circuit overhead line adopting MATLAB and simulationmethod illustrating that the comprehensive calculation method is reliable，economic and suitable in both aspects of the calculation speed and accuracy in engineering application，and provide a new choose for the selection of appropriatemethods in engineering.

short circuit current；transmission line；OPGW；MATLAB；comprehensivemethod

TM133

A

1672-6901（2014）05-0039-03

2014-02-25

张云鹏（1988-），男，助理工程师.

作者地址：河南信阳市浉河区宝石桥［464000］.