基于“场”和“路”结合的500 kV MOA带电测量相间干扰研究分析

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0 引 言

近年来，已有不少专家、学者针对MOA相间干扰做了大量的研究[1-8]，其中文献[8]基于模拟电荷法提出了相间耦合电流的简化模型，并应用部分电容法计算不同电压等级下的相间耦合电流。模拟电荷法的使用是在所研究的场域边界外的适当地点，用虚设的较简单的电荷分布来代替实际边界上复杂的电荷分布，其效果满足原边界条件，所以模拟电荷法的优点在于方法简单、实用性强[9]。但是，模拟电荷法仅适用于无界的且介质种类较少以及电极形状比较简单的电场问题。然而MOA存在多种介质且介质分界面处形状又比较复杂，模拟电荷法就显出其局限性了[10-12]。

下面针对上述模拟电荷法的局限性，提出了一种“场”和“路”相结合的方法。运用ANSYS和EMTP联合仿真来计算MOA相间干扰，先采用能较精确处理多介质分布问题的有限元法来计算MOA杂散电容和相间耦合电容，再结合“路”的方法计算相间干扰电流，并与实际运行数据进行对比分析。

1 分布电容计算

1.1 有限元模型建立

应用美国ANSYS公司的电磁场有限元分析软件Maxwell 3D从“场”的角度计算出MOA相间干扰时的耦合电容值和杂散电容值。针对最普遍的“一”字排列500 kV电压等级Y20W5-444/1063W型MOA，建立了三维有限元模型如图1所示。模型由三节单元组成(忽略伞群)，节与节之间用金属法兰相连接，顶部有均压环罩入，底部由金属底座支撑。

计算模型中共存在6种介质，MOA各介质的相对介电常数如表1所示。

表1 各介质的相对介电常数

(a)独立模型 (b)干挠模型图1 三维有限元模型

1.2 有限元法仿真计算电容值

分别给图1(a)的1到4号导体上施加编号为V1到V4的电压，给图1(b)的1到8号导体上施加编号为V1到V8的电压。则通过软件计算可得到相应的电容值如表2、表3所示。

表2 独立MOA电容值 单位：pF

表3 干扰时耦合电容值 单位：为pF

2 计算持续电流

运用电力系统和电子线路仿真软件EMTP的ATP程序搭建起相应的“路”模型，计算出相间干扰时的持续电流值，由于A相和C相距离较大，分布电容对泄漏电流的影响较小，故可以忽略A相和C相之间的干扰影响情况。

2.1 A相干扰情况分析

500 kV的MOA每节单元有54块电阻片，在正常运行时，MOA流过的电流处于小电流区，电阻片的电阻可以认为是固定值，为4400 kΩ。所以，考虑杂散电容后，每相MOA的简化模型如图2所示。

图2 A相MOA考虑杂散电容简化模型

图3 未考虑相间干扰时，A相MOA的持续运行电压、电流波形

图4 B相对A相干扰的电路模型

考虑相邻B相MOA对A相的干扰后，其电路模型如图4所示。图4中Ch1—Ch4、Cu1—Cu4、Cd1—Cd4、Cl1—Cl4分别为B相MOA的5、6、7、8号导体对A相MOA的1、2、3、4号导体的耦合电容，计算结果如图5所示。

图5 B相干扰时，A相电压、电流波形

对比图3和图5的计算结果可以看出，由于B相MOA的干扰，使得A相MOA的持续电流从1.775 mA减小到了1.681 mA，电流超前电压的相位角从74.88°减小到了69.84°，减小了5.04°，然而电流的阻性分量却从0.463 mA增加到0.580 mA，增加了25.27%。

2.2 C相干扰情况分析

同理，只需把上述图2和图4中的正弦电压UA换成C相持续运行电压就可以求出关于C相的干扰情况， 如图6所示。

图6 B相MOA干扰时，C相的持续运行电压、电流波形

可以看出，由于B相MOA的干扰，使得C相MOA的持续电流从1.775mA减小到了1.613 mA，电流超前电压的相位角从74.88°增大到了78.3°，增加了3.42°，然而电流的阻性分量却从0.463 mA减小到0.327 mA，减小了29.37%。

2.3 B相干扰情况分析

由于对称原理，可以认为A、C两相的MOA对B相的干扰使得B相MOA的电流值有所减小，但相位角几乎没有变化，即全电流为1.598 mA，阻性电流为0.417 mA。

3 试验数据验证

由上节分析可得到Y20W5-444/1063W型MOA在正常运行状态下的仿真数据，如表4所示。

表4 Y20W5-444/1063W型MOA

在相同的被试环境下，可得到该型MOA在正常运行状态下的阻性电流试验数据，如表5所示。

表5 Y20W5-444/1063W型MOA

从表5可以知道，A、C相全电流基波值相等且略大于B相，阻性电流基波分量C、B、A三相呈递增分布。可见现场测试的环境对测量影响很大。

把表4的仿真数据和表5的试验数据进行对比可以看出：

2)仿真数据的角度偏差为：A相偏差了5.04°，B相几乎无偏差，C相偏差了3.42°，这完全符合理论推导3°～5°的偏差。然而，试验数据的偏差却为：A相偏差了5.95°，B相认为无偏差，C相偏差了6.43°。

3)仿真数据比试验数据偏小。出现这种情况的原因为：①仿真中只考虑了基波，即认为电压中不会有谐波干扰，而实际现场测量中，电压会受到谐波干扰，从而数值会比仿真数值大；②仿真中忽略了避雷器伞群的影响，从而忽略了伞群对耦合电容的影响，这会使得耦合电容值变大，从而仿真数值有所偏小；③现场试验测试时，避雷器表面有污垢，测试时的天气状况等因素会使得测试数据有所偏大；④避雷器长期运行，电阻片会有所老化，从而测试数据也会比仿真数据偏大；⑤测试设备本身也有误差，可能使得测试数据偏大。

4 结 语