柏曉路,葛秦嶺,余雯雯,謝幫華,趙全江

(1.中南電力設(shè)計(jì)院,湖北武漢 430071;2.武漢大學(xué)珞珈學(xué)院,湖北武漢 430072)

架空輸電線路最小相間距離計(jì)算分析

柏曉路1,葛秦嶺1,余雯雯2,謝幫華1,趙全江1

(1.中南電力設(shè)計(jì)院,湖北武漢 430071;2.武漢大學(xué)珞珈學(xué)院,湖北武漢 430072)

建立精確的計(jì)算模型,得到考慮風(fēng)偏影響和不考慮風(fēng)偏影響兩種情況下的導(dǎo)線最小相間距離計(jì)算方法,并在 Matlab平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)算法。對(duì)典型的雙回路塔分支算例進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)該算例進(jìn)行敏感性分析。

輸電線路;相間距離;電氣間隙;相序排列; Matlab

0 引 言

在架空輸電線路設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到導(dǎo)線相序排列方式突然變化的情況[1],如由原來的垂直排列方式變成水平排列方式,特別是雙回路塔分支或者雙回路塔進(jìn)龍門架時(shí),需要檢驗(yàn)導(dǎo)線最小相間距離是否滿足電氣間隙的要求[2～3]。以往的檢驗(yàn)方法是在 CAD中作圖進(jìn)行計(jì)算,該方法速度慢,精確度較差。本文建立精確的計(jì)算模型,在 Matlab平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)算法,計(jì)算速度快,精確度較高。并對(duì)典型的雙回路塔分支時(shí)的導(dǎo)線最小相間間隙進(jìn)行計(jì)算,并進(jìn)行敏感性分析。

1 導(dǎo)線最小相間距離計(jì)算方法

1.1 不考慮風(fēng)偏影響時(shí)的計(jì)算方法

1.1.1 空間坐標(biāo)系建立

建立空間坐標(biāo)系如圖 1所示。

圖1 計(jì)算模型空間坐標(biāo)系Fig.1 Spatia l coordinate system of the computation modeling

1.1.2 輸入已知數(shù)據(jù)

根據(jù)計(jì)算的氣象條件,輸入 K值;根據(jù)檔距、高差、轉(zhuǎn)角度數(shù)以及桿塔尺寸易得各掛點(diǎn)的坐標(biāo),設(shè)小號(hào)側(cè)桿塔坐標(biāo)分別為 a,b,c,大號(hào)側(cè)桿塔坐標(biāo)分別為 A,B,C。

1.1.3 計(jì)算兩相導(dǎo)線最小相間距離

已知掛點(diǎn)坐標(biāo)后,易得 A相導(dǎo)線掛點(diǎn)連線的方向向量為：

其中,f(XAa)為點(diǎn) XAa處的弧垂,易由導(dǎo)線斜拋物曲線公式 f=4kx(1-x)[5～7]求得。

同理,可求其他兩相導(dǎo)線 Bb,Cc所有點(diǎn)的坐標(biāo),然后搜索導(dǎo)線 Aa,Bb所有點(diǎn)的距離最小值為DAB。具體搜索算法的程序流程圖如圖 2。

1.1.4 計(jì)算三相導(dǎo)線最小相間距離

同理,求得 A,C相導(dǎo)線最小相間距離 DAC和B,C相導(dǎo)線最小相間距離 DBC。

取兩兩導(dǎo)線距離的最小值,即 Dmin=min(DAB,DAC,DBC)。

根據(jù)以上計(jì)算步驟易在 Matlab中編程實(shí)現(xiàn),輸入數(shù)據(jù)少,計(jì)算過程簡單,結(jié)果精確。

圖2 搜索程序流程圖Fig.2 Flow chart of the searching program

1.2 考慮風(fēng)偏影響時(shí)的計(jì)算方法

假設(shè)大風(fēng)方向在沿 Z軸負(fù)方向,導(dǎo)線沿大風(fēng)方向發(fā)生相同角度的風(fēng)偏。

此時(shí),可將坐標(biāo)系沿 x軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn) (沿 x軸正方向視角,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)),旋轉(zhuǎn)角度為 φ,得到新的空間坐標(biāo)系,XY軸平面即為風(fēng)偏平面。

對(duì)各掛點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換如式 (4),可得到新的坐標(biāo) a′,b′,c′,A′,B′,C′。 K值使用大風(fēng) K值,其他步驟與不考慮風(fēng)偏時(shí)相同,即可求得風(fēng)偏時(shí)導(dǎo)線最小_相間距離。

2 典型算例計(jì)算

以三峽地下電站至荊門換流站雙回路500 kV輸電線路工程為背景,806～880號(hào)塔為典型的雙回路塔分支情況,相序排列由垂直排列方式變成水平排列方式,對(duì)該檔距內(nèi)導(dǎo)線最小相間距離進(jìn)行計(jì)算分析。

圖3為相序布置圖,806號(hào)塔為雙回路耐張塔右側(cè)回路,880號(hào)塔為單回路耐張塔,由于雙回路塔分支變單回路塔,相序排列方式發(fā)生突變,需要檢驗(yàn)導(dǎo)線最小相間距離是否滿足電氣間隙距離要求。規(guī)程要求在操作過電壓工況下,500 kV輸電線路導(dǎo)線最小相間距離必須大于4.6 m。

圖3 相序布置圖Fig.3 Layout of the phase position

工程已知條件：檔距 L=548m,掛點(diǎn)高差H=132 m,806號(hào)塔轉(zhuǎn)角度數(shù)為右轉(zhuǎn) 40°12′,塔型為 SDJ-27,降基為 -6 m;880號(hào)轉(zhuǎn)角度數(shù)為左轉(zhuǎn) 7°26′,塔型為 JG 522-27,降基為 -5m。

不考慮風(fēng)偏影響時(shí),對(duì)該算例進(jìn)行計(jì)算得到導(dǎo)線最小相間距離為8.353 4 m,發(fā)生在 A,B相導(dǎo)線檔距間;考慮風(fēng)偏影響時(shí),對(duì)不同的風(fēng)偏角進(jìn)行計(jì)算,得到導(dǎo)線最小相間距離列于表1。

表 1 風(fēng)偏角φ變化時(shí)導(dǎo)線最小相間距離Tab.1 Least phase-to-phase distance of conductor when wind deviation angleφdiffer

無論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)情況,導(dǎo)線最小相間距離均大于 4.6m,且有較大裕度,滿足電氣間隙的要求。

3 敏感性分析

3.1 桿塔位置

保持其他參數(shù)不變,分別對(duì)高差 H和檔距 L變化時(shí)進(jìn)行仿真計(jì)算,列于圖 4和圖 5。

如圖 4所示,高差增大時(shí),導(dǎo)線最小相間距離會(huì)有微弱減小的趨勢,高差對(duì)導(dǎo)線最小相間距離影響較小。

如圖 5所示,檔距增大時(shí),導(dǎo)線最小相間距離增大,但對(duì)導(dǎo)線最小相間距離影響不顯著。

綜上所述可知,當(dāng)相鄰兩桿塔的高差和檔距變化時(shí),即桿塔位置變化時(shí),導(dǎo)線最小相間距離不會(huì)發(fā)生顯著變化,因此,桿塔位置對(duì)導(dǎo)線最小相間距離不起控制作用,不能通過改變桿位來優(yōu)化導(dǎo)線最小相間距離。

3.2 塔頭尺寸

保持其他參數(shù)不變,分別對(duì)與 A,B相有關(guān)的塔頭尺寸——雙回路塔中橫擔(dān)和下橫擔(dān)間的垂直距離 HAB、單回路塔下橫擔(dān)長度 LA變化時(shí)進(jìn)行仿真計(jì)算,列于圖 6和圖 7。

如圖 6所示,雙回路塔中橫擔(dān)和下橫擔(dān)間的垂直距離 HAB增大時(shí),導(dǎo)線最小相間距離隨之增大,雙回路塔中橫擔(dān)和下橫擔(dān)間的垂直距離對(duì)導(dǎo)線最小相間距離有較大影響。

如圖 7所示,單回路塔下橫擔(dān)長度 LA增大時(shí),導(dǎo)線最小相間距離隨之增大,單回路塔下橫擔(dān)長度對(duì)導(dǎo)線最小相間距離有一定控制能力。

因此,當(dāng)兩相的有關(guān)塔頭尺寸變化時(shí),對(duì)該兩相間的導(dǎo)線最小相間距離起一定控制作用,但是增大塔頭尺寸要新制塔,并且會(huì)增加成本投資。

3.3 相序排列方式

經(jīng)過對(duì)桿塔位置和塔頭尺寸等參數(shù)的分析,發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)或者影響較小,或者增加投資,均不能對(duì)導(dǎo)線相間間隙起到?jīng)Q定性的影響,以下將分析相序排列方式對(duì)導(dǎo)線最小相間距離的影響。

假設(shè) 880號(hào)單回路塔相序排列方式自左到右ACB不變時(shí),806號(hào)雙回路塔相序自上而下有 6種排列方式——CAB,CBA,BAC,BCA,ABC,ACB,分別對(duì)以上 6種方式進(jìn)行計(jì)算分析,其他參數(shù)不變,計(jì)算結(jié)果列于表 2。

表 2 相序排列方式不同時(shí)導(dǎo)線最小相間距離Tab.2 Least phase-to-phase distance o f conductor when phase position differs

由表 2可知,相序的排列方式對(duì)導(dǎo)線的最小電氣間隙影響很大,起著決定性的影響。

當(dāng)雙回路塔采用自上而下 BAC,BCA的排列方式時(shí),導(dǎo)線最小相間距離最緊張,只有1.861 9m和1.545 1 m,不滿足4.6 m的電氣間隙要求;當(dāng)采用自上而下 ABC,ACB的排列方式時(shí),導(dǎo)線最小相間距離也較為緊張,最小的電氣間隙為 5.203 6m和6.167 8m,電氣間隙的裕度較小;只有當(dāng)采用自上而下 CAB和 CBA的排列方式時(shí),導(dǎo)線最小相間距離較大,且有較大裕度。

因此,當(dāng)單回路塔相序排列方式為自左到右ACB時(shí),該典型算例宜采用雙回路塔自上而下CAB和 CBA的排列方式。

4 結(jié) 論

針對(duì)導(dǎo)線相序排列方式突然變化的情況,建立精確的計(jì)算模型,計(jì)算考慮風(fēng)偏影響和不考慮風(fēng)偏影響兩種情況下的導(dǎo)線最小相間距離,在 Matlab平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)算法,計(jì)算速度快,精確度較高。對(duì)典型的雙回路塔分支時(shí)的導(dǎo)線最小相間間隙進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)該算例進(jìn)行敏感性分析。通過計(jì)算分析表明,一般情況下桿塔位置對(duì)導(dǎo)線最小相間距離影響較小,不起控制作用;塔頭尺寸對(duì)導(dǎo)線最小相間距離有一定影響,但增大塔頭尺寸會(huì)增加成本投入;而相序的排列方式對(duì)導(dǎo)線最小相間距離起決定性的影響。在今后的工程中,特別要注意相序排列方式的選擇,避免出現(xiàn)導(dǎo)線最小相間距離過小的情況。當(dāng)終端塔進(jìn)龍門架時(shí),考慮到龍門架的受力因素,導(dǎo)線會(huì)放松,此時(shí)要考慮放松后導(dǎo)線的弧垂公式進(jìn)行計(jì)算。

[1]王曉彤,班連庚,林集明,等.金昌—酒泉750 kV同塔雙回緊湊型線路換位方式分析 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)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架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 [S].1999.

[3]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊 [M].北京：中國電力出版社,2003.

[4]王萼芳,石生明.高等數(shù)學(xué) [M].北京：高等教育出版社,2003.

[5]孟遂民.架空送電線路設(shè)計(jì) [M].北京：中國電力出版社,2000.

[6]陳慈宣.電氣工程基礎(chǔ) [M].北京：中國電力出版社,2004.

[7]尚亞東,周璋鵬.750 kV輸電線路弧垂檢測方法[J].電網(wǎng)與水力發(fā)電進(jìn)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。

柏曉路 (1984-),男,助理工程師,從事送電線路電氣設(shè)計(jì),E-mail：baixiaolu@csepdi.com。