基于架空地線電能損失計(jì)算的分段絕緣段長(zhǎng)度經(jīng)濟(jì)最優(yōu)取值方法

2020-11-17 08:04胡淑兵劉方平

江西電力 2020年10期

胡淑兵，劉方平，黃強(qiáng)，王瓊

（中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江西南昌 330096）

0 引言

目前中國(guó)110 kV 及以上輸電線路架空地線主要采用普通地線（common overhead ground wire，CGW）和光纖復(fù)合架空地線（optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）兩種形式[1-3]，通常采取CGW 分段絕緣、單點(diǎn)接地，OPGW 逐塔接地的方式[4-5]。參考國(guó)內(nèi)外幾十年的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知CGW 分段絕緣、單點(diǎn)接地的接地方式產(chǎn)生的電能損耗非常小，而且與直接接地相比較，并不降低其保護(hù)性。而OPGW 同時(shí)承擔(dān)著光纖通信功能，出于對(duì)光纖通信的連續(xù)性和通信質(zhì)量的考慮，OPGW 至今仍普遍逐塔接地[6-7]。當(dāng)輸電線路較長(zhǎng)時(shí)，架空地線全線的電磁感應(yīng)電壓將可能超過1 000 V，在這種情況下可采用地線分段的方式來降低架空地線絕緣單點(diǎn)接地時(shí)首末兩端的電磁感應(yīng)電壓[8-11]。地線分段是指首先將架空地線劃分成若干絕緣段，之后在每一段的一基桿塔處接地[12-13]。目前對(duì)于如何合理劃分絕緣段長(zhǎng)度以及劃分絕緣段的長(zhǎng)度對(duì)地線接地產(chǎn)生電能損失的大小的研究較少，因此對(duì)于地線分段絕緣段長(zhǎng)度對(duì)電能損失的影響在工程實(shí)際中對(duì)絕緣段的合理劃分具有很重要的指導(dǎo)意義。

1 仿真計(jì)算方法及研究模型

文中以單回路及雙回路輸電線路模型為研究計(jì)算對(duì)象，首先研究在各種接地方式下電能損耗，通過比對(duì)選出較為合理的接地方式；在較為合理的接地方式的基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)不同絕緣長(zhǎng)度分別對(duì)地線的感應(yīng)電流及電能損耗進(jìn)行仿真計(jì)算，并總結(jié)在不同的接地方式下絕緣段長(zhǎng)度對(duì)電能損耗的影響趨勢(shì)。考慮到便于理論研究以及所得到結(jié)論的通用性，檔距均采用平均檔距，架空地線分段導(dǎo)線的對(duì)地高度及間距均采用典型桿塔所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.1 單回路輸電線路模型

本文研究的單回路500 kV 輸電線路的線路全長(zhǎng)為115.6 km，取其中典型10 km 線路進(jìn)行研究計(jì)算，線路輸送功率為1 187.5 MW，線路成直線排列，其排列方式從左至右依次為：A-B-C；四根四分裂子導(dǎo)線（4XJL/G1A-400/50）采取正方形排列，分裂距離為450 mm；采用一根CGW（JLB20A-150）與一根OPGW（OPGW-150）平行對(duì)稱架設(shè)，線路上典型桿塔模型如圖1 所示。平均檔距為400 m，接地排流線圈工頻電阻為20 Ω，導(dǎo)線a、b、c 平均對(duì)地高度為36 m，地線平均對(duì)地高度為43.5 m。

圖1 單回路典型桿塔

1.2 雙回路輸電線路模型

雙回路線路500 kV 輸電線路全長(zhǎng)123.8 km，取其中10 km 典型線路進(jìn)行研究計(jì)算，單回線路輸送功率為1 187.5 MW，導(dǎo)線（4XJL/G1A-400/50，分裂同單回路）成垂直對(duì)稱排列，其排列方式左邊從上到下依次為：A-B-C，右邊從上之下依次為：C-B-A；采用一根CGW（JLB20A-150）與一根OPGW（OPGW-150）平行對(duì)稱架設(shè)，線路上典型桿塔如圖2所示。平均檔距為400 m，接地排流線圈工頻電阻為20Ω，導(dǎo)線a、b、c 平均對(duì)地高度依次為56.5 m、44.5 m、33 m，地線平均對(duì)地高度為64.5 m。

圖2 雙回路典型桿塔

1.3 接地方式

系統(tǒng)在正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，常見的接地方式可采取以下幾種：

1）OPGW與普通地線均逐塔接地；

2）OPGW 逐塔接地，普通地線分段絕緣，兩端經(jīng)排流線圈接地；

3）OPGW 及普通地線均分段絕緣，兩端經(jīng)排流線圈接地；

4）OPGW 逐塔接地，普通地線分段絕緣，首端經(jīng)排流線圈接地；

5）OPGW 及普通地線均分段絕緣，首端經(jīng)排流線圈接地。

2 仿真計(jì)算結(jié)果分析

2.1 接地方式能耗比對(duì)

仿真計(jì)算首先研究了在1.3 節(jié)敘述的5 種接地方式下單回路正常運(yùn)行以及雙回路正常運(yùn)行時(shí)，CGW及OPGW 沿線的感應(yīng)電流以及電能損耗；地線分段長(zhǎng)度均為5 km；年損失小時(shí)數(shù)按4 000 h計(jì)算。

單回路結(jié)果如表1所示，雙回路結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，當(dāng)采用方式3和方式5時(shí)，兩種回路地線電能損耗較方式1、2、4 大幅度降低，因此在采用接地方式3 和方式5 的條件下，對(duì)于絕緣段長(zhǎng)度對(duì)電能損耗影響的研究比較有意義。

表1 單回路不同接地方式下感應(yīng)電流以及電能損耗

表2 雙回路不同接地方式下感應(yīng)電流以及電能損耗

2.2 分段絕緣長(zhǎng)度的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)取值

在方式3（以后簡(jiǎn)稱兩端接地）和方式5（以后簡(jiǎn)稱單端接地）的接地方式下，電能損耗均較小，但兩者所需接地設(shè)備的數(shù)量不同，而絕緣段長(zhǎng)度的取值對(duì)接地設(shè)備的數(shù)量亦有影響，因此需要在不同絕緣長(zhǎng)度下，兩種接地方式電能損耗所造成的經(jīng)濟(jì)損失與額外增加的接地設(shè)備支出做綜合比對(duì)，選取最優(yōu)的分段絕緣長(zhǎng)度與接地方式的組合。表3、表4 分別為不同接地方式下單回路及雙回路年電能損耗；其電能損耗隨絕緣段長(zhǎng)度變化趨勢(shì)如圖3、圖4所示。

可以觀察出隨著絕緣段長(zhǎng)度的減小電能損耗在逐漸減小，減小趨勢(shì)逐漸變緩，因此隨著絕緣段長(zhǎng)度變短，電能損耗所造成的經(jīng)濟(jì)損失開始變小，但由于絕緣段分段過多而導(dǎo)致接地設(shè)備數(shù)量增多而帶來的設(shè)備支出費(fèi)用在增加，因此如何選取合適絕緣長(zhǎng)度需要綜合考慮設(shè)備支出及電能損耗所帶來的總損支。

預(yù)設(shè)每套接地設(shè)備支出成本2 000 元（包括金具成本，安裝、改造及更換成本），平均工作壽命10 年，則可計(jì)算十年電費(fèi)損失與設(shè)備支出總和。單回路與雙回路隨絕緣段長(zhǎng)度與總損支對(duì)應(yīng)如表5、表6所示，變化趨勢(shì)如圖5、圖6所示。

可以看出在在單回路中，單端接地總損支最低點(diǎn)出現(xiàn)在2 km，兩端接地總損支最低點(diǎn)出現(xiàn)在3.3 km，然而考慮到兩端接地絕緣段為3.3 km 時(shí)，絕緣段最大電壓為167.359 5 V小于單端接地時(shí)絕緣段2 km時(shí)的最大電壓202.86 V。

因此經(jīng)過綜合考慮采取兩地線均分段絕緣，兩端經(jīng)排流線圈接地，絕緣段長(zhǎng)度為3.3 km 的接地方式為該單回路輸電線路的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)接地方案。雙回路與單回路分析情況相同亦采取此方案。