感应电压（精选八篇）
感应电压 篇1
国外学者很早就对感应过电压的概率分布以及线路闪络次数进行了比较深入的研究。文献[2]提出了一种假设雷电流为直角波计算感应过电压的分布参数电路模型, 但是忽略了电场和磁场的耦合;文献[3]提出了电场和磁场相互耦合的传输线模型, 但忽略了水平矢量磁位产生的电场;文献[4]在此基础上提出了多导体传输线模型, 但该模型基于准TEM波假设, 以散射电压对该传输线模型进行激励。对此, 为了准确地了解感应雷过电压特性, 本文综合考虑以上各模型的优缺点, 应用电磁暂态计算程序ATP/EMTP建立一个模拟雷电通道产生的电磁场激励线路过程的模型。该模型可以定义输入与输出量, 应用MODELS语言对感应过电压的数值进行求解。
1 模型及计算方法
电磁暂态计算程序ATP-EMTP最初用于对电力传输系统等的暂态仿真, 现在广泛应用于雷电暂态过程的分析[5]。MODELS语言提供一种描述模型结构和元件基本功能的格式, 允许系统的描述与系统的功能结构相符合, 能实现用户自定义的ATP和TACS中现有元件不能实现的功能[6]。
当雷电击中大地时, 会在线路附近产生强大的雷电电磁脉冲, 电磁脉冲对低压配电线路施以激励进而产生感应过电压。感应过电压的计算首先要建立一个描述云层与大地之间的雷电通道, 根据主放电通道的雷电流模型计算出不同空间位置的电磁场分布;再根据线路与电磁场之间的场线耦合模型计算出电磁场在多导体传输线上的感应过电压。
由于雷电放电过程具有很强的随机性和复杂性, 创建计算感应过电压的模型基于以下假设:
1) 架空输电线路等效为无损传输线, 只影响雷电通道产生的水平电场。
2) 雷电通道的电荷均匀分布, 且垂直于大地。
3) 雷电回击速度与光速成一定比例关系且恒定, 通道近似于一条理想传输线 (TL传输线模型) 。
1.1 电磁场计算
根据偶极子理论对Maxwell方程组进行求解, 将雷电通道垂直于地面的点作为坐标原点, 地面作为x、y平面, 主放电通道的中心线作为z轴, 如图1所示。
空间任意一点P (r, φ, z) 在无损大地上的电磁场表达式为[7]
Cooray-Rubinsten公式考虑了大地电导率对水平电场的影响, 且适应于近区域和远区域的电磁场计算, 该计算表达式的时域卷积形式为[8]
地面损耗g0 (t) 在频域中的表达式为
式中:c为光速;ε0为空气介电常数;εrg为土壤介电常数;σg为大地电导率。
1.2 空间电磁场与传输线的耦合模型
空间电磁场与架空线路的耦合模型可以通过Taylor模型、Agrawal模型和Rashidi模型获得。Agrawal模型的时域表达式为
式中:us (x, t) 、i (x, t) 为传输线上散射电压、感应电流;Exσ (x, h, t) 为水平电场在高度h处沿传输线方向的分量;L'、C'为传输线单位长度的电感与电容。
雷击点与输电线路的相对位置如图2所示。
在图2中, 观测点A为线路的终端, 因此xA>xB, 线路高度z=h, 此处的感应雷过电压在频域中可表示为
线路的无损部分U0 (xA, w) 为
线路的有损部分UΔ (xA, w) 为
1.3 输电线路等效模型
为了能够应用MODELS语言对感应过电压进行计算, 应用经典的Bergeron模型对线路进行建模, 如图3所示。
其中线路A的终端电压Ur A (t) 由感应过电压Uσind0 (xA, t) 和由线路B端反射的电压叠加而成, 延迟传播时间为τ。
上述雷电通道周围电磁场以及感应过电压的计算都是假设雷电流为直角波形, 但实际情况雷电流的波形极其复杂, 为了简化计算, 可以将雷电流波形等效为斜角波, 以便对电力系统进行防雷保护设计。雷电流等值斜角波的波形形状g1 (t) 为
式中:Im为雷电流幅值;tc为到达雷电流波头的时间;b为雷电流波尾响应;H (t) 为单位阶跃响应。其中
式中tf为雷电流的波长。
雷电通道对有损大地线路的感应过电压可表示为
其中
1.4 感应过电压仿真模型
应用ATPDraw搭建如图4所示电路, 采用MODELS语言对子模块进行编程计算线路感应过电压, 其中输电线路应用EMTP中Type51和Type52进行模拟, 阻抗值等于线路的特性阻抗, 应用Type60电源等效电压Ur A和Ur B。
如果线路终端A和B不在同一水平线上 (三相情况) , 已知A和B的坐标分别为 (x'A, y'A) 和 (x'B, y'B) , 雷击点位置坐标为 (x'0, y'0) , 则式 (1) 可表示为
其中
线路坐标点x需要满足xA>xB, 此时线路长度为L=xA-xB。
1.5 模型验证
为了验证模型计算的准确性, 对图5的线路结构进行仿真计算分析。计算条件如下:线路高度为5.68 m;计算中的线路长度为684 m;雷击点距离架空输电线路的水平距离为145 m;雷电回击速度为1.5×108m/s。本文计算的结果与其他方法计算的结果对比如表1所示。
由表1可知, 本文的仿真计算结果与其他方法计算出来的数据比较接近, 在误差允许范围内, 因此该模型可以应用到配电线路感应过电压的计算中。
2 感应雷事故仿真计算
架空输电线路附近落雷时, 产生的强大电磁脉冲对多导体传输线施以激励, 线路产生瞬态感应过电压。图6给出了雷电通道距离架空输电线路的垂直距离分别为20、50、100、150 m时, 感应过电压的波形情况。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;雷电回击速度为1.5×108m/s;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图6可以看出, 雷击点与线路的距离越小, 雷电产生的感应过电压数值越大。
雷电通道距离架空输电线路的垂直距离为20 m时, 不同雷电流产生的感应过电压波形如图7所示。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;雷电回击速度为1.5×108m/s;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图7可以看出, 感应过电压的数值与雷电流幅值有关, 雷电流幅值越大, 线路产生的感应过电压数值越大。
雷电通道距离架空输电线路的垂直距离为50 m时, 不同雷电回击速度产生的感应过电压波形如图8所示。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图8可以看出, 感应过电压的数值与雷电回击速度有关, 雷电回击速度越大, 线路产生的感应过电压数值越大。
3 结论
基于MODELS语言建立的ATP-EMTP模型用于架空线路感应过电压的计算方法, 经仿真计算验证, 该方法计算结果与其它方法计算的结果在误差允许范围之内, 满足了设计要求。同时使用该方法计算感应过电压方便、快捷、可行。
摘要：为研究雷电感应过电压特性, 提出了一种基于MODELS语言并应用ATP-EMTP软件计算多导体传输线感应过电压的新方法。计算时考虑了大地损耗对垂直电场的影响, 并且在计算过程中将线路本身等效为无损传输线。将实际计算的结果与火箭引雷实测数值以及其他模型计算结果进行了对比, 验证了该方法的有效性。
关键词：感应过电压,MODELS,ATP-EMTP,大地损耗
参考文献
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感应电压 篇2
关键词：交流控制回路；感应电压；消除方法
由于电动机控制电缆越来越长，很容易造成控制线路中出现感应电压。一旦出现感应电压，电动机就会出现误动和拒动，甚至导致安全事故，造成经济损失和人身伤害。本文选取了某电厂电气调试过程中出现的电路隔离开关无法正常控制为例，对交流控制回路中感应电流产生的原因和严重影响进行了简要的分析，并提出了如何消除交流控制回路中感应电压的具体方法。
1 交流控制回路中产生感应电压的原因以及影响
某电厂对2×1000 MW 机组进行电气调试，在对6号机组线路隔离开关5061和5号机组线路隔离开关5051进行远方控制时发现，控制回路交流继电器无法进行复归，这样一来就无法对隔离开关的合闸和分闸进行有效地控制。该电厂对2次回路进行了检查，通过检查发现控制回路中有一根铜芯电缆属于共用状态，其总长度达到了600m，规格为4×2.5mm。该电厂同时对交流继电器线圈两端的感应电压进行了测量，测量结果为96伏。
由于两条平行电缆之间相互靠近，就会出现电容。如果线路的长度较短，那么电容值也相对较小。一般来说，两条较短的平行电缆相互靠近而产生的电容值是可以忽略不计的。但是如果电缆的长度很长，或者作为交流控制回路，那么其产生的电容值就相对较大[1]。由于新型的接触器和继电器具有较小的自身功率消耗、较高的线圈阻抗，在使用新型接触器和继电器时，交流控制很容易受到电缆芯线电容产生的感应电压的影响。在控制远方的交流继电
器或者中间继电器时，要通过继电器接点或者控制开关，例如按钮、转换开关等等，从而控制电气设备的运行。然而交流继电器和控制开关之间的距离越远，就需要越长的连接电缆进行连接。当线缆达到一定的程度时，电缆芯线之间就会产生一定的电容，进而产生感应电压，从而造成交流继电器和接触器不能复归，或者自行吸合[2]。
1.1 交流控制回路产生感应电压的原理
隔离开关的交流中控分和中控合是集控室的分闸控制触点和合闸控制触点，能够进行自动复归。具体情况见图1。
其中分闸控制交流继电器为KM2，合闸控制交流继电器为KM1，C2和C1既是分闸和合闸控制电缆线间的电容，又是KM2的常闭辅助触点。在正常的运转过程中，由隔离开关通过集控室来发出分闸或者合闸的指令，中控分或者中控合的触点就会闭合，从而联通整个控制回路。此时交流继电器KM2和KM1的线圈就会出现励磁后动作，完成隔离开关的分闸或者合闸。在完成分闸或者合闸之后，中控分或者中控合的触点就会自行返回，回路会在KM2或者KM1的控制下自动断开并复位[3]。
再例如在合闸和分闸回路中，容抗值远大于电缆的电阻和感抗值，因此可以忽略电缆的电阻和感抗值，具体情况见图2。
在图2中，分闸或者合闸控制电缆的线间电容用C来表示，继电器线圈的感抗和电抗分别用X1和R来表示，接触器线圈的两端电压和线间电容电压分别用U2和U1来表示。
1.2 交流控制回路受到感应电压的影响
以图1和图2为依据，可以发现电缆的线间电容与控制电缆的长度成正比，而随着电缆电容电压的不断增大，交流继电器KM2或KM1中流过的线圈电流也会随之增大。由于流过线圈的电流与继电器线圈两端的电压成正比关系，因此继电器线圈两端的电压也会增大。一旦继电器的返回电压小于继电器线圈的两端电压，就会使交流继电器KM2或者KM1难以返回，并一直保持动作的状态，而二者的辅助接触点的状态就是保持断开，隔离开关的合闸或者分闸控制回路就会一直处于断线状态[4]。当电缆进一步加长时，线间电容以及电压就会进一步加大，加大线圈两端的电压，直至造成继电器误动，产生误分、误合等问题。
2 消除交流控制回路中感应电压的具体方法
交流控制回路中产生的感应电压会对设备的正常运行造成严重的影响，例如某电厂的隔离开关中的继电器两端感应电压比交流继电器的返回电压大时，就会出现合闸之后的隔离开关难以正常复位的问题。可以采取以下一些措施来解决这一问题。
①为了使接触器线圈上两端的感应电压减小，可以在接触器的线圈两端进行并联电容。
②为了使接触器线圈上两端的感应电压减小，可以在接触器的线圈两端进行并联电阻。
③可以使用具有较高的释放电压限的接触器[5]。
④可以使用具有较小的阻抗的接触器。
⑤如果需要使用较长的交流控制电缆，可以考虑使用不同的芯电缆。
⑥如无必要，不要使用过长的控制电缆，对控制电缆的长度进行控制。
该电厂在处理交流控制回路中产生感应电压时采用了在接触器的线圈两端进行并联电阻的方法，并取得了良好的效果。通过并入电阻进行分流，控制回路的正常工作得到了有效的保障。值得注意的是，因为具有过大的电容电阻，如果使用的电阻过小，则无法有效的分流，也就无法对感应电压进行消除，还会造成电阻的烧毁。如果选用的电阻过大，又会使整个控制回路的功耗加大。因此在选择电阻时要充分的考虑实际情况和现场材料的情况。该电厂综合考虑的各方面的情况，选择了容量为50 W、阻值为 1 kΩ的电阻，将其并入分闸回路，并进了现场实验。实验证明，该方法具有价格低廉、操作便利、维护方便的优点，而且可以使交流控制回路中的感应电压消除，是一种行之有效的消除交流控制回路中感应电压的方法。
3 结语
本文结合实例，对交流控制回路中感应电压的产生原理进行了简要的分析，并分析了交流控制回路中产生感应电压的危害，以此为基础提出了相应的解决方案，并对其中的一种方案进行了实验。交流控制回路中产生感应电压会造成设备的损坏，甚至带来人身伤害问题，在生产的过程中绝不能掉以轻心，必须采取有效的措施进行解决。要综合各项实际因素，选择价格低廉、操作和维护方便的措施来消除交流控制回路中的感应电压。
参考文献：
[1]郑楠，郑彬，班连庚，等.750kV强耦合并行单回架设线路感应电压和电流研究[J].电网与清洁能源，2013（08）.
[2]杜建华，王长水.控制电缆分布电容对控制回路的影响分析及处理[J].自动化技术与应用，2010（09）.
感应电压 篇3
根据电磁感应原理,在同塔多回输电线路中,在其中一回或几回线路停电、另外一回或几回线路正常运行的情况下,运行线路所产生的磁场和电场会在停电检修的线路产生相应的感应电压和感应电流,包括静电感应分量和电磁感应分量。停运线路两侧接地开关不同工况下对应的感应电压和感应电流分别为:(1)线路两侧刀闸不接地,对应静电感应电压;(2)线路单侧刀闸接地,接地侧对应静电感应电流,不接地侧对应电磁感应电压;(3)线路两侧刀闸接地,对应电磁感应电流。
因同塔多回输电线路感应电压及感应电流产生的原理与同塔双回输电线路基本相同,在增加相应的线路电容、电感、电压和电流参数矩阵后,以上方法及思路同样适用于同塔多回输电线路的感应电压、感应电流的理论分析。但在同塔多回线路中,由于检修线路中的感应电压及感应电流系由所有运行线路在检修线路上产生的感应电压及感应电流叠加,因此,当其中一回线路检修而其他线路运行时,叠加形成的感应电压和感应电流最大。
2 仿真计算
2.1 计算模型和方法
佛山地区某500 k V变电站S本期四回220 k V新建线路,自500 k V变电站S采用同塔四回出线,同塔四回线路长4×10 km;然后采用两个同塔双回架设分别架设至220 k V变电站M、220 k V变电站N,线路分别长2×5 km、2×15 km,导线均采用2×JL/LB1A-630/45型钢芯铝绞线。
受线路走廊限制,新建线路塔型以直线塔为主,输电线路采用π型电路模型,其中同塔双回路采用LCC 6模型,同塔四回路采用LCC 12模型。土壤电阻率取1 000Ω·m。
本期SM线与SN线输送容量分别为2×200 MVA、2×150 MVA,远期SM线与SN线输送容量分别为2×432 MVA、2×350 MVA,功率因数取0.98。
2.2 仿真结果分析
2.2.1 不同输送容量下的感应电流、感应电压
SMⅠ回、SMⅡ回、SNⅠ回、SNⅡ回四回线路中,在单回线路检修、其他三回线路运行的情况下,分别计算运行线路对停运线路的感应电流、感应电压,结果如表1所示。
从表1仿真结果可以看出,检修线路中电磁感应电流、电磁感应电压随着运行线路输送容量增大而增大或升高,与运行线路的输送容量成正比关系;而静电感应电流、静电感应电压受运行线路输送容量变化的影响较小。
2.2.2 同塔线路长度对感应电压、感应电流的影响
同塔四回线路中,假定SMⅠ回线路停电、其他线路正常运行,同塔双回输电线路长度保持不变,将同塔四回线路长度分别设定为10 km、20 km、30 km、40 km,测定不同长度下相应的感应电压、感应电流值,其中线路输送容量按本期计算。仿真计算数据如表2所示。
从表2仿真结果可以看出,随着线路长度的增加,停运线路的电磁感应电压和静电感应电流明显增大,电磁感应电流和静电感应电压与线路长度变化关系不大。
2.2.3 不同塔型对感应电流和感应电压的影响
杆塔的平面布置影响线路的电容、电感参数,进而影响同塔架设线路的感应电压和感应电流。220 k V同塔四回路采用较多的塔型主要有水平排列塔型和垂直排列塔型两种。其中水平排列塔型每层导线横担上布置4相导线,共3层导线横担,每1回路的3相导线为垂直布置。垂直排列塔型每层导线横担上布置2相导线,共6层导线横担,可有效减少走廊宽度。按照投产初期的线路输送容量,在其他条件不变的情况下,对两种塔型下同塔四回线路的感应电流和感应电压进行仿真。
同样的输送容量及线路长度,垂直排列塔型的感应电压和电流要明显大于水平排列塔型,特别是静电感应电压存在较大差距,需在实际工程计算及接地开关选型中充分考虑。
3 结论
本文对220 k V同塔多回输电线路的感应电压、感应电流进行了理论分析和仿真计算研究,得出以下结论:
(1)220 k V同塔多回线路的感应电流和感应电压包括静电感应电流、静电感应电压、电磁感应电流、电磁感应电压四种分量。
(2)影响同塔多回线路感应电压和感应电流的因素主要有线路运行电压、输送容量、线路长度、杆塔型式及布置方式。线路输送容量对电磁感应电流、电磁感应电压影响较大,线路长度对电磁感应电压和静电感应电流影响较大,不同杆塔型式及布置方式对感应电压和感应电流有较大影响。
(3)由于静电耦合、电磁耦合的增强,220 k V同塔多回线路的感应电流和感应电压较大,需根据工程的实际情况进行仿真计算,合理选择线路接地开关的参数。
摘要：同塔多回输电线路是提高单位线路走廊输送容量、解决输电线路走廊紧张问题的有效措施,已在珠三角地区得到了广泛的应用。由于回路增多、回路间距减小,耦合作用大大加强,运行回路在检修回路上将产生较高的感应电流和感应电压,给线路检修带来较大的安全风险。现对感应电压和感应电流的产生原理及影响因素进行了深入分析,并应用电磁暂态分析程序ATP-EMTP对实际工程进行了仿真计算,可作为类似工程仿真计算的参考。
关键词：同塔多回线路,感应电压,感应电流
参考文献
[1]汪晶毅,李志泰,潘春平.同塔多回输电线路感应电压和感应电流的研究[J].电力建设,2011,32(3):56-60.
感应电压 篇4
中原大化集团有限责任公司新建50万甲醇项目在模拟试车期间,发现部分接触器一直处于吸合状态,无法实施停车,对照原理图并没有查出接线问题,结果用表测量出接触器线圈两端线带有117V交流电压,这可能是造成故障的原因。
2 故障
该项目中,低压配电室到现场操作柱的控制电缆是多芯电缆,具体采用的电缆是ZR-KVV-0.45/0.75-14X1.5,配电室到主控制室信号线采用多台电机共用一根多芯电缆集中敷设,控制电缆线采用的是ZR-KVV-0.45/0.75-27X1.5,由于控制线路太长(大概有500m),接触器两端便产生了感应电压,具体分析如下。
图1为交流控制原理图,图2为线间电容的等值电路,由于电缆的电阻和感抗值远小于容抗值Xc,可以忽略不计,其中R、XL分别为接触器线圈的电抗和感抗,U1、U2分别为线间电容电压和接触器线圈两端电压,从图1可以看出该线路通过若干根导线实现对接触器的控制,由于电缆间的电容C与电缆长度成正比,电缆越长,电容C越大,流过电容和接触器线圈的电容电流就越大,线圈两端的感应电压U2与流过的电流成正比,U2值就相应越大,当感应电压U2大于接触器的释放电压时,按钮SB1即便处于断开状态,接触器仍然处于吸合状态,无法停车。
要使接触器分断,可采用以下方法:
1)减小控制电缆长度;
2)选用阻抗小的接触器;
3)选用释放电压限高的接触器;
4)在接触器线圈两端并联电阻来减小接触器线圈上两端的感应电压;
5)在接触器线圈两端并联电容来减小接触器线圈上两端的感应电压。
由于已经施工完毕,方法1)、2)、3)工作量比较大,这几种方案不可取,只好选用方法4)或5),如图3、图4,该两种方法的原理是利用电阻、电容分流来减小流过接触器感应线圈的电容电流,从而降低线圈两端的感应电压U2,达到使接触器分断的目的。当采用方法4)时,由于电容电流很大,当选用电阻太小时,会使电阻烧坏,无法减小接触器线圈两端的电压,选用大电阻时,正常工作时会增加控制回路中的功耗。采用方法5),由于控制电压有时达到400V,只需要选用耐压等级大于400V的容抗较小的电容即可,因此最终采用了方案(5)。
3 结语
降低控制电缆中感应电压的简单方法 篇5
控制电缆中由于分布电容的存在,同一根电缆中的通电线芯会给其它芯线带来感应电。通常,如果控制电缆不是很长,这种感应电不明显,因此设计人员常忽视这种感应电的存在。但是当控制电缆达到一定的长度,再加上其它外界因素的影响,这种感应电就会表现出来,往往造成现场就地控制开关启停失灵以及人员触电,给生产和运行人员带来安全隐患。而这种感应电是不可能被完全消除的,只能采取措施去降低它。
1 问题的引出
在调试某工程控制回路系统过程中,感应电造成现场操作柱不能正常启停。
初步判断不能正常启停是控制回路接线错误造成。再次核实操作柱内部配线、控缆的二次接线以及电缆的绝缘,发现各接线均正确。进而怀疑不能正常启停是控制电缆的分布电容和多功能保护器LM10共同作用的结果。在MCC柜TB 4端子处,解开外部启动按钮控制线,用万用表测量该线的电压为AC 60V(控制回路的电压为AC 120V,60Hz,控制电缆长300m)。因此可以判断是感应电造成综合保护继电器LM10内部动作,进而引起误动。
2 解决办法
7芯控制电缆的芯线号分布图如图1所示。原接线为:1号线为电源线;3号线为就地启动线;6号、7号线为备用线接地。由于电缆结构原因,3号线的感应电高达60V,从而误启动接触器。降低感应电,在本工程中仅通过改变控制线就能达到目的。用7号线作为电源线;1号、6号线作为备用线接地;5号作为就地启动线。这样5号线的感应电仅为20V,多功能保护器LM10不再误动。
3结束语
该方法能起到抑制感应电的作用,但是也只适用于短距离(不超过500m)的控制电缆,对于长距离的控制回路还是需要采取专门抑制感应电的措施。同时设计人员以及多功能保护器厂家也应该考虑到感应电的危害从而改进设计方案。
摘要：通过分析实际工程中存在的问题,找出引起接触器误动作的根源,并提出改变控制电缆芯线降低感应电的方法。
关键词：控制电缆,感应电压,分布电容
参考文献
[1]孟恒信.保护用控制电缆分布电容参数测试方法研究[J].山西电力,2008(4):16-19
[2]马士俊.分布电容对远距离控制系统的影响及其改善方法探讨[J].电气应用,2009,28(3):64-68
感应电压 篇6
关键词：特高压交流,采集系统,架空地线,感应电压
0 引言
皖电东送1 000kV特高压交流输电工程是我国首个同塔双回路特高压交流输电工程, 它采用了分段绝缘一点接地的运行方式。与逐塔接地相比, 该方式在正常运行时其架空地线未与大地形成环路, 不存在环路电流, 大大减少了线路损耗。但是, 由于架空地线长距离对地绝缘, 在运行时会产生感应电压, 尤其是当输电线路出现接地短路故障电流时, 感应电压的水平会很高, 而国家电网公司的企业标准规定“采用地线绝缘运行方式时, 应限制地线上的感应电压, 以保证地线的安全运行”, 因此架空地线的感应电压水平是该线路调试期间的重要参数, 对整个工程的安全运行乃至今后的特高压交流输电工程设计都具有重要意义。
1 000kV特高压交流输电线路在正常运行时, 其架空地线上的感应电压约为几百伏, 但在发生接地短路故障瞬间可达几千伏, 为了确保试验期间人员和设备的安全, 以往直接采集电压的方法不可取。为此, 本文设计了一种使用分压器的间接采集电压系统, 即首先按比例降低原始电压值, 再通过对采集数据的处理还原出初始的电压水平。
1 系统总体结构与功能
采集系统由分压器、采集卡和上位机构成, 其中分压器的高压侧和架空地线相连, 低压侧将分压后的感应电压输入到采集卡的采集端, 采集卡按照上位机软件设定的各项参数自动采集电压并传输至上位机, 上位机软件将采集数据处理之后显示保存并绘制其电压波形。试验中, 采集系统可分别在输电线路瞬时人工接地故障和不同输送功率工况下, 采集架空地线的瞬态感应电压水平和稳态感应电压水平。
2 硬件设计
为避免瞬时大电压的剧烈冲击, 分压器需要具有良好的绝缘性能并采用大功率高阻值电阻分压。分压的比例要适中, 比例过大则低压侧的相对误差增大, 过小则低压侧在瞬时故障时的电压太大。综合衡量, 总阻值设置在十兆瓦左右为宜, 由24个500kΩ和3个20kΩ的电阻组成, 将其串接后分别从中间接出近似为20∶1、200∶1、300∶1的3个比例抽头, 接地端为高压侧和低压侧共用。
系统采用的TiePie Handyscope HS4 (5MHz) 四通道采集卡具有最大5MHz的采集频率和128k的数据缓冲深度, 其各项采集参数均可由软件实时设置, 试验中将第一通道作为电平触发, 第二通道作为数据采集通道。
试验现场处在野外输电线路塔架下临时搭建的简易帐篷内, 试验条件较为恶劣, 且需自备系统电源。为了安全起见, 在分压器和架空地线之间连接保护开关。系统的硬件结构如图1所示。
3 软件设计
上位机软件可设置采集卡的采集频率和深度、触发电平以及试验的分压比、数据保存路径和保存间隔等参数。其工作模式包括:数据采集模式, 即实时采集感应电压数据, 绘制其变化波形, 并显示电压最大值、最小值和有效值;数据回放模式, 即调用和回放已保存的采集数据文件。上位机软件的程序流程如图2所示。
由图2可知, 软件启动后便会自动搜索采集卡, 若未搜到则可选择继续搜索或进入数据回放模式;若采集卡已成功连接到上位机, 则进入数据采集模式。此时, 在设置好各项采集参数和保存参数后, 便可开始采集电压。在采集开始时, 软件会自动保存各项设置参数, 待启动下次采集且不修改设置参数时会自动载入。数据采集模式下还包括采集模式和虚拟示波器模式并可随时互相切换, 区别在于后者不保存数据, 若不设置参数即开始采集, 软件会自动进入虚拟示波器模式。
由于系统采集到的是一组离散的正弦电压值, 因此在求取电压有效值时, 其计算公式与有效值的定义及其它常用的算法均不同, 应首先计算出单位时间T内以采样时间间隔和采样电压值作两边的矩形面积之和, 再除以单位时间T, 即:
式中, f为采样频率, Hz;单位时间T取1s。
4 系统应用
在皖电东送1 000kV特高压交流输电工程芜湖段试运行的调试试验中, 其架空地线的感应电压采集点位于故障测试点30km之外的转角塔上, 采集系统放置在塔架下的简易帐篷内, 使用外部蓄电池供电。采集稳态感应电压水平的试验持续约3h, 期间分别不定时进行了3次人工接地短路故障试验, 并采集了其瞬态感应电压水平。在输电线路接地短路故障瞬间, 架空电线上的最大感应电压频率约在5kHz左右。权衡数据读写速率和采样准确性之间的利弊, 系统的采集频率设置为50kHz, 采集卡的数据缓冲深度为50k, 第一通道的触发电平为0V, 所有的采集数据以秒为单位保存至Excel表中, 并独立保存最大值、最小值和有效值。
(1) 3次人工故障分别是左、右单回和双回输电线路接地短路, 其架空地线上的瞬态感应电压波形如图3所示。
由图3可知, 在输电线路3次人工接地短路故障试验期间其架空地线上的感应电压均产生了急剧波动, 电压频率骤然变大, 电压值瞬间升高, 并出现了正负峰值, 其中最大正峰值分别为5 861、5 503、6 007V, 最大负峰值分别为-6 823、-5 577、5 991V, 它们都出现在试验开始的瞬间, 大约0.1s后又恢复到原来的工频电压波形。3次试验所得感应电压最大值略有不同, 主要是由于输电线路的运行功率不同而造成的。
(2) 试验中输电线路共运行了6种不同的输送功率值, 即1 200、1 600、1 900、2 200、2 500、2 800MW, 其架空地线上的稳态感应电压均是50Hz的工频电压波形, 仅有效值的大小不同而已。表1为采集值与直接用万用表在高压侧测得的真实值对比。
由表1可知, 架空地线的稳态感应电压有效值随着输电线路输送功率的升高而增大, 考虑到分压器电阻的非标准性造成的分压比系数的不精确度、电阻自身的容抗和感抗对高频电压的衰减作用等的影响, 可认为二者基本吻合。
5 结束语
在皖电东送1 000kV特高压交流输电工程试运行期间, 进行了架空地线的感应电压采集试验。针对传统直接采集法存在的安全隐患, 本文提出了一种间接采集电压的系统设计, 论述了采集系统的总体结构、功能及其软硬件的设计原理。在芜湖段的试验结果表明, 该采集系统运行稳定、状态良好, 顺利地完成了预期任务, 达到了预定的系统设计要求。从采集的数据和波形可知, 该系统具有较好的实用性和可靠性, 在误差允许的范围内具有较好的精确性。
参考文献
[1]薛辰东, 杨晓洪, 崔鼎新, 等.1000kV交流输电线路架空地线感应电压测试分析[J].高压电技术, 2009, 35 (8) :1802~1806
[2]Q/GDW 178—2008 1000kV交流架空输电线路设计暂行技术规定[S]
感应电压 篇7
近几年, 各大城市电网电缆线路出线金属护套感应电压和环流过大的情况时有发生。 目前,国内外文献对环流过大的原因分析主要都是施工和运维方面的, 常见的原因有:交叉互联换位错误、两端直接接地、护层保护器击穿、外护套老化、外护套损伤、隧道内积水或人为破坏,导致接地系统被破坏等。 但是,电缆排列方式的影响经常被忽视,排列方式不当时,也会产生较大金属护套感应电压,产生较大的环流。 为此,笔者通过电缆金属护套感应电压的理论计算和实例计算, 总结影响护套感应电压值的主要因素, 提出减小电缆金属护套感应电压和环流的有效措施,供相关人员参考。
1 电缆金属护套感应电压的理论计算
当电缆导线通过电流时,在其周围产生磁通,磁通不仅与线芯回路相链,同时也与电缆的金属护套相链,在金属护套上产生感应电压。 这种感应电压的值与线芯截面、电缆间距离和电流大小有关。 电缆很长时,护套上的感应电压可达到较高的数值。 单芯电缆金属护套的对地电压,不但取决于电缆的负荷电流, 也取决于3 根电缆的排列方式和线路的分段长度,同时与邻近线路的排列、有无回流线等因素相关。
1.1 任意排列的单回路电缆
假设一回单芯电缆以任意方式排列,如图1 所示。 P表示单芯电缆的金属护套, 可以把它看作是一根和三相电缆线芯A、B、C平行的导体。 假设AB、BC、AC相线芯中心距离分别为S、m S、n S;导体P与线芯A、B、C之间的中心距离分别为 αS、βS、γS,其中m、n、β、γ 为常数。
假设导体P的几何平均半径与线芯A、B、C相等,为rm,则导体P与A、B、C三相线芯的磁通总和为:
假设三相线芯电流平衡,当导体P与线芯A同芯,为A相的电缆金属护套时, 有 αS=rm,βS=S,γS=n S, 则有A相磁通公式:
ΦP=10-7I(-ln2Srm+j姨3 lnn)(2)
故A相电缆金属护套感应电压为:
同理,B、C相电缆金属护套感应电压为:
1.2 一定排列方式的单回路电缆
在实际工程中, 一回电缆一般按水平排列或品字形(正三角形)排列。
下面以水平排列为例,计算A、B、C相的电缆金属护套感应电压。 电缆排列方式如图2 所示。
假设A、C相电缆对称地敷设在B相的两侧, 则m=1,n=2。
令
则水平排列时,A、B、C相电缆金属护套感应电压分别为:
用同样的方法,可以得到品字形排列,如图3 所示。A、B、C相电缆金属护套感应电压分别为:
2 计算实例
以武汉电网110kV电缆为例, 来计算不同情况下的电缆护套感应电压值,考虑到最不利的情况,即N-1 的情况下,一条电缆线路带2 台50MVA的变压器,此时线芯电流为750A,电缆采用交联聚乙烯波纹铝护套铜芯电缆YJLW03-110kV-1000 mm2,电缆参数见表1。
(单位mm)
下面以3 段电缆交叉互联接地为模型, 计算多种分段长度、不同排列方式、不同间距时的交叉互联两端金属护套感应电压。
由于交叉互联两端均直接接地, 两端的感应电压直接影响着护套环流的大小,因此,同时计算交叉互联段的环流, 计算条件为: 一端与变电站共接地网, 接地电阻0.13Ω;另一端接入隧道内接地网,接地电阻0.6Ω,铝护套电阻R=2.83×10-8L/S=2.83×10-8×1500/0.001413=0.03Ω,计算结果见表2。
由表2 可以看出, 交叉互联电缆金属护套两端感应电压受电缆分段长度、排列方式、电缆间距影响很大,其中电缆分段长度不均匀时感应电压较大, 品字排列感应电压明显低于水平排列(垂直排列)。 电缆间距较大时,感应电压较高,相反,电缆间距较小时,感应电压较低。
即使电缆分段均匀,水平排列(垂直排列)都会产生一定的环流,环流还较大,导致电缆护套环流较大,损耗较大。 而品字形排列时,只要分段较均匀,环流都会很小,甚至为零。
因此, 可以得出交叉互联两端金属护套的感应电压过大的原因有3 个方面:一是分段不均匀;二是电缆排列方式不优;三是电缆间距过大。 如果这些原因出现在交叉互联段,都会导致护套环流过大。
3 结论
根据上述分析和计算结果,可以得出如下结论:
(1)除电缆分段长度、负荷电流外,影响电缆金属护套感应电压的主要因素还包括电缆分段是否均匀、 电缆排列方式、电缆间距。
(2)同等条件下,品字形排列较水平排列(垂直排列)时, 感应电压和环流都小很多, 建议优先采用品字形排列。
(3)电缆间距越小,感应电压也越小,电缆敷设时建议电缆间距不宜过大。
感应电压 篇8
1 感应电压电流概述
感应电压根据产生原理的不同分静电感应电压和电磁感应电压[4]。静电感应是当导体处于外电场中时,该导体会因电容耦合效应而带上一定的电荷,可知由于停运导线与运行导线之间存在的电容耦合效应,依靠运行导线电压产生的电场,停运导线上即可感应出一定的对地电位。电磁感应电压是当导线流过交流电流时,在其周围产生一个交变磁场,当停电线路与其交链,则会在停电线路上感应出一个纵电势,沿导线方向分布,当停电导线与地形成回路情况下会产生相应的电磁感应电流。
2 感应电压电流计算方法
对同杆双回线路间感应电压和感应电流的计算研究,对线路检修和运行是非常必要的。感应电压电流计算已有多篇文献有过介绍[5,6,7],本文以输电线路电压电流向量方程为基础,推导了感应电压电流计算公式[8]。
2.1 输电线路电压降方程
架空线路电压降的向量方程形式为
简写为
式中:Vi为导线i对地电压向量;Ii为导线i的电流向量;Zii为导线i与大地形成回路的单位长度串联自阻抗;Zik为导线i与导线k间单位长度的互阻抗;x为导线长度。
Zii、Zi k可通过卡松(Carson)公式来精确计算,但是其计算较为复杂,Gary,Deri则提出较为简单的计算公式,其在工频范围内有很高的精度。
2.2 输电线路电压与电荷方程
交流稳态情况下,线路上电压与电荷方程为
简写为
式中:Vi为导线i对地电压向量;Ii为导线i的电流向量;Cii为导线i单位长度电容;Ci k为导线i与导线k间单位长度互电容;x为导线长度。
2.3 感应电压电流公式推导
式(1)、式(3)完整地描述了多根导线在交流稳态下的性能。现以三相导线(编号1,2,3)对一临近停运导线4的感应电压电流计算为例,推导感应电压电流计算公式。
2.3.1 静电感应电压计算
导线两端开路情况,推导导线4静电感应电压计算公式。式中,黑体字母表示向量。根据式(3)电流微分方程,I4=0,d I4/dx=0,可得
2.3.2 电磁感应电压电流计算
导线两端断开时,推导电磁感应电压电流计算公式。根据微分方程式(1),其中I4=0,得
设线路上各点电压均匀分布,则
导线两端接地时,接地电阻为Z,电磁感应电流为
3 影响感应电压电流因素
从推导出的静电感应电压公式可以得出影响其大小的因素。静电感应电压和线路电压等级成正比;静电感应电压与架空线线路同相邻带电线路之间距离成负相关;静电感应电压和相邻带电线路电流无关;静电感应电压和同杆架设线路长度无关。
从推导出的电磁感应电压电流公式可以得出影响其大小的因素。
电磁感应电压电流和线路负荷电流成正比;电磁感应电压电流和线路电压无关;电磁感应电压电流与架空线线路同相邻带电线路之间距离成负相关;电磁感应电压和线路同杆架设长度成正比;全线同杆架设线路的电磁感应电流和线路长度无关,和线路接地电阻负相关;部分线路同杆架设时,随着线路非同杆架设长度的增加,电磁感应电流随之减小。
4 实例计算及分析
文章对同杆双回线路500 k V 5213/5214苏车线的感应电压电流进行了电磁暂态仿真计算和现场实测。500 k V苏车线线路全长73 km,导线型号为4×LGJ630/45,其中全线塔型以其中一直线塔塔型为代表,塔型尺寸如图1所示。图1中绝缘子平均长度以5 m计算,导线弧垂平均以10 m计算。其中,5213苏车线停电检修,5214苏车线负荷电流1 300 A。
仿真计算采用了电磁暂态仿真计算程序EMTP,计算线路静电感应电压电流和电磁感应电压电流,如表1所示。其中,感应电压为线路中端处测得的值。
利用5213/5214苏车线一回停电检修的机会,对其两端接地后的感应电流进行了实测。实测感应电流为上相89.2 A、中相13.4 A、下相88.6 A。
实测电磁感应电流与理论计算感应电流相比,有一定的误差,其主要是由于塔型、弧垂、土壤电阻率等方面造成的,但两者误差在6%之内,可见仿真计算数据还是较为可靠。
静电感应电压在停电线路两端开路情况下很大,可达几十千伏,但只要一端接地,静电感应电压立刻大大降低,只有几十伏。因此通过接地来降低停运线路静电感应电压是十分有效的措施。两端接地情况产生的静电感应电流较小,只有数安培。
电磁感应电压在线路两端开路情况下可达近千伏,相比静电感应电压则小很多;当一端接地后,另一端感应电压上升为原来的2倍。而当两端接地形成回路后,电磁感应电流可达近百安培,因此在连接或开断接地线时,有拉弧放电的可能,所以要特别注意做好绝缘工作。
从理论计算可见停运线路两端开路静电感应电压和两端短路电磁感应电流数值较大,在实际线路运行维护中需要进行重点关注。
5 结束语
文章以输电线路电压电流向量方程为基础推导了静电感应电压、电磁感应电压电流的计算公式,并由此得出了影响电磁感应电压电流的因素。对一条500 k V实例线路进行了仿真计算,计算结果与实测电磁感应电流相比误差不大。通过计算可得两端开路静电感应电压和两端短路电磁感应电流数值较大,在实际线路运行维护中需要进行重点关注。对于静电感应可以通过加装接地线来有效降低静电感应电压;对于电磁感应电流,在断开或接通停运回路时,一定要注意绝缘工作。在现场的检修工作中,可以根据线路感应电压电流的实际大小制定相应的防感应电措施,保障检修作业的安全。
参考文献
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