一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法技术

本发明专利技术属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法。该发明专利技术从实际同杆并架双回输电线路各相线的自感以及各相线之间的互感入手，根据空间磁场耦合的原理，利用铁芯线圈结构建立模型。本发明专利技术通过调节自感主线圈、互感调节线圈匝数，可精确、灵活地调节各相线不同的自感及各线间互感，使其对外的特性（正序，负序和零序阻抗）和实际线路的对外特性一致，同时也能模拟实际线路局部的特征。本发明专利技术方法所构建的模型能够全面真实地反映各线的自感以及线间互感，很好地解决了以前模型只能反映两回线间零序互感及模拟实际不换位时的不对称线路时存在较大误差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种基于空间磁场的同杆并架输 电线路的建模方法。
技术介绍
近年来，随着我国国民经济快速发展，电力需求与日俱增，电网输电容量的要求也 日益提高。同杆并架双回输电线路因其输电走廊较窄、输电容量大、供电可靠性高、运行维 护简单等优点在我国被广泛应用，因而对其相关特性的研究十分必要，且引起人们的高度 重视。为了正确地模拟同杆并架双回线路，使其尽可能真实地反映实际线路的物理特性，为 相关继电保护及控制原理和装置的研制提供研究平台，其物理模型应综合考虑同杆并架线 路每一相输电线路的自感、互感等各种因素的相互影响。这种相互影响使得物理模型的研 制十分困难。目前国内、外陆续有一些与之相应的物理模拟方法被提出来。文献(见吴 国瑜.电力系统仿真.北京水利电力出版社，1987)，中提及一种基于“六角形”电抗器 的同杆双回线路物理模拟模型，其加工制造和调试困难，且为了保证参数平衡，相关6个气 隙需要同步调整，使参数调整极为复杂，其模型只能较准确地反应两回线之间的零序互感， 而难以准确模拟线间不对称时线路的互感中存在的差异。文献(见甘良杰.电力系统 动态模拟装置中同杆双回线的模拟.电力系统及其自动化学报，1991，3(2)，60-65)、文献(见郭玉藻，林声宏，梁研珍等.高压输电线的动态物理模拟.华南理工大学学报， 1996,24(1) 145-150)提出了基于三个互感电抗器的同杆双回线路模型，该线路模型正负 序阻抗中的电阻量和零序阻抗的电阻量是相等的，但是在实际的线路中，两者并不相等；另 外该模型只考虑了两回线之间的零序互感的影响，不能反映同杆并架双回线各线间互感存 在的差异。文献(见付育颖，严干贵，戴武昌，等.500kV同杆并架双回线路的动态物理 模型，吉林电力，2006，34(2)，11-13)论述了零序电流互感器二次接入阻抗的同杆双回线路 模型，该模型同样只考虑了互感零序分量的作用，没有考虑输电导线实际位置的影响，不能 模拟两回线间正、负序存在耦合关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述各种模型不足，并考虑到实际线路的换位方式，提供 一种基于空间磁场的分段结构设计的同杆并架输电线路建模方法；该方法所建立的模型可 以克服以前物理模型只反映两回线间零序互感的缺点，并能全面反映两回线各相之间所有 的互感，可以精确地反映同杆并架双回线路故障时的电气量变化特征。本专利技术提供的，其特征在于， 其建模过程为第1步利用六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈、六根立柱磁路铁 芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯构建磁通回路；第2步按下述方式接线并建立分段模型第2. 1步同杆并架输电线路分段线路参数计算根据实际同杆并架双回线分段线路中各导线类型，各导线的空间位置，以及大地 电阻率，求出单个分段中各相线的自阻抗和各相线之间的互阻抗；第2. 2步根据实际同杆并架双回线分段线路中各相线的自感及最小的互阻抗的 阻抗值选择第1步中构建的单个分段模型磁通回路中的自感主线圈和中心线圈的接线端 子，并接线；第2. 3步获取初步参数，包括分段模型六组各自感主线圈的对地压降，及各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；第2. 4步根据第2. 3步得到的分段模型各相线之间初步的互阻抗与第2. 1步计算 得到的对应各相线的互阻抗的比较结果，选择互感调节线圈的接线端子，并按选择的结果 将第1步构建的磁通回路中的互感调节线圈接线；第2. 5步根据第2. 3步重新测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互 感抗，并将测量结果与对应的计算出来的结果比较，如果误差在可接受范围，则调试完成， 否则，根据第2. 4步重新选择接线端子，再根据第2. 3步测量分段模型中各相线的自感抗以 及各相线之间的互感抗，比较测量值与计算值的误差，如此循环，直到达到误差在允许范围 内；第3步将各分段模型串联，形成完整的同杆并架物理模型按照第1步和第2步构建并调试其余的分段模型。调试完后，将调试好的分段模 型中的各自感主线圈据实际的电力系统同杆并架双回输电线路换位方式换位串联，各分段 模型的中心线圈串联，形成完整的同杆并架模型。本专利技术通过调节自感主线圈、互感调节线圈匝数，可精确、灵活地调节各相线不同 的自感及各线间互感，当各线之间的互感完全被模拟时，其对外的特性(正序，负序和零序 阻抗)也就和实际线路的对外特性一致，同时也能很好的模拟实际线路局部的特征。本专利技术方法结合了同杆并架双回线所有的自感和互感，所构建的模型能够较真实 地反映各线的自感以及线间互感，很好地解决了以前模型只能反映两回线间零序互感及模 拟实际不换位时的不对称线路时存在较大误差的问题。附图说明图1为按照基于空间磁路耦合方法所构建的一种物理模型中分段模型的结构示 意图；图2为水平铁芯以及三个水平铁芯组成的Y型铁芯组示意图(包括图2. 1是水平 铁芯示意图，图2. 2是Y型铁芯组示意图)；图3为各铁芯所型成的空间磁通回路；图4为基于空间磁路耦合方法所搭建的分段模型的调试示意图；图5为基于空间磁路耦合方法所搭建的分段模型的端子示意图；图6为基于空间磁路耦合方法所搭建的同杆并架双回线物理模型接线原理图。具体实施例方式考虑实际线路是换位的，本专利技术是基于分段结构设计，下面仅说明单个分段模型的构建方法，其余分段模型构建方法相同。本专利技术利用三的整数倍个分段根据实际电力系 统同杆并架双回输电线路的接线方式进行换位串联得到到完整的同杆并架输电线路模型。 下面仅说明单个分段模型的构建方法，其余分段模型构建方法相同。本专利技术所建立的模型是基于空间磁路耦合原理，根据电流磁效应以及法拉第电磁 感应定律，利用铁芯线圈结构搭建而成。根据本方法构建的分段模型如图1所示，它是利用 六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈产生空间磁场，并利用六根立柱磁路铁 芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯形成空间磁通回路，通过铁芯和线圈的空间位 置移动来调整各线圈的耦合，从而达到对同杆并架双汇输电线的模拟。六个自感主线圈分别定义为X” X2、X3、X4、X5和X6，六个互感调节线圈分别定义为 Mp M2、M3、M4、M5和M6，中心线圈定义为互感调节线圈与中心线圈的匝数相等，均为自感 主线圈匝数的一半。六根立柱磁路铁芯分别定义为1\、T2、T3、T4、T5和T6 ；中间零序铁芯定义为T。。六根水平铁芯分别定义为m W4、ff5和W6。以附图1到图6为例，下面说明本专利技术详细步骤1.利用铁芯、自感主线圈、中心线圈和互感调节线圈构建磁通回路；如图1及图3所示，根据同杆并架双回输电线路实际空间磁场耦合情况，建立分段 模型的磁通回路。每根水平铁芯可以采用如图2. 1所示的结构，水平铁芯顶部成等腰三角柱突出， 顶角为120°，尾部成等腰三角柱向内凹。如图2. 2及图3所示，Wp W2和W3水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在 一起构成上Y型铁芯组；W4、ff5和W6水平放在同一平面上，顶部朝内互成120°并在一起构 成下Y型铁芯组。两Y型铁芯组所在的平面平行于水平面，且A与W4、W2与W5和W3与W6分 别在同一垂直平面上。组成Y型铁芯组的各水平铁芯顶部紧密结合。mu禾口 T6在上、下Y型铁芯组中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间磁场的同杆并架输电线路的建模方法，其特征在于，其建模过程为：第１步利用六个自感主线圈、六个互感调节线圈、一个中心线圈、六根立柱磁路铁芯、一根中间零序磁路铁芯和六根水平铁芯构建磁通回路；第２步按下述方式接线并建立分段模型：第２．１步同杆并架输电线路分段线路参数计算：根据实际同杆并架双回线分段线路中各导线类型，各导线的空间位置，以及大地电阻率，求出单个分段中各相线的自阻抗和各相线之间的互阻抗；第２．２步根据实际同杆并架双回线分段线路中各相线的自感及最小的互阻抗的阻抗值选择第１步中构建的单个分段模型磁通回路中的自感主线圈和中心线圈的接线端子，并接线；第２．３步获取初步参数，包括分段模型六组各自感主线圈的对地压降，及各相线初步的自阻抗和各相线之间初步的互阻抗；第２．４步根据第２．３步得到的分段模型各相线之间初步的互阻抗与第２．１步计算得到的对应各相线的互阻抗的比较结果，选择互感调节线圈的接线端子，并按选择的结果将第１步构建的磁通回路中的互感调节线圈接线；第２．５步根据第２．３步重新测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗，并将测量结果与对应的计算出来的结果比较，如果误差在可接受范围，则调试完成，否则，根据第２．４步重新选择接线端子，再根据第２．３步测量分段模型中各相线的自感抗以及各相线之间的互感抗，比较测量值与计算值的误差，如此循环，直到达到误差在允许范围内；第３步将各分段模型串联，形成完整的同杆并架物理模型：按照第１步和第２步构建并调试其余的分段模型；调试完后，将调试好的分段模型中的各自感主线圈据实际的电力系统同杆并架双回输电线路换位方式换位串联，各分段模型的中心线圈串联，形成完整的同杆并架模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫，杨德先，吴彤，陈德树，张凤鸽，冯灿成，王秘，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]