孟憲彬

(東北電力設(shè)計院，吉林長春130021)

目前，我國高速電氣化鐵路的建設(shè)正在迅速發(fā)展，做為給電氣化鐵路供電的輸電線路對電信線路的電磁影響問題已經(jīng)引起有關(guān)研究者的高度重視［1－5］，但對于兩相輸電線路的相關(guān)問題研究較少。本文作者根據(jù)多年從事電力線路對電信線路的影響及防護(hù)工作的經(jīng)驗以及有關(guān)資料，提出了兩相輸電線路對電信線路影響的計算方法，可供工程設(shè)計中應(yīng)用。

由于在供電的兩相輸電線路段內(nèi)對于電力系統(tǒng)來說，屬于不平衡運行。下面利用對稱分量法［6］對系統(tǒng)及兩相輸電線路對電信線路的影響進(jìn)行分析。

1 單相斷線運行分析

電力線路的非全相運行包括單相斷線和兩相斷線兩種，非全相運行時，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)只在斷口處出現(xiàn)三相不對稱，其它部分的結(jié)構(gòu)是對稱的。

圖1 單相斷線

與不對稱短路相似，分析這種不對稱三相系統(tǒng)時，可用對稱分量法，將其分解為彼此間沒有耦合關(guān)系的正、負(fù)、零序系統(tǒng)。只在一處斷開的簡單非全相運行，各序等值網(wǎng)絡(luò)是以斷口處為端點的一端口網(wǎng)絡(luò)。因此，著重分析斷口處各序電壓、各序電流之間的關(guān)系和正序電流的表示式，以及根據(jù)這些關(guān)系各序等值網(wǎng)絡(luò)組合而成的復(fù)合序網(wǎng)。

電氣化鐵路采用的是兩相供電方式供電，而在此利用電力系統(tǒng)非全相運行方式中的單相斷電運行方式進(jìn)行分析。

單相斷線時斷口處故障部分的電路，見圖1。

取a相為斷開相，故障處的邊界條件為:

與短路點直接接地的兩相接地短路的邊界條件相同，經(jīng)對稱分量變換后，兩者各序分量的關(guān)系也相同，即應(yīng)有:

單相斷線時的復(fù)合序網(wǎng)應(yīng)該也和兩相接地短路時相同，即三個網(wǎng)并聯(lián)，見圖2。

圖2 單相斷線的復(fù)合序網(wǎng)

例:圖3a所示系統(tǒng)中，線路L母線2側(cè)a相斷開，試計算該線路b、c相的電流。

按題作復(fù)合序網(wǎng)如圖3b。圖中各元件參數(shù)均系標(biāo)么值，各序網(wǎng)絡(luò)的組合阻抗為:

單線斷線時的附加阻抗為:

正序電流為

負(fù)序、零序電流分別為

線路l的b、c相的電流分別為:

正常運行時，線路l的電流

圖3 簡單網(wǎng)絡(luò)單相斷電

其中:E'表示線路l的縱向電勢;Z∑表示線路l的總電阻。

當(dāng)a相斷線后，線路l的b、c電流為0.85，比正常運行增大18.9%。根據(jù)有關(guān)資料，電力線路在電信線路上產(chǎn)生的雜音電動勢按下式計算

式中:ω800為將不同頻率的感應(yīng)電壓折算到800 Hz時的角頻率;li為第i接近段長度(km);Ie為等效干擾電流(A);Mi為第i段電力線路和電信線路之間的互感系數(shù)(H/km);K為綜合屏蔽系數(shù)。

由于Ie=IFi，F(xiàn)i為波形因數(shù)，I為負(fù)荷電流。通過以上分析，當(dāng)a相斷線后，b、c相的電流增大18.9%，故可以認(rèn)為二相輸電線路的負(fù)荷電流比三相輸電線路的負(fù)荷電流將增大18.9%，因此，當(dāng)計算二相輸電線路對電信線路的干擾影響時，其計算方法可按三相輸電線路平衡運行的方法進(jìn)行計算，在此基礎(chǔ)上乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)(例如1.2)即可作為設(shè)計計算的結(jié)果。

2 互感系數(shù)

2.1 電力線路與電信線路間的互感系數(shù)

電力線路與電信線路間的互感系數(shù)可用下式表示:

平行接近時:

式中:μ0為真空導(dǎo)磁率，為4π×10-7H/m=4π×10－4H/km;σ為大地導(dǎo)電率(S/m);a為接近段等值接近距離(m);b為輸電線路導(dǎo)線對地平均架設(shè)高度(m);c為電信線路對地平均架設(shè)高度(m)。

斜接近

交越段

2.2 平行排列二相導(dǎo)線與電信線之間的互感系數(shù)

由a相負(fù)荷電流和c相負(fù)荷電流，在電線線路導(dǎo)線上通過感性耦合的縱電動勢為:

式中:lp為接近長度(km);Mat、Mct分別為A、C相導(dǎo)線與電信線路導(dǎo)線之間的互感系數(shù)(H/km);Ia、Ic分別為a、c相導(dǎo)線中負(fù)荷電流(A)。

①若Ia與Ic相位相差180°，則設(shè)

將式(11)帶入(10)得

式中:

aa為a相導(dǎo)線與電信線接近段等值接近距離(m);ac為c相導(dǎo)線與電信線接近段等值接近距離(m)。

2.3 垂直排列二相導(dǎo)線與電信之間互感系數(shù)

根據(jù)(7)式、(10)式，有:

式中:ba為a相導(dǎo)線對地平均架設(shè)高度(m);bc為c相導(dǎo)線對地平均架設(shè)高度(m)。

3 縱電動勢

二相輸電線路正常運行時負(fù)荷電流通過感性耦合在電信線路導(dǎo)線上感應(yīng)的縱電動勢，如已知負(fù)荷電流I，各斜接近長度li，各屏蔽體的屏蔽系數(shù)，則縱電動勢

式中:Mi為二相輸電線路與電信線路之間的互感系數(shù)，可用(13)、(14)式計算;t、r分別為輸電線路側(cè)、電信線路側(cè)屏蔽體50HZ屏蔽系數(shù)(如架空地線、電纜金屬護(hù)套等)。

4 結(jié) 論

對于電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，無論是單相接地短路、兩相之間短路還是兩相接地短路，只是在短路點出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不對稱，而其它部分仍然是對稱的。根據(jù)對稱分量法的理論，將這樣的不對稱三相系統(tǒng)分解為正、負(fù)、零序系統(tǒng)時，各序系統(tǒng)各自單獨存在。

對于單相斷線的非全相運行系統(tǒng)，用對稱分量法進(jìn)行分析可知，只在斷路點出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不對稱，而其它部分仍是對稱的。但其它兩項的電流增大18.9%。

由于供電系統(tǒng)采用的是單相帶回流的供電方式供電，電氣化鐵路的整流裝置產(chǎn)生的諧波將直接影響電力系統(tǒng)的運行，也就是說，諧波將嚴(yán)重，對電信線路的等效干擾將增大。

因此，當(dāng)考慮兩項輸電線路對電信線路的干擾影響時，其計算方法可按三相電力線路平衡運行的方法進(jìn)行計算，在此基礎(chǔ)上乘以適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)(例如1.2)即可作為設(shè)計計算的結(jié)果;對于互感系數(shù)，按(13)式、(14)式計算;危險影響按(15)式計算。對于影響標(biāo)準(zhǔn)，可采用目前有關(guān)的規(guī)程規(guī)定。

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