魯俊，田蔚光

（國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 西城102209）

500 kV 高壓線路是供配電站中常用的輸電線路。在實(shí)際應(yīng)用中，此種輸電線路具有傳輸距離長(zhǎng)、有效覆蓋范圍廣等優(yōu)勢(shì)，但在供配電站中也常受到外界環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)輸電故障[1]。為了掌握500 kV高壓線路單相弧接地異?，F(xiàn)象，我國(guó)電力研究單位聯(lián)合了美國(guó)科研所，協(xié)同搭建了針對(duì)接地故障擊穿實(shí)驗(yàn)的仿真操作平臺(tái)，并進(jìn)一步地研究了500 kV高壓線路在多種接地介質(zhì)下的放電特性[2]。但早期的相關(guān)研究，均缺少專業(yè)技術(shù)與仿真電路作為支撐，因此，實(shí)驗(yàn)過(guò)程通常采用真實(shí)的線路，此種操作方式不僅成本高，同時(shí)也存在一定危險(xiǎn)性，并且驗(yàn)證結(jié)果存在偶然性。為了解決此種問(wèn)題，本文將以500 kV高壓線路為例，對(duì)其單相弧接地過(guò)程存在的放電特性，進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬研究，以期通過(guò)此種方式，更清晰地掌握單相弧接地故障時(shí)的瞬時(shí)放電特性。

1 500 kV高壓線路單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)模擬方法

1.1 構(gòu)建500 kV高壓線路單相弧接地放電等效電路

為實(shí)現(xiàn)對(duì)500 kV高壓線路單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)的有效模擬，構(gòu)建如圖1所示的等效電路。

圖1 500 kV高壓線路單相弧接地放電等效電路

將該等效電路的內(nèi)電極直徑設(shè)置為12.5 mm，外電極最大直徑設(shè)置為25.3 mm，將其放電間隔通過(guò)內(nèi)電極深入長(zhǎng)度調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)，將其各個(gè)結(jié)構(gòu)上的噴嘴孔設(shè)置為1.00、1.25、2.25和3.00 mm。采用水中交流放電的方式構(gòu)建，在對(duì)其放電特性進(jìn)行模擬時(shí)，將水流從圖1等效電路的后部進(jìn)水口流入，在內(nèi)外電壓上將工頻電壓累計(jì)[3]。圖1中L表示為電感，R表示為電阻。在模擬高壓線路放電回路時(shí)將電阻分壓器進(jìn)行并聯(lián)處理，并在該電路當(dāng)中引入示波器，綜合500 kV高壓線路在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的特點(diǎn)，采用DS2570型號(hào)示波器，設(shè)置其樣品采集頻率為225 MHz，帶寬為75 MHz。利用示波器完成對(duì)高壓線路兩端電壓放電情況的描述，為后續(xù)單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)模擬提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 設(shè)計(jì)單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)模擬條件

在上述構(gòu)建的500 kV高壓線路單相弧接地放電等效電路基礎(chǔ)上，對(duì)模擬過(guò)程中的條件進(jìn)行設(shè)置。由于等效電路模型當(dāng)中的非線性項(xiàng)增加了后續(xù)數(shù)據(jù)模擬的難度，因此，引入傅立葉算法將傅立葉數(shù)的可變化范圍作為模擬條件[4]。將500 kV高壓線路在通電過(guò)程中的電弧導(dǎo)電區(qū)域的半徑看作不可變化的量，對(duì)傅立葉數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到如下公式：

式中：F為傅立葉數(shù)；ω為高壓線路電流角頻率；θ為高壓線路電流角的角度；a為高壓線路電流；T為高壓線路單相弧接地放電時(shí)間；R為電弧導(dǎo)電區(qū)域的半徑。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出流量最大和最小時(shí)的傅立葉數(shù)，并將該范圍作為數(shù)據(jù)模擬的范圍條件。若在數(shù)據(jù)模擬過(guò)程中，傅立葉數(shù)過(guò)大，則500 kV高壓線路單相弧接地時(shí)發(fā)生有限大小的熱擾動(dòng)會(huì)更加快速地傳遞到內(nèi)部，導(dǎo)致最終得出的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果不準(zhǔn)確[5]。同時(shí)，為了確保最終數(shù)值模擬結(jié)果的精度進(jìn)一步提高，需要確保在一定時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)換熱在相鄰單元格中進(jìn)行。將計(jì)算域網(wǎng)格作為數(shù)值模擬匯總的特征長(zhǎng)度，則網(wǎng)格傅立葉函數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足如下條件：

式中：F′為網(wǎng)格傅里葉數(shù)；t為特定時(shí)間步長(zhǎng)；r為特征長(zhǎng)度，根據(jù)公式（2）計(jì)算得出網(wǎng)格傅里葉數(shù)，并確保在數(shù)值滿足上述條件的基礎(chǔ)上，完成對(duì)500 kV高壓線路單相弧接地放電特性的數(shù)據(jù)模擬。

1.3 基于修正函數(shù)的數(shù)據(jù)模擬及修正補(bǔ)償

結(jié)合上述內(nèi)容，將其作為基礎(chǔ)對(duì)500 kV高壓線路的單相弧接地進(jìn)行模擬，并對(duì)其放電特性數(shù)值變化情況進(jìn)行分析。由于在模擬過(guò)程中，容易受到周圍環(huán)境因素的影響造成數(shù)據(jù)模擬結(jié)果存在偏差，因此本文基于修正函數(shù)對(duì)得出的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行修正補(bǔ)償。設(shè)置修正補(bǔ)償函數(shù)的區(qū)間范圍為[t1，t3]，則修正補(bǔ)償函數(shù)f(t)可用如下公式表示：

公式（3）中，當(dāng)修正數(shù)值t在[t1，t2]范圍內(nèi)時(shí)，則按照公式（3）中上部分進(jìn)行計(jì)算，若修正數(shù)值t在[t2，t3]范圍內(nèi)時(shí)，則按照公式（3）中下部分進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，若存在t2-t1=t3-t2時(shí)，則此時(shí)修正函數(shù)當(dāng)中的各個(gè)整數(shù)均相等，并且區(qū)間[t2，t3]為中心對(duì)稱。將上述公式（3）帶入到本文上述構(gòu)建的數(shù)據(jù)模擬等效電路當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)模擬的修正，從而確保最終得出數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文上述數(shù)值模擬方法的實(shí)際應(yīng)用效果，將其與傳統(tǒng)基于光滑因子的數(shù)值模擬方法針對(duì)同一500 kV高壓線路的單相弧接地放電特性進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，并將得出的結(jié)果進(jìn)行記錄，比較其與實(shí)際數(shù)據(jù)變化情況，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種模擬方法精度的檢驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成表1。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

結(jié)合表1中數(shù)據(jù)得出，本文數(shù)值模擬方法得到的模擬結(jié)果與實(shí)際基本一致，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓線路單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)的高精度模擬。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)一種針對(duì)500 kV高壓線路的單相弧接地放電特性數(shù)據(jù)模擬方法，并采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)的方法真實(shí)有效。希望通過(guò)此次的研究，解決接地故障檢測(cè)困難、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取量不足等問(wèn)題。在完成對(duì)本文的研究后發(fā)現(xiàn)，此次研究尚未考慮到高壓線路電流角之間存在相位差，并且，在修正數(shù)值過(guò)程中，也沒(méi)有注意到不同介質(zhì)存在的線性變差，因此，在后期的研究中，可將此作為研究的切入點(diǎn)與重點(diǎn)，以此種方式，進(jìn)一步完善本文設(shè)計(jì)的方法。