输电线路树闪故障分析.pdf

文章编号:()输电线路树闪故障分析高腾宋福根(福州大学电气工程与自动化学院福建 福州)摘 要:输电线路在野外常常出现输电线路下方存在森林的情况随着树木生长树木和输电导线之间距离很可能会小于安全距离此时就容易发生电晕甚至闪络因此针对临近输电导线电场强度分析十分需要 本文通过建立仿真模型分析讨论了正常运行时树木高度、所处位置、地形以及线路发生接地故障等对输电线路临近导线附近电场的影响 发现最有可能发生闪络的点在三相输电线路正下方且随着输电线下方树木不断生长架空输电线附近场强急剧增加在线路发生接地故障时输电线附近场强相比正常运行时场强畸变较大但就场强值而言有所削弱并不会增加发生闪络的风险这些为后续检修发现线路隐患提供参考关键词:输电线路树木电场分布仿真分析中图分类号:文献标识码:():.:引言随着我国电力发展电网规模逐步扩大特高压交流输电成为电网发展的趋势 而特高压输电线路常常要跨越森林等复杂地区当输电线路跨越树木时由于有些树种所处地区生长迅速导致输电线路和树木之间的安全距离不够常常发生闪络 我国电力发展电网规模较大特高压交流输电线路具有超远距离、大容量输电优点必然成为电网发展的必甚至在树木顶端容易产生电晕放电从而造成火灾 目前对于输电线路树木临近时电场计算方面大多针对特高压直流方面本文根据线路实际情况综合考虑了树木高度、所处地形、所处位置和线路发生短路故障等情况下的输电线路下方电场强度变化 模型建立 架空输电线路临近树木时电场分析架空输电线电气开关(.)路临近树木时电场分析建模时采用等效半径替代计算公式如下:()()其中 为每根导体的半径 某根导体与其余 根导体间的距离 为各根导体之间的几何均距 本文采用 静电场进行仿真为了描述静电场中三相导线相电压的矢量关系同时结合文献中对三相相电压的假设本文分别取 和 /时的三相交流输电线路相电压为激励(分别对应电压矢量的实部和虚部)三相导线电压输入见式()电压等级这里选用 水平排列其中三相电压表达式如下:.().().()()式中、分别为三相导线电压输入 为安全裕度系数 为电压等级 树木属于有损介质其电磁参数(电导率和介电常数)受频率含水率等的影响其电导率为/相对介电常数为 在此选择设置树木电导率为 相对介电常数为 树冠设置为圆形半径设置为两米树干随着具体树高要求进行改变 线路正常运行时仿真分析 树木对输电线路场强影响 按照上面所示参数建立 架空输电线路模型如图 所示 其中观察线高度为 距离线路中心线距离 仿真结果如图 所示图 架空输电线路模型图 架空输电线路场强分布 从图 可知沿观察线场强分布特征:沿线场强分布共有三个极值点分别位于 相正下方附近大小为 /相正下方和 相正下方附近大小均为 /整个电场沿线场强呈现对称分布在 相下方达到最大值在线路中心线至 附近场强先下降再增大在远离边相之后场强一直衰减最后至零 地形对输电线路下方电场的影响 实际树木可能处于不同地势当中而不同地势对于输电线路下方的电场影响不一样 这里以凸形代替山坡、以凹形代替山谷 其中凹形地面以函数 来模拟凸形地面以函数 来模拟坡的位置处于线路正下方跨度为 凹凸高度最大值均为 观察线设置在水平高度为 距离线路中心线 跨度处 平面模型、凸形地面、凹形地面仿真结果如图 所示图 不同地形场强分布 由凹形、凸形和平地输出场强波形图对比可知在不同地形下临近输电电缆的场强分布规律一致对于场强极值点的变化基本可以忽略不计因而当地形起伏不大的情况下基本可以忽略对于临近输电电气开关(.)线下方场强的影响 不同树高对于输电线路场强影响 在线路正下方分别设置、高度的树木观察线位置不变 仿真结果如图 所示图 不同树高场强分布 从仿真结果可知当树木位于线路正下方时由于整个模型设置仍对称沿线场强也沿线路中心线对称当树的高度改变而树冠大小不变并不会影响场强的变化规律对于除线路中心线处场强大小外对于其他位置的场强大小也影响甚微 其中 树高时最大场强值为/树高时最大场强/树高最大场强为 /树高最大场强为/其中随着树高每递增两米场强增长值分别为/从每次的增长幅度来看当树木高度不是很高的情况下场强增加值并不会改变很大而在 增长到 时场强发生了激增场强增长幅度相比、增加了 倍也就是说当树木长大一定高度稍微再长高一点就会引起场强较大幅度的增大因此在我们实际对于输电线路走廊下方存在树木的线路检修过程中当树木高度增加到一定程度就要引起注意增加检修次数及时修剪树枝避免出现电晕现象甚至闪络的出现 树位置变化对于场强影响 从图 可知在无树模型下存在三个极大值点分别在线路中心线下 和 两相下方附近位置 为探讨树位置变化对于场强最大值的影响进而寻找出不同位置下最大场强点将树放置在 相正下方即距离线路中心线 处仿真结果如图 所示 从仿真结果可知此时由于模型不再对称场强分布也不对称沿线规律相比树木在线路正下方大致趋势没有变化只是场强最大值所处位置从 相正下方移动到 相正下方但是最大值相差不大对比树木在线路正下方我们可以知道线路下方存在树木时最大场强点也只能在三相导线正下方最大场强值并不会随着树木位置变化而有较大变化图 树位置变化场强分布图 线路发生故障对于输电线路场强影响 单相故障 当线路长期处于野外经受雨水等环境就容易发生单相接地故障单相接地故障占短路故障总次数的 以上而发生接地故障时下方场强会发生较大变化 此处 相发生故障相电压变为零其他两相正常运行线路下方存在 树高将发生故障同未发生故障电缆附近场强变化进行对比仿真结果如图 所示图 单相故障时场强分布图 当三相输电线路发生单相故障时对于下方合成场强的影响还是比较明显 相故障时 相正下方的场强下降幅度很大从/下降到/在、两相到 相之间 处相比线路无故障运行场强都有较大削弱在 相正下方场强也有部分削弱远离边相向外延伸区域 相故障基本不会影响场强变化 由于三相导线对称布置、两相处于两边且电气开关(.)两者电压有效值相同相位相比 相一个滞后 度一个超期 度因而、两边相无论那相发生故障下方场强变化是一致的进而这里只需要考虑 相发生故障的情况 从仿真结果(图)可知当发生 相故障场强畸变相比较 相故障来的大在 相下方场强相比无故障时发生锐减且 相向外延伸区域场强迅速减小到零这是由于 相导线发生故障而 相导线相距 相距离相差太远导致 和 两相合成场强相比 相故障时 和 相合成场强要小很多 从考虑树木发生闪络方面来看发生单相接地故障在故障相下方会发生较大场强畸变但是下方导线附近最大场强点相比较未发生故障时削弱了很多因而相比正常运行反而降低了发生树木闪络现象的几率 两相短路 由于 两相故障和 两相发生故障下方场强变化一致这里只需考虑 相故障和 相故障两种情况场强变化两种故障及正常运行情况下场强对比如图 所示图 两相故障时场强分布图 当发生 两相短路故障此时只有中间的 相在正常工作由仿真结果可知相比正常工作场强畸变程度显得更加的大但是场强仍然关于中心线对称 场 强 最 大 值 在 线 路 正 下 方 最 大 值 为/比正常运行时降低了些向外扩伸场强逐渐减小在距离线路中心 处基本降为零 当发生 两相短路故障此时只有 相在正常工作 场 强 最 大 值 在 相 正 下 方 最 大 值 为/比 相短路和正常工作时最大值稍微小些在 相向两边延伸场强也不再对称整体趋势也是在减小最终至零 从考虑树木发生闪络方面来看无论发生 相短路还是 相短路最大场强相比正常工作时都稍微降低了点不会增加树木闪络故障的风险 结论 ()本文总结了线路正常工作和发生接地故障时临近导线附近的电场强度变化规律当发生不同类型的短路故障时相比正常工作时场强都会发生较大畸变但是场强最大值相比正常工作时都会略微减低因而各种短路故障并不会增加树木发生电晕或者闪络的几率 ()线路正常工作时临近导线附近电场最大值大小并不会随着树木位置变化而变化只是会改变最大值所处位置大体上最大值出现在三相导线正下方因此在检修线路过程中尤为要注意三相导线正下方树木高度与线路距离 ()当树木生长到一定程度之后随着树木的生长最大场强会不再平和的增长而是保持着相对比较高的增长率 这为后续线路检修人员对于线路检修提供一定参考参考文献 周义罡王瑞辉谢裕宏等.架空线下速生超高树木树高生长规律研究.中南林业科技():.:./.张月魁袁海文马晓倩等.基于离子计数法的直流线路空间电荷密度测量.电网技术():薛辰东陆家榆郭剑等.直流输电线路对邻近树木影响的研究.电网技术():.薛辰东陆家榆郭剑等.直流输电线路对邻近树木影响的研究.电网技术():.:./.王泽忠全玉生卢斌先.工程电磁场.版.清华大学出版社.周宏威.树木电磁参数测量与其对输电线路电场影响的研究.东北林业大学.收稿日期:作者简介:高腾()男江西南昌人硕士研究生主要研究方向为输电线路的电场环境及无人机的避障宋福根()男博士讲师主要研究方向为电力系统无人机巡检及高压输电线路空间电场分布研究电气开关(.)