基于“場”和“路”結合的500 kV MOA帶電測量相間干擾研究分析

(國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

近年來，已有不少專家、學者針對MOA相間干擾做了大量的研究[1-8]，其中文獻[8]基于模擬電荷法提出了相間耦合電流的簡化模型，并應用部分電容法計算不同電壓等級下的相間耦合電流。模擬電荷法的使用是在所研究的場域邊界外的適當地點，用虛設的較簡單的電荷分布來代替實際邊界上復雜的電荷分布，其效果滿足原邊界條件，所以模擬電荷法的優點在于方法簡單、實用性強[9]。但是，模擬電荷法僅適用于無界的且介質種類較少以及電極形狀比較簡單的電場問題。然而MOA存在多種介質且介質分界面處形狀又比較復雜，模擬電荷法就顯出其局限性了[10-12]。

下面針對上述模擬電荷法的局限性，提出了一種“場”和“路”相結合的方法。運用ANSYS和EMTP聯合仿真來計算MOA相間干擾，先采用能較精確處理多介質分布問題的有限元法來計算MOA雜散電容和相間耦合電容，再結合“路”的方法計算相間干擾電流，并與實際運行數據進行對比分析。

1 分布電容計算

1.1 有限元模型建立

應用美國ANSYS公司的電磁場有限元分析軟件Maxwell 3D從“場”的角度計算出MOA相間干擾時的耦合電容值和雜散電容值。針對最普遍的“一”字排列500 kV電壓等級Y20W5-444/1063W型MOA，建立了三維有限元模型如圖1所示。模型由三節單元組成(忽略傘群)，節與節之間用金屬法蘭相連接，頂部有均壓環罩入，底部由金屬底座支撐。

計算模型中共存在6種介質，MOA各介質的相對介電常數如表1所示。

表1 各介質的相對介電常數

(a)獨立模型 (b)干撓模型圖1 三維有限元模型

1.2 有限元法仿真計算電容值

分別給圖1(a)的1到4號導體上施加編號為V1到V4的電壓，給圖1(b)的1到8號導體上施加編號為V1到V8的電壓。則通過軟件計算可得到相應的電容值如表2、表3所示。

表2 獨立MOA電容值 單位：pF

表3 干擾時耦合電容值 單位：為pF

2 計算持續電流

運用電力系統和電子線路仿真軟件EMTP的ATP程序搭建起相應的“路”模型，計算出相間干擾時的持續電流值，由于A相和C相距離較大，分布電容對泄漏電流的影響較小，故可以忽略A相和C相之間的干擾影響情況。

2.1 A相干擾情況分析

500 kV的MOA每節單元有54塊電阻片，在正常運行時，MOA流過的電流處于小電流區，電阻片的電阻可以認為是固定值，為4400 kΩ。所以，考慮雜散電容后，每相MOA的簡化模型如圖2所示。

圖2 A相MOA考慮雜散電容簡化模型

圖3 未考慮相間干擾時，A相MOA的持續運行電壓、電流波形

圖4 B相對A相干擾的電路模型

考慮相鄰B相MOA對A相的干擾后，其電路模型如圖4所示。圖4中Ch1—Ch4、Cu1—Cu4、Cd1—Cd4、Cl1—Cl4分別為B相MOA的5、6、7、8號導體對A相MOA的1、2、3、4號導體的耦合電容，計算結果如圖5所示。

圖5 B相干擾時，A相電壓、電流波形

對比圖3和圖5的計算結果可以看出，由于B相MOA的干擾，使得A相MOA的持續電流從1.775 mA減小到了1.681 mA，電流超前電壓的相位角從74.88°減小到了69.84°，減小了5.04°，然而電流的阻性分量卻從0.463 mA增加到0.580 mA，增加了25.27%。

2.2 C相干擾情況分析

同理，只需把上述圖2和圖4中的正弦電壓UA換成C相持續運行電壓就可以求出關于C相的干擾情況， 如圖6所示。

圖6 B相MOA干擾時，C相的持續運行電壓、電流波形

可以看出，由于B相MOA的干擾，使得C相MOA的持續電流從1.775mA減小到了1.613 mA，電流超前電壓的相位角從74.88°增大到了78.3°，增加了3.42°，然而電流的阻性分量卻從0.463 mA減小到0.327 mA，減小了29.37%。

2.3 B相干擾情況分析

由于對稱原理，可以認為A、C兩相的MOA對B相的干擾使得B相MOA的電流值有所減小，但相位角幾乎沒有變化，即全電流為1.598 mA，阻性電流為0.417 mA。

3 試驗數據驗證

由上節分析可得到Y20W5-444/1063W型MOA在正常運行狀態下的仿真數據，如表4所示。

表4 Y20W5-444/1063W型MOA

在相同的被試環境下，可得到該型MOA在正常運行狀態下的阻性電流試驗數據，如表5所示。

表5 Y20W5-444/1063W型MOA

從表5可以知道，A、C相全電流基波值相等且略大于B相，阻性電流基波分量C、B、A三相呈遞增分布。可見現場測試的環境對測量影響很大。

把表4的仿真數據和表5的試驗數據進行對比可以看出：

2)仿真數據的角度偏差為：A相偏差了5.04°，B相幾乎無偏差，C相偏差了3.42°，這完全符合理論推導3°～5°的偏差。然而，試驗數據的偏差卻為：A相偏差了5.95°，B相認為無偏差，C相偏差了6.43°。

3)仿真數據比試驗數據偏小。出現這種情況的原因為：①仿真中只考慮了基波，即認為電壓中不會有諧波干擾，而實際現場測量中，電壓會受到諧波干擾，從而數值會比仿真數值大；②仿真中忽略了避雷器傘群的影響，從而忽略了傘群對耦合電容的影響，這會使得耦合電容值變大，從而仿真數值有所偏小；③現場試驗測試時，避雷器表面有污垢，測試時的天氣狀況等因素會使得測試數據有所偏大；④避雷器長期運行，電阻片會有所老化，從而測試數據也會比仿真數據偏大；⑤測試設備本身也有誤差，可能使得測試數據偏大。

4 結 語