输电线路耦合系数

110kV输电线路工程绿色设计研究324002摘要：近几年，我国电力行业呈现出快速的发展趋势。

本文以一个具体的110kV输电线路工程设计为研究对象，提出了一系列关于输电线路绿色设计的原则。

这些原则涵盖了线路路径的选择、杆塔位置的确定以及结构设计这三个关键方面，并对该绿色设计方案在环境保护和工程效益方面进行了全面分析。

研究结果显示，该设计方案不仅能节约资源，还能有效地保护环境，具有良好的经济效益。

关键词：110 kV；输电线路；绿色设计引言现阶段，为了环境改善，许多城市都需要大规模的电力供应，其中110kV的架空输电线路成为了城市发展中不可缺少的组成部分。

因此，如何保证电力系统安全运行就成为人们重点关注的问题之一。

随着科技在社会中的持续发展，电网的建设质量得到了明显的提高。

因此，人们对于电力资源的要求越来越高。

伴随着中国经济的迅猛发展，对能源的需求也在不断攀升，众多的大型油田和矿区地理位置相距数十甚至数百公里，其中110kV的架空输电线路成为了首选方案。

它能够满足人们生活用电的要求，同时还能减少环境污染。

1绿色线路设计原则输电线路设计的质量水平将直接决定电网能否达到安全、可靠、稳定以及环境友好的运行状态。

由于我国目前还没有形成一套完整而系统的关于绿色电力输电线路设计标准与方法。

因此，在进行电网的绿色设计时，我们必须考虑电网的独特性质，并在设计阶段坚守一套核心原则。

在进行设计之前，应充分了解各种环境因素以及这些因素与系统性能之间的关系，同时也要考虑经济成本等方面。

按照最小化环境影响的标准行事。

输电线路作为电力系统重要组成部分，其设计不仅要符合相关标准和规定，还应当与自然环境相协调。

我们应该合理地分配和使用资源，遵循绿色设计的原则，以减少对资源的过度使用和消耗，从而降低对环境的负面影响。

2输电线路绿色设计方案2.1支持线路的杆塔选取对于110kV的电压等级，在常规的支持线路杆塔选择中，应优先考虑那些经过典型测试或市场运行验证的杆塔类型。

输电线路加装耦合地线的作用及设计方法初探摘要:文章认为已运行的单避雷线输电线路,在运行过程中发现线路的耐雷水平很低,在杆塔机械强度足够大情况下,可在导线下方加装耦合地线以提高线路的耐雷水平。

关键词:单避雷线;耦合地线;设计方法;输电线路1引言我国著名过电压专家解广润在《过电压及保护》一书中提到:“在确实难以降低接地电阻时,也可以在导线的下面加装一条架空地线,虽然不能减少绕击率,但能在雷击杆顶时起分流作用和耦合作用。

运行经验证明,加装耦合地线后,线段的跳闸率约降低一半”。

因此充分理解加装耦合地线能提高输电线路的耐雷水平是前提,并且正确的设计和计算耦合地线,是获得最大耦合系数和最佳防雷效果的根本目的。

2 耦合地线的耦合系数与作用2.1耦合系数的计算加装耦合地线后的输电线路防雷计算方法与双地线线路通用计算方法相同,只是耦合系数的计算略有不同。

因此,用马克思威尔方程来推导综合耦合系数的计算公式。

在雷击杆顶时,雷电流的分布如(附图1、2),因导线是绝缘的,导线无法通过雷电流,故in=0。

而流经杆塔的雷电流ion又可分成两路iR、iC故:为了使上式中的标号与k0公式中的标号一致,将m、c、n分别用1、2、3替代,即改写成:式中Z11、Z22分别为避雷线,耦合地线的自波阻抗:耦合地线与避雷线的互波阻抗Z12=Z21=60ln导线与避雷线的互波阻抗Z13=Z31=60ln耦合线与导线的互波阻抗Z23=Z32=60ln如果忽略杆塔中的一段电压降,则u2=u1=uon由①、③式得:I1=•I2根据耦合系数定义:k0=====如果考虑电晕效应,则综合耦合系数k=k0•k1 这时k值当然是处于单根避雷线与双根避雷线之间,然而规程中所列出得两者数值差异不大,故取用与双根避雷线下电晕效应系数相同数值。

2.2耦合地线的作用①耦合地线和避雷线对各相导线之间的综合耦合系数增大。

如原有单根避雷线对导线的耦合系数为K13=,而加装耦合地线后,综合耦合系数变为:k0=》K或写成k0=式中:K=为避雷线对导线的耦合系数;K=为耦合线对导线的耦合系数;K=为避雷线对耦合线的耦合系数K21=为耦合线对避雷线的耦合系数②对于山区线路来说,避雷线保护角和杆塔高度与绕击率的关系可用来lgpα≈-3.35表示。

铁路数字信号电缆电缆星绞四线组电容耦合系数影响因素分析摘要：从理论上介绍了铁路数字信号电缆星绞四线组电容耦合系数的形成，分析了影响电容耦合系数的主要因素，结合实际提出了一些控制电容耦合系数的方法。

关键词：铁路数字信号电缆；星绞四线组；电容耦合系数；控制方法0 引言星绞四线组的电容耦合系数值是铁路数字信号电缆的一个关键参数，是衡量电缆结构稳定是否稳定的一项重要指标，是合理控制电缆回路间干扰的有效途径。

干扰是电磁场作用的结果。

一次干扰在电缆上是指两回路间的电耦合和磁耦合。

根据实验，在通常的电缆上，四线组组内回路间的耦合要比组间的耦合大的多，四线组内两实路间存在电磁耦合，组内实路与幻路间也存在电磁耦合，由于低频的电容耦合在干扰过程中起主要作用，因此，本文主要从电容耦合的角度进行了讨论。

目前，一般应用和测试出来的电容耦合都用K值来表示。

1 铁路数字信号电缆的电容耦合1.1 电容耦合的定义两对称回路间的电耦合C12为第一回路在第二回路中引起的电源I2与第一回路工作电压U1之比：，^C 12=I2/U1=g+jwc (1)式中，g为电容耦合的有功分量，称为“介质耦合”；c为电容耦合。

电容耦合c是干扰回路和被干扰回路间的部分电容不平衡的结果。

电容耦合的有功分量或介质耦合g是干扰回路和被干扰回路线芯间介质能量损耗不平衡的结果。

1.2 星型四线组内各种电容耦合及其数值电容耦合K的数值不同于式(1)中的C。

如图1所示，在一个星绞四线组内，第一实回路(1和2导线)对第二实回路(3和4导线)的电容耦合为：K 1=(C13+C24)-(C14+C23) (2)在一个四线组内，第一实回路和幻路间的电容耦合K2为：K 2=(C13+Cl4)-(C23+C24) (3)在一个四线组内，第二实回路和幻路间的电容耦合K3为：K 3=(C13+C23)-(C14+C24还可能受到外部干扰，外部干扰源包括电力线路、电气化铁道触线网等。

输电线的耦合系数1耦合计算简介耦合计算是电力系统中重要的一项建模和仿真工作，是指用以计算任意两个以上电力系统电路之间有效的电压互相关性、相位差和强度耦合的确定问题，被用于电力系统的稳定分析和各类负荷功率的预测。

耦合计算的核心是耦合系数。

2耦合系数的定义耦合系数是用来度量任意两个电力系统电路之间有效电压波动互相关性的量值，它主要反映了任意两个电力系统电路之间彼此间受到有效电压波动影响的程度。

它衡量了电压变化的程度，当耦合系数越大时，电压变化也相应越大，反之则越小。

3耦合系数的计算耦合系数的精确计算一般分为两种：一是通用的方法，对于一般电力系统，一般采用包括有限元法、微分法和变量转换法等的数值分析技术，通过相应的步骤计算得到耦合系数；其次，根据矩阵变化法，可从耦合器的耦合参数几何设计入手，计算耦合系数。

例如输电系统中，可以根据其电抗、电纳等部件参数，计算出交叉耦合、纵向耦合等不同方向的耦合系数。

4耦合系数的应用耦合系数主要用于仿真模拟系统的动态行为，其中包括一般的载波耦合、干扰耦合、脉冲耦合等方面。

其中，载波耦合是一种常见的耦合方式，通常被用于传输类的系统；而干扰耦合和脉冲耦合则是更加深入的研究领域，通常被用于测试和设计系统的性能。

针对输电线的耦合系数，通常采用变量转换法计算，从耦合器的耦合参数几何设计入手，定义电线模型，经过参数读取、加载计算、边界条件设定计算出耦合系数，用于诊断线路的故障状态和实时控制系统的模拟分析。

5总结耦合计算是电力系统中重要的建模和仿真工作，耦合系数是用来体现任意两个电力系统电路之间有效电压互相关性的量值。

耦合系数可以由通用的仿真方法或根据矩阵变化法来确定，耦合系数主要用于模拟系统的动态行为，对于输电线的耦合系数，可以通过参数读取、加载计算等步骤计算出来，用于诊断线路的故障状态和实时控制系统的模拟分析。

两档输电线路间的非线性耦合振动特性研究谢献忠;龙昊;李丹【摘要】考虑几何非线性的影响,推导了两档输电导线与悬垂绝缘子串耦合振动的非线性动力学方程,并运用数值分析软件对不同工况下的振动响应进行了数值求解.基于输电导线振动的位移时程曲线,得到了两档输电导线的非线性耦合振动特性和共振特性,在小传输角度情况下,角度对输电导线的振动幅度没有明显影响,但振动系统的静平衡位置会发生偏移.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2015(013)003【总页数】7页(P170-176)【关键词】两档输电线路;非线性振动;耦合效应;数值解;共振【作者】谢献忠;龙昊;李丹【作者单位】湖南科技大学土木工程学院,湘潭411201;湖南科技大学土木工程学院,湘潭411201;湖南科技大学土木工程学院,湘潭411201【正文语种】中文引言输电线路是属于悬索结构中的大跨度高柔结构，在承受自重、覆冰等静荷载，风、地震等动荷载下具有明显的非线性行为［1］.正是由于其特殊性，输电线路振动是非线性振动领域中非常典型的问题.国内外绝大多数学者在研究输电线路振动问题的理论建模时，往往只考虑了单档输电线的振动情况［2-3］，本文在以往研究的基础上，考虑档与档之间的耦合振动，建立了更为完善的力学分析模型，并推导了两档输电导线以及悬垂绝缘子串的非线性振动方程.利用数值分析软件计算出系统的位移时程曲线，通过对不同工况下的两档输电导线及垂悬绝缘子串的振动进行比较研究，从而得出了两档输电导线的非线性耦合振动特性和共振特性.1 两档输电线路非线性耦合振动的力学模型输电线路在荷载作用下会发生面内和面外的振动，为了便于研究，又能体现问题的本质，本文只研究输电线路在面内的非线性振动，不考虑面外和扭转方向的振动，并作以下基本假设：（1）采用固定铰支座模拟耐张塔对线的约束作用，输电导线与悬垂绝缘子串的连接为理想铰接，不计输电导线的抗弯刚度、抗扭刚度和剪切刚度.（2）输电线重力垂度曲线为抛物线.（3）考虑几何非线性，但输电导线的本构关系满足胡克定律.本文建立的力学分析模型如图1所示.图1 两档输电导线耦合振动力学模型Fig.1 Mechanical model of coupled two-spans transmission line不失一般性，取第一档导线微元体作为研究对象，利用牛顿定律可建立输电导线的运动方程式中y1表示输电线静平衡时的曲线，u1表示偏离平衡位置的位移，T表示导线切向拉力，m表示输电线单位长度的质量，ü1表示位移对时间的二阶导数，s表示输电导线的弧长坐标，θ表示传输角度.考虑重力平衡，式（1）可以表示为式中N1为初始切向拉力，n1为切向动拉力.同时考虑输电导线的垂度、几何非线性和端部位移，n1可以表示为式中E表示输电导线的综合弹性模量，A表示输电导线的横截面积，l1表示输电导线的长度，X表示输电导线悬挂点摆动的的水平位移且式中a为悬垂绝缘子串的长度，γ为悬垂绝缘子串的偏转角.根据基本假设（2），输电导线在静平衡条件下的垂度曲线可表示为式中H为输电导线的水平拉力，m为导线单位长度的质量.假定在输电导线的振动中基本模态占主要地位，故本文只研究k＝1的情况，即以下用 u1代表u11，将式（4），（5），（7）代入式（3）化简可得将（8）式代入到（2）式，并考虑阻尼，可以得出第一档输电线路的振动微分方程其中ε1为输电导线的阻尼比，ω1为考虑垂度影响下的的输电导线的振动频率，α1～α4为振动方程的系数，且同理，第二档输电导线的动拉力、振动微分方程分别为方程（16）中的各参数与方程（9）中的对应参数具有相同的形式，只需将式（10）～（14）中 l、N的下标由1换成2即可.以图2所示绝缘子串为研究对象，建立其摆动的动力学方程.图2 悬垂绝缘子串摆动的力学模型Fig.2 Mechanical model of insulator string rotation在实际工程中，垂悬绝缘子串的摆角γ较小，因此，根据牛顿定律，悬垂绝缘子串的摆动方程为式中a为悬垂绝缘子串的长度，J为悬垂绝缘子串的转动惯量，β1，β2分别为左、右两档输电导线在悬挂点处的切线方向与x轴的夹角，且将式（8），（15），（18），（19）代入方程（17），并考虑阻尼，可得出悬垂绝缘子串的摆动方程式中ε3为绝缘子串摆动的阻尼比，ω3为绝缘子串的振动频率，α9～α17为方程系数，且方程（9）、（16）、（20）即为两档输电线路与悬垂绝缘子串耦合振动的非线性动力学方程组.2 算例2.1 算例1输电导线及悬垂绝缘子串的相关参数见表1，两跨输电导线跨距分别为l1＝260m，l2＝200m，初始水平拉力H＝25000N，初始条件均相同.根据倾斜角度以及阻尼比的不同组合，将系统的振动响应划分为表2所示的多种不同工况.表1 输电导线及悬垂绝缘子串的相关参数Table 1 Parameters oftransmission lines and insulator stringcomponent parameter value d（mm）23.94 m （kg/m） 1.13 transmission line E（Pa） 73000 l（m） 200 H（N） 25000 L （m） 2.19 insulator string M（kg） 10 J（kgm2）15.987表2 工况划分表Table 2 Classification of analytical casesWC angle（°）initial displacement（m）initial velocity（m/s）damping ratio θ u1 u2，γ ˙u1，˙u2，˙γ ξ1 ξ2 ξ3 1 6 1.5 0 0 0.01 0.01 0.01 2 6 1.5 0 0 0.01 0.01 0.1 3 6 1.5 0 0 0.1 0.01 0.01 4 12 1.5 0 0 0.01 0.01 0.01将上述参数代入非线性方程组，可计算各种工况下输电导线及绝缘子串振动的位移时程曲线.图3 输电导线1的位移时程曲线（工况1）Fig.3 Displacement－time curves of transmission line 1（case 1）图3～图5为系统在工况1下的位移时程曲线.由图可知，在第一档输电导线初始位移为1.5m，第二档输电导线无初始位移的情况下，第二档输电导线的振幅与第一档输电导线的振幅相差不大，这说明了系统在振动过程中，其能量会通过垂悬绝缘子串在两档输电导线间往复传递，由于有阻尼的存在，系统能量逐步减小，最终在200s左右趋于停止.图4 输电导线2的位移时程曲线（工况1）Fig.4 Displacement-time curves of transmission line 2（case 1）图5 悬垂绝缘子串的位移时程曲线（工况1）Fig.5 Rotation-time curves of insulator string（case 1）图6 输电导线1的位移时程曲线（工况2）Fig.6 Displacement-time curves of transmission line 1（case 2）工况2下系统的位移时程曲线如图6～图8所示，与工况1相比，只是将垂悬绝缘子串的阻尼比增大了10倍.对比工况1与工况2的计算结果可知：将垂悬绝缘子串的阻尼增大10倍后，两档输电导线及垂悬绝缘子串的振幅及衰减时间变化很小，因此，增大绝缘子串的阻尼对抑制输电导线振动的效果并不明显.图7 输电导线2的位移时程曲线（工况2）Fig.7 Displacement-time curves of transmission line 2（case 2）图8 悬垂绝缘子串的位移时程曲线（工况2）Fig.8 Rotation-time curves of insulator string（case2）图9 输电导线1的位移时程曲线（工况3）Fig.9 Displacement-time curves of transmission line 1（case 3）工况3下系统的位移时程曲线如图9～图11所示，与工况1相比，只是将第一档输电导线的阻尼比增大了10倍.增大第一档输电导线的阻尼，可以显著减小由第一档输电导线通过绝缘子串传给第二档输电导线的能量，而且整个系统的振动也会快速地衰减下来.因此，在输电导线处增加阻尼能取得很好的减振控制效果.图10 输电导线2的位移时程曲线（工况3）Fig.10 Displacement－time curves of transmission line 2（case 3）图11 悬垂绝缘子串的位移时程曲线（工况3）Fig.11 Rotation－time curves of insulator string（case 3）图12 输电导线1的位移时程曲线（工况4）Fig.12 Displacement-time curves of transmission line 1（case 4）工况4下系统的位移时程曲线如图12～图14所示，与工况1相比，只是将输电导线的传输角度由6°提高到了12°.输电导线的传输角度提高到12°时，两档输电导线的振动幅度并没有明显的变化.但系统的静平衡位置发生了偏移.图13 输电导线2的位移时程曲线（工况4）Fig.13 Displacement-time curves of transmission line 2（case 4）图14 悬垂绝缘子串的位移时程曲线（工况4）Fig.14 Rotation-time curves of insulator string（case4）2.2 算例2两档输电导线的跨度分别为l1＝400m、l2＝380m，传输角度为6°，初始水平拉力为 H＝30960N，其他参数见表1，此时，两档输电导线的频率比接近1∶1.在不考虑系统阻尼，两档导线初始位移均为1.5m的情况下，系统的位移时程曲线见图15～图17.图15 输电导线1的位移时程曲线Fig.15 Displacement-time curves of transmission line 1图16 输电导线2的位移时程曲线Fig.16 Displacement-time curves of transmission line 2图17 悬垂绝缘子串的位移时程曲线Fig.17 Rotation-time curves of insulator string显然，系统发生了1∶1共振，两档输电导线和悬垂绝缘子串都出现了拍振现象，它们的振动幅度显著增大.3 结论本文建立了连续两档输电导线与悬垂绝缘子串耦合振动的动力学模型及其非线性振动方程，通过对算例的计算分析可得出以下结论：（1）输电导线振动的能量通过垂悬绝缘子串在相邻两档之间传递，悬垂绝缘子串的耦合作用不容忽略.（2）在悬垂绝缘子串处增加阻尼，对整个系统的减振效果不明显，但在输电导线处增加阻尼，能起到较好的减振控制效果.（3）对于有阻尼系统，在小传输角度情况下，传输角度对输电导线的振动幅度没有明显的影响，但系统的静平衡位置会发生偏移.（4）当两档输电导线的频率比接近1∶1时，系统产生共振，形成了拍振现象，系统的振动幅度有显著增大.参考文献1 刘和云.架空导线覆冰防冰的理论应用.北京：中国铁道出版社，2001（Liu HY.Overhead conductor ice theory ap-plication of deicing.Beijing：China Railway Press，2001（in Chinese））2 张仁述.架空电线在悬链状态下的非线性振动响应分析.国防科技大学学报，1987，59（3）：1～8（Zhan R S.Response analysis of nonlinear vibration of overhead power line under suspension chain state.Journal of National University of Defense Technology，1987，59（3）：1～8（in Chinese））3 Lin H P，Perkins N C.Free vibration of complex cablemass systems theory and experiment.Journalof Sound and-Vibration，1995，179（1）：131～1494 Bosdogianni A，Olivari D.Wind and rain induced oscillations of cables of stayed bridges.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1996，64（2-3）：171～1855 蒋扇英，徐鉴.奇异摄动方法在输电线非线性振动问题中的应用.力学季刊，2009，30（1）：33～38（Jiang SY，Xu J.Singular perturbation method and its application in nonlinear systems with fast and slow variablescoupling.Chinese Quarterly of Mechanics，2009，30（1）：33～38（in Chinese））6 王昕，楼文娟.多跨输电线路脱冰动力响应研究.工程力学，2011，28（1）：226～231（Wang X，Lou W J.Dynamic responseanalysis of multi-span transmission line to ice-sheddingshock.Engineering Mechanics，2011，28（1）：226～231（in Chinese））7 Luongo A，Rega G and Vestroni F.Planar nonlinear free vibration of an elastic cable.International Journal of Nonlinear Mechanics，1984，19（1）：39～508 李黎，张行，尹鹏.大跨越输电线路脱冰跳跃反应的控制研究.振动与冲击，2008，27（10）：61～64（Li L，Zhang X，Yin P.Control for jumping response induced by ice-shedding of transmission lines.Journal of Vibration and Shock，2008，7（10）：61～64（in Chinese））9 赵跃宇，王涛，康厚军，王连华.斜拉桥双索与桥面耦合的非线性参数振动特性分析.湖南大学学报（自然科学版），2008，35（10）：1～5（Zhao Y Y，Wang T，Kang H J，Wang L H.Performance study of the nonlinear parametric vibration of coupled bridge decks and two cables.Journal of Hunan University（Natural Sciences），2008，35（10）：1～5（in Chinese））。

超高压耦合线路潜供电流计算及电抗器优化配置李学斌;韩洪刚;林莘【摘要】提出一种优化电抗器参数的解析方法,并以某220 kV/500 kV同塔四回输电线路为例,建立了电磁暂态计算模型,提出优化高抗和小电抗参数的边界条件和计算方法,分析了线路换位情况、同塔多回线路长度及并联高抗和中性点小电抗参数对潜供电流的影响.【期刊名称】《东北电力技术》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】6页(P5-9,14)【关键词】同塔多回;超高压;输电线路;潜供电流;恢复电压;并联电抗器【作者】李学斌;韩洪刚;林莘【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TM472;TM744出于对输电走廊用地的合理利用、提高输送功率、降低单位容量电力建设成本等因素［1，2］的考虑，同塔双回乃至同塔多回输电方案在经济发达国家和地区被广泛采用［3－5］。

多回同塔架设导致导线间耦合系数增加，导线与导线之间、导线与大地之间均存在较强的电磁耦合和静电耦合，导致单相接地故障后潜供电弧持续燃烧，快速自动重合闸难以实现，进而引起停电事故，造成严重损失［6－9］。

潜供电流由静电感应分量和电磁感应分量组成［10］，静电感应分量由各相间电容耦合产生，占较大比重。

我国超高压线路采用高压并联电抗器中性点加小电抗器限制潜供电弧［11］。

通过合理选择电抗器电抗值，使导纳等于容纳，两者形成并联谐振，其阻抗为无穷大，这就隔断了相间联系［12，13］，有效限制潜供电流幅值。

单回输电线路最佳电抗值的选取比较容易，多回输电线路必须考虑两回之间的补偿，同时高压并联电抗器采用的连接方式多样［14］，计算最佳参数困难。

针对这一问题，以某220 kV/500 kV同塔四回输电线路为例，建立电磁暂态计算模型，计算单相接地故障后潜供电流和恢复电压。

1 潜供电弧限制措施及高抗配置1.1 潜供电弧限制措施潜供电流的静电感应分量与线路电容参数有关，受线路长度、相间距离、多回路塔相间距离、分裂情况和换位情况影响，线路越长则电压越高，潜供电流越大。