导线计算算法分析

导线计算算法分析（精选6篇）

导线计算算法分析 篇1

1 概述

覆冰是发生在大气底部一薄层里的特殊天气现象, 覆冰主要为雨凇和雾凇。

雨凇主要是由过冷却液态降水碰到地面低于0℃的物体后直接冻结成的坚硬冰层。雾凇则生成于有雾而且气温在0℃以下的天气。无风时结在整个电线表面, 有风时结在迎风面。

导线覆冰首先是由气象条件决定的, 是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流、风等因素决定的综合物理现象, 通过观测资料分析, 覆冰生成的必要气象条件是:

(1) 温度较低:物体表面温度达到0.0℃以下;

(2) 湿度较大:空气的相对湿度达到85~100%;

(3) 风速:大于1.0m/s, 能够使空气中水滴运动。

大范围导线覆冰天气现象与天气系统或大气环流密切相关, 由于大范围气流状态的剧烈改变, 常常导致大范围异常天气, 出现局域性导线覆冰灾害。

1983年4月29日, 齐齐哈尔地区受罕见冰冻恶劣气候影响, 造成齐齐哈尔地区电网多条线路倒杆、断线, 整个地区出现多条电力线路停运。

2 覆冰计算

根据齐齐哈尔市气象局提供的气象资料 (表1) , 根据规范中的要求和公式计算如下:

先计算覆冰密度ρ=4G/π*L* (a*b-4*r*r) =0.68 g/cm3;

标准冰厚计算B0= (G/0.9*π*L+r*r) ^0.5-r=20.35 mm;

再计算设计冰厚B=KH*KT*Kf*B0

其中:

ρ为覆冰密度, g/cm3;

G冰重, g;

L覆冰长度, m;

a, b为覆冰的长径和短径, mm;

r为导线的半径, mm;

KH为高度订正系数取值1.38;

KT为重新期换算系数取值0.88;

Kf为线径订正系数取值0.788。因此:

离地15米高30年一遇密度为0.9g/cm3的标准冰厚B为:22.12mm。

3 覆冰调查

本次工程的覆冰调查为人员亲自到现场重点详细调查, 覆冰调查的对象均为电力的运行、维护、管理及线路的保线人员, 并在1983年发生导线覆冰时到达现场进行抢修。

调查的内容扼要概况如下:

在1983年4月28日16:00左右开始下大雪, 雪很大, 可以达到0.5米, 局部可以达到更大。当时还伴有大风, 大风可以达到8级以上, 气象条件很恶劣。到达现场以后发现电力设施破坏严重, 110kv线路, 35kv线路大面积断线, 倒杆。造成整个齐齐哈尔市区停电, 没有断线的110kv线路弧垂也被导线覆冰压的很低, 人起跳可以触摸到导线, 220kv也发生了很大的导线覆冰, 但是没有造成导线断线和倒杆现象, 当时的二齐甲线的7#-8#之间的架空地线被覆冰压断。覆冰的透明度很高, 接近纯冰, 密度很大。东西走向的线路破坏严重, 其中架空地线断裂处的线路走向正为东西走向。根据到现场目估覆冰厚度有胳膊粗细, 可以达到65mm左右。

本次调查包括了当年发生大覆冰时的时间、当时的天气情况、包括气温、风向、风力、下雪的厚度和覆冰的类型。还具体调查了当年的覆冰造成的线路断线和倒杆的原因为大风和覆冰的共同作用, 以及现场的一些其他情况, 调查人员对当年发生的事情记忆深刻。

4 根据调查计算覆冰厚度

根据调查人员的回忆:当时到达现场看到的覆冰的厚度有65mm, 覆冰的类型为透明度比较高, 密度较大, 接近纯冰。而根据气象局的计算覆冰密度为0.68g/cm3, 为典型的雨凇, 符合现场人员的描述。因此本次估算取这个密度。

根据规范中的计算公式B0= (ρ/3.6* (a*b-4*r*r) +r*r) ^0.5-r

其中:

ρ为调查的覆冰密度, g/cm3;

a, b为调查的覆冰的长径和短径, mm;

r为导线的半径, mm。

将密度取0.68 g/cm3, a和b均取65mm, r为220kv导线的半径10.8mm, 一并代入上述公式得到B0为17.95mm。

根据估算:30年一遇覆冰厚度B为:17.95 mm。

5 分析和认证

根据气象局和到现场调查计算的导线覆冰可以看出, 在齐齐哈尔地区的确有很大的导线覆冰, 1983年发生的大覆冰对线路的影响很大, 其中110kv线路大面积断线、倒杆, 220kv的二齐甲线架空地线断线。当年的气象条件比较恶劣, 在大风和覆冰的共同作用下导致发生了断线和倒杆现象。

但此次调查发现, 1983年的覆冰对220kv的影响也有, 比如二齐甲线的架空地线断线, 其他附近的线路如二庆甲、乙线, 二齐乙线, 齐让甲、乙线也发生覆冰, 但没有出现倒杆 (塔) 现象。

分析原因可能是220kv的结构基础比110kv要牢固, 以及220kv当年的杆为双杆而110kv的杆为单杆居多。

在覆冰过程中, 风对导线覆冰起着重要的作用, 它将大量过冷缺水滴源源不断地输向送电线路, 与导线相碰撞, 被导线捕获而加速覆冰。当年的风速通过调查人员发现可以达到8级左右, 因此当年的大风也是加重覆冰厚度的一个重要原因。当具备了形成覆冰的温度和水汽条件后, 除了风速的大小对覆冰有影响外, 风向也是决定导线覆冰轻重的重要参数之一。当年的架空地线断, 也于线路的走向有直接的关系, 断裂出的线路走向大致为东西走向, 而当时的风向为西北风, 最终导致地线断裂。

通过调查和以上的分析, 以及气象站离路径较远, 资料的代表性不够, 相对风速而言, 冰厚的数据较少且可靠性较低重现期越长, 其准确度越低。1984年覆冰对东西走向的线路破坏严重, 考虑到线路的安全性、可靠性、经济性和合理性, 综合以上各种因素, 最终确定齐齐哈尔地区30年一遇的导线覆冰为17.95mm。

导线计算算法分析 篇2

关键词 Excel单元格；角度单位转换；近似平差

中图分类号 U4 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0221-03

公路工程为带状工程 ，因此 ，在路线的控制测量中以布设附合导线为主，导线的平差及坐标计算，工作量大，程序繁琐，计算精度要求高；特别是当测区的面积较大，导线数量较多时，计算更加复杂，如果借助计算器手算，则计算时间长，且容易出错；如果用高级语言如VB、VC编程计算，虽然计算比手算快，但由于计算是在后台进行，外业资料和已知条件的输入不直观，出现错误比较难检查，Excel是微软公司开发的一种通用软件，这具有强大的功能和良好的人机交互对话界面，可以方便地进行数据处理和函数运算，而且能够迅速地制作复杂的图表，对于非计算机专业的人来讲，是有效地避开了繁琐的程序软件学习过程和程序软件自身的缺陷。计算过程展示在前台，操作简单、修改容易、透明度高，在工程测量中利用它进行导线近似平差计算非常方便。

1 附合导线计算方法和步骤

本文针对附合导线近似平差及坐标计算编制Excel程序，闭合导线近似平差计算可根据自身的特点仿照编制，导线计算的目的是根据测站数和距离的占有比来分摊闭合差进行近似平差计算、推算出各导线点的坐标值。

外业测量工作完成后，获得导线中的观测角，各导线点间的边长S1～SN，根据测区提供的已知点坐标，计算出起算边方位角和附合边方位角，并绘制计算简图。

附合导线的计算过程步聚：

根据野外观测角值，计算出角度闭合差，检查其是否超限，再根据角度闭合差与测角个数进行第一次平差改正值计算，求得第一次改正后的角度值，根据各导线点间边距值，求得各坐标增量的计算值，并根据导线总长距与导线增量闭合差进行第二次平差改正距计算，推算各边的方位角；利用起算基线的方位角α起和各导线间的改正后角值依次推算各边的方位角。

2 导线点近似平差在Excle中编制

现结合我单位在赣州地区施测的高速公路附合导线为例，介绍附合导线近似平差计算Excel程序编制方法。

2.1 外业资料和起算数据的输入

进入Excel表格界面，新建一个工作薄（见表），在相应单元格（Excel地址）输入各导线点名和导线观测角、观测边距和起算边数据坐标、附合边数据坐标、测角个数。在A10～A42分别输入导线点名，在R4～R8、S4～S8中输入已知点坐标值，B12、C12、D12单元格中输入第一个导线点的观测角值，测量外业观测时各角值用度、分、秒表示，角值输入时也以度、分、秒分别占用不同单元格，而计算机计算时角度是以度表示形式运算，因此首先将各角值转化为度的表示形式，击活E12单位元格，在公式编辑栏编辑语句=B12+C12/60+D12/3600并存放入E12单元格中，确定后即完成将度分秒形式表示的角值转化为度过程，同理输入其它导线点观测值，随后选择E12单元格，鼠标右键选择“复制”命令，将E14～E40选中按鼠标右键选“粘贴”命令，这样E12～E40单元格中都复制相应单元格应要的语句，单元格中观测角值都转化为度的表现形式。按下来输入观测边长，分别在P13～P39单元格中输入观测边长，并在G10单位格中输入观测角的个数（以实际测的个数为准），外业资料都已全部输入完毕。

2.2 起始边和附合边的方位角计算

常规的方位角计算公式要在Excle表格中实现，需结合Excle单元格特征：Excle表格计算过程层层相扣、先后顺序严谨且具有很强的逻辑性。分别在U4、U5、U6、U7单元格中编制语句=S5-S4、=R5-R4、=S7-S6、=R7-R6，在Z4单元格中编制语句=ATAN(U4/U5)/PI()*180计算出没判别象限的“假方位角”。众所周知，坐标方位角与其所在的象限角R有关：当R在第一象限时，值取R；R在第二象限，值取180°-R；R在第三象限，值取180°+R；R在第四象限，值取360°+R；因此在AA4单元格中编制语句=F(U5<0,Z4+180,IF(U4<0,Z4+360,Z4))，可实现自动判别象限选择所需的方位角。在W4单元格中编制语句=INT(AA4)，X4单元格中编制语=INT(AA4-W4)*60，Y4单元格中编制语句=(AA4-W4-X4/60)*3600三条语句的含义是将原先以度为单位的方位角转换为以度、分、秒形式表示方位角，W4、X4、Y4分别存放方位角的度、分、秒值。

2.3 导线闭合差的计算和近似平差后改正角度值的计算

利用表格中的求和函数Sum求出整条导线观测角总值，在E44单元格中编制语句=SUM(E12:E41)，即求得E12～E40单位格中的角度总和值，在G44单元格中编制语句O11-O43+E44-180*G10+360，该语句的含义是求出该导线的角度闭合差值（即Fβ=∑β测-∑β理），在G12单元格中编制语句=G44/G10，以“平均平差”原则求出误差分配值，在G14～G40单元格中复制G12单位格语句，求出其它观测角的误差分配值，在F12单元格中编制语句=-G12*3600，按反号原则将误差改正数换算成以“秒”为单位表现形式，同理在F14～F40单元格中复制F12单位格语句。在H12单元格中编制语句=E12-G12即可得到以度为单位改正后的角度值，将其转换成以度、分、秒表现形式语句可参照起始边和附合边的方位角转换过程。编制语句=IF(O11-180+E12-G12>360,O11-180+E12-G12-360，IF(O11-180+E12-G12<0,O11-180+E12-G12+360,O11-180+E12-G12)实现。同理在O15～O41单元格中处复制O13语句填充到O15～O41单元格，计算其它导线边的方位角。Q41，R15～R41中，计算其它导线点增量值。在S44、T44分别编制语句=-(W12+Q44-W40、)=-(X12+R44-X40)=按“反号”原则计算坐标增量闭合差fx、fy。按“距离占有比分摊”原则将fx、fy值分摊到各个导线坐标点。在S13、T13分别编制语句S44*P13/P44、=T44*P13/P44计算出第一个导线点的改正距，复制该两单元格语句分别填充到S15～S41，T15～T41中，计算出其它导线点增量改正距。将改正距+坐标增量即可求得改正后的坐标增量，在U13、V13分别编制语句=Q13+S13、=R13+T13，同理复制该两单元格语句分别填充到U15～U41，V15～V41中，计算出改正后的坐标增

量值。

1）导线点各点坐标计算。需要说明的是，起算边和附合边的坐标之前已输入表格，为不做重复输入工作，在W4、W6、W40、W42、S4、S6、S40、S42分别编制语句=R4～=R7；=S4～=S7引用原先输入的数据即可。已知坐标数据和改正后增量数据都计算好，根据坐标计算公式，在W14、X14中编制语句=W12+U13、=X12+V13计算第一个导线点的坐标值，同理复制该两单元格语句分别填充到W15~W41，X15~X41中，计算出其他导线点的坐

标值。

2）复核条件的计算。导线计算成果质量由复核参数来判定，复核参数由观测角闭合差ωβ、fx、fy增量值闭合差、增量中误差fs、导线全长值∑S和全长相对闭合差K组成。ωβ不能大于ωβ限值，ωβ值越小角度精度越高； fs与∑S值成反比得出K值，K值越大全长相对闭合差就越好。分别在C45、P45中编制语=-SUM(F12:F43)、=SUM(P13:P43)计算ωβ、∑S值；fx、fy已有，直接引用即可，分别在R45、V45中编制语句=S44、=T44，在C45中编制语句=SQRT(R45^2+V45^2)计算导线增量中误差，在AA45中编制语句=P45/X45计算全长闭合差值，至此，导线平差计算过程在Excel环境全部编制完毕。

3 结束语

在Excel环境下，编制导线坐标近似平差计算表，按照表格单元格的特性和导线的计算的逻辑关系组成计算表，它是计算机应用软件与测绘专业工程应用的有效结合，具有以下特点。

1）编制方便，易于掌握：有计算机基本知识的测量人员都可以使用本方法进行导线坐标近似平差计算。

2）透明度高：Excel的运算过程高度透明可见，其中大量采用了公式复制和引用数据；给计算带来了方便，减少工作量的同时能进行交互式的人机对话。

3）“一劳永逸”：导线平差计算表格编制好后，其它导线平差计算只需在已知条件单元格修改其观测数据，起算数据，适当修改属性参数，就可以进行平差计算，无须再重复编制。

参考文献

[1]余梁蜀,张宗孝等.环境中控制测量三网平差及坐标计算[J].武汉大学学报(工学版),2004.

[2]潘正风等.数字测图原现与方法[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

导线计算算法分析 篇3

目前应用于国内外轨道交通的架空接触网分为柔性接触网和刚性接触网两大种类, 而柔性接触网又按照悬挂系统的导线组成形式分为简单悬挂、弹性简单悬挂、简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂等几种形式, 其中弹性链形悬挂和复链形悬挂主要应用于国外高速电气化铁路, 而应用于城市轨道交通的架空接触网类型通常按照不同的使用场合分别采用简单悬挂、弹性简单悬挂、简单链形悬挂和刚性悬挂几种类型。

本文主要针对轨道交通工程正线区间常用的简单链形悬挂接触网及其组成导线 (接触线、承力索、并联馈线) 进行载流量计算分析。

2 接触网组成

简单链形悬挂接触网的组成主要包括接触线和承力索, 对于大运量轨道交通线路, 一般还增加并联馈线以提高整个接触网系统的载流量, 满足高行车密度的列车授流需求。接触线常用银铜合金或镁铜合金导线, 承力索和并联馈线一般为硬铜绞线, 上述导线截面基本分为120mm2、150mm2两种, 但各导线数量不尽一致, 需要根据列车牵引电流大小确定。以深圳地铁龙华线二期接触网为例, 正线接触网组成具体如下表1所示:

3 单根导线载流量计算方法

单根导线载流量计算主要参考IEC1597-1995⑴, 根据导线的电气参数及运行环境工况计算, 按照不同运行环境分为地下区段、地面及高架区段。详细环境参数如下:

3.1接触线载流量计算

以接触线为例, 示范计算在地下区段, 持续运行工况下的导线载流量。

1) 接触线结构及电气参数

接触线规格:AC120 (Cu Ag0.1)

接触线计算截面A:121mm2, 考虑磨耗A′=A· (1-20%) =96.8mm2

接触线外径Dc:12.9mm, 20℃电阻率

电阻温度系数α:0.003811/K, 导线体积热容系数σc:3.45·106J/K.m3

2) 持续载流量

接触线的持续载流量 (即额定载流量) 即是已知环境温度和给定的接触网线工作温度下的最大稳态电流。

(1) 最高工作温度下交流电阻

20℃时直流电阻

最高工作温度时直流电阻:

R'=R20·[ (1+α· (θc-20) ], R'=2.745×-4Ω/m

最高工作温度下交流电阻:

R=R'· (1+Ys) =2.748×10-4Ω/m

(2) 接触线吸收的太阳辐射热能Ps, Ps=γ·Dc·Si=6.45×10-3

(3) 接触线表面辐射传热散发到周围空间的热能Pr

(4) 接触线表面对流传热散发到周围空间的热能Pc

由于自然风的存在, 以强迫对流方式散热

参照上述计算方法, 可以得到承力索及并联馈线在不同运行环境下的持续载流量。3) 接触网总载流量计算方法

整个接触网由不同导线组成, 各导线的材料、规格、阻抗及工作温度均不同, 因此, 流过各导线的负荷电流也就不尽一致。接触网总载流量是根据上节得到的单线载流量值换算而得到, 主要原理是依据并联导线的电流分配与电阻成反比的关系⑵。

总载流量的折算公式如下。

折算公式:

其中:Ita, Itb--不同导线折算得到的接触网总载流量 (A)

Ia--接触线 (AC120) 载流量 (A) , Ib--铜绞线 (JT150) 载流量 (A)

Ra--接触线 (AC120) 单位电阻 (Ohm/km) , 考虑20%磨耗和温升ΔQ

Rb--铜绞线 (JT150) 单位电阻 (Ohm/km) , 考虑20%磨耗和温升ΔQ

Rt--总电阻 (Ohm/km) , Rt=Ra·m+Rb·n (n、m分别为Ra、Rb导线根数)

由于各导线的最高工作温度不同, 因此, 接触网总载流量应取最高工作温度较低的导线所折算得到的数值, 即It=min (Ita, Itb) 。

根据上述持续载流量, 折算得到地下、地面及高架接触网的总载流量, 分别为3025A及2562A。

结语

通过本文介绍的计算方法, 可以得到接触网各组成导线的理论载流量值, 根据列车牵引电流要求核算, 确定接触网类型及导线数量, 为后续设计奠定基础。

参考文献

[1]IEC1597-1995, Overhead electrical conductors-Calculation methods for stranded bare conductors.

导线计算算法分析 篇4

【关键词】负载均衡；云计算；离散粒子群算法

现阶段，计算机发展过程中一个重要的前沿问题就是云计算问题，而关于负载均衡问题的研究则构成了云计算研究的热点。

1.对云计算负载均衡问题的描述

资源池是云计算的核心理念，但对云计算的资源分配来说，核心就在于调度算法，而云计算的调度指的则是数据中心里虚拟机间的负载均衡。如图1表示的是云计算任务的分配情况，主要包括三个不同的层次，即：资源管理层、任务的请求层以及任务的执行层[1]。用户是任务请求层服务的主要对象，其主要的工作是实现系统和用户间的交互，并掌握用户的需求。借助于MapReduce，资源管理层可以将任务切割成很多子任务，这些任务并不存在逻辑上的关系，随后依靠负载均衡机制将子任务分配给恰当物理机里的虚拟资源节点，并完成相关的处理。在研究时，本文主要考虑的是切割后的子任务互相独立且并行处理的那些情况。要想合理的調度云计算资源，关键就在于资源管理层。在云计算的环境下，借助于虚拟化的技术将物理机分为不同的虚拟资源，此类虚拟资源具有自动增长的特征，且主要是根据需要来进行分配的，然而其自动增减量与分配量是决不能超出物理机节点自身的上限的。

2.云计算资源负载均衡模型

对负载均衡算法而言，要想获得准确的结果就必须具备相对均衡的处理能力。该均衡算法向内部中处理负荷分配服务请求（依据服务器 CPU的数量、型号、内存的大小和当前的连接数等换算而来）最轻的服务器。VLj（虚拟机的负载量）在计算时主要是根据虚拟机上已分配任务的预计执行时间，各个虚拟机负载的平均值就是主机的负载HLi，也就是：

资源负载均衡除应确保负载达到均衡之外，还需要确保任务执行时间跨度的最小化。任务执行时间跨度RT表示的是在资源R中任务T执行的整体时间[4]。用式子表示就是：RT=max﹛tei﹜-min﹛tsi﹜，max﹛tei﹜与min﹛tsi﹜表示的分别是任务集T里完成最后一个任务时的时间以及最开始执行首个任务时的时间。因此，minRT应当被视为该模型的另外的一个目标函数。

2.以DPSO算法为基础的云计算资源负载均衡算法

为使现实中所存在的优化离散空间的问题得到解决，我们提出了离散粒子群算法。离散粒子群算法是和粒子群算法有着根本区别的一种算法，其特征主要可以归结为两点，即：（1）二进制组成了粒子位置；（2）必须将粒子速度转换为概率。

资源负载均衡问题是一个非常有代表性的离散空间优化的问题，但在解决该问题时，如果想使用DPSO，就需要做相应的改进。从资源负载均衡问题的特征出发，对粒子的速度、位置及更新规则做重新的定义，同时调整其适应度值，在此基础上完成改进DPSO算法的工作。该算法主要包括下述步骤[5]：

3.性能分析

4.结论

由于，资源负载均衡属于NP-hard组合优化问题，因此本文所做的研究能够为组合优化的其它问题的研究提供参考。

参考文献

[1]陈军，高雅，刘莉平.P2P环境中基于粒子群算法的信任模型[J].计算机工程与应用. 2009（32）：12-13.

[2]宋继光，秦勇，史健芳，贾云富，梁本来.粒子群算法及其在路由优化中的研究[J].计算机工程与设计，2010（09）：30-31.

导线计算算法分析 篇5

目前, 粤东电网共有北 (嘉应—上寨) 、中 (惠州—茅湖) 、南 (祯州—宝安) 3个电力外送通道, 6回500kV线路。由于通道潮流分布不均及部分导线截面较小等原因, 中通道惠茅双回线路成为制约粤东外送通道输电能力的瓶颈。为解决粤东地区电力外送受限问题, 提高广东500kV主网供电能力, 在2012年迎峰度夏高峰前, 将惠州—茅湖甲线改建成同塔双回大导线非常必要。

1 潮流分析及推荐最优输电方案

1.1 输电方案拟定

为了充分利用线路输电能力, 使粤东北、中、南通道潮流分布均匀合理, 合理利用惠茅乙线输电走廊, 满足2020年粤东电源建设方案的电源外送要求, 对2020年粤东地区500kV电网拟定5个输电方案。

方案1:方案1的2020年近区电网地理接线示意图如图1所示, 利用惠茅乙线以及惠州—大亚湾核电单回线路走廊新建陆丰核电—深圳开关站双回线路, 将海丰电厂—东纵双回线路双解口入大亚湾站。惠茅甲线单改双导线截面暂考虑采用6×630mm2。

方案2:利用惠茅乙线以及惠州—大亚湾核电单回线路走廊新建陆丰核电—深圳开关站双回线路, 将海丰电厂—东纵双回线路双解口入祯州站, 同时将海丰电厂—祯州双回与祯州—深圳开关站双回在祯州站外跳通形成海丰电厂—深圳开关站双回线路。上述新建线路导线截面暂按4×720mm2考虑;惠茅甲线单改双导线截面暂考虑采用6×630mm2。

方案3:利用惠茅乙线以及惠州—大亚湾核电单回线路走廊新建陆丰核电—深圳开关站双回线路, 将海丰电厂—东纵双回线路双解口入大亚湾站, 同时将海丰电厂—大亚湾单解口入祯州站, 将祯州—深圳开关站双回线路从祯州站延伸至陆丰站, 形成陆丰—深圳开关站双回线路。上述新建线路导线截面暂按4×720mm2考虑。对东纵—大亚湾站双回线路进行升温改造;惠茅甲线单改双导线截面暂考虑采用4×900mm2。

方案4:利用惠茅乙线以及惠州—大亚湾核电单回线路走廊新建陆丰核电—深圳开关站双回线路, 将海丰电厂—东纵双回线路双解口入祯州站, 同时将海丰电厂—祯州双回与祯州—深圳开关站双回在祯州站外跳通形成海丰电厂—深圳开关站双回线路, 新建普宁—祯州双回线路。上述新建线路导线截面暂按4×720mm2考虑;惠茅甲线单改双导线截面暂考虑采用4×900mm2。

方案5:利用惠茅乙线以及惠州—大亚湾核电单回线路走廊新建陆丰核电—深圳开关站双回线路, 将海丰电厂—东纵双回线路双解口入祯州站, 同时将海丰电厂—祯州双回与祯州—深圳开关站双回在祯州站外跳通形成海丰电厂—深圳开关站双回线路, 惠来电厂#5、#6机组以两回500kV线路接入陆丰站。上述新建线路导线截面暂按4×720mm2考虑;惠茅甲线单改双导线截面暂考虑采用6×630mm2。

1.2 方案技术比较

对各方案进行潮流分析可见, 粤东地区电源满发, 北、中、南3个通道潮流均较重, 外送潮流均达到21 000MW左右。

方案1:惠州—茅湖双回线路输送容量约为5 100MW, N-1方式下潮流约为4 230MW。北通道与南通道输送容量均尚未超出双回线路稳定输送极限以及N-1方式下线路热稳极限。

方案2:惠州—茅湖双回线路输送容量约为5 052MW, N-1方式下潮流约为4 100MW。岭澳核电—鲲鹏双回线路潮流较重, N-1方式下另一回线路输送容量约为2 405MW, 线路满载。

方案:3惠州—茅湖双回线路输送容量约为4 879MW, N-1方式下潮流约为4 026MW。南通道东纵—大亚湾双回线路潮流已达到4 669MW, N-1方式下线路潮流约为3 589MW, 线路过载。

方案4:惠州-茅湖双回线路输送容量约为4 460MW, N-1方式下另一回线路潮流约为3 606MW。南通道祯州—东纵双回线路潮流已达到4 655MW, 达到双回线路稳定输送极限。该方案岭澳核电—鲲鹏线路输电压力较大, N-1方式下另一回线路过载17%。

方案5:惠州—茅湖双回线路潮流达到4 836MW, N-1方式下另一回线路潮流约为4 008MW。岭澳核电—鲲鹏双回线路潮流较重, N-1方式下另一回线路输送容量约为2 691MW, 线路过载12%。

从各方案潮流分布考虑, 方案1、2无需调整电源开机方式或改造电网即能满足粤东电源满发电力外送要求;方案3需升温改造东纵—大亚湾线路;方案4、5均需改造岭澳核电—鲲鹏线路以满足系统安全运行要求。经比较, 方案1、2潮流分布较优。

从系统运行安全稳定性考虑, 方案1通过解口海丰电厂送出线路入大亚湾站, 将东莞和深圳电网形成弱联系, 并将大型电源均匀分布至各输电通道上;方案2、4将海丰电厂与陆丰核电电力集中送入深圳开关站, 该站点汇集了约6 500MW电力送往深圳中西部地区, 电网安全运行存在较大隐患;方案3中祯州站侧汇集了海丰电厂及平海电厂约5 000MW电力, 电网安全运行存在较大隐患;方案5中陆丰站、深圳开关站均汇集了多个大型电源电力, 电网安全运行存在较大隐患。由此可见, 方案1在均衡电源分布, 提高系统安全运行水平方面占据较大优势。

综上分析可知, 方案1中珠江口以东地区大型电源接入均匀合理, 各送电通道潮流分布均匀, 系统安全稳定运行裕度较高, 技术相对最优。

2 单改双导线截面选型

2.1 导线输电能力分析

根据方案1, 从潮流分析来看, 惠州—茅湖发生N-1故障时另一回最大输送潮流约为4 230MW, 北通道嘉应—上寨双回线路潮流约为3 545MW, 若粤东地区继续加大电源建设, 则需对嘉应—上寨输电线路进行通道改造或新增输电通道, 因此以惠茅线双回线路稳定输送容量为5 200~5 300MVA (计及功率因数0.95~0.98) , N-1方式下另一回线路最大输送潮流为4 300~4 400MVA (计及功率因数0.95~0.98) 进行导线截面选型。

导线截面根据输送容量选择, 在环境温度为35℃, 导线温度为80℃ (耐热导线按120℃) 时, 导线截面为4×720mm2已难以满足输送容量4 400MVA要求, 必须选择更大截面。各类型导线输送能力见表1, 4×630mm2耐热导线、4×900mm2导线、6×630mm2导线及6×720mm2导线均能满足双回稳定输送容量5 300MVA, N-1方式下输送容量4 400MVA要求。

2.2 经济技术比较

方案A导线截面采用4×630mm2 (耐热) , 方案B导线截面采用4×900mm2, 方案C导线截面采用6×630mm2, 方案D导线截面采用6×720mm2, 惠州—茅湖双回线路全长约为112km, 分别对4类导线进行经济技术比较。方案A投资87 890万元, 相对年运维费、相对年电能损耗费和相对年费用 (年运行费用考虑维护费和电能损失费, 其中维护费暂按工程总投资的1.5%计, 电能损失费按年损耗小时3 200h, 电价0.5元/kW·h计) 都为零;方案B投资100 945万元, 相对年运维费和相对年电能损耗费共2 860万元, 相对年费用1 637万元;方案C投资105 976万元, 相对年运维费和相对年电能损耗费共3 793万元, 相对年费用2 098万元;方案D投资120 947万元, 相对年运维费和相对年电能损耗费共4 624万元, 相对年费用1 527万元。

从经济比较来看, 惠州—茅湖双回线路采用4×630mm2耐热导线总投资最少, 其次为6×630mm2普通钢芯铝绞线;相对年电能损耗费方面, 6×720mm2普通钢芯铝绞线最低;相对年费用方面, 6×630mm2普通钢芯铝绞线最少, 较4×630mm2耐热导线节省投资2 098万元, 其次为6×720mm2导线。由此可见, 虽然4×630mm2耐热导线总投资较省, 但其长期运行在110~120℃时系统电能损耗较大, 运行经济性较差;6分裂导线在初始建设时期投资较大, 但其年损耗费用较省, 在一定运行年份后能抵偿初始投资建设费用劣势。

综合上述分析, 为满足远景粤东电力外送日益增大需求, 充分利用粤东地区稀缺走廊资源以及线路输电能力, 惠州—茅湖单改双回线路宜采用大截面导线。结合导线截面经济比较, 6×630mm2导线截面在年费用方面相对最优, 远近结合考虑, 推荐惠州—茅湖单改双回线路采用6×630mm2导线截面, 双回线路全长约112km。惠茅乙线调整改建单回线路长约2.3km, 导线截面采用4×400mm2。

3 结束语

惠州—茅湖甲线是粤东电力外送重要输电通道, 一直以来是粤东地区电力外送瓶颈, 惠茅甲线单改双是南网重点工程项目, 对缓解广东全省尤其是负荷中心地区供电紧张局势, 充分发挥全省范围内未批先建的机组作用, 解决粤东地区受限问题均有重要作用。考虑到惠茅线靠近粤东电源汇集的南部区域, 今后惠茅乙线也将是粤东地区珍贵的走廊资源, 为充分利用通道外送裕度, 适应远景粤东电源发展, 本文通过分析论证推荐惠茅甲线单改双线路导线截面采用6×630mm2。

摘要：为解决粤东地区电力外送受限问题, 提高广东500kV主网供电能力, 针对2020年系统夏大方式, 对惠茅甲线单改双导线截面选型进行分析与计算, 并按两回出线N-1方式下另一回线路热稳极限进行校核。

导线计算算法分析 篇6

基于偶极子法,建立超高压输电线路分裂导线表面电场仿真计算模型,计算500k V单回、同塔双回输电线路分裂导线表面最大电场强度,进而分析导线对地高度、导线分裂根数、子导线半径、导线布置形式、相序等因素对分裂导线表面最大电场强度影响的特征,为500k V输电线路的导线选型、布置及优化设计提供参考。

1 模型建立

两分裂导线模型如图1所示,A、B为带有电荷量为Q的两无限长带电导体,a为带电导体半径,S为两带电导体之间距离,S>>a,则带电导体B表面p点处电场的法向分量为[1]:

当φ=0时,r=S+a,b=δ+a,δ=a2/S,α=0,β=0,θ=π时,p点的电场强度最大为:

多根分裂导线如图2所示,子导线m表面最大场强由四部分组成[17]:

(1)位于子导线m轴心的线电荷产生的场强为:

式中,ε0为真空介电常数;Qm为子导线m的表面电荷量。

(2)子导线m内部的n-1对线电荷所产生的场强:

(3)除子导线m外的其他子导线轴心的n-1个线电荷所产生的场强:

(4)除子导线m外的其他子导线内部的n-1个偶极子所产生的场强:

则子导线1表面最大电场强度为这四部分场强之和:

子导线表面电荷量为:

式中,P为电位系数,由分裂导线的几何结构决定;V为子导线电压。

2 分裂导线表面最大电场强度分析

某交流500k V超高压输电线路,导线型号为4×LGJ-400/35,导线分裂间距为400mm,避雷线型号为GJ-70,导线布置方式如图3所示,单回线导线对地平均高度为15m,双回线路导线对地平均高度为28.5m,建立仿真计算模型计算得到各子导线表面最大电场Emax如表1所示。

由表1可见,单回线路中间相导线表面电场强度最大,最大时为17.98k V/cm,比边相导线表面最大电场强度大1.31k V/cm;各子导线由于空间位置不同其表面最大电场也不同;同塔双回线中间相导线表面最大电场强度最大,最大时为17.57k V/cm,最上相导线表面最大电场强度最小。

2.1 导线对地平均高度的影响

对图3所示的导线布置方式,建立仿真计算模型,计算单回线路导线对地平均高度h分别为15m、17m、19m、21m、23m、25m,双回线路导线对地平均高度分别为20m、22m、24m、26m、28m、30m时分裂导线表面最大电场强度Emax,如表2所示。

由表2可知,布置方式(1),随着导线对地平均高度的增大,边相导线表面最大电场逐渐减小,减小幅度较小,当导线对地平均高度分别为15m和25m时,边相导线表面最大电场分别为16.67kV/cm和16.31kV/cm,导线平均高度每增大2m,导线表面最大电场强度减小幅度逐渐降低;中间相导线表面最大电场随着导线对地高度的增大而增大,当导线对地平均高度分别为15m和25m时,中相导线表面最大电场强度分别为17.98kV/cm和18.11kV/cm,导线平均高度每增大2m,增大幅度逐渐减小。布置方式(2),边相导线表面最大电场强度随导线对地高度的增大而降低,导线对地平均高度分别为15m和25m时,水平布置边相导线表面最大电场强度分别为16.76kV/cm和16.47kV/cm,降低了0.29kV/cm;中间相导线表面最大电场强度随着导线对地平均高度的增大先减小后增大,但波动幅度较小,最大时波动为0.02k V/cm。布置方式(3),边相、中间导线表面最大电场强度均随导线对地高度的增大而降低,导线对地平均高度由15m逐渐增大到25m时,边、中相导线表面最大电场强度分别由16.74kV/cm、18.05 kV/cm降低到16.66kV/cm、17.84 kV/cm,分别降低了0.08kV/cm、0.21 kV/cm。可见对于单回线路,其边相导线表面最大电场强度在布置方式(1)最小,布置方式(3)最大;中相导线表面最大电场强度在布置方式(2)最大;导线布置方式(1)、(2),导线对地平均高度对边相导线表面最大电场强度的影响比中相导线幅度大,导线布置方式(3)对中相导线表面最大电场强度的影响比边相导线幅度大。

对于布置方式(4)双回输电线路,随着导线对地平均高度的增大,上相、中相导线表面最大电场强度逐渐增大,下相导线表面最大电场强度逐渐减小;当导线对地平均高度由20m逐渐增大到30m时,上相、中相导线表面最大电场强度分别增大了0.05 k V/cm和0.06 k V/cm,下相导线表面最大电场强度降低了0.44k V/cm。

2.2 导线分裂间距的影响

单回、双回输电线路,导线对地平均高度分别为15m、30m,建立仿真计算模型,计算导线分裂间距S分别为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm时,分裂导线表面最大电场强度Emax,如表3所示。

由表3可知,输电线路导线表面最大电场强度随着导线分裂间距的增大而增大,当导线分裂间距从200mm逐渐增大到600mm时,导线布置方式(1)、(2)、(3)边相、中相导线表面最大电场强度分别增大了1.31k V/cm和1.83 k V/cm、1.27 k V/cm和1.90 k V/cm、1.25k V/cm和1.83 k V/cm,最大增幅分别为8.12%和10.83%,布置方式(4)上、中、下相导线表面最大电场强度分别增大了1.34 k V/cm、1.67 k V/cm、1.44 k V/cm,中相导线增幅最大为9.92%,上相导线增幅最小为8.89%;导线分裂间距为200~350mm时,分裂导线表面最大电场强度增大幅度越来越大,当导线分裂间距超过350mm时,随着分裂间距的增大,导线表面最大电场强度增大幅度区域稳定;导线分裂间距逐渐增大时,布置方式(1)、(2)、(3)边相导线表面最大电场强度增大幅度比中相导线小,布置方式(4)上、下相导线表面最大电场强度增大幅度比中相导线小。

2.3 导线相间距离

单回、双回输电线路对地平均高度分别为15m、30m时,建立仿真计算模型,计算导线相间距D分别为6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m、13m时,分裂导线表面最大电场强度Emax,如表4所示。

从表4可以看出,分裂导线表面最大电场强度随着导线相间距的增大而减小,当导线相间距从6m逐渐增大到13m,布置方式(1)、(2)、(3)导线边相、中相导线表面最大电场强度分别减小了2.11 k V/cm和2.59k V/cm、2.38 k V/cm和3.80 k V/cm、2.46k V/cm和2.58k V/cm,最大降幅分别为13.44%和17.96%,布置方式(4)上、中、下相导线表面最大电场强度分别降低了3.96 k V/cm、4.04k V/cm和3.59 k V/cm,上相导线降幅最大为20.77%,下相导线降幅最小为18.93%;导线表面电场强度降低幅度随着相间距的增大逐渐减小;布置方式(1)、(2)、(3)随着导线相间距逐渐增大,边相导线表面最大电场强度减小幅度比中相导线小,布置方式(4)各相导线表面最大电场强度减小幅度基本一致。

2.4 导线截面的影响

单回、双回输电线路对地平均高度分别为15m、30m时,建立仿真计算模型,计算导线型号分别为LGJ-300、LGJ-400、LGJ-500、LGJ-630、LGJ-800时,分裂导线表面最大电场强度Emax,如表5所示。

由表5可知,随着分裂导线子导线截面的增大,导线表面最大电场强度逐渐减小,导线分别为LGJ-300、LGJ-400、LGJ-500、LGJ-630、LGJ-800,布置方式(1)、(2)、(3)边相、中相导线表面最大电场强度分别减小了5.53 k V/cm和5.92 k V/cm、5.57 k V/cm和6.07k V/cm、5.53k V/cm和5.96 k V/cm,最大降幅分别为32.86%和32.66%,布置方式(4)上、中、下相导线表面最大电场强度分别降低了5.13k V/cm、5.79k V/cm和5.30 k V/cm,下相导线降幅最大为32.60%,上相导线降幅最小为32.47%;随着导线截面逐渐增大,导线表面电场强度降幅逐渐减小,布置方式(1)、(2)、(3),边相导线表面电场降低幅度比中相低,布置方式(4)中相导线降幅最大,上相导线降幅最小。

2.5 导线分裂数的影响

单回、双回输电线路对地平均高度分别为15m、28.5m,建立仿真计算模型,计算导线分裂n数分别为2、3、4、5、6、7、8时,分裂导线表面最大电场强度Emax,如表6所示。

由表6可见,随着导线分裂数的增大,分裂导线表面最大电场强度逐渐减小,导线分裂根数由2分裂增大到8分裂,布置方式(1)、(2)、(3)边相、中相导线表面最大电场强度分别减小了14.46 k V/cm和14.40k V/cm、14.60 k V/cm和14.55k V/cm、14.60k V/cm和14.43k V/cm,最大降幅分别为57.62%和54.32%,布置方式(4)上、中、下相导线表面最大电场强度分别降低了13.08k V/cm、14.26k V/cm和13.36 k V/cm,上相导线降幅最大为55.87%,中相导线降幅最小为54.85%;随着导线分裂数的增大,导线表面电场强度降幅逐渐减小。

2.6 导线相序的影响

双回线路布置方式为(4),导线对地平均高度为28.5m时,建立仿真计算模型,计算输电相序分别为ABC/ABC、ABC/ACB、ABC/BAC、ABC/BCA、ABC/CAB、ABC/CBA时,分裂导线表面最大电场强度Emax,如表7所示。

由表7可见,同塔双回输电线路相序不同时,双回线路导线表面最大电场强度不同,对于上相导线相序为ABC/BCA和ABC/CAB时导线表面最大场强最大为17.62 k V/cm,中相导线相序为ABC/BAC、ABC/BCA和ABC/CAB时导线表面最大场强最大为17.78 k V/cm,下相导线相序为ABC/BCA和ABC/CAB时导线表面最大场强最大为17.44 k V/cm;导线相序相同时中相导线表面最大电场强度最大,当下相相序相同时下相导线表面最大电场强度比上相导线表面最大电场强度大,当下相相序不同时下相导线表面最大电场强度比上相导线表面最大电场强度小;当上、中、下相导线相序完全不同时,导线表面最大电场强度最大,导线布置方式为ABC/ABC时导线表面最大电场强度最小。

3 结语

(1)分裂导线各子导线由于空间位置不同其表面最大电场也不同,单回、同塔双回线中相导线表面最大电场强度比其他相大。

(2)随着导线对地平均高度的增大,单回线路边相导线表面最大电场逐渐减小;中间相导线在正三角布置时导线表面最大电场逐渐增大,水平布置时导线表面最大电场强度先减小后增大,倒三角布置时导线表面最大电场强度逐渐降低;双回线路上相、中相导线表面最大电场强度逐渐增大,下相导线表面最大电场强度逐渐减小。

(3)单回线路边相导线正三角布置时表面最大电场强度最小,倒三角布置时最大;中相导线水平布置时表面最大电场强度最大,倒三角布置时最小;正三角布置、水平布置时导线对地平均高度对边相导线表面最大电场强度的影响比中相导线幅度大,倒三角布置时中相导线表面最大电场强度的影响比边相导线幅度大。

(4)随着导线分裂间距的增大,分裂导线表面最大电场强度逐渐增大,增大幅度逐渐增大;分裂导线表面最大电场强度随着导线相间距、子导线截面、导线分裂数的增大而降低。

(5)同塔双回输电线路相序不同时,双回线路导线表面最大电场强度不同,上、中、下相导线相序完全不同,导线相序为ABC/BCA、ABC/CAB时导线表面最大电场强度最大,为ABC/ABC时导线表面最大电场强度最小。

(6)分裂导线分裂数、截面对导线表面最大电场的影响最大,导线对地平均高度、分裂间距、相间距离及布置方式对其表面最大电场强度的影响相对较小。

参考文献

[1]Thanassoulis P,Comsa R P.Calculation of maximum voltage gradients,part I:bundle conductors[J].IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems,1971,90(1):145-150

[2]Thanassoulis P,Comsa R P.Distribution of voltage gra-dients in bundled transmission lines by the dipole method[J].IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems,1973,92(2):769-774