基于GIM的高压架空输电线路杆塔等效模型构建_夏顺俊.pdf

中国电工网基于 的高压架空输电线路杆塔等效模型构建夏顺俊，陈根华，郑熠珉，徐仲征，钱中华，周旭日（江苏省送变电有限公司，江苏 南京 ）摘要：为确保构建的杆塔等效模型与输电工程实际具有较高的适配度，引进 技术，设计一种针对高压架空输电线路塔杆等效模型的全新构建方法。结合高压输电所在区域的实际条件，获取场地多源渠道数据，设计三维建模场景；利用 技术建立针对高压架空输电线路杆塔的空间结构模型，以此为依据对等效模型中的各个节点进行拼接设计；根据输电线路塔杆平行导体理论，明确导体之间存在互感效应，补偿并修正杆塔等效模型波阻抗系数，完成杆塔等效模型的构建。通过实践证明，设计的模型在实际应用中具有可行性，可实现对电网不同作业条件与作业环境的模拟，从而掌握雷击条件下杆塔不同接地段的过电压变化趋势。关键词：；高压架空；输电线路；杆塔；等效模型；互感效应中图分类号：，（，）：，：；基金项目：国网江苏省电力有限公司科技项目“三维技术在输变电施工中的应用研究”（编号 ）收稿日期：作者简介：夏顺俊（），副高级工程师，从事输电线路建设研究工作。引言为进一步助力电力产业的科技化发展，我国提出了三相交流输电技术。在新技术的支撑下，电力产业进入了一个全新的发展阶段，电网可承载的资源量更大、输电线路可传输的电压更高、线路有效传输距离更远。尽管这一趋势对电力行业起到了助推作用，但输电线路也要承受更多来自不同渠道与方向的输电荷载。在此过程中，塔架与塔杆作为线路供电与输电过程中的关键构成，更是承担起了保障输电安全保障的责任。为解决此方面问题，提高架空输电的安全性与可靠性，有关单位提出了构建杆塔等效模型的措施，对不同工况下的输电动力响应进行分析，掌握线路在输送电力资源时的承载情况，为保障电网安全、提高电力资源输送的可靠性提供进一步的指导与帮助。但在对现有杆塔等效模型构建过程的研究中发现，电力单位无法实现在建模中将空间结构与信息化技术作为载体。为此，本文将在现有技 术 成 果 的 基 础 上，引 进 技术，设计一种针对高压架空输电线路塔杆等效模型的全新构建方法，利用电网工程信息化建模工具，对模型中的不同元件进行数字化，并集成电网在各个阶段的寿命周期元素，建立完善、优化的等效模型，为输电保障、用电保护提供进一步的技术指导。电工技术输配电工程2023 1期高压架空输电线路杆塔等效模型构建方法 基于多源数据的三维建模场景搭建为实现对高压架空输电线路杆塔等效模型的构建，应在开展相关研究前，结合高压输电所在区域的实际条件，获取场地多源渠道数据，以设计三维建模场景。此次所选的多源数据获取技术为无人机倾斜摄像技术，考虑到场地内的高压架空输电线路错综复杂，在获取数据前进行无人机倾斜摄像的调试。调试参数见表。表无人机倾斜摄像技术参数调试项目技术参数航摄覆盖面积 数据获取设备 五镜头摄像机获取图像分辨率（）（）相机焦距 摄像角度垂直角度与四个倾斜角度数据采集方式“”字形采集方式设计横向重叠率 设计旁向重叠率 相对航高 地面分辨率 初步了解高压架空输电线路场地条件后布置像控点，根据地区的三维地理信息与本体结构空间关系，建立一个三维 平台，有：（）式中，为三维建模场景；为三维建模场景高度；为三维建模场景半径；为 平台。按照上述方式，完成对三维建模场景的搭建，为高压架空输电线路杆塔等效模型的构建提供一个相对良好的环境。基于 技术的杆塔等效模型节点拼接完成上述设计后，引进 技术，建立针对高压架空输电线路杆塔的空间结构模型，并以此为依据，对等效模型中的各个节点进行拼接设计。在此过程中，应明确等效 模 型 中 的 各 个 节 点 参 数 需 在 终 端 三 维 空 间 中 以 格式保存。为此，要满足节点拼接需求就需对其他格式的模型结构节点进行参数初始化，有：（）式中，为杆塔等效模型节点参数初始化；为模型节点原始参数；为等效初始化条件；为空间结构信息；为空间结构节点。在此基础上，设计一个原始坐标点，对杆塔等效模型在构建过程中的最大弧垂进行计算，有：（）（）式中，为杆塔等效模型在构建过程中的最大弧垂值；为导地线悬挂点；为最大弧垂点；为影响杆件长度的相关因素；为杆件长度；为可控变化条件。在此基础上，将高压架空输电线路杆塔划分成足够多的作业段，一侧端点作为分割点，根据弧垂最大值，对导线中各个节点进行连接，在连接过程中将节点与空间结构模型进行匹配。将此过程作为基于 技术的塔杆等效模型节点拼接过程，有：（）（）式中，为杆塔等效模型中的节点拼接；为拼接段的空间比重；为拼接段距地垂直高度。杆塔等效模型波阻抗系数修正为确保构建的高压架空输电线路杆塔等效模型与实际较为匹配，应在完成上述研究后，对等效模型的波阻抗系数进行修正，确保构建的模型与输电实际作业情况呈现适配状态。根据输电线路塔杆平行导体理论，明确导体之间存在互感效应，有：（）式中，为输电线路塔杆导体之间的互感效应；为导体自感；为输电线路塔杆平行导体理论下的积分路径。在此基础上，考虑到结构较复杂、高度较高的输电线路塔杆，如果采用单一的波阻抗模型进行表达就会因结构过于简化而出现电力传输损失的问题。为此，需在进行波阻抗系数的修正时，根据高压架空输电线路杆塔等效模型的分段结构进行波阻抗系数匹配。杆塔等效模型进行分段处理的过程为：（）（）式中，为杆塔等效模型分段处理；为过渡区域处理时长；为周围电场分布；为电场覆盖范围；为分段界限；为等效模型分段数量。按照上述分析完成对杆塔等效模型的分段，再根据模型分段结构，结合杆塔支架条件，明确每出现一次结构的下降，对应的杆塔支架部分波阻抗系数大约减少。以此为依据，进行杆塔等效模型波阻抗系数的补偿，有：（）式中，为杆塔等效模型波阻抗系数补偿值；为电容相互关系；为零电位；为最高点电位。按照上述方式进行杆塔等效模型波阻抗系数的补偿，实现对杆塔等效模型波阻抗系数的修正，完成基于 技术的高压架空输电线路杆塔等效模型构建。实例应用分析本文以某电力公司提供的高压架空输电线路杆塔作为研究对象，结合相关标准进行实验。选用的高压架空输电线路杆塔为组合式单杠回路塔杆，技术参数见表。输配电工程电工技术中国电工网表高压架空输电线路杆塔技术参数项目参数地线横担高度 三相横担高度相 相 相 塔杆自身高度 接地线路半径长度 塔管长度 在掌握高压架空输电线路杆塔基础参数后，按照本文设计的方法进行杆塔等效模型的构建。先使用多源传感器获取高压架空输电线路在输电过程中的多源数据，构建输电线路杆塔三维建模场景。然后，引进 技术，对杆塔等效模型中的各节点进行拼接，结合修正系数，进行杆塔等效模型的波阻抗修正。辅助倾斜摄像机，将塔杆各个区段进行融合。融合处理过程中，需将塔杆等效模型录入终端可编辑计算机，对模型进行格式调整，使模型的导出格式为 格式。同时，在 软件中，对等效模型进行编码，使模型中的各个坐标点归。在此基础上，对线路进行踏平处理，使用 工具删除杆塔 的 缺 失点，对删除后的空洞进行纹理修饰与填补。使用 工具，将杆塔等效模型中的绝对坐标导入三维建模环境，对杆塔等效模型进行进一步的校正。确保杆塔等效模型与 模型完全套接后，按照标准格式导出模型，从而完成对测试对象等效模型的构建。模拟恶劣天气条件下雷击穿过架空地线或塔头，此时雷击产生的电流将通过杆塔并流入地面。考虑到杆塔等效模型具有参数分布化的特点，在雷击电流流过时，杆塔不同区段对雷击电流的感应情况是不同的，而电位的分布也将直接对杆塔等效模型雷电性能造成影响，因此将杆塔等效模型中不同区段的电压作为测试对象，将不同横担作为电压分界点。当发生雷击现象时，一部分雷电将通过架空地线直接流向塔杆，另一部分雷电将通过杆塔接地线路流入地面，此时电流的分流比例大约为:。在已知条件下，在杆塔等效模型中进行雷击模拟，获取杆塔等效模型接地段的过电压变化数据，绘制的曲线图如图所示。其中，、为不同接地段的过电电压变化情况。图 1 雷击条件下杆塔等效模型接地段过电压变化测试过电电压/kV时间/s由图可知，当杆塔等效模型遭遇雷击时，塔杆过电电压呈现显著上升趋势，但入射波向塔板的反射需要一定的时间，因此在间隔了短暂的时间后，接地段过电压发生波动，并最终趋近于平稳。从测试结果可看出，杆塔等效模型在雷击条件下的接地段过电压的变化符合实际，可认为本文设计的基于 技术的高压架空输电线路杆塔等效模型具有一定可行性。将此模型作为参照，对电网不同作业条件与作业环境进行模拟，可及时发现输电过程存在的安全隐患，从而提高电网运行的安全性与可靠性。结语为实现在扩大电网覆盖范围的基础上，保障输电的安全性与可靠性，本文从基于多源数据的三维建模场景搭建、杆塔等效模型节点拼接、杆塔等效模型波阻抗系数修正三个方面，设计了一种基于 技术的高压架空输电线路塔杆等效模型的全新构建方法。在完成对等效模型的构建后，设计实例应用实验，通过实验结果可知本文设计的方法在实际应用中具有可行性，可实现对电网不同作业条件与作业环境的模拟。但要正式将此方法在电力相关领域内推广，还应结合实际情况，加大对等效模型测试的投入，包括引进传统的建模方法构建杆塔等效模型，将其与本文构建的模型进行综合性能对比，掌握本文构建的模型在实际应用中存在的不足，从而进行优化、完善，为终端用户提供更加优质的供电与输电服务。参考文献 黄广龙水利工程高压输电线路杆塔基础大体积混凝土制备关键技术研究水利科技与经济，（）：李腾，胡元潮，高晓晶，等输电线路杆塔辅助接地网降阻效率及影响因素研究水电能源科学，（）：祁兆鑫，王新军，刘常青，等察尔汗盐湖区输电线路杆塔地基溶陷变形分析及防治措施电力勘测设计，（）：黄晨忱，殷坤龙，梁鑫，等极端工况下滑坡区超高压输电线路杆塔基 础 失 稳 评 估 分析 安全与环境工程，（）：赵隆，袁鹏，张翔，等基于激光测距法的煤矿采空区输电线路杆塔沉降在线监测西安工程大学学报，（）：余文辉，奚建飞，雷伟刚，等 模型驱动的激光点云输电线路杆塔高 效 建 模 方 法 地 理 信 息 世 界，（）：胡元潮，李腾，安韵竹，等 输电线路杆塔分布式辅助接地网散流与 结 构 优 化 研 究 三 峡 大 学 学 报（自 然 科 学 版），（）：方志丹，林伟胜，范晟，等基于层级识别模型的输电线路杆塔小金具缺陷识别方法电力信息与通信技术，（）：喻章 基于 的输电线路杆塔汇水对塔基弃土边坡稳定性影响分析 冶金管理，（）：胡松江，务孔永，张国锋，等 架空输电线路杆塔金属电偶腐蚀行 为 特 征 提 取 方 法 金 属 功 能 材 料，（）：电工技术输配电工程