论文部分内容阅读
摘要：本文对原有的输电线路表面电场强度的方法进行了比较，选取有限元法作为研究方法。通过计算特高压交流线路、交流混架线路导线表面场强，分析线路表面电场强度的的诸多影响因素，得到了导线布置的最优方式，值得同行参考。
关键词：特高压、输电线路、电场强度
【分类号】：TD353.5
引言
近年来特高压输电迅速发展，对优化电网结构起到了重要作用，发展特高压带来了一系列的问题，从技术角度来看输电线路表面电场强度是诸多因素之一，特高压交直流输电将在建设大电网过程中起到重要的作用。下文中对特高压交流输电线路导线表面电场强度进行详细分析。
一、导线表面电场强度的计算方法
导线表面电场强度的计算方法主要有以下三种：马克特·门格尔法、模拟电荷法以及有限元法。
马克特·门格尔法的优点是简便易行；其缺点是没有反映分裂导线中每根导线表面电场强度大小和分布不一样这一实际情况，不能计算导线附近空间电场。
就模拟电荷法而言，对边界形状比较复杂的场域，只需用较少的模拟电荷，计算很容易实现。若边界形状变化比较急剧，则需要较多的模拟电荷，所需计算机容量及计算时间都增加。因此，对具有较多曲率半径过小的边界的系统，模拟电荷法的实用性就较差。当存在有介质分界面时，需在分界面两侧分别布置模拟电荷，计算场量时也要考虑不同介质分别进行，这增加了发出方程的种类和数量，计算也要复杂得多。因此，对于三种介质以上的静电场问题，使用模拟电荷法就比较困难。
有限元法中的单元划分不像有限差分法的网格划分那样单一，因此较易适合几何形状复杂的场域边界。采用曲线或曲面单元，更可提高它对边界几何形状的适应性以下以有限元法作为研究方法对特高压交流输电线路导线表面电场强度进行详细分析。
二、特高压交流输电线路导线表面电场强度计算
1、特高压交流输电线路模型建立的假设条件
（1）将大地视为为无穷大导体平面，电位为零。（2）输电导线是有着相同半径、彼此间相互平行且与地面平行的无限长直光滑圆柱形导体，导线表面为等位面。（3）电压等级己知，电荷分布沿线路无畸变，即不考虑线路电压降落，并且忽略导体支持物及任何其它邻近物体的影响。（4）导线对地高度可按平均对地高度hav = HS-（2/3）SAG考虑或一年中可能出现的最低高度hmin。
经过上述假定，求解特高压交流输电线路表面电位梯度和线下空间电场问题可转化为二维交变电场问题。
2、分裂导线表面电场强度的分布
以8xLGJ-630三相导线I-V-I水平排列为例，在一个周期内取三个不同时刻，这三个时刻对应的尹分别取0，π/3， 2π/3三个值这样保证每个计算模型中都有一项电压处于峰值状态。计算分析八根子导线在三个不同时刻，其沿面场强分布。比较分析可知场强最大值位于第三根导线。
图1 导线表面场强分布
3、特高压交流线路表面电场强度的特性分析
（1）导线离地高度的影响
随着导线对地高度的增大，导线表面电位梯度逐渐减小，且中相导线表面电位梯度大于边相导线表面电位梯度；相导线按正三角排列时随着导线对地高度的增大，导线表面电位梯度也逐渐减小，但中相表面电位梯度小于边相导线表面电位梯度。
同相序导线随着对地高度的增大，上相和中相导线表面电位梯度都有所增大，下相导线表面电位梯度减小；逆相序导线随着对地高度的增大，上相和中相导线表面电位梯度都有一定的增大，但上相增值很微弱，下相表面电位梯度减小。
（2）分裂导线根数的影响
由分析结果可知（具体分析数图不在此赘述），随着分裂根数的增多，子导线表面电场强度会逐渐下降，八分裂的子导线比六分裂的子导线下降了17.3%。
（3）子导线截面的影响
当塔型和其它线路参数一定时，增加子导线截面面积可有效降低导线表面电位梯度，子导线截面面积增大25%，电位梯度可下降10.7%左右。
（4）导线布置形式的影响
当导线结构和对地高度相同时，导线布置形式对表面电位梯度的影响较大。在设计新线路选择导线布置形式时，应考虑到三角布置对减小导线表面电位梯度和节省线路走廊这一个有利因素。
（5）双回路相序布置方式的影响
对于特高压同塔双回路输电线垂直排列的方式下，在两回路间相序布置不同时将使导线表面电位梯度取值有很大差别。同相序排列（自上而下）时，表面电位梯度取值较小，其相应的线路损耗也较低，而在逆相序排列时，电位梯度取值较大。
三、交直流混架线路导线表面场强计算
1、模型简化及建立
为了便于分析与计算，对混架输电线路模型做以下简化和处理：（1）将交流50Hz工频电场视为准静态电场，直流输电线路周围的电场是静电场。 （2）忽略输电线路的端部效应和弧垂影响，视输电线为无限长直与地面平行的导线，取输电导线垂弧最低点为导线的离地高度，将其产生的电场作为平行的平面场。（3）大地的处理去大地为零电位.（4）不计架空地线对地面电场效应的影响。由于接地的架空地线对地面附近场强影响很小，对于1000kV交流单回水平排列的几种情况计算表明，没有架空地线较有架空地线的场强增加量很小，对双极直流输电线路的计算结果也类似。
2、混架线路表面场强分布
通过有限元软件的计算分析，可以得出：交流线路表面场强呈近似正弦规律分布，但在子导线场强最大处有波动，可见此处场强有畸变。
3、布置形式对场强的影响
经过上述分析，可以得出以下图示结构下，为混架线路导线表面场强的最佳布局方式。
图2 交流混架线路导线较佳布局方式
结论
本文针对特高压交流、直流及交直流混架输电线路的导线表面场强问题，应用有限元法计算了不同布置形式下表面场强的分布，并对影响因素进行了分析，，得到了导线布置的最优方式。
参考文献
【1】隋晓杰，宋守信.高压输电线路电晕放电分析.电力建设，2006. 27（3）： 37-38.
【2】陆宠惠，万启发.特高压输电技术研究.江苏电机工程，2001， 20（2）： 1-7.
关键词：特高压、输电线路、电场强度
【分类号】：TD353.5
引言
近年来特高压输电迅速发展，对优化电网结构起到了重要作用，发展特高压带来了一系列的问题，从技术角度来看输电线路表面电场强度是诸多因素之一，特高压交直流输电将在建设大电网过程中起到重要的作用。下文中对特高压交流输电线路导线表面电场强度进行详细分析。
一、导线表面电场强度的计算方法
导线表面电场强度的计算方法主要有以下三种：马克特·门格尔法、模拟电荷法以及有限元法。
马克特·门格尔法的优点是简便易行；其缺点是没有反映分裂导线中每根导线表面电场强度大小和分布不一样这一实际情况，不能计算导线附近空间电场。
就模拟电荷法而言，对边界形状比较复杂的场域，只需用较少的模拟电荷，计算很容易实现。若边界形状变化比较急剧，则需要较多的模拟电荷，所需计算机容量及计算时间都增加。因此，对具有较多曲率半径过小的边界的系统，模拟电荷法的实用性就较差。当存在有介质分界面时，需在分界面两侧分别布置模拟电荷，计算场量时也要考虑不同介质分别进行，这增加了发出方程的种类和数量，计算也要复杂得多。因此，对于三种介质以上的静电场问题，使用模拟电荷法就比较困难。
有限元法中的单元划分不像有限差分法的网格划分那样单一，因此较易适合几何形状复杂的场域边界。采用曲线或曲面单元，更可提高它对边界几何形状的适应性以下以有限元法作为研究方法对特高压交流输电线路导线表面电场强度进行详细分析。
二、特高压交流输电线路导线表面电场强度计算
1、特高压交流输电线路模型建立的假设条件
（1）将大地视为为无穷大导体平面，电位为零。（2）输电导线是有着相同半径、彼此间相互平行且与地面平行的无限长直光滑圆柱形导体，导线表面为等位面。（3）电压等级己知，电荷分布沿线路无畸变，即不考虑线路电压降落，并且忽略导体支持物及任何其它邻近物体的影响。（4）导线对地高度可按平均对地高度hav = HS-（2/3）SAG考虑或一年中可能出现的最低高度hmin。
经过上述假定，求解特高压交流输电线路表面电位梯度和线下空间电场问题可转化为二维交变电场问题。
2、分裂导线表面电场强度的分布
以8xLGJ-630三相导线I-V-I水平排列为例，在一个周期内取三个不同时刻，这三个时刻对应的尹分别取0，π/3， 2π/3三个值这样保证每个计算模型中都有一项电压处于峰值状态。计算分析八根子导线在三个不同时刻，其沿面场强分布。比较分析可知场强最大值位于第三根导线。
图1 导线表面场强分布
3、特高压交流线路表面电场强度的特性分析
（1）导线离地高度的影响
随着导线对地高度的增大，导线表面电位梯度逐渐减小，且中相导线表面电位梯度大于边相导线表面电位梯度；相导线按正三角排列时随着导线对地高度的增大，导线表面电位梯度也逐渐减小，但中相表面电位梯度小于边相导线表面电位梯度。
同相序导线随着对地高度的增大，上相和中相导线表面电位梯度都有所增大，下相导线表面电位梯度减小；逆相序导线随着对地高度的增大，上相和中相导线表面电位梯度都有一定的增大，但上相增值很微弱，下相表面电位梯度减小。
（2）分裂导线根数的影响
由分析结果可知（具体分析数图不在此赘述），随着分裂根数的增多，子导线表面电场强度会逐渐下降，八分裂的子导线比六分裂的子导线下降了17.3%。
（3）子导线截面的影响
当塔型和其它线路参数一定时，增加子导线截面面积可有效降低导线表面电位梯度，子导线截面面积增大25%，电位梯度可下降10.7%左右。
（4）导线布置形式的影响
当导线结构和对地高度相同时，导线布置形式对表面电位梯度的影响较大。在设计新线路选择导线布置形式时，应考虑到三角布置对减小导线表面电位梯度和节省线路走廊这一个有利因素。
（5）双回路相序布置方式的影响
对于特高压同塔双回路输电线垂直排列的方式下，在两回路间相序布置不同时将使导线表面电位梯度取值有很大差别。同相序排列（自上而下）时，表面电位梯度取值较小，其相应的线路损耗也较低，而在逆相序排列时，电位梯度取值较大。
三、交直流混架线路导线表面场强计算
1、模型简化及建立
为了便于分析与计算，对混架输电线路模型做以下简化和处理：（1）将交流50Hz工频电场视为准静态电场，直流输电线路周围的电场是静电场。 （2）忽略输电线路的端部效应和弧垂影响，视输电线为无限长直与地面平行的导线，取输电导线垂弧最低点为导线的离地高度，将其产生的电场作为平行的平面场。（3）大地的处理去大地为零电位.（4）不计架空地线对地面电场效应的影响。由于接地的架空地线对地面附近场强影响很小，对于1000kV交流单回水平排列的几种情况计算表明，没有架空地线较有架空地线的场强增加量很小，对双极直流输电线路的计算结果也类似。
2、混架线路表面场强分布
通过有限元软件的计算分析，可以得出：交流线路表面场强呈近似正弦规律分布，但在子导线场强最大处有波动，可见此处场强有畸变。
3、布置形式对场强的影响
经过上述分析，可以得出以下图示结构下，为混架线路导线表面场强的最佳布局方式。
图2 交流混架线路导线较佳布局方式
结论
本文针对特高压交流、直流及交直流混架输电线路的导线表面场强问题，应用有限元法计算了不同布置形式下表面场强的分布，并对影响因素进行了分析，，得到了导线布置的最优方式。
参考文献
【1】隋晓杰，宋守信.高压输电线路电晕放电分析.电力建设，2006. 27（3）： 37-38.
【2】陆宠惠，万启发.特高压输电技术研究.江苏电机工程，2001， 20（2）： 1-7.