500kV輸電線路大截面導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)比較研究

秦加林

國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

500kV輸電線路大截面導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)比較研究

秦加林

國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

500kV線路工程的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)線的選擇是其中一項(xiàng)重要的課題。而影響導(dǎo)線選擇的因素主要包括導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度、靜電感應(yīng)、電暈、無線電干擾、噪聲等，其中導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小是導(dǎo)線選擇的基本條件。本文通過利用逐次鏡像法，計(jì)算不同型號(hào)、分裂數(shù)、直徑、分裂間距和S/d值的10根導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，以分析導(dǎo)線參數(shù)對(duì)表面電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，同時(shí)根據(jù)工程需要，選擇適合的導(dǎo)線。

500kV線路，表面電場(chǎng)強(qiáng)度，逐步鏡像法

1 引言

導(dǎo)線的選擇是500kV線路工程的重要課題[1]，它對(duì)線路的輸送容量、傳輸性能、電磁環(huán)境(表面電場(chǎng)強(qiáng)度、靜電感應(yīng)、電暈、無線電干擾、噪聲等)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有很大的影響[2-6]，因此，選擇合理的導(dǎo)線型式對(duì)500kV線路的建設(shè)和運(yùn)行至關(guān)重要。隨著特高壓建設(shè)的全面開展，大截面導(dǎo)線技術(shù)也日趨成熟。

導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度是導(dǎo)線選擇的最基本條件，導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度過高將會(huì)引起導(dǎo)線全面電暈，不但電暈損耗急劇增加，而且會(huì)帶來其他很多問題，所以在線路設(shè)計(jì)中必須限制導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度。

本文選取1種常規(guī)導(dǎo)線和4種不同類型的大截面導(dǎo)線，通過逐次鏡像法計(jì)算其表面電場(chǎng)強(qiáng)度，以確定導(dǎo)線類型和參數(shù)對(duì)表面電場(chǎng)強(qiáng)度大小的影響。

2 計(jì)算方法

關(guān)于導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算目前有幾種計(jì)算方法，以Market和Mengele提出的用等效單根導(dǎo)線代替分裂導(dǎo)線的方法，計(jì)算表面電場(chǎng)強(qiáng)度較為簡(jiǎn)單實(shí)用。但是，這種方法的缺點(diǎn)是沒有反映分裂導(dǎo)線中每根子導(dǎo)線表面電場(chǎng)大小和分布。因?yàn)?，為了精確計(jì)算導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，本文使用逐次鏡像法[7，8]來計(jì)算分裂導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度。

計(jì)算所需要的系統(tǒng)主要參數(shù)如下：

系統(tǒng)單回輸送功率：1060MW；功率因數(shù)：0.95；最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：4000h；地線型號(hào)為：JLB40-150；導(dǎo)線位置坐標(biāo)如表2.1；采用同塔雙回路垂直排列逆相序布置方式。

3 線路參數(shù)

3.1 導(dǎo)線型號(hào)的選取

在進(jìn)行導(dǎo)線型號(hào)的選取時(shí)，參考國內(nèi)輸電線路常用的導(dǎo)線型號(hào)，結(jié)合大量500kV輸電線路研究成果和已建成線路的經(jīng)驗(yàn)，選取不同截面中較有代表性的導(dǎo)線型號(hào)，對(duì)導(dǎo)線型式進(jìn)行選擇，選定5種導(dǎo)線型號(hào)作為導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度比較的型式，其中包括鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、中強(qiáng)度鋁合金絞線、碳纖維材料芯軟鋁型線絞線。選定的導(dǎo)線型號(hào)和特性如表3.1所示。

表2.1 導(dǎo)線坐標(biāo)(m)

表3.1 導(dǎo)線型號(hào)及主要特性

表3.2 各種導(dǎo)線的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度

表4.1 導(dǎo)線表面平均電場(chǎng)強(qiáng)度最大值(kV/cm)

3.2 導(dǎo)線分裂根數(shù)和分裂間距的選取

導(dǎo)線分裂間距的選取要考慮分裂導(dǎo)線的次檔距振蕩和電氣兩個(gè)方面的特性，結(jié)合國內(nèi)超高壓線路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，線路的S/d值不小于12。根據(jù)上述情況，結(jié)合國內(nèi)超高壓線路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，參加計(jì)算的導(dǎo)線采用4、2分裂，分裂間距500、600mm。

3.3 導(dǎo)線臨界電場(chǎng)強(qiáng)度

導(dǎo)線的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度使用修正Peek公式進(jìn)行計(jì)算，所選5種導(dǎo)線的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度如表3.2所示：

通過表3.3可以初步分析得知，當(dāng)導(dǎo)線直徑不變時(shí)，海拔越高其表面電場(chǎng)強(qiáng)度越小；當(dāng)海拔不變時(shí)，導(dǎo)線的直徑越大，其表面電場(chǎng)強(qiáng)度越小。

4 計(jì)算結(jié)果與分析

綜合上述導(dǎo)線參數(shù)，基于海拔1000m，利用逐次鏡像法對(duì)5種不同的導(dǎo)線進(jìn)行計(jì)算，各導(dǎo)線表面平均電場(chǎng)強(qiáng)度最大值結(jié)果如表4.1所示。

通過分析表4.1，參考表3.1的主要參數(shù)可以得出以下分析結(jié)果：

(1)當(dāng)各導(dǎo)線的分裂數(shù)和分裂間距一樣時(shí)，導(dǎo)線的直徑越大，其表面電場(chǎng)強(qiáng)度越??；

(2)當(dāng)導(dǎo)線的分裂數(shù)減小，分裂間距增大時(shí)，其表面電場(chǎng)強(qiáng)度減小；

(3)雙回路垂直排列時(shí)導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)逆相序比同相序大。

結(jié)合表4.1和表3.2可以看出，所選5種導(dǎo)線在海拔1000m的情況下，其表面平均電場(chǎng)強(qiáng)度均大于其臨界值，因此該5種導(dǎo)線均滿足工程需求。

5 結(jié)論

綜合上述計(jì)算和分析可以看出，導(dǎo)線分裂根數(shù)越多，導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)越??；子導(dǎo)線直徑越大，導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)越小另外，雙回路垂直排列時(shí)導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)逆相序比同相序大。且通過對(duì)比臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，這5種導(dǎo)線均滿足工程需求。

[1]李先志， 梁明， 李澄宇等. ±1100kV特高壓直流輸電線路按電磁環(huán)境條件的導(dǎo)線設(shè)計(jì)[J]. 高電壓技術(shù)， 2012(12)： 3284–3291.

[2]張曉， 賈振宏， 吳鎖平等. 500/220kV混壓同塔四回線路電磁環(huán)境的仿真分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2010(5)： 207–211.

[3]邵方殷. 我國特高壓輸電線路的相導(dǎo)線布置和工頻電磁環(huán)境[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2005(8)： 1–7.

[4]王廣周， 張嵩陽， 閆東等. 500kV超高壓輸電線路電磁環(huán)境影響因素分析及其防護(hù)對(duì)策[J]. 高壓電器， 2010(8)： 93–96+100.

[5]劉華麟， 汪泉弟， 俞集輝等. 500kV超高壓輸電線下方電磁環(huán)境測(cè)量與分析[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2006(5)： 28–31.

[6]陳稼苗. 500kV同塔四回輸電線路電磁環(huán)境問題研究[D]. 華北電力大學(xué)(北京)， 2010.

[7]李濤， 齊澤鋒. 基于逐次鏡像法的特高壓同塔雙回交流輸電線路工頻電場(chǎng)分析[J]. 廣東輸電與變電技術(shù)， 2008(6)： 7–10.

[8]張殿生. 電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 中國電力出版社，2003.