高壓輸電線路電氣和電暈特性研究

淮北萬(wàn)里電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 李端磊

引言

高壓輸電線路在工業(yè)應(yīng)用中所指的是電壓在3000-11000伏之間的電源，而在通常情況之下，電壓在250伏以上的電源被稱之為高壓電。隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，高壓輸電線路也在不斷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與進(jìn)步，而由于高壓輸電線路具有較為特殊的工作特性，所以需要對(duì)其電氣和電暈特性加以深入研究及分析。

1 高壓輸電線路特點(diǎn)

所謂高壓輸電，就是將發(fā)電廠中所產(chǎn)生的電流先通過(guò)變壓器的操作實(shí)現(xiàn)電壓值的有效增大，然后再將電壓值增大后的電力傳輸?shù)叫枰秒姷牡貐^(qū)。傳輸完成后需將傳輸完成的電力再次通過(guò)降壓器進(jìn)行電壓值降低，才能充分滿足廣大居民的用電需求。而電流從發(fā)電廠產(chǎn)生后之所以要先經(jīng)過(guò)變壓器增壓，首要原因是因?yàn)樵诠β氏嗤妮斔蜅l件下，所實(shí)現(xiàn)輸送的電流越大其電壓就會(huì)越小。所以在進(jìn)行運(yùn)輸之前現(xiàn)進(jìn)行電壓增大能減少電流的運(yùn)輸損耗和成本，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)高壓輸電線路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的輸送能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于人力和材料成本的降低，同時(shí)由于高壓輸電線路具有方便快捷的特性，居民的用電質(zhì)量得到保證。

高壓輸電線路所傳輸?shù)碾娏鞣譃橹绷麟姾徒涣麟妰煞N，直流電的電流較為穩(wěn)定且不易隨著電流傳輸?shù)姆绞脚c時(shí)間改變而產(chǎn)生變化，而交流電在傳輸?shù)倪^(guò)程中是一直在進(jìn)行變化的過(guò)程中的，但交流電的變化并不具備多樣性和不可控的特點(diǎn)，具有一定的周期性規(guī)律。由于高壓輸電工作具有其自身特殊性，且由于輸電工作具有自身系統(tǒng)性和復(fù)雜性，所以在進(jìn)行高壓輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要保持嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真。

在進(jìn)行高壓輸電的過(guò)程中，由于直流電和交流電存在差異，直流電的穩(wěn)定性決定了直流電在進(jìn)行傳輸過(guò)程中所需運(yùn)輸材料和成本相較于交流電來(lái)說(shuō)較少，在進(jìn)行直流電運(yùn)輸時(shí)，只需使用兩根導(dǎo)線作為運(yùn)輸材料即可。同時(shí)直流電運(yùn)輸不受運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)及距離的限制。在交流電的運(yùn)輸過(guò)程中，由于交流電在實(shí)際使用過(guò)程中的應(yīng)用性較強(qiáng)，所以電壓調(diào)控也較為方便，相較于直流電運(yùn)輸過(guò)程交流電的發(fā)電設(shè)備操作更加便捷。

在兩種電流運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中也表現(xiàn)出高壓運(yùn)輸缺陷。雖然直流電運(yùn)輸過(guò)程中所應(yīng)用的材料較少，但其材料價(jià)格成本較高，且直流電的發(fā)電設(shè)備具有一定的使用難度，同時(shí)直流電運(yùn)輸過(guò)程中存在的滅弧問(wèn)題對(duì)于其運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)生了一定程度的阻礙，且由于直流電穩(wěn)定性較強(qiáng)所以直流電的電壓非常不易實(shí)現(xiàn)降低，須使用專業(yè)的降壓電路才能夠?qū)崿F(xiàn)直流電電壓的下降，增加了高壓運(yùn)輸過(guò)程中的難度和復(fù)雜性。在高壓運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，無(wú)論所運(yùn)輸?shù)氖侵绷麟娺€是交流電都存在一定的危險(xiǎn)性和不穩(wěn)定性，在進(jìn)行高壓運(yùn)輸時(shí)要格外注意運(yùn)輸安全。

由于高壓輸電的特殊性，且為進(jìn)一步保證輸電過(guò)程的高質(zhì)量和高效率，所以要在進(jìn)行輸電作業(yè)的前期做好相應(yīng)的安排和準(zhǔn)備工作。從施工場(chǎng)地的選擇到輸電材料的選擇都要實(shí)現(xiàn)對(duì)于高質(zhì)量的嚴(yán)格規(guī)范落實(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)施工人員也一定要結(jié)合施工當(dāng)期的氣候條件，注重對(duì)于施工細(xì)節(jié)的考量。同時(shí)在進(jìn)行輸電線路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮到線路建設(shè)過(guò)程中所途徑地區(qū)的自然條件和天氣狀況，盡力降低由于外界環(huán)境因素對(duì)高壓輸電過(guò)程所產(chǎn)生的破壞或影響。由于高壓輸電過(guò)程不僅會(huì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)居民生活水平的提升，還能對(duì)人類未來(lái)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，所以在高壓輸電過(guò)程中一定要充分保證輸電過(guò)程的安全性和可靠性。

2 高壓輸電線路電氣特性

高壓輸電線路中的電氣參數(shù)特性包含的主要內(nèi)容有兩個(gè)，一是高壓輸電線路中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，另一個(gè)是高壓輸電線路中的額定工作參數(shù)[1]。針對(duì)于高壓輸電線路之中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)在大多數(shù)情況下所代表的都是一個(gè)穩(wěn)定、固定的數(shù)值，這一數(shù)值主要包括的內(nèi)容有阻抗、電納等多種高壓輸電過(guò)程中的基本結(jié)構(gòu)。針對(duì)于高壓輸電在線路中的額定工作參數(shù)來(lái)說(shuō)，額定工作參數(shù)具有不固定的特點(diǎn)，其主要存在于一個(gè)范圍之內(nèi)。為進(jìn)一步提升高壓輸電線路的輸電能力，在一般情況下，高壓輸電線路的輸電方式都會(huì)采用分裂導(dǎo)線的方式來(lái)進(jìn)行輸電工作。

而在落實(shí)這一工作時(shí)，需在進(jìn)行高壓輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)能進(jìn)一步對(duì)分裂導(dǎo)線間的相隔距離和半徑進(jìn)行合理的確定和設(shè)計(jì)，幫助輸電過(guò)程中的阻抗和電納都能被良好控制，以保證整體的輸電線路設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。在對(duì)阻抗和電納進(jìn)行良好控制的基礎(chǔ)之上，最重要的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)于二者的進(jìn)一步規(guī)范，使其能繼續(xù)保持其優(yōu)勢(shì)，在這一過(guò)程中圖1所示的三相分裂導(dǎo)線水平排列是在規(guī)范阻抗和電納的過(guò)程中最為常見的。

圖1 三相分裂導(dǎo)線水平排列

在圖1中需注意，水平排列的導(dǎo)線與其子導(dǎo)線間的距離是一個(gè)固定的數(shù)值，不能輕易發(fā)生改變，否則會(huì)對(duì)整個(gè)輸電過(guò)程造成較為嚴(yán)重影響。在水平排列的過(guò)程中各個(gè)分裂導(dǎo)線間的距離最少應(yīng)保持在18米，具體的距離還應(yīng)按照具體情況做出相應(yīng)調(diào)整。指導(dǎo)線距離要求為40厘米以上，但最多只能達(dá)到45厘米。通常情況下，整個(gè)高壓輸電線路中子導(dǎo)線的數(shù)目的變化能直接決定主導(dǎo)線的數(shù)目變化，表現(xiàn)為子導(dǎo)線的數(shù)量越少、主導(dǎo)線的數(shù)量越多。

同時(shí)，高壓輸電線路的主導(dǎo)線數(shù)量還與子導(dǎo)線的半徑大小有關(guān)，隨著子導(dǎo)線半徑的逐漸減小主導(dǎo)線的數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且主導(dǎo)線的半徑和數(shù)量變化同樣會(huì)對(duì)子導(dǎo)線的數(shù)量和子導(dǎo)線間的間距產(chǎn)生影響，若在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行主導(dǎo)線半徑大小的增加，那么子導(dǎo)線的數(shù)量會(huì)產(chǎn)生較為明顯的增加，且子導(dǎo)線間也會(huì)在一定程度上表現(xiàn)為間隔距離的增加。無(wú)論是主導(dǎo)線還是子導(dǎo)線，導(dǎo)線之間所存在的間距大小是具有重要意義的，間距的大小能夠影響整個(gè)高壓輸電線路的絕緣態(tài)勢(shì)，而高壓輸電線路的絕緣態(tài)勢(shì)又能夠反過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于間距參數(shù)的有效控制。若高壓輸電線路中絕緣態(tài)勢(shì)較為理想，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于導(dǎo)線之間有效間距控制[1]。

高壓輸電線路中的電氣自然功率所表達(dá)的含義，是高壓輸電線路中當(dāng)輸電過(guò)程處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下時(shí)，其會(huì)受到高壓輸電線路的幾何參數(shù)影響。通常情況下，為實(shí)現(xiàn)對(duì)于高壓輸電線路中的自然功率表達(dá)，可以使用公式Pc=U2/ZC來(lái)實(shí)現(xiàn)。在對(duì)公式進(jìn)行剖析過(guò)程當(dāng)中可以發(fā)現(xiàn)，以高壓運(yùn)輸過(guò)程中最主要并且最基本的三個(gè)因素電阻、電壓和電流為視角進(jìn)行分析，可斷定的是高壓輸電過(guò)程中的自然功率和整個(gè)線路中的波阻抗是完全對(duì)立存在的，且任何一個(gè)高壓傳輸過(guò)程中的電力因素變化都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不同的影響。

表面電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)在分裂導(dǎo)線和子導(dǎo)線之中存在相同的特點(diǎn)，電場(chǎng)強(qiáng)度是在隨著時(shí)間的變化而不斷產(chǎn)生變化的。然而在表面電場(chǎng)強(qiáng)度的變化過(guò)程中，主導(dǎo)線表現(xiàn)出來(lái)的是只具備一個(gè)最高的強(qiáng)度點(diǎn)，但是針對(duì)于子導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，表面電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)根據(jù)子導(dǎo)線間的具體距離和子導(dǎo)線的所處位置來(lái)決定。所以在進(jìn)行表面電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算工作中，通常情況下子導(dǎo)線所采取的數(shù)值都是一個(gè)平均的數(shù)值。然而在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中又可以總結(jié)為如下特點(diǎn)：在高壓輸電過(guò)程之中子導(dǎo)線的半徑越大、數(shù)量越多，計(jì)算出來(lái)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值就會(huì)越小。所以在高壓輸電過(guò)程線路的設(shè)計(jì)過(guò)程之中，通常需要通過(guò)對(duì)子導(dǎo)線的半徑和數(shù)量進(jìn)行規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于表面電場(chǎng)強(qiáng)度的控制。

3 高壓輸電線路電暈特性

首先，高壓輸電線路中的電暈所表達(dá)的含義是，當(dāng)帶電體的表面存在液體或氣體時(shí)所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，這種放電現(xiàn)象多數(shù)為局部地區(qū)放電。而這種電暈現(xiàn)象發(fā)生在普通高壓輸電線路中的概率較低，其主要發(fā)生于超高壓或特高壓的輸電過(guò)程之中[2]。電暈現(xiàn)象發(fā)生之后，由于局部放電現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)隨之產(chǎn)生臭氧和氧化氮等其他的化學(xué)物質(zhì)。在高壓輸電過(guò)程之中，電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)于高壓輸電具有不利的影響，其會(huì)增加輸電過(guò)程中的能量消耗，利用如圖2所示的檢測(cè)方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電暈?zāi)芰肯牧康挠行y(cè)量，同時(shí)電暈現(xiàn)象還會(huì)相應(yīng)對(duì)無(wú)線電波產(chǎn)生一定程度上的干擾，對(duì)輸電過(guò)程的順利進(jìn)行可能會(huì)產(chǎn)生影響。

圖2 高壓輸電線路電暈損耗檢測(cè)示意圖

高壓輸電在工作的過(guò)程中出現(xiàn)電暈現(xiàn)象后呈現(xiàn)出高強(qiáng)度運(yùn)輸和高噪聲運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。深入分析并探討電暈產(chǎn)生的原因，可表現(xiàn)為由于分裂導(dǎo)線上的表面電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)于強(qiáng)，所以在進(jìn)行日常的電流運(yùn)輸工作中，難免會(huì)由于外界因素的影響而產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象，若這一現(xiàn)象在電流運(yùn)輸過(guò)程中沒(méi)有引起相關(guān)工作人員的注意和重視，就會(huì)導(dǎo)致分裂導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度不穩(wěn)定性增加，進(jìn)而導(dǎo)致電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生。電暈現(xiàn)象對(duì)于普通高壓輸電來(lái)說(shuō)具有一定程度的影響，且隨著高壓輸電線路所傳輸?shù)碾娏鲏毫υ絹?lái)越大，電暈現(xiàn)象所產(chǎn)生的概率和影響會(huì)成倍增加。高壓輸電線路中電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生同樣會(huì)對(duì)無(wú)線電信號(hào)產(chǎn)生干擾。在高壓輸電過(guò)程中，線路中的電暈現(xiàn)象一旦產(chǎn)生、會(huì)連續(xù)且持久地存在于整個(gè)高壓輸電線路之中。

如，某高壓輸電線路在建設(shè)完成后，由于高壓輸電線路工作中存在了電暈現(xiàn)象，但相關(guān)管理技術(shù)人員并沒(méi)有對(duì)該現(xiàn)象引起足夠的重視，對(duì)無(wú)線電信號(hào)的傳輸產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響，由于整個(gè)高壓輸電線路中的無(wú)線電信號(hào)愈加減弱，導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)人員無(wú)法對(duì)整個(gè)輸電過(guò)程實(shí)現(xiàn)全面且穩(wěn)定的辨識(shí)和捕捉，最終對(duì)整個(gè)高壓電力傳輸產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響?；谝陨习咐梢悦黠@看出，電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生與高壓輸電過(guò)程中的電力運(yùn)行聯(lián)系較少，其之所以會(huì)產(chǎn)生，主要還是因?yàn)檩旊娺^(guò)程中的自身屬性而決定的，因此需要相關(guān)部門加強(qiáng)對(duì)于電暈現(xiàn)象的控制力度，實(shí)現(xiàn)電暈現(xiàn)象的順利解決。

其次，為了能夠真正阻止電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，需要對(duì)引發(fā)電暈現(xiàn)象產(chǎn)生的基本因素進(jìn)行深入分析，由于電暈想象產(chǎn)生的影響因素較多，所以在本文中將其主要?dú)w納為兩個(gè)方面：一是整體電場(chǎng)的強(qiáng)度，二是高壓輸電線路的輸電環(huán)境[3]。針對(duì)于高壓輸電線路的表面電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，其表面電場(chǎng)強(qiáng)度的制約因素為高壓輸電線路中的幾何參數(shù)。針對(duì)于高壓輸電線路的輸電環(huán)境來(lái)說(shuō)，輸電環(huán)境對(duì)于電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生有著較為直觀的影響。若高壓輸電線路位于氣候較為干燥、陽(yáng)光較為充足的地區(qū)，產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的可能性相對(duì)較小。若輸電系統(tǒng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件較為潮濕、那就可能促進(jìn)電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生。針對(duì)于以上的氣象特點(diǎn)，相關(guān)人員應(yīng)提起對(duì)于施工過(guò)程中輸電線路選址的重要性。

最后，電暈現(xiàn)象產(chǎn)生后的控制建議也主要針對(duì)于以下兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是針對(duì)于幾何參數(shù)的確定，另一方面是針對(duì)于高壓輸電線路的選址問(wèn)題。在進(jìn)行實(shí)際的輸電線路設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，需要在充分保證輸電質(zhì)量的同時(shí)，盡可能的做到主導(dǎo)線直徑的減小，同時(shí)增加子導(dǎo)線的直徑。同時(shí)還需要對(duì)模擬建設(shè)技術(shù)的使用引起重視，需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程做到精密的把控。針對(duì)于高壓輸電線路的選址問(wèn)題，通常情況下高壓輸電線路不允許在市區(qū)中進(jìn)行，因?yàn)槠湓谶\(yùn)輸過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍的企業(yè)造成較為嚴(yán)重的影響。同時(shí)在進(jìn)行選址時(shí)，要注意避免選取的高壓輸電線路建設(shè)地出現(xiàn)陽(yáng)光照射不充足的問(wèn)題，保證高壓輸電系統(tǒng)建設(shè)地的開闊性和廣泛性[4]。