应用三维频域电场计算方法确定高压输电线路铁塔ADSS光缆的悬挂位置

介绍了将三维频域电场计算方法应用于高压输电线路铁塔附近三维工频电场计算，通过对500kV输电线路6种不同铁塔结构附近的三维工频电场分布的测量，确认了所用方法的有效性。应用上述方法对河北南网220kV输电线路10种和110kV输电线路18种不同铁塔结构附近的三维工频电场进行了详细计算和分析，获得了各种铁塔附近三维工频电场的空间分布，找出了适于ADSS光缆悬挂的低场强空间。该研究成果已用于指导河北南网多条高压输电线路铁塔ADSS光缆悬挂位置的选择。     

110kV输电线路铁塔电场计算及仿真研究

准确计算110kV线路铁塔附近的合成电场强度,可以为110kV线路铁塔的设计布局和环境评估提供参考。本文根据110kV猫头塔实际结构,建立了铁塔附近三维电场计算模型。基于有限元法计算了110kV输电线路铁塔附近的的电场分布,分析了铁塔对其附近电场环境的影响,并讨论了影响电场计算结果的因素。研究结果表明,该方法能够有效地分析110kV输电线路铁塔的电场分布,具有较高的计算精确度,对110kV输电线路铁塔的优化设计具有一定的参考意义和实用价值。     

基于电场分析的ADSS光缆挂点研究

近年来,ADSS光缆凭借其独特的优点,在电力系统通信网络建设中被广泛应用。与高压输电线路同塔,架设的ADSS光缆,在一定的气象条件下,在机械应力与高压输电线电场的共同作用下发生电腐蚀,严重时导致运行中断,发生断缆事故,威胁光缆的可靠运行。因此,为ADSS光缆选择合理的挂点范围对ADSS光缆的正常运行起着至关重要的作用。研究各种环境条件下,不同运行情况及各种电压等级的高压电力线路周围空间电场的分布情况非常必要。本文通过ADSSPE软件的模拟计算,分析研究实例-广州黄埔电厂至棠下变电站发生24芯ADSS光缆断裂事故,建立模型计算绘制电场和电压等值图,采用矩量法计算高压输电线路铁塔附近产生的三维电场,利用包括空气和多层土壤在内的多层介质的格林函数,以各段导体的泄漏电流为待求变量,计算频域下输电线路及铁塔附近的电场分布,并与实测结果相比较,证实方法的有效性。该研究为合理选择ADSS光缆的挂点范围与指导光缆选型提供理论依据,对工程应用和电网安全运行具有显著的经济技术和社会效益。     

特高压大跨越架空线路三维工频电场计算

1000kV特高压输电线路跨越江河时,线路的档距和弧垂均较大,为了解线路周围的电场确定线路最小对地高度,引入线性单元模拟电荷法,同时考虑铁塔的影响,根据悬链线方程建立了特高压大跨越线路的模型,采用三维电场的计算方法计算了线路周围的工频电场分布。三维电场方法与二维电场方法的计算和对比分析结果表明:对于特高压普通架空线路,采用二维电场方法与采用三维电场方法所得的计算结果基本相等,均可满足工程要求;对于特高压大跨越线路,采用三维电场方法计算可以更准确地反映大跨越线路的电场分布,提高工程的设计精度。     

特高压角钢铁塔无源干扰计算的三维面模型

为更准确地计算特高压输电线路对各类无线台站的无源干扰防护距离,提出建立单基角钢铁塔无源干扰三维面模型的方法。依据输电线路无源干扰的线、面电场积分方程,分析已有铁塔线模型的等效依据和高频段误差增大的原因。为保证铁塔感应电流的连续性,有效体现角钢的局部特征,提出基于三角面元的铁塔有(无)辅材的三维面模型。选择RWG(rao-wilton-gisson)基函数和伽略金检验,采用矩量法计算铁塔面模型无源干扰水平,并与线模型计算结果进行比较。结果表明,随着计算频率的增高,铁塔线模型与面模型的计算结果变化趋势相同,数值差异逐渐增大。如以0.1 dB为偏差允许值,建议在16.7 MHz以上频率采用更能模拟实际情况的特高压铁塔面模型。     

750kV线路绝缘子串电压分布的有限元计算

特高压架空输电线路绝缘子串的电压分布对于绝缘子的相关设计和运行维护非常重要。运用静态电场的三维有限元法分析计算了750kV输电线绝缘子串的电压分布，考虑了绝缘子电介质、屏蔽环、输电线路及铁塔对绝缘子电压分布的影响：比较了计算结果与实测值，并分析了误差产生的原因。根据计算结果建议对于玻璃绝缘子串加屏蔽环以减少第l片绝缘子承受的电压百分比。运用三维有限元法计算高压绝缘子串中的电压分布是可行且有效的，可应用于更为复杂条件下的绝缘子串电场分布的计算分析。     

超高压输电线路铁塔附近地面工频电场仿真分析

根据铁塔实际结构和导线抛物线方程,建立了铁塔附近三维电场计算模型.基于模拟电荷法分析了500 kV输电线路铁塔周围地面上的工频电场分布,分析了铁塔对其附近电场环境的影响,并讨论了影响电场计算结果的因素.研究结果表明:铁塔对其附近地面电场有一定屏蔽作用,电场强度在铁塔下方显著降低且在金属构架处产生畸变;铁塔的影响范围和铁塔高度及塔基尺寸有关;铁塔构架等效半径、线单元剖分段数以及铁塔不同简化模型都会影响计算结果.     

一种基于有限元法的超高压输电线路三维电场计算方法

为了探讨基于有限元法(FEM)的输电线路附近电场的三维分布特点,引入输电线路弧垂方程建立三维模型,计算松江洞泗线上500 k V等级的超高压输电线路的三维电场分布,并与模拟电荷法进行比对,验证了该计算方法的有效性;研究分析了相导线布置方式、分裂导线尺寸、地形起伏等因素对空间电场强度和分布特征的影响;最后,将计算结果与多组实际测量结果进行对比,其电场强度变化趋势相近、分布特征一致,比二维模型计算结果与实际测量值的偏差从60. 94%缩小至9. 58%。为有限元法在输电线路附近三维空间电场的计算研究提供了重要的理论基础,并对工频电场计算和输电线路选址具有重要意义。     

高压交流输电线路电场建模与实时监测系统研究

设计了一种基于狭小空间电场监测系统，该系统可以实时监测输电线路附近的电场信息。通过将模拟电荷法计算应用于二维电场以及三维电场中，计算目标位置电场分布。建立输电线路邻近有无金属结构建筑物三维简化模型，优化设置模拟电荷数量，进行高压输电线路周围电场的数值计算分析，并在MATLAB软件中建立数值计算模型，仿真分析得到输电线路有无建筑物的电场分布情况，验证简化模型的可行性。针对电场监测系统的采集系统做出整体方案的软硬件设计，完成电场标准环境参数的搭建与校准，通过在1 000 kV高压交流试验基地进行现场测试，验证了采集系统装置的可行性。     

基于特征模理论的输电线路铁塔无源干扰研究

输电线路铁塔作为大型金属导体会对邻近的无线电台站产生干扰现象,其主要是由输电线路铁塔受无线电激励在金属表面产生感应电流,进而形成电磁散射场引起。为了抑制输电线路铁塔的无源干扰影响,提出使用特征模理论对输电线路铁塔进行分析。首先根据特征模理论计算,得到若干个特征模式。然后依据特征模式的模式显著性提出对特征模式的模式选择方法,采用矩量法与该方法的计算结果对比,验证了所提方法的可行性。最后通过特征模式电流密度的分布情况,对鼓型塔的全横臂细节锥形模型横担半径、横担长度、塔身半径等本体结构特征与无源干扰之间的关联特性进行分析。结果表明,鼓型塔的结构特征中对无源干扰影响最大的是塔基座、中间塔杆和低处横担,调整结构前后使得观测点处无源干扰大小减小了17%,抑制了输电铁塔的无源干扰能力。论文为输电线路的主动防护措施的制定提供指导和理论依据。     

特高压输电线路工频电场的仿真研究

针对特高压输电线路分裂导线等效半径较大的特点,在建立特高压输电线路分裂导线模型的基础之上,基于边界元法对单回平行排列、同塔双回、紧凑型及单回酒杯塔型4种不同的输电线路分裂导线表面及线下距地1 m处的工频电场进行了计算。结果表明,针对我国复杂的地理条件可以采用不同的导线分布模式,其中紧凑型输电方式不仅可以改善线路下电磁环境,而且还可大幅减少输电走廊的宽度。     

Transmission line tower models in frequency domain

This paper proposes a transmission line tower model in frequency domain for back-flashover analysis, which has a uniform characteristic impedance and a uniform propagation constant. Most conventional tower models are constructed as a constant and uniform parameter transmission line that is independent of frequency. However, the authors' models have the frequency dependency of the characteristic impedance and the propagation constant to express the frequency characteristic of the transmission line tower. Two models, a cylinder model and a four-frames model, were investigated to simulate the tower. Their surge responses were computed by numerical electromagnetic field analysis based on the moment method. From the results, the two-port circuit constants were calculated in the frequency domain, and the characteristic impedance and the propagation constant are derived from them. The complex artificial oscillations appeared in frequency dependency of the parameters because the parameters were calculated numerically. The equations with analytical form were obtained by approximating with a smooth curve to the oscillations. It is possible for the equations to represent the transmission line constants as a function of geometrical parameters such as the tower height and the radius. Close agreement was found between the surge response computed by the numerical electromagnetic field analysis and the result calculated by inverse Laplace transformation of the analytical equations. To prove the model, the experimental results were compared with the computed ones of the cylinder model that has arms, and it was shown that the new model agrees closer with the experiment than conventional transmission line models.     

500 kV双回输电线路转角塔附近屋顶畸变电场分析

同塔双回输电线路转角塔附近的民房屋顶空间工频电场畸变严重,是制约输变电工程规划、设计和环保评价的重要因素。文中建立了500 k V双回输电线路转角塔附近空间工频电场的仿真模型,通过仿真计算与实测数据对比验证了模型的有效性,分析了影响屋顶电场畸变的因素,并按电场曝露限值标准推算房屋距线路的安全距离。研究表明,房屋距离线路的三维距离越近,电场越集中,房屋屋顶的曝露场强畸变越严重。房屋高度对电场的影响随距离增大而减小。最后给出了不同线路转角情况下转角塔附近不同高度房屋的安全距离,可为500 k V双回输电线路的工程规划、设计和环境影响评价提供参考。     

模拟电荷法计算特高压架空线路3维工频电场

为研究杆塔及导线弧垂对架空线路周围工频电场分布的影响,并检验2维计算模型的合理性与适用性,首先基于模拟电荷法建立考虑杆塔及导线弧垂的3维架空线路工频电场计算模型(它以线电荷单元为模拟电荷布置在各导线和杆塔铁棒轴线上,解析计算线电荷单元的电位系数,并叠加得到总体电位系数矩阵,从而可解得各节点的线电荷),然后据此计算了特高压线路相导线表面及地面上1m高平面内的3维工频电场。结果表明,地面上1m处平面内场强分布受弧垂影响很大,3维模型比2维模型更全面、准确地反映了这种不均匀分布状况;各相导线表面场强最大值在杆塔附近均有微弱变化,但并不显著;地面上1m处场强在杆塔附近增大,但在远离杆塔的区域基本不受杆塔影响。     

交流特高压线路下电场强度的改善

提高杆塔高度即提高导线对地高度是控制交流特高压输电线路地面电场的主要方式之一,但特高压线路跨越距离长,大范围提高杆塔高度工程成本很高,而在某些环境敏感区域,降低杆塔高度使地面电场强度增大,有可能超过国家相应标准,故研究降低线路地面场强的措施,如架设接地屏蔽线的方法等是交流特高压工程中急需考虑的技术问题。为此针对屏蔽线的不同架设方式试验研究了线路地面电场,通过分析比较各种屏蔽线架设方案下的场强水平,提出最优的屏蔽线架设方案。     

交流输电线路距地震观测台站的最小距离

GB/T 19531.2-2004中明确规定了地电场和地电阻率观测时允许的工频骚扰电场强度指标,并给出了500 kV及以下交流输电线路距地电场和地电阻率测量极的最小允许距离。然而,随着输电线路电压等级的提高,标准中规定的最小距离已不适用750 kV和1000 kV超特高压交流输电线路。为此,利用拟蒙特卡罗数值积分方法计算了在输电线路两侧由线路工作电流激发的工频电场,将计算结果分别与地电场和地电阻率观测时允许的工频骚扰电场强度进行比较,得到了不同电压等级、不同塔型的交流输电线路不同土壤电阻率、典型工作电流下距地电场和地电阻率测量极的最小允许距离。计算结果表明:500 kV及以下交流输电线路距地电场和地电阻率测量极的最小允许距离与GB/T 19531.2-2004中的推荐值基本一致,而750、1000 kV交流输电线路距地电场和地电阻率测量极的最小允许距离要求更为严格,且受土壤电阻率的影响较大。     

同塔多回输电线路相导线布置形式研究

明确了同塔多回输电线路地面工频电场、自然功率和线路阻抗等参数的工程计算方法,针对规划的330kV同塔四回输电线路,重点研究了同塔多回输电线路相导线布置形式与地面工频电场、自然功率和线路阻抗的关系,通过计算、分析对同塔多回输电线路的相导线布置形式进行合理选择,对同塔多回输电线路的设计与建设具有一定的指导意义。     

表面电荷法在复杂地势下超高压输电线路的工频电场计算

为了更准确地研究超高压输电线路穿越较复杂地区时的工频电场,利用表面电荷法的思想,给出了该方法的实施步骤并进行了验证。综合考虑了输电线路的弧垂,建立了复杂地势三角坡和凸面的三维模型,并仿真分析了其周围工频电场的分布。研究结果表明:1三角坡和凸面对输电线路下的工频电场影响较明显;2随着三角坡坡角的增大场强值畸变越大,且使临近三角坡坡脚处场强值减少越大;3不同的输电线排列方式下,复杂地势周围的工频电场畸变不同,倒三角排列下其值畸变大于其他排列。该仿真结果可为复杂地势下输电线路的架设提供参考依据。     

交流1000kV同塔双回输电线路复合绝缘子电场分布

1000 kV同塔双回输电线路直线塔每回三相竖直排列,相间距离较小,且杆塔横担对相与相的屏蔽作用较弱,导致三相之间影响较大,从而使其电场分布具有与单回线路不同的特性。鉴于此,运用3维有限元方法,针对1000 kV单回和同塔双回输电线路直线悬垂塔,仿真计算了复合绝缘子及其均压环的电场分布。计算结果表明,在悬挂相同复合绝缘子、导线和相关金具的条件下,同塔双回线路绝缘子及其均压环的电场分布比单回线路畸变严重,复合绝缘子上场强高出约22.6%,均压环表面场强高出约15.4%,因此同塔双回线路在设计和试验时须考虑三相间的影响因素。     

特高压输电线路地面最大工频电场强度和导线最大弧垂特性

研究特高压输电线路几何参数与地面最大工频电场强度的关系和地面最大工频电场强度的特点，给出2种基本分裂导线排列方式的导线最小对地高度和走廊宽度。分析特高压输电导线运行温度和最大弧垂的特点。从特高压输电导线最大弧垂变化和输电运行方式两方面，讨论特高压输电导线地面最大工频电场强度限值10~12 kV/m的安全与经济的合理性。最后，提出特高压2种基本杆塔结构(猫头塔和酒杯塔)的几何参数供参考。