±1100 kV特高压直流导线表面标称电场及其影响因素研究

我国±1100 kV特高压直流(UHVDC)输电工程已经进入设计和建设阶段.近年来,特高压输电导线表面的电晕放电所引起的电磁环境现象逐渐受到学者的重视.当高压导线表面场强超过临界值时,导线周围的空气分子将被电离,发生电晕放电,形成正负离子或空间电荷.由于导线表面电场强度与诸如无线电干扰(RI)、可听噪声(AN)、地面处的合成电场和离子流密度等电磁环境参数密切相关,因而有必要计算并控制特高压输电导线的表面电场强度.使用模拟电荷法(CSM)计算了±1100 kV特高压直流输电子导线表面的标称电场分布,将高压导线表面的面电荷等效为成对的线电荷,子导线表面的电场强度可以使用线电荷获得.此外,还研究了导线高度、极间距、分裂间距和子导线半径等因素对子导线表面标称电场强度的影响.计算结果表明,与导线高度、极间距、分裂间距相比,子导线直径是影响子导线表面场强最显著的几何参数.当其他因素不变时,子导线表面场强的变化与子导线直径的变化在同一数量级;子导线表面场强的变化比导线高度、极间距、分裂间距的变化小一个数量级.最后还对线路无线电干扰和可听噪声进行了计算.     

电晕笼中分裂导线交流电晕损失计算分析

电晕损失是导线电晕特性研究的重要内容之一,但针对交流导线电晕损失的计算模型的研究较少,为此在建立电晕笼内导线电晕损失计算模型中应用了模拟电荷法,采用线电荷模拟交流导线,对正方型截面笼壁分别作镜像处理;计算导线表面电场强度不均匀性对电晕放电的影响时考虑了空间电荷的因素;导线模拟电荷量超过起晕电荷量条件下分别计算导线上每个...     

不同海拔下电晕笼分裂导线起晕电压的计算分析

为了研究海拔高度对电晕笼分裂导线起始电晕电压特性的影响,建立电晕笼钢芯铝绞线起始电晕电压的计算模型,并开展相应试验研究。采用模拟电荷法计算钢芯铝绞线的空间电场强度。依据极不均匀电场下自持放电判据,建立不同海拔高度电晕笼分裂导线电晕起始电压的计算模型。在超/特高压人工环境气候试验室内,以500 m海拔高度为间隔,系统开展19~4-000-m海拔高度范围内六分裂导线起始电晕电压的试验研究。试验获得超高压电晕笼不同海拔高度下6-LGJ—400/50、6-LGJ—500/45分裂导线的起晕电压。计算获得不同海拔高度、分裂间距、导线分裂数及绞线表面粗糙系数下的导线起晕电压曲线族,以及不同绞线半径及最外层铝绞线股数的表面粗糙系数计算结果。分析结果表明:计算模型能够较好地计算电晕笼内绞线的起晕电压;在350~500-mm分裂间距范围内,分裂导线起晕电压随着分裂间距的增大而降低,随着导线分裂数的增加而升高;绞线表面粗糙系数与绞线最外层铝线半径与绞线半径之比相关。     

电晕笼交流单根导线电晕损失的计算分析

电晕损失是导线电晕特性研究的重要内容之一。为了建立电晕笼内导线电晕损失的计算模型,将模拟电荷法应用于电晕笼内导线电晕损失计算。采用线电荷模拟交流导线,对正方型截面笼壁分别作镜像处理。当导线模拟电荷量超过起晕电荷量时,分别计算导线上每个模拟电荷点向空间发射的电荷量。考虑空间电荷的影响,计算电晕笼空间的合成电场。仿真模拟电荷发射、迁移、复合过程,计算电晕笼中空间电荷运动,计算迁移过程中电荷运动产生的能量损失。进行电晕笼单根光滑导线、单根钢芯铝绞线LGJ—300/40、单根钢芯铝绞线LGJ—400/35电晕损失测量试验。仿真结果与试验结果对比,结果基本一致。因此采用模拟电荷法能够较好地建立电晕笼内单根导线电晕损失的计算模型。     

超/特高压交流输电线路电晕损失的数值仿真研究

电晕决定输电线路的电磁环境特性。采用模拟电荷法计算交流输电线路的电晕损失,交流导线用多根线电荷表示,导线表面场强超过起晕场强时令一定量电荷由导线表面发射到空间中。将交流周期分为若干时段,在每一时刻都考虑了导线表面电荷发射、空间电荷运动、空间电荷复合等效应,重复计算若干周期直至离子流场稳定。在已有方法的基础上改进了起晕条件和电荷发射的计算方法,考虑了导线表面电场不均匀性对电晕放电的影响,从而可以对多相多分裂导线离子流场进行仿真计算,进而计算得到线路电晕损失。对三相8分裂特高压交流线路电晕损失计算结果与试验结果有较好的一致性。     

电晕笼内多分裂导线电晕损耗

当输电线路的导线表面场强超过空气的击穿场强时,输电线路上就产生电晕放电,导线附近区域的空气放电产生热、光、可听噪声和无线电干扰等,同时伴随着大量的电晕损耗,系统研究线路电晕损耗及其影响因素具有重要的工程应用及理论价值。建立电晕笼内多分裂导线的平面及三维仿真模型,分别对2种模型下的多分裂导线表面电场进行仿真分析,研究了特高压大电晕笼防护段尺寸对多分裂导线表面场强的影响,从而确定大电晕笼防护段最佳尺寸。根据三维模型仿真结果,试验测量电晕笼内多分裂导线在不同降雨率下的电晕损耗,可作为实际线路电晕损耗估算的参考。     

UHVAC同塔双回输电线路表面场强分析

为了研究特高压同塔双回输电线路分裂导线表面电场分布,本文基于改进的模拟电荷法,通过多步寻优找到模拟电荷在对应子导线内的最佳位置并建模,然后编程计算出分裂导线表面场强。利用该方法计算了浙江-上海段特高压交流输电线路分裂导线的表面场强,并研究了分裂数、子导线半径等对其影响。计算结果表明,本文方法与传统模拟电荷法相比更为准确,可将电位误差控制在0.05%以内;计算得该线路表面最大场强为1 783.5 kV/m,小于晴天和云雾条件下的起晕场强,但大于雨天条件下的起晕场强;适当增加导线分裂数或增加分裂导线的子导线半径,可明显降低导线表面最大场强。     

特高压电晕笼防护段的设计

为了克服特高压电晕笼设计中电晕笼两端部的电场畸变,确保电晕特性测试准确有效,需要增设一定长度的防护段。采用三维有限元方法精细计算了电晕笼内导线表面电场分布,分析了导线弧垂对防护段长度的影响并提出了新颖的电晕笼防护段设计方法。计算说明新型结构的防护段能有效平滑和抑制电晕笼端部附近导线表面电场的畸变,使电晕笼内导线表面电场更趋于一致,提高了电晕特性试验的准确性。     

特高压电晕笼的多分裂导线电晕损失测量系统

为准确、连续地测量特高压分裂导线电晕损失,对传统的电桥法进行改进并根据特高压电晕笼机械与电气特性,结合光纤传输技术,采用混合型光供电电子式电流互感器测量特高压电晕笼中分裂导线电流;采用电容分压器测量特高压电晕笼导线试验电压。基于虚拟仪器技术,采用瞬时功率法研制了一套光纤数字化特高压电晕笼电晕损失测量系统,经校验该系统满足0.2级准确度要求,能够较为准确测量电晕笼导线电晕损失。对晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程用8×LGJ-500/35导线开展起始电晕特性和电晕损失特性试验研究结果表明,在干燥条件下分裂导线起晕场强为27.64 kV/cm(峰值),正常运行电压下不会出现全线起晕的情况;20 mm/h大雨条件下分别对应特高压交流单回试验线段边相和中相导线表面场强,电晕笼导线电晕损失为50.83 W/m和59.73 W/m;可以应用该系统进一步研究我国特高压交流输电线路电晕损失规律。     

特高压电晕笼直流分裂导线正极性电晕起始特性分析

为了研究特高压电晕笼分裂导线正极性电晕起始特性,应用模拟电荷法计算绞线的表面电场,采用一次镜像,最外层的每一股铝线用8个模拟电荷代替,依据极不均匀电场下电晕自持判据以及光电子二次发射过程,计算特高压电晕笼绞线的起始电压。应用特高压电晕笼进行了单根钢芯铝绞线(LGJ)900-75导线,6*LGJ900-75(分裂间距450),8*LGJ400-35(分裂间距400)导线干燥和降雨率分别为2.4mm/h,20mm/h,30mm/h条件下的电晕损失试验研究。通过切线法得到了三种形式导线干燥情况下的起晕电压,计算和试验起晕电压的对比分析说明计算模型可以应用于计算特高压电晕笼直流导线正极性的起晕电压,在此基础上进一步的分析计算表明:特高压电晕笼导线正极性电晕起始电压随着分裂数的增加而增加,随着分裂间距的增加而降低,随着子导线半径的增大而增大;淋雨条件下的表面粗糙度,随着降雨率的增加而降低,同时呈现出饱和的趋势。     

超特高压交流输电线路电晕对地面电场的影响

为研究超特高压交流输电线路电晕放电对地面电场的影响,改进了基于模拟电荷法的交流线路下离子流场计算方法,并将其应用在交流线路下地面电场的计算中。所提出的改进方法考虑了导线表面电场不均匀性对电晕放电的影响,从而可对多相多分裂导线离子流场进行仿真计算。对三相8分裂1000kV交流线路的地面电场的计算结果表明,对典型1000kV三相交流输电线路参数,考虑电晕时的地面电场比不考虑电晕时增加约5%。子导线半径、分裂间距、分裂根数、相间距、线路高度等线路参数变化时电晕对地面电场有不同程度的影响。     

特高压输电线分裂导线表面电场及起晕分析

输电导线起晕的重要判别条件是导线表面电场强度是否达到临界值。为研究分裂导线表面电晕分布情况,根据单相八分裂导线起晕电压试验值,先运用模拟电荷法计算了1 000 kV特高压八分裂子导线表面每个匹配点的电场强度值,然后与用经验公式计算出的临界场强对比,找出子导线表面的电晕分布区域,并计算出了该域内的起晕点个数、起晕角度、占导线表面比等数据以及子导线半径、导线高度对起晕分布的影响。分析计算表明:每根子导线在表面有限范围内起晕,且占整个导线表面积的30%～40%;对地高度越高子导线表面起晕范围越大,子导线半径对起晕范围也有一定影响。通过研究工作,期望对分析导线的电晕损耗等问题提供有力的帮助。     

特高压直流导线在单双极电晕笼中的可听噪声测量与分析

利用国家电网公司特高压直流试验基地直流电晕笼,对特高压直流导线在正极、负极、正负双极电晕笼中的可听噪声测量方法进行了研究。对单双极电晕笼内直流导线的表面电场进行了有限元仿真计算。计算结果表明,若施加相同等级的电压,单双极电晕笼中直流导线表面的平均最大标称电场相对差值在0.4%之内,采用单、双极电晕笼试验对导线表面场强的影响可以忽略不计。对单双极电晕笼中的特高压直流正极、负极、正负双极导线的可听噪声进行了全电压测量与分析。结果表明,对于我国现有的直流线路来说,利用正单极电晕笼代替正负双极电晕笼进行可听噪声试验是可行的。     

高海拔下特高压交流同塔双回输电线路导线电晕损失研究

针对目前我国特高压交流同塔双回输电常用的8×LGJ-630/45导线,基于在西宁市平安县(2 200 m)搭建的特高压电晕笼,系统的研究了8×LGJ-630/45导线在干燥、中雨(6 mm/h)、大雨(12 mm/h)及湿导线的条件下的电晕损失,首次获得了实际高海拔点8×LGJ-630/45导线的电晕笼电晕数据。并以1 000 kV特高压交流同塔双回输电工程典型塔型为例,通过有限元计算软件仿真计算电晕笼内导线和实际线路导线表面电场强度,采用电晕损失等效法,计算了在高海拔地区导线的电晕损失,获得了同塔双回输电线路的电晕损失数据。为我国将来在高海拔地区建设特高压交流输电线路导线选型提供了参考依据。     

高压输电线路参数对计及电晕放电的电场强度的影响

在传统模拟电荷法的基础上,建立了高压输电线路地面电场强度的计算方法,其中在计算中考虑了计及电晕放电的影响.以750 kV水平排列和紧凑型线路为例,计算了导线表面系数、线路的子导线半径、相间距、导线对地高度、分裂导线数目、分裂间距等对工频电场的影响.仿真结果表明,减小电晕放电对地面电场影响的几种方式中以适当增加导线的表面...     

直流电晕笼中的合成场强和离子电流的计算

为了更好地解决高压直流输电线路中电磁环境问题,需要研究高压直流线路的电晕特性,而电晕笼是研究导线电晕特性的重要实验设备。因此,采用有限元法和通量管法分别求解了电晕笼内单极导线结构的电场和空间电荷密度,提出了电晕笼中导线表面空间电荷密度初值计算公式。计算中考虑了导线周围电离层的影响,并根据最小临界电离电场计算出一个电势作为新的边界条件。通过对比电晕笼内部的电晕电流、电场和离子电流密度分布的计算和测量数据,验证了算法的有效性。     

1000kV特高压交流输电线路双回耐张塔刚性跳线电晕抑制分析

特高压交流1 000 kV双回耐张塔结构复杂,为分析其刚性跳线表面电场分布,并抑制电晕放电,运用3维有限元分析软件ANSYS,考虑了杆塔、金具、绝缘子串等因素和相间影响,计算了特高压双回耐张塔采用铝管式结构时刚性跳线的表面电场分布,对比分析了跳线表面场强的不同影响因素;并选取特高压试验示范工程典型单回耐张塔JTP3,通过电场仿真计算结合实地电晕测量,确定了特高压双回耐张塔刚性跳线表面场强的控制值;最后研究了跳线表面场强随弧垂值、耐张塔转角度数以及跳线直径的变化规律。研究结果表明:相间影响对中相跳线表面场强影响相对较大,杆塔、大地以及回间影响对中相跳线表面场强的影响百分比5%,特高压双回耐张塔刚性跳线表面场强控制值可取为2 600 kV/m,刚性跳线应选用JL/G3A-900/40型导线并在实际安装中应使弧垂值控制在0.2 m。     

4000 m高海拔地区特高压变电站导线电晕特性与选型研究

1000 kV变电站中导线连接方式多样,其表面电场分布由于邻近效应而极不均匀,导线表面易发生电晕放电,尤其在高海拔地区,导线起晕电压将降低。为了防治导线表面电晕,优化变电站电磁环境,必须选择合理的导线型式。提出了一种数值计算和有限元仿真为主、电晕模拟试验为辅的变电导线选型方法,研究提出了导线表面场强控制值,计算获得了采用不同选型方案时导线表面工作场强与临界场强之比E_m/E_c、可听噪声L₅₀值与电场分布,给出了4000 m海拔特高压变电站导线选型方案并通过了电晕试验验证。结果表明：导线表面场强控制值推荐取值为1.84 kV/mm;若4000 m海拔特高压变电站仍采用常规4分裂导线,则其站内E_m/E_c和可听噪声L₅₀值将分别增大50.0%和23.7%,导线表面电晕严重。采用该推荐选型方案时,站内E_m/E_c和可听噪声L₅₀值分别为0.79和60.29 dB,导线表面最大场强为1.67 kV/mm,...     

特高压交流输电线路电晕影响下地面电场的计算分析

为研究特高压交流输电线路地面电场的分布特性以及电晕放电对地面电场的影响,通过改进基于模拟电荷法计算工频电场的方法,建立一种考虑电晕效应的导线电场计算模型,并通过算例分析验证了该模型的合理性。利用此模型对1 000 kV特高压交流输电线路电晕影响下的地面电场进行数值仿真计算。结果表明:电晕放电对地面合成电场有加强作用,且中相线路正下方的地面电场受电晕放电的影响最大。     

雷电先导下行过程特高压直流线路电晕向流注放电转化的仿真研究

为了定量研究雷暴过程中电晕空间电荷对特高压直流输电线路后续流注放电起始的影响,基于带通量限制器的2阶有限体积方法和Kaptzov假设,建立雷暴过程中特高压直流输电线路电晕空间电荷分布的数值仿真模型。通过开展动态电场下水平导线电晕放电电流的实测与仿真对比研究,验证了模型的准确性。计算分析典型±1100kV特高压直流输电线路雷暴过程中导地线电晕电流时域波形和电晕空间电荷分布特征。得出下行先导趋近过程会显著增加导、地线表面附近约0.5m范围内正离子密度,并使导、地线电晕电流最大值较雷云电场作用时增加6～7个数量级。随着地线表面附近正离子密度增加,电场最大值从地线表面向导线附近空间移动,而导致后续流注产生。所作研究工作可为后续研究电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击特性的影响奠定基础。