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特高压输电线路电气和电晕特性分析郑玥

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：郑玥

[导读] 摘要：随着全球智能电网建设的逐步深入，电网输送容量越来越大，输电电压等级越来越高，目前国内最高输电电压已达1100kV，这造成变电站及特高压线路上产生的电晕损失越来越大，因此引起了业界的重视。

        （四川电力设计咨询有限责任公司四川成都 610000）
        摘要：随着全球智能电网建设的逐步深入，电网输送容量越来越大，输电电压等级越来越高，目前国内最高输电电压已达1100kV，这造成变电站及特高压线路上产生的电晕损失越来越大，因此引起了业界的重视。基于此，本文以特高压输电线路电气特性、特高压输电线路电晕特性作为对象。
        关键词：特高压；输电线路；电气；电晕
        引言
        特高压电网具有容量大、损耗低、输送距离远的特点，是其他超高压等级电网无法达到的。1000千伏交流特高压输电线路的供电能力是500千伏超高压交流输电网的5倍，因此，国家大力发展特高压电网。然而特高压电网的运行环境复杂，很容易受到风雨雷电等自然灾害的破坏，从而导致电路故障。因此有必要加强对特高压输电线路的特性研究，确保电网安全有序运行。
        1特高压输电线路电气特性
        特高压输电线路对运行技术要求高，在电力系统中特高压输电线路和普通的输电线路不同，特高压输电线路通过高压来带动电力供应，对特高压输电线路的导线质量具有较高的要求。
        1.1参数特性
        参数特性，主要是指特高压输电线路的标准参数和额定工作参数，前者多为固定值，包括线路的阻抗、电纳以及基本结构；后者可以呈现范围化特点，如绝缘态势的影响等。
        1.2自然功率
        自然功率，是指特高压线路标准状态下的功率水平，其主要受到特高压输电线路的几何参数影响。一般情况下，将线路的自然功率以公式表示如下：
        PC=U2/ZC
        1.3表面电场强度
        特高压输电线路的电晕情况，很大程度上受到其表面电场强度的影响，无论从理论还是实际工作的角度出发，尝试了解电晕都要首先分析线路电场强度，尤其是起晕电场强度。起晕电场强度是开始发生电晕放电时的电场强度，借助皮克定律可以发现，该强度值实际上是导线半径和导线表面状况的函数。
        2特高压输电线路电晕特性
        本文以某西北地区拟建设的800kV同塔四回6层横担输电线路为例，对特高压电晕特性展开分析，同时进行了整条线路上电晕损失的评估。除考虑晴天、雨、雪、雾天气以外，还分析了西北地区常见的风沙天气下电晕损失，提出了对风沙天气下的电晕损失估算方法。
        2.1线路参数以及相关计算
        由电晕损失等效性原理，本文采用将电晕笼内的导线电晕损失等效到实际线路的方法分析电晕损失，所需线路参数以及相关计算如下。
        （1）线路参数
        由相关设计部门提供，拟建设输电线路全长为20km，海拔168.6~1500m，平均塔距450m，采用6层横担布置，I型绝缘子串悬挂，导线型号JL1/G1A–500/45，分裂间距400mm，地线型号JLB20A–150。由于线路海拔为连续值，为方便计算将全线分为3段，每段取计算海拔作为该段海拔进行分析计算，见表1，线路途经地区的典型天气条件情况如表2所示。

        （2）线路表面最大有效场强计算
        分别计算各相导线表面有效场强（各相子导线表面最大场强的均方根），并取有效场强的最大值，即为最大有效场强Emax。
        以求取A相最大有效表面场强为例，A1、A2、A3、A4相位导线施加电压Um=750/3kV，其他相位导线施加电压−Um/2，地线施加电压0kV。
        同理，可计算B、C相电压最大时的导线表面最大有效场强，取各相的最大值可以得到同塔四回750kV输电线路最大有效场强Emax。考虑铁塔的对称性，结果如表3所示。
        表 3 实际输电线路各相导线最大表面有效场强

        2.2 800kV同塔四回线路电晕损失估算
        （1）晴天下的电晕损失
        一般输电线路晴天下是不起晕的，晴天下线路上的电晕损耗大部分考虑为绝缘子串的泄漏损耗。对超高压下绝缘子泄漏损耗做了相关研究，每片绝缘子片损耗为4.68W。
        对全线46座塔、6层横担I型绝缘子串悬挂计算，每串悬挂绝缘子片数为40，年晴天小时数为5123h，则全线晴天下电晕损失为：
        W1=(4.68×40)×12×10–3×46×5123kW•h=0.53×106kW•h。
        （2）雨雪雾天气下的电晕损失
        对于大雨、中雨、小雨的界定是根据降雨率的大小来界定的，令降雨率分别为：12.5、2.5、0.5mm/h。不同降雨率对数与电晕损失对数之间存在近似线性关系，计算得到大、中、小雨的计算系数分别是1.35、1、0.65。对于雪天下的估算利用“等值降雨率”来等效分析，令大雪、中雪、小雪所对应的降雨率为2.54、0.635、0.127mm/h，同样大、中、小雪的计算系数分别是1、0.68、0.34，所得电晕损失的2倍作为雪天下的电晕损失值。雾天下的电晕损失小得多，以小雪下的电晕损失的80%来估算雾天下的损失值。
        基于上述海拔修正数据以及修正系数，对输电线路各个计算海拔下的雨、雪、雾天气的电晕损失功率进行估算，其中大、中、小雨各占雨天年小时数的1/3，大、中、小雪各占雪天年小时数的1/3。第1段线路全年雨、雪、雾天气下全线电晕损失为
        W21=3.02×106kW•h。
        对于第2段线路、第3段线路，全年雨、雪、雾天气下全线电晕损失分别为W22=4.92×106kW•h，W23=5.48×106kW•h。
        同塔四回750kV6层横担输电线路全线全年雨、雪、雾天气下全线电晕损失为
        W2=W21+W22+W23=13.42×106kW•h。
        （3）风沙天气下的电晕损失
        当颗粒直径、沙尘体积质量较小时导线电晕损失与晴天干燥天气时的电晕损失基本一致，而当颗粒直径、沙尘体积质量大到一定程度时导线起晕电压会极大降低，导致电晕损失急剧增大。因此，风沙天气下电晕损失估算分成两部分：弱沙尘天气（浮尘、扬沙）与强沙尘天气（沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴）。其中弱沙尘天气与强沙尘天气各占风沙天气年小时数的一半，输电线路全线全年风沙天气下电晕损失为
        W3=Wdusty+Wstrong-sand=0.06×106kW•h。
        3结束语
        现代电力系统中，特高压输电线路具有突出作用，对其电气和电晕特性的研究，可通过理论为系统工作的优化提供参考。本文结合某具体工程对此展开相关概述，希望能够起到一定借鉴作用。
        参考文献：
        [1] 王贯宇.高压输电线路电晕放电可听噪声信号检测系统设计与实现[J].电子器件，2017(04)
        [2] 郑剑武.架空输电线路的电晕及其对环境的影响[J].电力技术，2018(23)
        [3] 彭华东.雾水电导率对交流输电线路电晕放电量的影响[J].高电压技术， 2018(02)
        [4] 刘冠杰.高压直流输电线路电晕放电的研究[J].山东工业技术，2018(09)
        作者简介：
        郑玥（1987-），女，汉族，本科，工程师，主要从事输电线路电气设计工作.