特高压输变电工程输电线路设计——广德县末段30km导线选择与电磁环境分析 52页

Abstract三堡堡圭堂焦笙兰●____-●___-l__●_-●-___●__--____--●-__________________I______--__--_————————————————一4．5导线线间距离对电磁环境的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．374．6导线对地高度对电磁环境的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．394．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l5各类导线的电磁环境影响比较⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．425．1导地线表面电场强度比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．425．2地面电场强度比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．445．3无线电干扰比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．455．4可听噪声比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．5本章小结(导线选型结论)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯496总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51致谢．．．．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯53参考文献⋯．⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．54IV 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计1绪论1．1输电技术概述1)输电线路输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，．架设在地面之上。电缆线路主要是使用电缆，敷设在地下(或水域下)[130架空线路架设及维修比较方便，成本也较低，但容易受到气象和环境(如大风、雷击、污秽等)的影响而引起故障，同时还有占用土地面积，造成电磁干扰等缺点。电缆线路没有上述架空线路的缺点，但造价高，发现故障及检修维护等均不方便。用架空线路输电是最主要的方式。地下线路多用于架空线路架设困难的地区，如城市或特殊跨越地段的输电。2)输电种类按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高，以致输电能力和效益受到限制。19世纪末，直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化社会的新时代。目前广泛应用三相交流输电，频率为50Hz(或60Hz)。20世纪60年代以来直流输电又有新发展，与交流输电相配合，组成交直流混合的电力系统。3)输电电压等级输电的基本过程是创造条件使电磁能量沿着输电线路的方向传输。线路输电能力受到电磁场及电路的各种规律的支配。以大地电位作为参考点(零电位)，线路导线均需处于由电源所施加的高电压下，称为输电电压[13。输电线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，称为该线路的输送容量。输送容量大体与输电电压的平方成正比。因此，提高输电电压是实现大容量或远距离输电的主要技术手段，也是输电技术发展水平的主要标-‘Jt!一。从发展过程看，输电电压等级大约以两倍的关系增长。当发电量增至4倍左l 1绪论工程硕士学位论文右时，即出现一个新的更高的电压等级。通常将35～220kV的输电线路称为高压线路(HV)：330"---750kV的输电线路称为超高压线路(EHv)；750kV以上的输电线路称为特高压线路(唧)。一般地说，输送电能容量越大，线路采用的电压等级就越高。1．2超高压、特高压输电技术概述1)超高压输电采用超高压输电，可有效的减少线损，降低线路单位造价，少占耕地，使线路走廊得到充分利用。我国第一条世界上海拔最高的“西北750kV输变电示范工程’’L一青海官亭至甘肃兰州东750kV输变电工程，于2005年9月26日正式投入运行。2)特高压输电1000kV及以上特高压输电是在超高压输电的基础上发展的，其目的仍是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统。特高压输电具有明显的经济效益。据估计：1条1150kV输电线路的输电能力可代替5～6条500kV线路，或3条750kV线路；可减少铁塔用材三分之一，节约导线二分之一；节省包括变电所在内的电网造价10"---,15％。l150kV特高压线路走廊约仅为同等输送能力的500kV线路所需走廊的四分之一，这对于人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国家和地区会带来重大的经济和社会效益。1000kV电压等级的特高压输电线路均需采用多根分裂导线，如8、12、16分裂等，每根分裂导线的截面大都在60耐以上，这样可以减少电晕放电所引起的损耗以及无线电干扰、电视干扰、可听噪声干扰等不良影响。杆塔高度约40"---,50m。双回并架线路杆塔高达90"--97m。许多国家都在集中研制新型杆塔结构，以期缩小杆塔尺寸，降低线路造价。1．3我国特高压交流输电研究现状随着我国经济的快速发展，工业用电和生活用电快速增长，用电高峰期都出现了电力供应不足，拉闸限电的情况，用电形势十分严峻。我国的电力能源以火电和水电为主，负荷与能源分布很不均衡，东部地区负2 三堡堡主兰垡堡奎堑塞垦塑銮皇三矍笙皇垡堕堡生荷多而能源少，西北西南地区能源多而负荷少。为有效解决以上的问题，可在能源中心建立大火电、水电基地，然后将电能外送到负荷中心。这样电力需要跨区域、大容量、远距离传输，因此未来我国电力发展的趋势是“全国联网、西电东送、南北互供”。但我国目前主干电网电压等级为500kV，难以建立坚强的全国联合电网，不能有效调试电能，且其大容量输电也不经济。国外实践和国内研究经验表明，特高压交流输电技术可远距离、大容量输电，节省线路走廊，易于建立坚强的电网，将特高压交流线路作为全国电网的主网架是很有必要的。特高压输电有很多关键技术需要研究，下面从工频电磁环境和绝缘配合两个角度分析我国特高压输电研究现状。1．3．1国内外特高压输电研究现状概述世界上不少国家都研究了特高压交流输电技术，特别是美国、前苏联、日本、意大利、加拿大等国家的大规模特高压输电研究，在理论研究、电气设备研制和实际应用等方面取得了许多成果。美国建立的特高压试验室和试验场系统地研究了可听噪声、无线电干扰和电视干扰等问题，取得很多成果。前苏联建成了1936km的1150kV特高压输电线路，日本也建成380kin的1000kv特高压输电线路，均可成功运行。我国在“六五”期间也开展了特高压输电攻关项目的研究。武汉高压所户外试验场建成一条约200m的特高压试验线段，研究了输电线路外绝缘特性和输电线路对环境的影响。在武汉高压研究所、中国电力科学研究院等研究院所和一些高等院校的各级努力下，取得了大量的研究成果。目前，我国特高压交流输电线路的建设已经提上日程并制定了发展规划。国家电网公司组织六大电力设计院参加的特高压交流输电认证会成功举行，取得了很好的效果。当前在我国建立一条特高压交流输电示范线路十分必要，它涉及电力规划、科研、设计、设备制造、建设、运行控制等诸多方面，对未来我国特高压输电技术的发展意义重大。3 工程硕士学位论文电干扰、可听噪声、地面lm处电场强度等问题。1)无线电干扰输电线路电晕产生的脉冲电磁沿线路两侧横向传播，影响沿线一定范围内的无线电设备接收的正常信号的波形幅值和相位。相关标准规定500kV输电线路无线电干扰的限值可以确定在55(O．5MHz)，建议特高压线路无线电干扰限值宜在55．58之间。2)可听噪声很多国家对输电线路周围空气电离放电产生的可听噪声没有限制标准，在低电压等级下，可听噪声表现不明显，电压等级变高时就需引起重视，如线路设计不符合相关标准，这种噪声将使得线路附近的居民以及在邻近线路工作人员感到烦躁不安。输电线路属于整个环境中的一部分，其可听噪声的限值可参考当地的环境噪声限制标准。关于噪声的相应国标有GB3096．93，GBl2348．90，GBl2523-90及配套的测量标准。3)线路下方工频电场和磁场我国标准规定500kV线路距离地面lm处最大电场强度跨农田时不大于10kV／m，跨公路时不大于7kV／m，对于特高压线路还没有明确的标准，可以按照500kV线路的标准设计。采用紧凑型线路可以增加输送容量，导线采用倒三角形排列可以改善线路下方的电场和磁场环境，也可减少线路走廊，导线最低对地高度可以降低，说明特高压相导线采用倒三角排列是一个比较好的方式。4)导线型号选择和布置方式导线型号选择和布置方式直接影响到导线表面电场强度，导线表面电场强度又决定线路电晕损耗、无线电干扰水平、可听噪声、电视干扰等参数，导线对地距离决定地面lm处的电场和磁场强度，因此研究导线型号选择和布置方式十分重要。导线半径、分裂间距、分裂根数、最低对地距离必须合理的选择。研究表明，导线半径越粗、分裂根数越多，导线表面电场强度越小。鉴于国外的特高线路84 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计分裂导线运行成功经验，我国特高压导线也宜采用大截面8分裂导线。分裂导线间距40cm，子导线截面可为400．630mm2，也可选用更大截面导线。而导线对地距离越小，地面lm处电场强度越大，分析表明，导线最低对地距离取22m是符合要求的。此外，导线选择还应考虑导线允许的温升、经济电流密度、机械强度等因素，以得到最优的选择。13．3绝缘配合特高压线路的绝缘配合关系到线路是否能够稳定、可靠运行，相关工程问题包括变电设备、绝缘子、杆塔与导线之间间隙等的选择，相关研究也有不少成果。1)绝缘子类型选择绝缘子是输电线路的重要组成构件，起着支撑导线和绝缘的作用。国内架空线路绝缘子主要有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子3种类型。瓷绝缘子具有良好的绝缘性能、耐气侯性、耐热性和组装灵活等特点，但随着运行时间变长其绝缘性能会逐渐降低。钢化玻璃绝缘子具有优良的机电性能、耐振动疲劳、耐电弧烧伤、耐电击穿性能。缺点是防污型要做成钟罩式，增加了棱的数量和高度，导致棱槽深、容易积污、不好清扫。复合绝缘子具有强度高、重量轻、耐污性能好、易于安装和维护等优点。运行经验表明，在重污秽地区使用复合绝缘子，串长可大大缩短、杆塔尺寸缩小，降低工程造价。但复合绝缘子目前运行经验还不足，也可能由于质量原因导致芯棒脆断等。特高压线路绝缘子串长约为500kV线路的2．3倍，长度10-14m，重量大，使杆塔增高，易受雷击，增加造价等。复合绝缘子可以解决上述问题，采用双串或四串并联安装可以防止芯棒脆断掉线的问题。所以特高压线路宜采用复合绝缘子，但是我国目前还不能制造400kN的大吨位复合绝缘子，对于示范性线路可以先采用玻璃或瓷绝缘子，并选择合适的片数。2)杆塔和导线距离决定杆塔尺寸的主要因素是间隙尺寸，即杆塔和导线的距离。先要确定操作过电压空气间隙50％的放电电压，按相应结构的试验曲线查找对应的间隙尺寸。S 1绪论工程硕士学位论文日本1000kV线路铁塔绝缘间隙，直线塔为6．62m，耐张塔为6．2m。特高压线路最小间隙(即最大风偏时导线离塔柱的距离)按最大运行电压下不闪络的条件决定。前苏联1150kV线路杆塔取2．4m，日本1000kV线路取3．09m。但由于线路具体情况不同，我国不能完全使用国外的数据，必须加强绝缘间隙方面的放电试验，而杆塔的设计和制造不存在技术问题。特高压交流输电还有很多问题需要讨论，比如防雷问题、特高压变压器制造、无功平衡等问题，还需要科技工作者继续努力。综上所述：1)特高压交流输电有利于大容量电能的传输、节省线路走廊、建立坚强的主干电网，所以采用特高压交流输电是适宜我国未来电网发展的。2)我国的特高压电磁环境的一些标准可以在500kV线路标准基础上进行分析确定。3)紧凑型线路相导线倒三角布置方式在改善电磁环境、降低杆塔高度和减小线路走廊等方面有一定的优越性：4)通过选择合适的导线、分裂间距、分裂根数、对地距离等可满足电磁环境标准要求；应加大大吨位复合绝缘子的研究力度，示范性线路可根据实际情况采用瓷或玻璃绝缘子。1．4导线选型设计应考虑的问题导线的选择是特高压输电技术的重要课题，它不仅要满足线路输送电能的要求，同时要保障线路能够安全可靠地运行和满足环境保护的要求，而且还要经济合适。因此，导线选择需要考虑线路的输送容量、传输性能、环境影响(电晕、无线电干扰、噪声等)等多种因素，通过导线电气特性、机械特性和投资三个方面分析，对各种导线截面和分裂型式进行了详细的技术经济比较，推荐出在技术和经济上最优的导线截面和分裂型式。原则上，在导线选型时，应综合考虑以下因素：1)工程概况；工程概况主要包括：线路路径概况、线路路径所处地的气象条件、杆塔条件及电力系统条件。6 三堡堡主堂篁丝塞堑查垦笪銮皇三堡塑皇垡堕堡生2)导线的型号和结构；要考虑导线分裂根数及导线分裂间距。3)导线的允许温升；4)对电磁环境的影响：输电线路的电磁环境主要包括导线表面电场强度、地面电场强度、无线电干扰、可听噪声等。5)导线载流量及电能热、电晕损失；在事故运行方式下，交流输电线路可能出现的最大容量由系统的过负荷能力所决定。导线载流量与导线所处气象条件(环境温度、风速、日照强度)有关，在计算导线载流量时，应使导线不超过某一温度，目的在于使导线在长期运行或在事故条件下，由于导线的温升，不致影响导线强度，以保证导线的使用寿命。导线选型还应考虑交流输电线路的电阻热损失。交流输电线路发生电晕后将会产生电能损失，尽管电晕损失只是电阻损失的一小部分，但是恶劣天气最大的电晕损失会对电力系统备用容量和用电需要有较大影响。为了确保输电线路的可靠运行，线路设计应将电晕损失控制到合理范围。6)电晕临界电压；7)导线相序排列方式；同塔双回路的导线排列方式有ABCABC，ABCBAC，ABCACB，ABCBCA，ABCCBA，ABCCAB等6种排列方式，其中ABCABC为正相序排列，ABCCBA为逆相序排列。应分别计算各项电气参数，还应同时考虑了双回路一回带电一回停电以及单回路的三角排列和水平排列的情况，从而研究出导线最优相序排列。8)电气特性；导线的选型应从满足各项电气性能的导线方案中总体评价各导线方案。9)导线机械特性；线本身的成本外，7 1绪论工程硕士学位论文每公里线路铁塔基数、单位钢耗量、绝缘子和附加金具的种类也各不相同，因而各种导线结构的静态投资是不一样的。考虑导线的静态投资需考虑导线用量、铁塔耗钢量，从而确定工程费用及差价进而比较导线的经济性。12)年费用年费用能反映工程投资的合理性、经济性。年费用包含初次年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的利息，是将各方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上最优。导线选型应考虑如上许多因素，本论文以实际工程为例，根据特高压输送容量、负荷特性及国内外导线生产运行情况，首先选出几种线型并初步确定分裂根数，兼顾电气和导线的次档距振荡两个方面的特性，合理选取导线分裂间距，重点从导线对电磁环境的影响方面分析比较选出的几种线型，最终确定其中一种导线。1．5本文的主要工作本论文以皖电东送淮南一上海特高压输变电工程广德县末段30km输电线路设计为实例，研究特高压输变电工程导线的选型设计，导线选型设计需考虑的因素较多，本文重点从导线对电磁环境的影响方面做分析研究。拟完成的主要工作如下：1)输电技术概述。主要介绍输电线路、输电种类、输电电压等级，延伸介绍超高压和特高压输电技术，重点从工频电磁环境和绝缘配合两个角度分析我国特高压输电研究现状，并总体介绍特高压输电线路导线选型设计需考虑的问题。2)利用分裂导线降低输电线表面场强。主要研究利用分裂导线降低输电线表面电场强度的原理。3)导线型号及导线结构选取。以实际工程为例，根据特高压输送容量、负荷特性及国内外导线生产运行情况，选取各种线型并初步确定分裂根数。最后兼顾电气和导线的次档距振荡两个方面的特性，合理选取导线分裂间距。4)交流输电线路电磁环境分析。介绍输电线路的电磁环境中电场分布、无线电干扰和可听噪声的计算方法。5)导线的电磁环境影响计算。分析比较导线的分裂数、子导线截面积、分R 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响。最终从电磁环境影响的角度确定最佳的导线组合。6)所选的各类导线的电磁环境影响比较。分析比较所选的导线的表面场强、地面场强、无线电干扰和可听噪声，最后确定出其中的一种钢芯铝绞线。9 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文2导线型号及导线结构选取从本章开始即为实例工程的导线选型设计的一部分。本章根据特高压输送容量、负荷特性及国内外导线生产运行情况，首先选出6种线型并初步确定分裂根数。最后兼顾电气和导线的次档距振荡两个方面的特性，合理选取了导线分裂间距。2．1实例工程概况1)路径概况皖电东送淮南～上海输电线路始于安徽省淮南站，经过皖南站和浙北站，止于上海沪西站，线路全长2×642．35km，其中淮南～皖南线路长度2×326．35km，皖南～浙北线路长度2x151．Okm，浙北～沪西线路长度2×165．Okm。本工程按1000kV电压等级设计，本期降压500kV运行。本论文是皖电东送淮南～上海输变电工程输电线路工程广德县末段30km导线的选型设计中的一部分。广德县末段30km是皖南～浙北线路的一部分，范围为皖浙省界以西30km。线路位于安徽省广德县境内；地形以丘陵、平地为主，局部为岗地和河漫滩。本标段线路与向家坝一上海、锦屏一苏南+800kV直流输电线路基本平行架设。2)气象条件根据沿线各气象台(站)的气象资料，充分考虑1000kV特高压输电工程的重要性，结合已建电力线的设计资料、运行情况，本标段设计气象条件见表2．1．1。3)杆塔条件本工程全线为双回路，导线悬垂串采用I串三相垂直布置。为便于比较，本论文列出了I串、V串布置的双回路铁塔和中相采用V串、边相采用I串的单回路猫头塔和酒杯塔。详见图2．1．1。10 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计图2．1．1杆塔条件图 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文4)电力系统条件系统额定电压：1000kV系统最高运行电压：1100kV系统输送功率：6500MW事故时极限输送功率：12000MW功率因数：O．95最大负荷利用小时数取5000、5500小时。2．2导线型号选取国外在20世纪60年代中期至80年代初期就开始对特高压输电线路在电气、机械方面进行多课题的试验研究，设计并建成了多个特高压试验基地。现在世界上真正建成的特高压输电线路只有前苏联和日本，前苏联于1985年建成的2条1150kV线路降压500kV运行至今；日本于20世纪70年代中期建成第一条1000kV线路降压500kV运行，1999年建成第2条l000kV线路预计2010年以后将升压至1000kV。其余的国家如美国、欧洲(德、法、意)、加拿大、巴西等都是在研究阶段。从前苏联和日本的导线设计来看，特高压输电线路导线较多的采用正八边形对称布置，尽管选择的思路不尽相同，但一般均考虑了系统输送功率和环境影响程度限制的要求，只是根据各自国情不同而侧重点不同。我国上世纪80年代以后建设的500kV超高压线路绝大多数采用子导线截面为300-,-400mm2的4分裂导线，随着输送容量的增大，子导线截面也增至630～720mm．2，现投运的士500kV输电线路大都采用4x720IB．1112导线。近年来我国西北地区开始建设的特高压750kV输电线路，经经济技术比较后采用6分裂300ram2的扩径导线。就目前国内及国际上对输电线路导线的应用情况统计来看，钢芯铝绞线占了大部分份额。根据国家标准《圆线同心绞架空导线》(GB厂r1179．1999)及《铝绞线及钢芯铝绞线》(GB／T1179．83)和特高压输电线路目前采用的导线型号，本论文选择几／G1A-900、LGJ．800／55、ACSR．720／50、LGJ一630／45、LGJ．500／35、LGJ--400／356种钢芯铝绞线进行比较，6种导线的技术参数见表2．2．1。12 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计2．3利用分裂导线降低输电线表面场强电力系统输送电能，多采用高电压或超高电压(500kV以上)，设计线路时要考虑的一个问题是，避免在正常气象条件下线路发生电晕。所谓电晕，是当高压输电线表面的电场强度超过空气的击穿场强时，导线周围的空气游离而发生的局部放电现象。电晕会增加线路的功率损耗，电晕放电产生的离子和臭氧(03)对导线及绝缘瓷瓶有腐蚀作用，并干扰邻近的通信线路。采用措施降低输电线表面的电场强度，是减小或消除电晕的关键，虽然增大导线半径可以到达此目的，但其结果是既浪费材料又不利于线路的架设，目前解决的办法是采用分裂导线，即把每一根导线分裂成若干根，用导体支架将它们对称排列在一个有较大半径的圆周上图2．3．1示出一根导线的两分裂、三分裂和四分裂的布置。13 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文囝(a)单导线，，囝、、，、囝、，囝一一一一一一⑦(b)两分裂⑦囝⑦(c)三分裂(d)四分裂图2．3．1分裂导线从直观上看，采用分裂导线增大了导线的等效半径，自然减小了导线表面的电场强度，一般来说，分裂的根数越多，效果越好，但即使用两分裂，比起单根导线也有良好的改善。下面以两分裂导线为例，研究分裂导线降低输电线表面电场强度的原理。两根平行圆导线或两个平行圆柱形导线之间的电场可以采用柱面镜像法计算，这种方法归结为计算一对电轴的电场，因此柱面镜像法又称为电轴法。如图2．3．2所示，自由空间中线电荷密度分别为+t和1的两根平行无限长带电直线(称为一对电轴)相距为2b，其电场是平行平面场。14一-c—下T图2．3．2两分裂导线距电轴+t为r处的电场强度为式(2．3．1) 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计E=二r口(2．3．1)2Ⅱeor。以任一点Q为参考点，电轴+t在P点产生的电势为式(2．3．2)吼=e‘志出=气一去hh(2．3．2)式(2．3．2)中气2瓦kQlrQl是参考点至+T电轴的距离，若以∞远为参考点，％_÷∞，因此诸如此类电荷不是分布在有限区域(无限远仍有电荷)的电场问题不宜以∞远为参考点。同理，电轴一茌P点产生的电势为式(2．3．3)让2f忌出2龟+去吨(2．3．3)让2上云idr2c；2+瓦吨(23．3)叠加后，P点电势为式(2．3．4)9=肇++啦==；：三-h≥+c(c=cl+c2)(2．3．4)92肇++啦2夏ih乏+c(c2cl+c2)(23^)若参考点选在y轴上rl=r2)，则c=0，币=．t—rz(zs0__z_-h1．s)c=，币2．一．s)式(2．3．5)中飞，匕分别是P点至电轴+T和电轴—，【的距离。图2．3．3示出的县两线传输线采用两分裂导线的示意图。输电线之间(两根分裂导线的中点之间)距离为d，分裂导线轴之间距离为c，导线半径为rO，通常有d》c》ro。设每根导线的电荷线密度分别为±T，由示(2．3．5)，空间任一点P的电势为式(2．3．6)‰=二Inr2。r2．1Pp=瓦磊(2．3石)在导线表面A点，rl；c，rl。--ro，r2。--d—c，r2--d，则有式(2·3·7)‰=志h笔}≈毫h笔一．％‰2瓦h—瓦一≈丽h瓦2一％输电线的电压为式(2．3．8)(2．3．7)15 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文-【U2征￡o2h堡口O故有式(2．3．10)％=老叫蓑％=—Tlfl}j?2h赤铲，i(2．3．8)(23．9)(2．3．10)当P点离输电线较远，r1≈r二，rz籍r三，式(2·3·10)可写成式(2·3·11)％：上h兰(2．3．11)妒歪dh乏幢3n’4rOC普通输电线的电势为式(2．3．12)秭5五Uh≥(2312)将式(2．3．11)与式(2．3·12)比较，分裂导线和一根半径为0话的单导线等效。在分裂导线表面A(B)点电场强度最大，有式(2．3．13)‰=盍仨+E+南≈瓦T’(2圳‰2瓦≮+：+五+列≈瓦_2313J即EIll。≈—旦O-．3．14)⋯谣dZ314j普通输电线导线表面的最大电场强度为式(2．3．15)EI-1．，：—旦一(23．is)k暇。—2rai—ndL23·i5)将式(2．3．14)与式(2．3．15)比较，前者显然要小，例如，将d=2m，c---0．2m，to=0．005m的两分裂输电线与普通输电线比较，在电压相同的情况下，前者的最大电场强度为后者的72％，即降低了输电线表面的电场强度。同理可以推导出三分裂、四分裂甚至更多分裂数输电线表面的电场强度。同161嘞h去=％一％舯=B小Q式出得 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计样可证明利用分裂导线可有效降低输电线表面电场强度。2．4导线截面及分裂根数选取双回特高压1000kV输电线路的额定输送容量约2x6500MW，额定电流约3951A，最大负荷利用小时数5000、5500h。根据电流密度参考值为0．9A／ram2，得到导线总铝截面为4390mm2，该值作为导线总截面的参考值。由此初步确定JL／G1A．900导线采用6分裂、LGJ．800／55导线采用7分裂、ACSR-720／50导线采用7分裂、LGJ．630／45导线采用8分裂、LGJ-500／35导线采用9分裂、LGJ．400／35导线采用10分裂，上述导线总铝截面见表2．4．1。表2．4．1导线总铝截面表上述导线结构除10xLGJ-400／35的总铝截面小于4390mm2外，其它分布在4473--．,5700mm2之间，可满足输送容量的要求。2．5导线分裂间距选取导线分裂间距的选取要考虑分裂导线的次档距振荡和电气两个方面的特性。从电气方面看，有一个最佳分裂间距，在此分裂间距时，导线的表面最大值电场强度最小，这里采用I串，逆相序排列，下导线对地25m，运行电压为1050kV，分裂间距变化范围为200mm,-一,600mm。各类导线的分裂间距与极导线表面电场强度的变化曲线见图2．5．1。17 三．量垡型兰垦量垡竺塑垄墼三堡堡主堂垡笙奎18●I|f’fl√一＼／～＼’／一、j／＼-⋯⋯⋯●j，一一一-1-～，-—，a)6×JL／G1A一900lf：；／f；／一ii／{Z～≮／／j：⋯——I●l●Ib)7xLGJ-800／55}／‘|-／一，●，-，-，ryfi／⋯{＼／’一一一一’、、{、√c)7xACSR-720／50＼ 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计d)8xLGJ-630／45e19×LGJ-500／35f)10xLGJ．-400／35图2．5．1导线分裂间距与表面电场强度变化曲线19 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文次档距振荡是由迎风侧子导线的尾流所诱发的背风侧子导线的不稳定振动现象，一般认为分裂导线间保持足够的距离就可以避免出现次档距振荡现象，根据国外一些研究成果认为当分裂间距与子导线直径之比S／d>16．18时，就可以避免出现次档距振荡。由于特高压线路分裂根数的增加，在采用大截面导线时，很难保证S／d>16。根据国内外线路设计和运行情况分析，S／d的比值在10""16之间线路也能安全运行。对于6分裂导线分裂间距取450mm，7"-"8分裂导线分裂间距取400mm，9分裂导线分裂间距取380mm，10分裂导线分裂间距取375mm。导线分裂间距和直径S／d比值及导线分裂间距同表面最大电场强度关系分别见表2．5．1和2．5．2。表2．5．1各种导线的分裂间距和S／d比值表2．5．2导线分裂间距同表面最大电场强度关系限制次档距振荡要求的分裂间距与最佳电气性能要求的分裂间距是相互矛盾的，前者要大于后者。各类导线S／d值在11．08-"-,14．00范围中，满足次档距振荡的要求；从表3．3—2知，各类导线的实际分裂间距时导线表面场强比最佳分裂 土程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计间距时导线表面场强增加率仅为O．13％---"2．01％，故上述导线的分裂间距取值是合理的。2．6导线经济电流密度验证经济电流密度的选取要符合国情和各工程的实际特点，世界上己建成特高压线路的两个国家，前苏联和日本取值分别为1AJmm2、0．5A／mm2。我国在进行特高压线路的设计时，应根据工程的实际需要对经济电流密度进行充分地论证。原水利电力工业部颁布的《电力系统设计技术规程》(SDJl61．85)中规定，架空输电线路导线截面的选择应满足在正常运行方式下的最大输送容量，并符合经济电流密度的要求，详见表2．5．1。表2．6．1经济电流密度的要求(A／ram2)目前交流输电线路较多采用钢芯铝绞线，因钢、铝导电率不同，同塔双回交流输电线路导线的电流密度可按式(2．6．1)计算：形Jt2霸雨瓦丙石两万面‘2·6．1)式(2．5．1)中：t——等效的电流密度(A／ram2)；形——输电容量(kW)；U——运行电压(kV)：Ⅳ——分裂根数；邑——单导线的铝截面(ram2)；&——单导线的钢截面(ram2)；’lr——功率因数角o)。根据初选导线和分裂根数，由式(2．6．1)计算得电流密度见表2．6．2。21 2导线型号及导线结构选取工程硕士学位论文从表2．6．2计算结果可以看出，当相导线载流量为3951A时，各种导线的电流密度在0．69～1．00A／mm2之间，均小于1．15A／mm2，满足SDJl61．85规程要求。2．7本章小结本章以实例工程为例，根据特高压输送容量、负荷特性及国内外导线生产运行情况，首先选出了6种线型，研究利用分裂导线降低输电线表面电场强度的原理，初步确定了分裂根数，分别为6×JL／GlA．900、7xLGJ-800／55、7×ACSR．720／50、8xLGJ．630／45、9xLGJ．500／35、10xLGJ-400／35，并兼顾电气和导线的次档距振荡两个方面的特性，合理选取了导线分裂间距，6分裂导线分裂间距取450mm，7～8分裂导线分裂间距取400mm，9分裂导线分裂间距取380mm，10分裂导线分裂间距取375mm，最后验证了各导线的经济电流密度均满足规程要求。下面将重点从导线对电磁环境的影响方面分析比较所选出的6种线型，以确定其中的一种导线。 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计3交流输电线路电磁环境分析在特高压输电线路中，输电线路导体上的高电压会产生强电场，在周围空间产生电场和磁场分布；导体表面较高的电场强度也会引发电晕，进而产生无线电干扰和可听噪声等危害。输电线路的电磁环境已经成为决定导地线选型，线路对地高度等的重要因素。因此，要从导线对电磁环境的影响方面分析比较所选出的6种线型，首先要分析交流输电线路电磁环境。交流输电线路的电磁环境主要包括电场分布，无线电干扰和可听噪声等几个方面，下面将其计算方法分节介绍。3．1导线表面电场强度我国的输电线路电磁场(即工频电磁场)频率为50Hz，属于极低频场(ELF)，可以看作是准静态场。工频电磁场的数值计算方法可以分为两类，一类是从描述静电场一般规律的微分方程—拉普拉斯方程或泊松方程出发，将电场连续域内的问题变为离散系统的问题来求解，属于这一类数值计算法的有：有限差分法和有限元法。另一类以边界上的电荷分布或一组虚设的模拟电荷为未知数，根据库仑定律直接决定的由电荷分布求电位的积分方程，利用已知的边界条件，写出一组对电荷求解的线性方程组，再按所求得的电荷，得出电场空间分布的近似解。属于这一类数值计算法的有：模拟电荷法、矩量法和边界元法。[23工程上在计算高压输电线下空间电场的分布时，常采用等效电荷法。它简便易行，且能保证精确度。模拟电荷法(chargesimulationmethod)是基于电磁场的唯一性定理，将电极表面连续分布的自由电荷或介质分界面上连续分布的束缚电荷用一组离散化的模拟电荷予以等值替代，这样，应用叠加原理，将离散的模拟电荷在空间所产生的场量叠加，即得原连续分布电荷所产生的空间电场分布。[23静态电场的数学模型可归结为以电位函数9为待求量的泊松方程或拉普拉斯方程的定解问题，但在实际工程问题中，电极(导体)表面上连续分布的自由电荷以及介质分界面上连续分布的束缚电荷，其分布情况往往是未知的，不能直接由给定的边界条件解出。若在计算场域之外设置n个被称为模拟电荷的离散电 3交流输电线路电磁环境分析工程硕上学位论文荷来等效替代这些待求的连续分布电荷，则依据等值替代前后边界条件不变的前由此构成一个11阶的线性代数方程组，即所谓模拟电荷方程组(3．1．2)：[尸№】=b](3．1．2)式(3．1．2)中，系数矩阵[尸】的元素九驴表示第j个单位模拟电荷源在第i个匹配点上产生的电位值，故通常称其为电位系数，而纠称为电位系数矩阵。九盯与模拟电荷和匹配点的相对位置、介质的介电常数以及模拟电荷的类型有关，而与模拟电荷量的大小无关。4)求解模拟电荷方程组，算得各模拟电荷值[Q】。5)在电极表面处另取若干个校核点，校核计算精度。若不符要求，则重新修正模拟电荷(位置、个数和形态)，直至满足计算精度要求为止。6)求出待求点A处的电场强度系数，多个电荷在某一场点所引起的电场强度用叠加原理可以求得。求空间直角坐标系中X，Y，Z方向的电场强度系数C，E，C，组成场强系数矩阵p】，按下式(3．1．3)24 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计．f晓j盹正2(3．1．3)求出所求点的场强在x，Y，z方向上的分量，合成场强为式(3．1．4)E=拉i再可(3．1．4)3．2无线电干扰输电线路的电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波，会造成对无线电的干扰。在工频电压的每半周内，电晕都要发生和熄灭一次，更会辐射出大量电磁波，一般来说，交流线路的无线电干扰比直流线路的大。高压输电线路的绝缘子和各种金具上较容易出现电晕，随着输电线路电压的不断提高，延伸范围不断扩大，线路上电晕造成的无线电干扰己成为输电线路设计中的一个很重要的需要注意限制的问题。[3]国际无线电干扰委员会(CISPR)推荐的计算输电线路无线电干扰的方法有两种，即经验法和激发函数法。我国已广泛应用经验法于现有电压等级的输电线路的无线电干扰的评估计算，一般适用于导线分裂数不大于四的线路，计算结果为好天气的干扰场强。对于电压等级在1000kV以上的特高压输电线路，由于导线分裂数大于四，一般为八根以上，宜采用激发函数法，它是以干扰产生量(亦称激发函数)为基础，在大雨条件下从电晕笼实验中得出，计算结果为大雨条件下的无线电干扰水平。现将激发函数法阳简要介绍如下：对于多相线路，其电压电流关系方程有式(3．2．1)和式(3．2．2)：身弘【z胴[V】(3．2．1)匀V】=[r]Ez】【f】．(3．2．2)采用模量变换的方法，适当选用矩阵变换，可得式(3．2．3)：万d2扣)=蚶[p)](3．2．3)式(3．2．3)中：珐驮；；级厂●—iiiiiiil厶厶厶六￡正—．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．L=1●●●●●●Jry：E 3交流输电线路电磁环境分析工程硕士学位论文[乒肘’]=州【刁(3．2．4)【九】2=【s】。[】，】【z】[s](3．2．5)适当选取矩阵[S】，利用激发函数，可以确定导线rk上各点电晕引起的电流如式(3．2．6)和电压如式(3．2．7)：【I：D】=罢【F】㈦2射【vo】=【气m】(3．2．7)其中【Z0】为波阻抗矩阵。对上式，可以通过模态变换求得第k相导线全线的无线电干扰如式(3．2．8)：最=障{蒜)]@2∞式(3．2．8)中：吮”’=30吲M。1【G】(3．2．9)q=马。％L(3．2．10)％是模态转换矩阵(s)的(j，m)项，Tmk是模态转换逆矩阵$)-1的(聊，尼)项。F为激发函数可采用式(3．2．11)计算：r(。，d)=r，+38log(d／3．8)+K(3．2．11)式中：r，一直径3．8era导线大雨时的数值K一导线分裂根数修正值d一导线直径(era)r，=78-080／E．)(3．2．12)式(4．2．12)中：E一导线表面最大电场强度(kV／m)疋=0dB当刀≤8(3．2．13)疋=5dB当刀≥8(3．2．14)3．3可听噪声输电线路电晕的另外一个效应是产生可听噪声。对于500kV及以下的电力 三堡堡主堂垡堡塞壁塞堡塑壅皇三堡笙皇垡堕堡生系统，这个问题尚不严重；而对于1000kV及以上的电力系统，这个问题成为环境保护的重要内容。由于特高压输电线路电压高，要降低导线表面场强和可听噪声，将需要采用比超高压输电线分裂数更多、子导线直径更大的导线，这是交流特高压输电线路设计中的一个关键问题。输电线路可听噪声的计算方法很多，这里介绍工程中常用的BPA方法H3。其预估公式如式(3．3．1)：删=10xlg喜Ig-1(幽趔掣)(3．3．1)其中：SLA-A计权声级PWL(i)．i相导线的声功率级砒一测点至被测i相导线的距离(m)Z．相数式(3．3．1)中的PWL按式(3．3．2)计算PWL=一164．4+120xlgE+55xlgdeq(3．3．2)式(3．3．2)中E为导线的表面梯度(kV／cm)deq为等效直径deq=0．58×珂o‘骢×d(n>4)(3．3．3)式(3．3．3)中：n-分裂根数d．次导线直径(mm)这个预测公式对于分裂间距为30一-,50cm,导线表面梯度为10"-"25kV／cm的常规对称分裂导线均是有效的。3．4本章小结本章分三节对交流输电线路的电磁环境中导线表面电场强度、无线电干扰和可听噪声三个方面的计算方法做了介绍。导线表面电场强度的计算方法有很多，本章着重介绍了工程上常采用的等效电荷法。它简便易行，且能保证精确度。国际无线电干扰委员会(CISPR)推荐的计算输电线路无线电干扰的方法有两种，即经验法和激发函数法。本章只简要介绍了激发函数法。输电线路可听噪声的计算方法很多，本章介绍了工程中常用的BPA方法。27 3交流输电线路电磁环境分析工程坝士学位论文随着计算机软件技术的发展，针对电磁干扰及其对环境的电磁影响，国外己经研究开发出较为成熟的计算软件包，比如：NEC电磁场数值计算软件包，主要采用MOM求解辐射场，可用于天线、传输线问题的仿真计算；CDEGS是加拿大科研人员开发的一个大型的电磁干扰分析软件包，成功地解决了国际上几十个重大工程项目中的疑难问题。本论文应用了加拿大SES公司的CDEGS软件，该软件在国际输电线路电磁环境计算中有很多应用，效果良好。下面的导线电磁环境影响分析研究即采用CDEGS中的SES．Enviro模块展开。 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计4导线对电磁环境影响计算为了分析线路的技术特性对电磁环境的影响，合理确定线路的设计参数，本章分析比较导线的分裂数、子导线截面积、分裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响。最终从电磁环境影响的角度确定最佳的导线组合。计算中采用双回路I串塔，导线为逆相序排列，下导线最低对地距离为25m。进行比较的无线电干扰和可昕噪声为边导线20m处的值，地面场强为地面1．Sm高处的场强值。4．1CDEGS软件简介本章的分析研究采用CDEGS中的SES．Enviro模块展开，首先对加拿大SES公司的CDEGS软件做简要介绍。CDEGS软件是由加拿大SES公司历经十余年开发而成的，CDEGS是电流分布(CurremDistribution)、电磁场(ElectromagneticFields)、接地(G的tIlldiI培)和土壤结构分析(SoilStructureAnalysis)英文首字母的缩写，它是解决电力系统接地、电磁场和电磁干扰等工程问题的强大工具软件，并可以解决阴极保护等问题。它可在正常、故障、雷电和暂态条件下，计算地上或地下任意位置的带电导线组成的网状结构产生的接地电位、导线电位和电磁场。CDEGS还能为简单的、裸露的和含外皮的金属管、封闭管道、电缆系统和复杂土壤结构中的各种导线建立计算模型。CDEGS软件具有用户满意的输入输出处理器的组合以及常见的Windows界面，用户使用起来非常方便，它包含的8个工程应用模块和16个辅助工具。SES．Enviro软件包的中心模块计算高压交／直流传输线的射频干扰、音频噪声和电晕损耗等参数，同时计算传输线路产生的电场、磁场、标量电位等电磁参量。高压线路的结构可以是平行的输电线或配电线，屏蔽线的构造和数量可以是任意的。软件可以计算线路附近任何位置的电磁场水平和电晕参数。还能计算单个电路或相线对整体电晕水平的贡献。软件能分析直流、交流或混合线路产生的环境影响，如静电场、空间电位(非电离场)、混合电场和磁场。包括电晕参数计算 4导线对电磁环境影响计算工程硕士学位论文模块、线参数计算模块、导体表面电场计算模块以及电场、磁场和空间电位计算模块。SES．Enviro软件包分析架空的交直流传输线对周围环境的影响，计算射频干扰、音频噪声、电晕损耗和电磁水平。是同行业内功能最齐全和最强大的分析设计软件包，消除了沉重的电晕参数分析计算工作的负担。通过一个多标签窗口能很快地调用所有SES-Enviro输入参数组，包括射频干涉、音频噪声、电晕损耗、大气的条件和导体表面状态。输入参数的有效性通过一个强大的过滤器得到验证，遇到非法输入，过滤器将报错。SES．Enviro提供一个分析高压输电线路产生的环境影响的集成环境。可以在同一界面上完成从数据输入、运算到计算结果图形化输出的全过程。下面的导线分裂数、子导线截面积、分裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响的分析比较就是利用该模块展开。4．2导线分裂数对电磁环境的影响为了研究导线分裂数对于电磁环境的影响，分别采用6分裂导线、7分裂导线、8分裂导线、9分裂导线、10分裂导线，导线型号为LGJ一630／45，分裂间距为400ram。计算双回路导线表面最大电场强度、地面最大电场强度、无线电干扰、可听噪声的各参数变化，如图4．2．1和图4．2．2。a)双回路导线表面最大电场强度比较 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计b)双回路地面最大电场强度比较 4导线对电磁环境影响计算工程硕士学位论文图4．2．2导线分裂数对于电磁环境参数变化的百分比由图4．2．1和图4．2．2可知，随着导线分裂数逐步增加，导线的表面积增大，导线表面最大电场强度减小9．5％"--6．4％，无线电干扰减小8．2％～7．3％，可听噪声减小8．2％--一7．3％，但是地面最大场强增加4．5％---3．3％。可见，增加导线分裂数可以比较有效的降低导线表面场强，无线电干扰和可听噪声，但是导线分裂数的增加会使地面的场强有一定的增加。4．3导线截面积对电磁环境的影响为了研究导线截面积对于电磁环境的影响，采用8分裂导线，子导线截面积分别设为400mm2、500ram2、630mm2、720mm2、800mm2、900mm2，计算双回路导线表面最大电场强度、地面最大电场强度、无线电干扰、可听噪声的各参数变化，如图4．3．1和图4．3．2。32 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计a)双回路导线表面最大电场强度比较b)双回路地面最大电场强度比较C)双回路无线电干扰比较33 4导线对电磁环境影响计算工程硕士学位论文d)双回路可听噪声比较图4．3．1导线截面积对于电磁环境的影响图4．3．2导线截面积对于电磁环境参数变化的百分比由图4．3．1和图4．3．2可知，随着导线截面积的增加，导线表面最大电场强度减小8．5％"---4．0％，无线电干扰减小6．3％"--3．1％，可听噪声减小4．5％～1．5％，但是地面场强增加0．2％"--"0．4％。增加导线截面积使上述各量减小值明显比增加导线分裂数小，在满足输送容量总截面积基本不变的情况下，增加导线截面积，减小分裂数，显然对改善电磁环境不利。 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计4．4导线分裂间距对电磁环境的影响为了研究导线分裂间距对于电磁环境的影响，导线采用8xLGJ一630／45，分裂间距分别设为200mm，300mm，400mm，500mm，600mm，计算双回路导线表面最大电场强度、地面最大电场强度、无线电干扰、可听噪声的各参数变化，如图4．4．1和图4．4．2。a)双回路导线表面最大电场强度比较b)双回路地面最大电场强度比较35 d)双回路可听噪声比较图4．4．1导线分裂间距对于电磁环境的影响图4．4．2导线分裂间距对于电磁环境参数变化的百分比 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计由图4．4．1和图4．4．2可以看出，线路电磁环境随(除地面场强外)导线分裂间距的变化存在一个最佳值，对应分裂间距约为200,"--300mm之间。分裂间距超过最佳值时对各电气参数特性是不利的，随着分裂间距的增加，导线表面最大电场强度增加0．79％"--2．4％，无线电干扰增加1．7％～3．2％，可听噪声增加0．60／"0,,,3．1％，地面场强增加4．7％"---8．8％。但是导线分裂间距减小会对次档距振荡不利，综合各种因素，根据2．4节的论述，分裂间距取400mm。4．5导线线间距离对电磁环境的影响为了研究导线线间距离对于电磁环境的影响，导线采用8xLGJ．630／45，分裂间距400mm。导线线间距离分别设为24，26，28，30，32，34m，计算双回路导线表面最大电场强度、地面最大电场强度、无线电干扰、可听噪声的各参数变化，如图4．5．1和图4．5．2。曲双回路导线表面最大电场强度比较37 c)双回路无线电干扰比较＼网＼}霭＼父l豸＼．接＼㈡＼ld)双回路可听噪声比较图4．5．1导线线间距离对于电磁环境的影响38图4．5．2导线线间距离对于电磁环境参数变化的百分比 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计由图4．5．1和图4．5．2可知，随着导线线间距离的增加，导线表面最大电场强度减小0．4％～0．8％，无线电干扰减小O．4％～0．8％，可听噪声减小0．4％----0．2％，而地面场强增加1．6％"--2．6％。因此增加极间距离从电气特性上看有利有弊，但加大极间距离会增加塔重，因此极间距离主要由导线间隙圆和线间距离决定。4．6导线对地高度对电磁环境的影响为了研究导线对地高度对于电磁环境的影响，下导线对地高度分别设为21m，23m，25m，27m，29m，31m，计算双回路导线表面最大电场强度、地面最大电场强度、无线电干扰、可听噪声的各参数变化，如图4．6．1和图4．6．2。＼{l＼、、＼、人＼＼＼a)双回路导线表面最大电场强度比较＼入＼．＼、＼b)双回路地面最大电场强度比较39 4导线对电磁环境影响计算工程硕士学位论文c)双回路无线电干扰比较d)双回路可听噪声比较图4．6．1导线对地距离对于电磁环境的影响图4．6．2导线对地高度对于电磁环境参数变化的百分比 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计由图5．5-1和图5．5-2可知，随着导线对地平均高度的增加，导线表面最大电场强度减小0．57％～0．26％，地面处场强减小13．6％"11．5％，无线电干扰减小0．39％～0．24％，可听噪声减小0．57％～0．42％。可见，导线对地高度的增加对于导线表面场强，无线电干扰和可听噪声的改善不大，但是却可以显著的减小地面场强值，所以提高导线高度是减小地面场强的一个有效手段。4．7本章小结本章的分析研究采用CDEGS中的SES．Enviro模块展开，因此本章首先对加拿大SES公司的CDEGS软件做了简要介绍。接着本章分析比较了导线的分裂数、子导线截面积、分裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响，确定了最佳的导线组合。1)增加导线分裂数可以比较有效的降低导线表面场强，无线电干扰和可听噪声，但是导线分裂数的增加会使地面的场强有一定的增加；2)在满足输送容量总截面积基本不变的情况下，增加导线截面积，减小分裂数，对改善电磁环境不利；3)分裂间距取400mm；4)增加极间距离从电气特性上看有利有弊，但加大极间距离会增加塔重，因此极间距离主要由导线间隙圆和线间距离决定；5)导线对地高度的增加对于导线表面场强，无线电干扰和可听噪声的改善不大，但是却可以显著的减小地面场强值，所以提高导线高度是减小地面场强的一个有效手段。下一章将分别对所选出的6种线型的电磁环境特性做分析，最终确定合适的导线型号。41 5各类导线的电磁环境影响比较工程硕士学位论文上一章分析比较了导线的分裂数、子导线截面积、分裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响，由此确定了最佳的导线组合。本章分别就6xJL／G1A-900，7xLGJ．800／55，7×ACSR-720／50，8xLGJ．630／45，9xLGJ，500／35，10xLGJ-400／35六种导线结构的电磁环境特性做分析，最终确定合适的导线型号。进行比较的无线电干扰和可听噪声为边导线20m处的值，地面场强为地面1．5m高处的场强值。5．1导地线表面电场强度比较以下分别计算两种塔型两种相序下6种导线结构的导地线表面电场强度。详见表5．1．1。由表5．1．1中数据可知：1)6种导线结构Edm／Ed0值都没有超过0．8。而正相序时地线的E删『E0值都超过了O．8。由此可知，就表面场强而言，逆相序排列是优于正相序排列的。2)导线表面电场强度是随着其表面积增大而减小，因而7xLGJ-800／55和8xLGJ．630／45导线的表面场强最小。3)导线逆相序排列时，I串塔的导线表面场强小于V串塔，正相序时则相反。4)地线表面电场强度大致是随导线分裂数增加而增加，故6xJL／G1A-900时地线表面场强最小，10xLGJ-400／35时地线表面电场强度最大。5)导线逆相序排列时，I串塔的地线表面场强也是小于V串塔，正相序时则相反。42 霉西一吨onn西．0若昏．8一oo．0No∞to卜o■oNNn．oN卜卜卜．”一卜卜∞．寸一卜n寸．oN西∞．o小∞卜anN一．6一寸寸卜．oDn卜．oNNn．oNn寸寸．n一心卜N试一nc／oo寸IIoJ×o一卜。寸．0n16．oont∞NN岭．6_Nn奠oNotoNN”．0NN寸气”一西小no一”寸弋。寸卜∞．0”n”．6n寸t∞一∞ntoon卜oNNn．oNnn一试_黑心．=nn／00峄I．oJ×A昏△n．0No小．oon乜∞卜nn．口一n”tono厶．oooc．oN16N“一I厶N寸．【∞n弋o19∞．o”寸c．吼卜”寸．∞一∞ntoIc卜．ooon．0N寸∞小o"【寸n∞．|，一n芝on口．f．o—x∞寸∞n．0∞卜∞．0寸n气一N心NN．8∞一∞18一o∞卜．o岔N卜．0昏n一．0N￡10n_∞西崎寻一oN弋。卜n∞．o寸n寸．1N寸oo．6∞n6．=n∞￡．o∞”toA2．0NN∞n“"l∞寸q”一on／0N厶-匣∞U《x卜”∞n．0△卜∞．0价寸N．8岔寸∞．8一onto—o卜．o—n小．6一心no一一西们。寸一一N寸．0∞n∞．0”No．6岔心乱一一寸nto卜NtoHn岔．6一”一卜．寸一寸∞n寸一价s／oo∞。I．o厂I×卜^旨之>誓v∞卜n．0∞∞∞．0oo一．8乙Io．8一oo∞．0西寸to—n昏．6一19岔“一。寸仓寸一=气。卜N∞．0一卜∞．8Nn￡．卜_n∞卜oD卜to—n甙．6_no“一寸∞寸．n—oo岔。《一o／1_x心世枷选枷监也恤也迎棒避帖性也谴恤票娶皿婴罂翼罂翼罂罢翼票呻÷憎型目划目捌目剩目割目剩目剡目测昌。昌o暑。昌o勺口。o勺。o囡瞄嗣图勺口图回瑙鹱赵骥蜊想避慧霞霹。霹。爨。慧竭。霎寒噼刁想它慧勺电’、寒嘶曲蠼噼鼍竭噼、姆脚捌暑脚划童神裂暑羽裂暑螂精宅鼍口勺图趁图嬗翻随盈曲懈搽僻斗哥辫越暇寒翟旧僻挺姆繇蹄匣k：．s僻+1赵蟹餐印簿舌圭H兽锹铎邕幄露议袋掣扑tT匿醛H 5各类导线的电磁环境影堕堕墼三垦堡圭兰燮-———_————_—————-————————————————_—__--———__●-———_-_●——————————一一5．2地面电场强度比较以下分别计算两种塔型两种相序排列下6种导线结构离地1．5m处场强分布见表5．2．1及图5．2．1。表5．2．1不同导线结构地面场强最大值(kV／m)a)I串逆相序b)V串逆相序 南京理工大学硕士学位论文c)I串正相序d)V串正相序图5．2．1不同导线结构地面场强分布图由上述计算可知：1)导线正相序排列时地面场强比逆相序大很多。2)地面场强随着导线分裂数和截面积的增大而增大。3)导线逆相序排列时，I串塔的地面场强大于V串塔；正相序排列时则相反。5．3无线电干扰比较以下分别计算6种导线结构的无线电干扰，结果详见表5．3．1和图5．3．1。其中无线电计算频率为0．5MHz。45 5各类导线的电磁环境影响比较工程硕士学位论文表5．3．1不同导线结构无线电干扰值(dB)6xJL／7xLGJ7xACSR8xLGJ9xLGJ10xLGJ导线结构G1A．900．800／55-720／50-630／45．500／35-400，35正相序59．54555．01256．73454．17253．33153．407I串塔逆相序61．27056．73958．45955．89555．03255．091正相序56．74152．09853．85351．15150．24750．236V串塔逆相序62．05357．54959．25656．72055．88455．958a)I串逆相序b1V串逆相序 C)I串正相序南京理工大学硕士学位论文d)V串正相序图5．3．1不同导线结构无线电干扰分布图由上述计算可知： 5各类导线的电磁环境影响比较工程硕士学位论文表5．4．1不同导线结构可听噪声值(dB)6xJl√7×LGJ7×ACSR8xLGJ9×LGJ10×LGJ导线结构G1A-900．800／55．720／50．630／45．500／35．400／35正相序55．12851．87452．79150．95949．96951．733I串塔逆相序56．70853．50454．42952．66151．72351．536正相序53．38750．06250．96949．03547．96047．638V串塔逆相序56．72853．53054．45852．69551．76451．582r物l霪I；一：蓉卜、]●一l羹●／，P了ll鋈三／fl{}i：、{~：＼爹骂·‘，。1一一‘i三，1；l：‘、：：：／}／r—j‘；～～：．亍弋■．1／12-’：’．．：’，：’：：”；矿7：3、太：：≤／17—／i一，—-一：一·_≤蕊≮“。名。驴。：；；’—‘、∥；錾?了：、●貉珊避境雄中心奄蔫朗)誉稿黔7i糍4舻”霸荔鏊琵嬲蠡磊痢瘟赫端涮纽瘟玉缸教庞毖《鳓魏躲砒⋯，，；～—旃施貔绷磊翰钇施幺戡磊缘瘟醚彩幺毹眺§％缸碰a)I串逆相序罗”霭r”誓：i：皇，4Ej：．：，：-‘知，-⋯J．二：：}蓬蘸笔；，，’。ii{；j＼t匕兰到}霪雾耐／7’；：；：：i：；、-、；上h二；}臻爹』／：：j．一·：一·一：，：：、＼}墨黎。萎一；j，．，’j：，，，，；．一．{．．¨．、}．，．．、{、‘、、i、l辇萋：三鏊妻蒜鎏；囊9荔}黪t掰∥iii；i}}≮缮霎|：二辏鏊一二蘩％臣缝酶串心蜓离，m，。∥雅。翦§lii瑶施南；缓磊l麟i籀i自；菇i馘；纽貉磊“妊&蠡螂：上m。+：。：+一⋯。籀自自融编茹螽《l磊；《；{貔象如；磊；l裙女灞b)V串逆相序48 学硕士学位论文C)I串正相序d)V串正相序图5．4．1不同导线结构可听噪声分布图由上述计算可知：1)导线正相序排列的可听噪声比逆相序排列小。2)无线电干扰随着导线分裂数和截面积的增加而减小。3)6xJL／G1A．900导线逆相序排列无线电干扰超过55dB的限值。4)导线逆相序排列时，I串塔的无线电干扰小于V串塔；正相序时则反之。5．5本章小结(导线选型结论)1)导线逆相序排列时，其地面场强明显小于正相序排列，而无线电干扰可听噪声略大于正相序排列，综合考虑线路的电磁环境以及工程造价，导线推荐采用逆相序排列。49 5各类导线的电磁环境影响比较工程硕士学位论文2)导线采用逆相序排列时，I串塔的地面场强要比V串塔略大，但无线电干扰和可听噪声要比V串塔小。在线路走廊允许的情况下，推荐采用I串塔。3)随着导线的分裂数和截面积增大，无线电干扰和可听噪声随之下降，但地面场强却略有增加。综合考虑，6分裂导线的无线电干扰和可听噪声都略超过要求值；10分裂导线的地面场强值偏大，且金具安装复杂，施工量大；8分裂导线和7、9分裂导线比较，前者从电磁环境、金具安装、施工和运行条件等方面要优于后者。综上所述，本次设计采用8xLGJ-630／45导线。 工程硕士学位论文特高压输变电工程输电线路设计6总结随着我国经济的快速发展，工业用电和生活用电快速增长，用电高峰期都出现了电力供应不足，拉闸限电的情况，用电形势十分严峻。未来我国电力发展的趋势是“全国联网、西电东送、南北互供”。但我国目前主干电网电压等级为500kV，难以建立坚强的全国联合电网，不能有效调试电能，且其大容量输电也不经济。国外实践和国内研究经验表明，特高压交流输电技术可远距离、大容量输电，节省线路走廊，易于建立坚强的电网，将特高压交流线路作为全国电网的主网架是很有必要的。本论文以皖电东送淮南～上海输变电工程为实例，从导线的电磁环境方面对广德县末段30km的导线做了选型设计。本文所做的主要工作有：1)本文首先根据工程概况和国内外导线生产运行情况，选出了6种线型分别为JL／G1A．900、LGJ一800／55、ACSR-720／50、LGJ一630／45、LGJ一500／35、LGJ-400／35，接着研究了利用分裂导线降低输电线表面电场强度的原理，根据特高压输送容量和负荷特性，初步确定了分裂根数，分别为6×几／G1A．900、7×LGJ一800／55、7×ACSR．720／：50、8xLGJ．630／45、9xLGJ．500／35、10xLGJ．400／35，并兼顾电气和导线的次档距振荡两个方面的特性，合理选取了导线分裂间距，6分裂导线分裂间距取450mm，7．-一8分裂导线分裂间距取400mm，9分裂导线分裂间距取380mm，10分裂导线分裂间距取375mm，最后验证了各导线的经济电流密度均满足规程要求。2)交流输电线路的电磁环境主要包括电场分布，无线电干扰和可听噪声等几个方面，本文介绍了工程上常采用的计算导线表面电场强度的等效电荷法、国际无线电干扰委员会(CISPR)推荐的计算输电线路无线电干扰的激发函数法、工程中常用的计算输电线路可听噪声的BPA方法。3)为了分析线路的技术特性对电磁环境的影响，合理确定线路的设计参数，本文分析比较了导线的分裂数、子导线截面积、分裂间距、线间距离、对地高度对于导线表面电场强度、地面场强、无线电干扰和可听噪声的影响，从电磁环境影响的角度确定最佳的导线组合。本论文对导线电磁环境影响分析应用了加拿大SES公司的CDEGS软件，输电线路电磁环境计算即采用CDEGS中的SES．Enviro51