电晕笼内多分裂导线电晕损耗_刘琴

2 电晕笼中导线场强
线路运行时导线表面电晕损耗不易测量， 常用 方法是估算实际运行线路电晕损耗。 使用特高压电 晕笼进行笼内导线电晕损耗的实测， 对试验线段或 输电导线的电晕损耗进行估算 。 ［10］
2.1 场强计算
电晕效应与导线表面场强密切相关， 在线路电 压确定时，导线表面场强峰值、导线周围场强分布可 以通过仿真计算得出。本文应用有限元数值计算法， 通 过 ANSYS 软 件 仿 真 分 析 特 高 压 电 晕 笼 内 和 小 电 晕笼内导线在施加一定电压时的导线表面场强。
试验时，导线置于笼体中央，笼壁接地，对导线 施加 100 kV 电压， 利用 ANSYS 软件对导线表面场 强 进 行 仿 真 计 算 ， ［11］ 将 二 维 和 三 维 模 型 计 算 得 到 的 导线表面最大场强结果对比，如表 1 所示。
表 1 2 种电晕笼内导线表面电场强度
Tab.1 Conductor surface electric-field intensity in two
kinds of corona cages
电晕笼类型
小电晕笼 大电Biblioteka 笼二维模型场强/ （kV·cm-1）
9.86
3.99
三维模型场强/ （kV·cm-1）
9.64
3.07
误 差 /%
2.3 30.0
由表 1 知，对于小电晕笼（2 m×2 m）二维和三维 模型仿真结果误差为 2.3%，这是小电晕笼测量段较 短 ，二 维 、三 维 模 型 误 差 不 大 ； 对 于 大 电 晕 笼 （8 m× 8 m），二维和三维模型的仿真结果差别较大。 建立二 维及三维模型， 仿真分析得到的导线表面电场强度 云图如图 4—7 所示。
［3］ CHARTIER V L, SHANKLE D F, KOLCIO N. The apple grove 750 kV project: Statistical analysis of radio influence and corona-loss performance of conductors at 775 kV［J］. IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, 1970, 89（5/6）:867-881.
第二次世界大战以后，美国、前苏联、加拿大、意 大利、法国、日本等国，相继开展了电晕损耗的测量 研究 。 ［3-5］ 但各国的试验数据和估算方法 ，主 要 是 针 对本国具体情况， 不完全适用于我国的输电工程设 计。 特高压交流试验示范工程在我国运行 2 a 多，研 究和建立复杂环境下的特高压输电线路电晕损耗的 统 计 数 据 和 曲 线 ［6］，是 特 高 压 后 续 工 程 亟 待 解 决 的 关键问题之一。
参考文献：
［1］ 刘云鹏，尤少华，万启发，等. 中国 1 000 kV 特高压交流试验示范 工程输 电 线 路 电 晕 损 耗 研 究 ［C］//2009 特 高 压 输 电 技 术 国 际 会 议, 北京, 2009.
［2］ 刘云鹏，尤少华，万启发，等. 特高压试验线段电晕损耗监测系统 设计与实现［J］. 高电压技术， 2008, 34（9）：1797-1801. LIU Yun-peng, YOU Shao-hua, WAN Qi-fa, et al. Design and realization of AC UHV corona loss monitoring system［J］. High Voltage Engineering, 2008, 34（9）：1797-1801.
电晕笼是用于研究输电线路电晕损耗的常用工 具， 目前已有测量设备能够通过光纤测量电晕笼内 导线的电晕损耗。特高压电晕笼将输电线路简化，易 于建立模型计算导线表面场强， 在电晕损耗研究方 面得到了越来越广泛的应用。
塔并架输电线路导线的电晕损耗。
1.1 线路塔型
双回 1 000 kV 采 用 逆 相 序 排 列 ，塔 的 左 侧 由 上 至下分别为 A1 相、B1 相、C1 相； 塔的右侧由上 至 下 分别为 C2 相、B2 相、A2 相，如图 1 所示。 双回 500 kV 线路为倒三角排列， 塔的左侧离塔由远到近逆时针 方向分别为 A1 相、B1 相、C1 相； 塔的右侧离塔 由 远 到 近 顺 时 针 方 向 分 别 为 A2 相 、B2 相 、C2 相 ， 如 图 1 所示。 双回 1 000 kV 绝缘子串为 I 串绝缘子，采用八 分裂导线；双回 500 kV 绝 缘 子 串 为 V 串 绝 缘 子 ，采
电晕笼由防护段、测量段组成。设防护段的目的 是为了削弱导线的端部效应， 更好地在测量段进行 导线电晕损耗的测量，小电晕笼截面为正方形，边长 为 2 m，测量段长为 3 m，三维模型如图 2 所示；特高 压大电晕笼截面为正方形，边长为 8 m，测量段长为 25 m。 利用 SolidWorks 软件建模，得到三维模型如图 3 所示。
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刘琴等： 电晕笼内多分裂导线电晕损耗
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通过现代光纤技术使用光纤电流互感器实现电 流的地面安全可靠测量， 采用户外高精度电容分压 器实现电压的准确可靠测量，在准确提取电压、电流 信号的基础上， 结合现代数字信号处理技术和虚拟 仪器技术计算电晕损耗，研究输电线路的电晕特性。 电晕笼内电晕损失测量系统如图 8 所示。
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用 四 分 裂 导 线 ，塔 的 最 下 横 担 对 地 为 39 m，计 算 中 线路弧垂为 18 m，双回 500 kV 线路的下线对地平均 高度为 23.79 m，双回 1 000 kV 线路的下线对地平均 高度为 50.05 m。
1.2 导线型号
针 对 1 000 kV — 500 kV 同 塔 多 回 输 电 线 路 ， 1 000 kV 导 线 型 号 为 8×LGJ-630/45， 分 裂 间 距 为 40 cm；500 kV 导线型号 为 4×LGJ-630/45，分 裂 间 距 为 40 cm。 分裂导线用间隔棒固定。 LGJ-630/45 的导 线半径为 16.8 mm， 地线采用 JLB20A-240 导线，地 线直径为 20 mm。 地线离地平均高度为 105.6 m 。 ［7-9］
图 4—7 表明，二维、三维仿真模型都可以模拟 电晕笼内导线运行工况， 得到导线表面场强分布状 况。由于三维模型建立了防护段、测量段、均压环、导 线的三维立体模型，可以查看导线截面场强分布，还 可以查看整条导线表面场强分布， 仿真结果更准确
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中国电力
第 44 卷
详细，接近试验工况。
2.2 防护段尺寸对场强影响
2.82
7.5
2.83
10.0
2.79
端部场强/ （kV·cm-1）
5.24 2.97 2.88 2.89 2.86
误 差/%
81.9 4.0 2.1 2.3 2.5
3 雨天电晕损耗
实际运行线路受天气状况的影响， 运行时会产 生电晕损耗，对于不同的气候环境，电晕损耗值是不 同的。根据建立的大电晕笼的三维模型，对八分裂导 线施加不同电压， 得到相应的表面最大场强值如表 3 所示。 雨天空气的击穿场强约为 13 kV/cm。 在电晕 笼 内 对 导 线 施 加 电 压 为 300~400 kV 可 以 达 到 起 晕 电压。
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第44 卷第 12 期 2011 年 12 月
中国电力 中EL国ECT电RIC力POWER
Vol ． 44， No． 12
Dec第. 204141 卷
电晕笼内多分裂导线电晕损耗
刘琴，谢雄杰，石岩
（国网电力科学研究院，湖北 武汉 430073）
摘 要： 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
使用该测量系统进行了不同淋雨率下的电晕笼 内导线电晕损失的测量， 结果如图 9 所示。 由图可 知：（1）在不同淋雨率下导线表面的电晕损耗测量值 是不同的；（2）电晕损 耗 值 随 着 降 雨 率 （表 征 降 雨 量 的大小，为单位时间降落地面雨水的深度）的增大呈 现逐渐增大的趋势；（3）电 晕 笼 区 域 内 ，降 雨 率 分 别 为 8 mm/h、10 mm/h、15 mm/h、20 mm/h 的 情 况 下 ， 电 晕 笼 内 导 线 电 晕 损 耗 的 平 均 值 分 别 为 2.37 kW、 2.50 kW、3.56 kW、3.58 kW。
1 导线参数
本 文 主 要 分 析 1 000 kV 与 500 kV 交 流 多 回 同
收稿日期： 2011-06-27 作者简介： 刘琴（1985—），女，湖北随州人，硕士，工程师，从事高电压技术研究。 E-mail:liuqin2@
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表 3 三维模型计算不同电压下的场强 Tab.3 Electric-field intensity in 3D model with different
voltages model
电 压 /kV 200 300 400 500 600
场 强 / （kV·cm-1） 8.01
12.02 16.01 20.02 24.03
4 结语
本文通过建立特高压电晕笼内导线二维和三维 电场仿真模型，分析了电晕笼内导线表面的场强，研 究了防护段尺寸对电晕笼内导线表面场强分布的影
响，根据电晕笼内三维模型的场强计算结果，测量了 电晕笼内多分裂导线在不同降雨率下的电晕损耗， 得到：（1） 特高压电晕笼三维仿真模型包括测量段、 防护段、均压环等，仿真后可以查看整条导线（三维 ANSYS 云 图 ）表 面 电 场 强 度 分 布 ，结 果 优 于 二 维 模 型 的 仿 真 结 果 ；（2）通 过 选 取 不 同 长 度 的 防 护 段 对 特 高压大电晕笼进行三维仿真， 结果表明电晕笼的防 护段长度对笼体内导线表面场强分布有一定影响， 针对 8 m×8 m 截面的特高压大电晕笼选取 5 m 的防 护 段 能 较 好 地 削 弱 端 部 场 强 ；（3）电 晕 笼 内 试 验 线 段 的电晕损耗测量值随降雨率的增大而增大。