基于电晕笼特高压导线电晕损耗论文
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基于电晕笼的特高压导线电晕损耗分析与研究摘要:本文建立了特高压电晕笼内多分裂导线的平面及三维仿真模型,分别对两种模型下的多分裂导线表面电场进行了仿真分析,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,从而确定了大电晕笼防护段最佳尺寸,此外,根据电晕损耗经验公式估算了雨天线路的电晕损耗,估算结果与实测数据相比较表明,三维仿真模型比二维仿真模型更接近实际工况,估算结果误差小。
关键词:特高压;电晕笼;分裂导线;电场强度;仿真;电晕损失
【中图分类号】tm854
当输电线路中导线的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击穿产生热、光、可听噪声和无线电干扰等现象,同时伴随着大量的能量损失[1]。
输电线路电晕损耗是超特高压线路损耗的重要组成部分,由于我国特高压交流输电会经过高海拔、重污秽、雨雪等特殊环境,在特殊特殊条件下线路电晕损耗是电能损耗的主要因素,因此输电线路电晕损耗仿真分析与试验研究同样也是我国1000kv特高压交流输变电工程的关键技术之一,对于特高压交流输电工程设计和衡量系统运行经济性都具有重要的参考价值[2]。
电晕笼是用于研究输电线路电晕损耗的常用工具,首先通过软件仿真计算导线表面场强,然后根据场强计算结果等效得到电晕损
耗的测量值,最后根据结构系数及相关气象资料估算实际运行线路的电晕损耗。
该方法将实际线路简化,易于仿真,但由于没有考虑电晕笼结构,导线长度及均压环的影响,与实际线路存在一定的差异,计算结果缺乏精确性,建立更加精确的计算模型是目前研究的重点。
1线路参数
本文主要分析1000kv输电线路导线的电晕损耗。
双回1000kv 采用逆相序排列,采用八分裂导线。
塔型结构如图1所示。
计算中线路弧垂考虑20m,双回1000kv线路下线对地平均高度为5225m。
1000kv导线型号为8×lgj-630/45,分裂间距40cm。
分裂导线用间隔棒固定。
导线半径为16.8mm。
地线直径为20mm。
地线离地平均高度为105.6m[3]。
2研究成果
2.1电晕笼中导线的场强计算
电晕笼由防护段,测量段组成,加设防护可削弱导线的端部效应,使测量段能够更精准进行导线电晕损耗的测量。
利用软件建模,特高压大电晕笼截面为正方形,图1 塔型结构
边长为6m,测量段长为20m。
导线表面场强直接影响导线的电晕效应,确定线路电压,可通过仿真计算得到导线表面场强峰值,导线周围场强分布。
本文运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给导线施加给定电压时的导线表面场强。
利用solidworks软件建模,
得到三维模型如图2所示。
试验时,导线置于笼体中央,笼壁接地,对导线施加100kv电压,利用ansys软件对导线表面场强进行仿真计算[4],将二维模型和三维模型计算得到的导线表面最大场强结果对比,可以得到:对于6m×6m的大电晕笼,测量段长为20m,二维和三维模型的仿真结果有较大差别,二维模型场强和三维模型场强比较误差接近30%。
三维模型建立了防护段,测量段,均压环,得到导线的三维立体模型,不仅可以查看导线截面场强分布,而且可以查看整条导线表面场强分布,结果更准确详细,接近试验工况。
2.2选择电晕笼防护段尺寸
在电晕笼轴向的边界处,电极结构突变会使导线在接近电晕笼端部的电场发生畸变。
为保证电晕笼中测量的导线表面电场强度基本一致,图2 大电晕笼三维模型
即笼子中段的测量端导线具有同样的表面场强,将电晕笼分成电气绝缘的三个部分,中段与测量回路连接,两侧的防护段接地,不计入测量,以削弱端部效应。
从节省材料和削弱端部效应两方面对防护端尺寸进行综合分析,将大电晕笼防护段选取不同长度进行了建模仿真对比,结果如表1所示。
防护段长(m)0 2 4 6 8
导线表面平均场强(kv/cm) 2.88 2.86 2.84 2.82
2.79
端部场强(kv/cm) 5.32 2.96 2.86 2.87 2.84
误差(%)83.1 4.2 2.2 2.4 2.6
表1 不同长度的防护段对导线表面场强的影响
由表1可知,大电晕笼防护段在达到4m时导线表面平均场强与端部场强误差在2%左右,再加大防护段尺寸场强变化不大,从测量准确性,节省材料、节约试验场地等方面综合考虑,针对截面为6m ×6m,测量段为20m的大电晕笼,防护段长度选取为4m为宜。
2.3计算雨天电晕损耗
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,参照文献[5~7],给出了750kv以上电压等级运行线路雨天电晕损耗的方程如式如式(1)所示,
(1)
式中——三相线路的总电晕损耗,kw/km;v——线电压,kv;j——电晕损耗电流常数(j=5.53×10-10);——导线半径,cm;n——导线总根数;e——每根导线下侧的电位梯度,kw/km;m——指数,m≈5;k——潮湿系数(k=10);r——降雨率。
参照实际运行线路导线表面场强值对大电晕笼进行导线场强的二维和三维仿真计算,将计算结果带入经验公式得到线路电晕损耗数值,与实际测量的数据对比结果如表2所示。
表2 实测与仿真电晕损耗值对比结果
二维模型三维模型实测数据
计算结果(kw/km) 132.22 141.33 152.78
误差(%)13.5 7.49
表2中结果表明,三维模型仿真分析结果更接近试验测量数据。
3 结论
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,根据经验公式计算了导线的电晕损耗,并与实测数据进行了比较,得到以下结论,
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附件表面场强分布,笼体端部对导线表面场强的影响,显著优于二维模型。
2)通过对特高压大电晕笼选取不同长度的防护段进行三维仿真,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的影响,针对6m×6m截面的特高压大电晕笼选取4m的防护段长度能较好的削弱端部场强。
3)雨天的电晕损耗实测数据和计算数据比较结果表明三维模型的电晕损耗计算值更接近实测数据。
参考文献
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