特高压输电系统电磁环境研究综述

工频磁场，以及电晕放电造成的无线电干扰和可听噪声。关 相间距离、分裂子导线间距、导线的排列方式、地面与输电
于工频电磁场数值的计算方法有有限元法、有限差分法、矩 导线之间的距离以及分裂子导线半径等。在具体地设计特高
阵法和模拟电荷法。
压输电线路系统时，一定要充分思量输电线的电场效应，深
（1）有限元法
层次地探究特高压输电线附近空间的工频电磁场，给后续设
4 特高压直流输电线路分裂导线的表面场强 计算分析
目前，在特高压直流输电工程的设计过程中，选取分裂
导线作为特高压输电线路的导线是经常采用的一种办法，目
具有输电距离长、输电容量大，线路损耗低，输电经济性高 等优点。能够很好地促进国家创新能力的发展。因此，发展 特高压输电成为我国电网的重要任务。 ■■1.2 特高压直流输电系统
以系统结构为划分依据，特高压直流输电系统大致是由 直流输电线路、整流站以及逆变站构成的。而转化电能的换 流站是由换流器、换流变压器、交流滤波器等构成的，其涵 盖了系统内的逆变站与整流站。
有限元法是一种立足于部分插值与变分原理的积分数值 计特高压输电线路提供参考。
方法，其计算原理为：先依据所求场域固有的物理特征将其 分成适当的分散单元，把连续问题转变成离散问题，紧接着 以一个比较简单的有关函数表达每一个分散的单元。此处未 把边界条件的影响纳入到考虑范围内，大大简化了计算流程， 仅仅将边界条件加入到总体的方程式内。所以，在处理有复 杂边界问题时，有限元法可谓是一种较为有效的处理方式。
关键词：特高压输电；电磁环境；工频电磁场；直流导线电晕
0 引言
由于我国社会经济的高速发展及社会各界对电力能源 的需求的不断扩大，我国生产力与资源分布不均衡的问题越 来越突出。在此大背景下，有必要促进更高电压水平的输电 技术的发展。特高压交流输电虽然缓解了电力供需紧张，但 也破坏了输电线路周围的电磁环境，影响了人、动植物的生 活环境。由此可见，有必要深层次地探究高压交流输电线路 的电磁环境。
1 特高压输电
■■1.1 概述 特高压输电系统指的是电压等级超过 ±800 kV、1000
kV 的输电系统。随着电力负荷的增加以及对远距离输电、 大容量输电的需求的增长，我国特高压输电工程的规划建设 步伐在不断加快。目前，中国已成功完成三 AC 1000kV 和 多条 DC±800kV 特高压输电线路的建设。特高压交流输电
2 输电线路的电磁环境
近年来，随着电力需求的快速增长、能源分布不均、电 力工业的发展，都确定了超高压建设的必要性。然而，随着 公众环境意识的提高和电磁环境在线路参数选择中的升高， 输电线路的电磁环境问题已成为制约特高压输电发展的关 键因素。因此，研究高压输电线路的电磁环境对促进高压输 电建设具有重要意义。
（2）有限差分法 有限差分法是最早被用于计算电磁场的一种数值方法。 与有限元法存在区别的是，此法属于微分数值方法。实际上， 有限元法是从有限差分法演变而来的，尽管当前有限元法的 运用范围较广，但是凭借着自身特有的优势与特征，有限差 分法在电磁场数值计算领域依旧占据着一席之地。与有限元 法相同的是，有限差分法属于网格法，需有规划地把所求场 域分为适当的独立单元，把连续问题划分成离散问题进行计 算。然而，有限差分法还要求预先把物理问题转变成对偏微 分方程定解问题进行求解的数学模型，再结合差分原理把 原方程转变成差分的格式，以获取到一组新的方程组。通 过方程组求解，可计算出所有离散点的函数值，采取差值 方式获取到原始问题的近似解。这就是有限差分法的基本 计算流程。 （3）矩量法 矩量法的计算流程为：首先把待求问题的原函数投影至 坐标基上，从而计算出近似函数解。其次，在算子方程内代 入此近似函数解，从而计算出剩余函数，然后把得到的函数 以及事先确定的检验函数相正交，由此获得一个矩阵式，计 算后即可获取到原函数的近似函数解。在使用矩量法时如何 选择校验函数与基函数是最为关键的一环，二者的不同配合 会导致相应的物理问题的计算量存在差异，且会对求得的结
3 工频电磁场
通过对特高压输电线工频电场的计算方法的研究分析 发现，输电导线下方的工频电场的大小和地面与特高压输电
■■3.1 工频电磁场数值计算方法
导线的距离、输电导线上电荷的数量、输电导线的运行电压
特高压交流输电工程的电磁环境问题包括工频电场和 存在着密切联系。而会对此三者形成影响的因素包括导线的
特高压直流输电线路电压已等级达到了 ±800kV，横 中，为简化计算流程，一般会以点匹配法、脉冲函数分别
跨多个省市，其最最重要问题是并没有屏蔽措施，基本处于 为检验函数、基函数，在静电场内此类组合取得了大范围
开放状态，不可避免的电磁场和可听噪声对生态环境产生一 地运用。
定的影响。
■■3Hale Waihona Puke 2 工频电磁场影响因素信息工程
特高压输电系统电磁环境研究综述
燕飞霏，赵洪峰，郝博可 （新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐，830001）
基金项目：国家自然科学基金，项目批准号：51762038。
摘要：由于我国经济的迅速发展，社会用电需求量大大增加，发展特高压成为当前电网的首要任务。随着输电系统的电压等级的不断上 升，附近工频电磁场的强度会不断增强，导致输电线的电磁环境问题变得日趋突出。目前，特高压输电线路常出现的电磁环境问题有工频 电磁场及直流导线电晕现象。至今为止，研究界就工频磁场与工频电场是否会影响到人的身体健康这一问题尚未得出确切的结论，但该问 题一直受到社会大众重视。因此，在理论层面进一步探究特高压输电线路的电磁环境是极为必要的且重要的。本文对特高压交直流输电系 统及电磁环境进行概述，总结了工频电磁场的数值计算方法以及直流输电线路分裂导线的表面场强计算方法。
交流母线
平波电抗器
直流线路
平波电抗器
交流母线
换流变压器 AC
换流变压器 交流滤波器
图 1 特高压直流输电系统
直流
直流
滤波
滤波
换
器
器
换
换流变压器
流
流
器
器
AC
接地极
接地极
换
换
流
流
器
器
直流 滤波 器
直流 滤波 器
换流变压器
平波电抗器
直流线路
平波电抗器
交流滤波器
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