±500kV 同塔雙回直流輸電線路的電暈損失分析

范軍華

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510670）

0 引言

國家經濟的快速發展對電力建設提出了更高的要求。高壓直流輸電不僅造價低、可靠性高，還具有調節快速、電能損失小等優點，從而在長距離架空輸電、海底輸電等場合得到了廣泛使用。而同塔雙回直流輸電線路不僅具有單回線路的優點，還能夠實現單位面積走廊上線路輸電能力的提升以及占用土地的減少，從而有效提高電力建設水平［1］。

線路的電暈會產生電暈損失，帶來電能損失，從而增加輸電成本。雖然不能夠完全消除線路電暈，但可以通過改變極導線的排列方式、增加導線尺寸等手段來減少電暈損失，從而實現更好的經濟效益。本文通過分析500kV 同塔雙回直流輸電線路的極導線在不同排列方式下的電暈損失，選出最優排列方式，希望能為工程建設提供有益參考。

1 計算方法

直流線路電暈損失的計算方法分為兩種［2］：數值計算法和經驗計算法。

1.1 數值計算法

假設導線周圍分布著N 根電力線，對于導線表面的任意一點而言，電力線在其上所產生的電荷濃度分別為ρ＋和ρ－，那么，這點的電流密度J 為：

式中，K＋和K－分別為正負離子的遷移率；Es為空間電荷影響下地面合成場強。

根據式（1）就可得到每根電力線在導線表面起始點的電流密度，通過對電流密度進行積分，就可得到流入或流出導線的總電流。令每根導線的電壓與總電流分別為｛Ui｝i≥1和｛Ii｝i≥1，那么線路總的電暈損失P 為：

1.2 經驗計算法

Anneberg公式是在大量實驗數據基礎上總結出的一種計算良好天氣下直流線路電暈損耗的經驗公式，其表達式為：

2 仿真場景

圖1給出了±500kV 同塔雙回直流輸電線路的極導線排列方式。從圖1可以看出，4種方式極導線的相對位置不同，這將會影響導線表面的電場強度，從而造成線路電暈損失的不同。為便于分析線路的電暈損失，本文假設了如表1和表2所示的計算條件。

圖1 極導線的.種排列方式

表1 計算條件

表2 線路空間坐標

3 電暈損失計算

經計算，方式A、B、C 和D 的地線表面電場強度分別為9.1kV/cm、13.5kV/cm、25.6kV/cm、25.6kV/cm。方 式A的電場強度是最低的，這是由于在方式A 中，極性不同的導線是錯位排列，從而有助于電場的相互消除。雖然方式B 的同極性導線都位于線路同一側，但離地線最近的極導線極性是相反的，因此，其電場強度仍低于方式C 和方式D。由Peek公式可知，地線起暈場強為20.6kV/cm，而方式C和方式D 的電場強度都大于20.6kV/cm。雖然通過增加極導線和地線的距離或增粗地線能夠降低方式C 和方式D 的電場強度，使其低于20.6kV/cm，但上述方式會額外增加鐵塔重量或地線重量，因此在實際應用中并不使用方式C 和方式D。故以下計算電暈損失時，僅計算方式A 和方式B。

3.1 經驗計算法

圖2（a）給出了方式A 的電暈損失圖，從圖中可以看出，方式A 的電暈損失PA是由上層回路電暈損失P1、下層回路電暈損失P2和回路間電暈損失P3構成。

圖2 方式A和方式B 的電暈損失圖

根據式（3）可得：

根據式（3）可得：

同理：

其中，K ＝K1，gmax＝（gmax1＋gmax2）/2。

因此，PA＝P1＋P2＋P3＝9.8kW/km。

圖2（b）給出了方式B的電暈損失圖，從圖中可以看出，方式B的電暈損失PB僅由上層回路電暈損失P1和下層回路電暈損 失P2構成。根據式（3）可得，P1＝2.07 kW/km，P2＝2.09kW/km，那 么PB＝P1＋P2≈4.2kW/km。由此可以看出，方式A 的電暈損失要高于方式B。

3.2 數值計算法

在第2節的仿真場景設定下，方式A 和方式B在不同粗糙系數下的電暈損失如表3所示。從表3可以看出，方式B 的電暈損失始終小于方式A 的，并且隨著粗糙系數變大，兩種方式的電暈損失都變小。

表3 數值計算法下方式A和方式B的電暈損失

4 結論

根據以上計算結果可知，方式B 的電暈損耗要小于方式A。因此，在實際使用中應采用方式B的排列方式，從而達到減少能耗的目的。

［1］別睿，涂莉，周全，等.同塔雙回直流輸電線路的感應電壓仿真研究［J］.陜西電力，2014，42（5）：11－16.

［2］Parekh H，Chow Y L，Srivastava K D.A Simple Method of Calculating Corona Loss on Unipolar DC Transmission Lines［J］.IEEE Transactions on Electrical Insulation，1980，15（6）：455－460.