論基于有限元的超高壓輸電線路電場的數(shù)值分析與測量

王擘

摘 要：為了更深入的探討500kV超高壓輸電線路電場的結(jié)構(gòu)布局問題，在保證了有限元電磁場的分析軟件Ansoft maxwell的科學(xué)性和準(zhǔn)確性之后，搭建了新的同塔雙回輸電線路數(shù)模。主要探究和分析了相導(dǎo)線相對于地面的距離、分裂導(dǎo)線的構(gòu)造大小等其他原因?qū)﹄妶霎a(chǎn)生的影響，還有線路出現(xiàn)了故障或者是進(jìn)行停電維修時對于電場分布的影響，可以有助于減弱對輸電線路周圍產(chǎn)生的電場和對電磁環(huán)境的更新升級提供了技術(shù)和理論的支持，進(jìn)一步來說，也對停電維修線路提供了一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：有限元；超高壓；輸電線路；電場數(shù)值

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0058-03

Abstract： In order to discuss the structure layout of electric field of 500kV EHV transmission line more deeply， a new numerical model of double-circuit transmission line on the same tower is built after ensuring the science and accuracy of the finite element electromagnetic field analysis software Ansoft maxwell. This paper mainly explores and analyzes the influence of the distance between the phase conductor and the ground， the structure size of the split conductor and other reasons on the electric field， as well as the influence on the electric field distribution when the line is out of order or maintenance. It can help to weaken the electric field around the transmission line and provide technical and theoretical support for the upgrading of the electromagnetic environment. Furthermore， it can also provide a certain reference for the maintenance of power lines.

Keywords： finite element； super high voltage； transmission line； electric field value

引言

超高壓輸電線路在進(jìn)行工作的時候會產(chǎn)生一定的電磁污染，這問題引起了社會的大力關(guān)注。就目前的形式分析，國內(nèi)外主要用模擬電荷方法、有限元法、差分方法、矩陣法和無邊界元方法進(jìn)行高壓輸電線路電磁場的計算。由于國家技術(shù)之間存在的差異以及標(biāo)準(zhǔn)方面的不一致，在輸電線路的塔的高度以及之間的間距問題上有不同的要求，由于方式的不同對于電場的分布也會產(chǎn)生一定的影響。本文就用有限元軟件Maxwell模擬了在500kV高級電壓下的輸電線路的電場情況，然后做了進(jìn)一步的現(xiàn)實化的分析和探究，希望能夠有助于對電磁環(huán)境的優(yōu)化工作。

1 對于超高壓輸電線路進(jìn)行模型構(gòu)建

首先，為了驗證軟件的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)行了400kV的工頻電場模擬，然后進(jìn)行了一些數(shù)據(jù)采集，為了方便計算，對于模型的構(gòu)建進(jìn)行了簡化處理，構(gòu)造了如圖所示的模型，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集工作。通過數(shù)據(jù)表格和模擬圖我們可以知道，有限元的進(jìn)一步分析我們可以知道輸電線路在電線的下部分的場強分布變化趨勢和實際測得的結(jié)構(gòu)變化趨勢基本是保持相同的變化形式[1]。通過進(jìn)一步的計算，我們可以知道誤差范圍在工程的可允許范圍內(nèi)，所以接下來可以進(jìn)行對500kV超高壓同塔雙回輸電線路的構(gòu)建以及研究工作。通過對模型進(jìn)行簡化后可以得到有限元的模型構(gòu)建如圖2所示，然后可以知道每個點的具體坐標(biāo)值為A1（-8，28），B1（-11，20），C1（-8，12），A2（8，28），B2（11，20），C2（8，12），然后我們可以根據(jù)相關(guān)的公式測得三相輸電線路的電壓激發(fā)鼓勵源頭為：Ua=500×√2/√3sin（ωt+θ），Ub=500×√2/√3sin（ωt+θ-120°），Uc=500×√2/√3sin（ωt+θ-240°）。然后我們對單元數(shù)進(jìn)行設(shè)置成1000，對于地面的邊界電位設(shè)置成0，其余的部分采用氣泡的形式。然后對A相線路的電場進(jìn)行繪制云圖，根據(jù)云圖可以得到其電路周圍的電場分布圖，如圖3所示。然后我們可以得到周圍電場數(shù)值最大的是543.77kV/m，當(dāng)距離慢慢變大時，達(dá)到1.5m時候，電場的最大值也會發(fā)生改變。

2 對結(jié)果進(jìn)行分析和研究

2.1 相導(dǎo)線對于地面高度的變化對于電場的分布產(chǎn)生的不同影響

對于500kV的輸電線路模型構(gòu)建如圖4所示，采用4分裂式導(dǎo)線，半徑采取13.41mm，對于弧垂的最低點的限制值取12m，之間的間距取值16m，然后改變導(dǎo)線與地面之間的距離，分別取值在12m，13m，14m，15m四個點，然后繪制電場分布曲線圖[2]。然后對比模擬結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)，針對500kV的輸電線路，高度的變化會對電場強度產(chǎn)生變化，會隨著距離的變大先進(jìn)行增加然后減小，其中電場強度出現(xiàn)的最大點是距離地面高度為10m左右的距離。除此之外，導(dǎo)線距地面高度取到最小值的時候，就容易對線路下面的電場強度產(chǎn)生很大程度的干擾，當(dāng)高線的高度慢慢增加，下面的場強強度會逐漸變大。

2.2 單回線路停電檢查維修會對電場產(chǎn)生一定的影響

當(dāng)輸電線路發(fā)生停電進(jìn)行維修的操作時，就會對周圍的電場分布產(chǎn)生一定的干涉，我們可以進(jìn)行情況的假設(shè)模擬。設(shè)定坐標(biāo)平面的左側(cè)發(fā)生停電，需要進(jìn)行維修檢測，為了保證雙回線路對電場產(chǎn)生的影響不受其他因素的干擾，可以得到其電場分布模擬結(jié)構(gòu)圖如圖5所示[3]。根據(jù)圖示，我們可以看出，當(dāng)左側(cè)進(jìn)行停電維修時，距離地面1.5m處的電場分布由一開始的雙回線路變成了右側(cè)的單回線路，這樣就會導(dǎo)致場強的分布會更加向右側(cè)進(jìn)行靠攏，場強的強度變化仍舊是先進(jìn)行增加然后再減弱，最大值可以達(dá)到10.6kV/m，這比在保證其他條件不變的情況下的雙回線路要小得多。對于停電檢修線路工作可以注意下面幾個問題。首先，地面的場強大小會受輸電線路的高度影響。兩者呈現(xiàn)出反比的趨勢。高度越高，場強就會越小。然后是對于回線路停電檢查功維護(hù)來說，電場的場強分布主要是集中在沒有進(jìn)行檢測維護(hù)的那一端，分布趨勢依舊是先增加然后再減弱。

3 結(jié)束語

綜上所述，在利用了Maxwell軟件對超高壓輸送電線路進(jìn)行了一個真實的模擬和還原比較貼合實際情況，首先是對Maxwell軟件的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行了驗證和探究，用400kV情況下的變化情況作為一個驗證依據(jù)。接著對500kV的有限元的超高壓輸電線路電場進(jìn)行了模擬分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)的記錄和收集，繪制出了一系列的圖示，然后根據(jù)圖示進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)和信息的分析工作，這個過程中一定要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)然會存在一定的誤差，但是要保證在合理的范圍內(nèi)，對實驗不會產(chǎn)生很大的影響，通過對三種情況下的模擬條件變化進(jìn)而探究了對電場的分布變化產(chǎn)生影響，希望可以有助于降低輸電線路周圍產(chǎn)生的電場磁造成的污染，以及對停電維護(hù)線路工作帶來一定借鑒價值。

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