環(huán)境對(duì)特高壓直流輸電線路合成電場(chǎng)的影響

左軍，趙少鋒

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

特高壓輸電線路具有很高的電能傳輸效率，特高壓直流輸電線路通常指的是±800kV及以上的電壓線路[1]。相對(duì)于特高壓交流輸電線路，當(dāng)電能輸送距離大于交、直流輸電工程的等價(jià)距離時(shí)，直流輸電工程的經(jīng)濟(jì)效益更高[2]。

特高壓直流輸電工程的優(yōu)勢(shì)非常明顯，具備更好的輸電性能，但特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境問(wèn)題同樣備受關(guān)注[3]。在運(yùn)行的輸電線路上會(huì)出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，并且電暈現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率會(huì)隨著線路電壓等級(jí)的提高而增大，電磁環(huán)境問(wèn)題也相應(yīng)加劇。電磁的變化對(duì)線路附近空間環(huán)境的影響很大，合成電場(chǎng)實(shí)質(zhì)上是電磁環(huán)境中的一部分[4]。而合成電場(chǎng)有包括兩個(gè)部分，一部分為標(biāo)稱電場(chǎng)，另一部分為離子流場(chǎng)，計(jì)算合成電場(chǎng)需要綜合多方面因素的考慮，例如溫度、風(fēng)速等。為解決此問(wèn)題，本文運(yùn)用補(bǔ)償自適應(yīng)法對(duì)特高壓直流輸電線路的合成電場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，并分別研究了風(fēng)速、濕度、溫度對(duì)合成電場(chǎng)的影響，為后續(xù)研究提供了一定的理論參考。

2 補(bǔ)償自適應(yīng)法的介紹

補(bǔ)償自適應(yīng)法是基于自適應(yīng)法改進(jìn)后的優(yōu)化算法。自適應(yīng)法通過(guò)自適應(yīng)的方式模擬電荷移動(dòng)并且對(duì)電荷位置進(jìn)行尋優(yōu)處理，自適應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)是僅需要設(shè)置一個(gè)模擬點(diǎn)和，因此計(jì)算量大大降低。自適應(yīng)法的不足是對(duì)模擬電場(chǎng)分布的考慮不夠全面，為了彌補(bǔ)這一缺陷，文獻(xiàn)[5]提出了補(bǔ)償自適應(yīng)法，補(bǔ)償自適應(yīng)法的計(jì)算流程如圖1所示。本文正是利用了補(bǔ)償自適應(yīng)法模擬計(jì)算特高壓直流線路周?chē)暮铣呻妶?chǎng)。

圖1 補(bǔ)償自適應(yīng)法計(jì)算流程

3 環(huán)境對(duì)合成電場(chǎng)的影響

環(huán)境因素對(duì)特高壓直流輸電線路的影響大。輸電線路以裸導(dǎo)線的方式直接暴露在空氣中，空氣中的水蒸氣、灰塵等其他物體與導(dǎo)線直接接觸，可能會(huì)增加線路的損耗，除此之外，復(fù)雜多變的環(huán)境因素也會(huì)對(duì)導(dǎo)線周?chē)暮铣呻妶?chǎng)產(chǎn)生影響。

3.1 風(fēng)速影響

文獻(xiàn)[6]中提出，離子流的密度受風(fēng)速的影響明顯，而離子流又會(huì)進(jìn)一步影響合成電場(chǎng)。分別設(shè)置0m/s、2m/s、4m/s、6m/s的風(fēng)速值，通過(guò)仿真計(jì)算離子流密度和合成電場(chǎng)來(lái)研究合成電場(chǎng)受風(fēng)速的影響，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 合成電場(chǎng)結(jié)果圖

圖3 離子流密度結(jié)果圖

由圖2和圖3可知，在風(fēng)速逐漸增大的過(guò)程中，線路地面的離子流以及合成電場(chǎng)呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律的變化，并且其峰值均會(huì)根據(jù)風(fēng)速的方向發(fā)生一定的偏移。另外，在風(fēng)速對(duì)線路合成電壓的影響上，正極所受的影響要小于負(fù)極，出現(xiàn)這種情況的原因是負(fù)極離風(fēng)口距離近，在此過(guò)程中持續(xù)受到影響，在橫向風(fēng)的條件下，導(dǎo)線附近的離子難以到達(dá)地面。

3.2 濕度影響

分別設(shè)置30%、50%、80%的相對(duì)濕度值，通過(guò)仿真計(jì)算離子流密度和合成電場(chǎng)來(lái)研究合成電場(chǎng)受濕度的影響，仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，在空氣中的相對(duì)濕度由30%增加到50%的過(guò)程中，導(dǎo)線周?chē)暮铣呻妶?chǎng)以及離子流密度均逐漸減小；在空氣中的相對(duì)濕度由50%增加到80%的過(guò)程中，導(dǎo)線周?chē)暮铣呻妶?chǎng)以及離子流密度均逐漸增大。

圖4 合成電場(chǎng)結(jié)果圖

圖5 離子流密度結(jié)果圖

3.3 溫度影響

分別設(shè)置10℃、30℃、40℃的溫度值，通過(guò)仿真計(jì)算離子流密度和合成電場(chǎng)來(lái)研究合成電場(chǎng)受環(huán)境溫度的影響，仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 合成電場(chǎng)結(jié)果圖

由圖6和圖7可知，在環(huán)境溫度不斷升高的過(guò)程中，導(dǎo)線地面的離子流密度以及合成電壓均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，溫度越高下降的速度越慢。

圖7 離子流密度結(jié)果圖

4 結(jié)論

特高壓直流輸電線路的電場(chǎng)環(huán)境遠(yuǎn)超過(guò)起暈條件，電暈放電現(xiàn)象頻繁發(fā)生，電暈現(xiàn)象影響電磁環(huán)境進(jìn)而對(duì)線路周?chē)钠渌O(shè)備造成不利影響。合成電場(chǎng)和離子流場(chǎng)是特高壓直流輸電工程中電磁環(huán)境的重要構(gòu)成部分，本文通過(guò)仿真計(jì)算重點(diǎn)分析了風(fēng)速、濕度以及溫度對(duì)直流線路合成電場(chǎng)的影響，本文的研究成果為減小特高壓輸電線路對(duì)周?chē)h(huán)境的負(fù)面影響具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。