基于半经验法±800 kV高压直流输电线路合成场强计算研究.pdf
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1、第 46 卷 第 1 期 2023 年 02 月Vol.46 No.1Feb.2023广 西 电 力GUANGXI ELECTRIC POWER基于半经验法800 kV高压直流输电线路合成场强计算研究张鹏(晋控电力同华山西发电有限公司,山西 忻州 034114)摘要:针对直流线路合成场强现有计算方法半经验法展开分析,通过具体的计算过程来验证半经验法的计算结果的有效性和正确性。进而通过半经验公式计算方法,对锦屏到苏南特高压直流输电线路进行研究,这条特高压直流线路是从锦屏到苏南,这两座是建设的800 kV换流站,是标准的输送容量为720万千瓦、最大的不间断输送容量为760万千瓦的换流站,具有代表性
2、,对在没有产生饱和电晕情况下的合成场强进行计算。证明锦屏到苏南直流线路的合成场强符合我国制定的相应标准。关键词:特高压直流输电;电晕;半经验法;合成场强;环保性 中图分类号:TM75 文献标志码:A 文章编号:1671-8380(2023)01-0032-06Research on the Calculation of Electric Field Strength for800 kV HVDC Transmission Lines Based on the Semi-empirical MethodZHANG Peng(Jin Control Power Tonghua Shanxi Pow
3、er Generation Co.,LTD,Shanxi Xinzhou 034114,China)Abstract:The semi-empirical method,which is the current calculation method of DC line synthetic field strength,is analyzed to verify the validity and correctness of the calculation results of the semi-empirical method through the specific calculation
4、 process.Further,the UHV DC transmission line from Jinping to southern Jiangsu is studied through the semi-empirical formula calculation method.This UHV DC line is from Jinping to southern Jiangsu.These two are constructed 800 kV converter stations,which are representative of the standard transmissi
5、on capacity of 7.2 million kilowatts and the maximum uninterrupted transmission capacity of 7.6 million kilowatts.The composite field strength without saturation corona is calculated.It is proved that the synthetic field strength of the DC line from Jinping to southern Jiangsu meets the correspondin
6、g standards formulated by China.Key words:HVDC transmission;Corona;Semi-empirical method;total electric field strength;Environmental protection我国国土的面积大,尤其是煤炭和水资源丰富,但是发电厂的分布和用电负荷分布并不均衡。我国的可用水电资源约为60%以上分布在西南部的云南和四川等省份,煤炭储备量的60%以上分布在内蒙古、山西、陕西等省份,而我国大部分用电的区域在中部、东部1,因此我国建设了许多项特高压直流输电示范工程,有效地将西北、西南部地区的风电、
7、煤电和水电资源输送到经济最发达的华中、华东和华南地区,不仅保障了经济的快速增长,而且有效缓解了这些地区的生态环境压力2。与采用交流技术输电的线路相对比,目前大量工程采用直流技术输电的线路,主要包含以下五个优点:1)节省了输电线路的走廊。每一极输电导线和交流输电线路的每一相输电导线都有同样的横截面积与防止电击穿的能力,当输送同样容量的电力负荷时,用直流电的技术所使用输电线路的走廊面积要比用交流电的技术输电节省约30%多。在城市可用地皮极度缺少的今天,用直流技术输电的这个优点就十分值得我们应用直流技术。2)输电线路的损耗较少。当电压和电流相同时,用直流技术输电的线路消耗要比用交流技术输收稿日期:2
8、023-02-20 修回日期:2023-02-24电的线路消耗大约少30%以上。3)能够十分轻便解除两个用交流技术输电的电网之间的连结。4)用直流技术输电的线路中的潮流能够更容易实现迅速节制。5)输电导线的电压等级提升很快。用直流技术输电的换流站高电压整流阀是块式构造,便于电压的逐级变大。因此选择特高压直流输电具有很大优势3。特高压直流输电工程可建设几千千米,传输电能容量特别高,有效解决中国电力资源配置不均的大问题4。1 特高压直流输电的现状及环保问题由于电压的等级变得越来越高,而线路的输送容量也变得越来越大,这必然会导致一些环境问题的出现。例如:输电导线表面和输电线路周围电场数值的大小太高以
9、至于产生电晕现象等。然而在特定的高电压值前提下的电络效应,是不是对人类和周围人们生活的地方,带来风险效果,这是人们会关注的切实利益。1.1 特高压直流输电的现状以锦屏到苏南特高压直流输电线路为例,这两座是直流输电建设的800 kV换流站的代表,是标准的允许输送的最大功率为720万千瓦、最大的不间断允许输送的最大功率为760万千瓦的换流站,总距离长约为2 100 km。该工程采用了双极的方式,并且每极上各有两个十二脉动换流器串在一起,该换流站电压的配置为400 kV。设备运行方式很灵活,可靠性也很极高5。在此刻的中国,我们已经建成了许多800 kV用直流技术输电的工程,这在国际上也是有代表性的,
10、在2008年我们国家还建成了长治到荆门的用特高压直流技术输电的线路,它的电压值等级是1 000 kV,最高的运行电压值是1 100 kV,这个输电工程是全世界全部建成的用直流技术输电的工程里电压值最高的。经过近些年来不断的建造特高压输电线路,我们国家也积累了大量的经验与技术,已经成功地掌握了建设800 kV、1 000 kV的理论知识,将来我们国家还会建设更高电压值的用直流技术输电的工程,为我们国家经济注入强大的动力。现阶段,800 kV、1 100 kV输电线路建设应在合成场强、离子流密度、直流磁场、无线电干扰、可听噪音方面符合规程规范要求6。1.2 特高压直流输电的环保问题随着人们对环保概
11、念的增强,输电线路的电磁环境的研究探索尤为重要7,这就要求在建设用特高压直流技术的输电线路时,应该执行严苛的技术标准,使输电导线的合成的电场强度的大小、可听噪声的大小、离子流的密度的大小、干扰的无线电的强弱都在国家规定的范围内,只有这样才可以保证特高压线路所经过的居民区还有大自然环境时,不会造成人和动物的伤害,这也与我国一直以来提倡的碳中和相吻合。1.3 特高压直流输电线路产生电场危害电场和电磁波之间能相互转化,他转化为电磁波后,电磁波的数值大小不会太大,它会长期存在我们生活的环境中,不断地影响我们,再说地球本身也有电磁场,适量的电磁波存在,对我们人类的生活、学习、工作有巨大的好处,我们所用的
12、电子设备都用到了电磁波,我们从收音机里听到的声音、从电视里看到的画面、手机上网用到的无线、手机打电话也是用到了信号塔基站里转发的信号,都用到了电磁波,用到电磁波的还有很多领域。但是我们生活的环境中也不能存在大量的电磁波,太长时间在电磁波的环境照射下,我们的身体会产生各种疾病和不良现象,如身体的皮肤会发生刺痛,会让我们感到头疼,会让我们工作中产生出烦躁的心情。也会使我们随身拿的电子仪器运行不畅,导致电子仪器的损害。1.4 基于半经验法用于特高压直流输电线路合成场强的意义计算合成场强的方法有解析法、半经验法、有限元法、无网格法,其中半经验法非常适合研究直流输电线路。半经验公式法是由EPRI(美国的
13、电力研究协会)在用直流技术输电的模型上做了许多模拟实际的实验后于1983年提出的,通过用直流技术线路的电晕试验,我们可得出应用直流技术线路下电场有如下两种特别情况:一是在没有产生电晕时,输电导线上运行的电荷控制周围静止电场的分布情况;二是在产生饱和电晕时,空间中自由电荷决定周围静电场的分布情况。在运算现实中用直流技术所建工程中的合成场强的分布情况时,需要先分别算出上面两种特别情况的数值,再进行一般情况场强的合成计算8。第 46 卷 第 1 期33广 西 电 力半经验法寻找出了场强的合成与输电线路的基本数据之间的联系,对研究特高压直流输电线路的场强提供一种新的思路。为了减小特高压输电线路下方的电
14、场强度,通过在输电线路与大地之间铺设屏蔽线的方法以有效减小地面合成电场的大小9。1.5 半经验法的工程应用半经验法因为有理论作为基础适用范围较广,在混凝土靶侵彻计算10、SIO和MOSFET建模中研究11、膨胀土一维湿化变形时效特性12等方面都有应用,并且适用于特高压输电线路的合成场强的计算。2 电磁指标的计算2.1 导线场强的计算对用直流技术输电的线路来说,地面上的电场效应损害进度起主导作用的是线路下场强的合成,电场的合成为标称场强和由空间自由电荷生成电场的结合,标称场强和合成场强的计算方法11。输电导线种类 6ASCER-720/50,导线到地面实际距离为 21 m,极间距为 22 m,分
15、裂间距为450 mm,子导线的直径为 36.2 mm12。2.1.1 导线表面场强的计算产生的电晕随着输电导线外围的电压位梯度变大而增大。特高压输电的研究已经有很多年了,有 EPRI 经验式和逐次镜像法的运算方法,用逐次镜像法运算输电导线的电场表面强度必需要用计算机,而 EPRI 经验式用来运算输电导线电场表面强度比较容易,EPRI经验公式运算导线表面场强大小的均值运算为:(1)导线表面的最大场强可以依据以下公式计算:(2)用直流技术输电的线路是双极水平安放时,导线的平均表面场强是:(3)式中,gav为导线表面平均场强,kV/cm;q为电荷,C;gmax为导线表面大场强,kV/cm;d为子导线
16、直径,cm;n为导线分裂根数;V为相导线对地电压,kV;D为分裂导线圆周直径,cm;H为导线的对地高度,cm;deq为分裂导线等效直径,cm;为空气的介电常数;P为极导线间距,cm;按输电线路的运行电压值为800 kV,导线到地面的距离是21 m、极间距22 m以及各种输电线路的参数代入式(2)、式(3)运算,通过逐次镜像法和“EPRI”经验式13,可以得到“EPRI”经验式满足工程运算需要,查资料可得 gmax=22.28 kV/m。2.1.2 导线起晕场强的计算用直流技术输电的线路的起始电晕强度用如下公式运算:(4)式中,m为导线的表面系数;r为子导线半径,cm。在用直流技术输电的线路中,
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