1000 kV特高壓交流輸電線路電暈損耗估算方法

劉文勛，趙全江，張瑚，李翔，康勵，趙遠(yuǎn)濤

(中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院，武漢市，430071)

0 引言

當(dāng)輸電線路導(dǎo)線周圍電場強(qiáng)度超過空氣擊穿場強(qiáng)時，臨近導(dǎo)線附近的空氣產(chǎn)生電離形成電暈放電，因電暈放電而產(chǎn)生的帶電離子在交變電壓作用下，在導(dǎo)線周圍往返運(yùn)動，伴隨著空氣電離還會產(chǎn)生電光和無線電干擾等，這些效應(yīng)消耗的能量統(tǒng)稱為電暈損失。在線路的建設(shè)中，考慮到經(jīng)濟(jì)性，通常在正常電壓下允許有一定程度的電暈放電［1］。

對于超高壓輸電線路電暈損失一般不會超過電阻損耗的20%，而對于特高壓輸電線路而言，其電壓等級高，所經(jīng)過地區(qū)的海拔高度和天氣情況較為復(fù)雜，有資料顯示，單回路特高壓線路在壞天氣下的電暈損失每km高達(dá)近kW。同時隨著電價水平的不斷增長，電暈損耗成為特高壓線路導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性比較選擇的重要因素。

本文以錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為工程依托，對國內(nèi)外電暈計算的主要方法進(jìn)行探討，選取了幾種典型天氣狀況計算電暈損失，并綜合全年天氣條件數(shù)量分布進(jìn)行年平均電暈計算，給線路導(dǎo)線選型提供參考。

1 工程概況

錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為同塔雙回輸電線路，海拔為1 km以下，導(dǎo)線型號采用8×JL/G1A－630/45，導(dǎo)線逆相序排列，導(dǎo)線粗糙系數(shù)取0.82，計算電壓取最高電壓1050 kV，塔型采用雙回路垂直排列方式，如圖1所示。線路沿線天氣條件數(shù)量分布情況如下表1所示。

圖1 桿塔型式示意圖Fig.1 Sketch of tower type

表1 天氣分布情況Tab.1 Distribution of different weather condition by annual

2 電暈計算方法探討

2.1 國內(nèi)電暈估算主要方法

目前，國內(nèi)超高壓輸電線路電暈估算大多采用擬合曲線法，根據(jù)已建線路在不同天氣條件下的電暈實(shí)測結(jié)果與導(dǎo)線表面最大平均場強(qiáng)的關(guān)系，擬合成不同天氣條件下的電暈損失計算用曲線。在進(jìn)行新建線路導(dǎo)線選型時，通過計算導(dǎo)線表面最大平均場強(qiáng)，查電暈損失計算用曲線，便可估算出不同導(dǎo)線方案的電暈損失，如《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》中介紹的電暈估算方法。

這種電暈估算方法主要基于超高壓線路的實(shí)測結(jié)果來進(jìn)行總結(jié)，對于特高壓輸電線路來說，其電壓等級及導(dǎo)線形式均有別于超高壓線路，目前尚無較為完善的實(shí)測結(jié)果，電暈損失估算難以參考超高壓線路電暈損失計算用曲線。

2.2 國外電暈估算主要方法

目前，國外適用于特高電壓線路電暈損失的估算方法主要有法國電力公司公式(①)、美國電科院公式(②)及博納維爾電力管理局公式(③)［2－5］。法國電力公司基于導(dǎo)線局部電暈的空間電荷理論和戶外測試籠得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并開發(fā)出評估分裂導(dǎo)線電暈損失的經(jīng)驗(yàn)公式。美國電科院基于人工大雨下在戶外測試籠的大量分裂導(dǎo)線電暈損耗測量開發(fā)了經(jīng)驗(yàn)公式，該經(jīng)驗(yàn)公式覆蓋了大范圍的子導(dǎo)線直徑(1.1～5 cm)和導(dǎo)線分裂數(shù)(1～16)。博納維爾電力管理局經(jīng)過對輸電線路的長期觀測，總結(jié)了電暈損失的經(jīng)驗(yàn)公式，該公式覆蓋了大范圍分裂導(dǎo)線參數(shù)，同時考慮了降雨率和海拔高度對電暈的影響［6－10］。

利用上述公式對錫盟—南京1000 kV輸電線路(山東段)進(jìn)行電暈損失計算，結(jié)果如表2所示。

表2 不同計算公式的電暈計算結(jié)果比較Tab.2 Comparison of different computational results for the corona loss under different models kW/km

由表2可知，各經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果差別較大，主要是因?yàn)榭偨Y(jié)這些經(jīng)驗(yàn)公式的外部條件，如導(dǎo)線表面狀況、海拔等不一致。

2.3 電暈估算方法推薦

我國1000 kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程輸電線路(單回路)年平均電暈損耗約為 18.87 kW/km［5］。

結(jié)合國內(nèi)外特高壓電暈研究經(jīng)驗(yàn)，擬采用公式③進(jìn)行電暈估算。公式③綜合考慮了降雨量和海拔對電暈損耗的影響，是一種較為簡單而準(zhǔn)確的估算公式［2］，式(1)、(2)為公式③雨天平均損耗計算方程。

式中:p1、p2、p3分別為小雨、中雨、大雨的電暈損耗，kW/km;s1、s2、s3分別為小雨、中雨、大雨的天氣數(shù)量，h。

3 電暈損耗計算

3.1 不同氣象條件下計算原則

不同氣象條件下的電暈損耗差別較大，一般來說，輸電線路導(dǎo)線電暈損耗應(yīng)綜合考慮好天氣、雨天、雪天及霧凇天的情況。本文基于公式③給出的雨天電暈計算公式和依托工程的實(shí)際情況，給出不同天氣條件下的電暈損耗計算原則。

(1)雨天電暈損耗。雨天電暈損耗應(yīng)綜合考慮小雨、中雨及大雨的平均損耗，其降雨量和數(shù)量分布如表3所示。

表3 雨天的降雨量及數(shù)量分布Tab.3 Rainfall distribution in amount and proportion

(2)雪天電暈損耗。雪天的等效降雨量和數(shù)量分布如表4所示。

(3)霧凇天電暈損耗。霧凇會產(chǎn)生超電暈，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，霧凇天的電暈損耗為大雨的4倍。

表4 雪天的等效降雨量及數(shù)量分布Tab.4 Snowy equivalent rainfall distribution in amount and proportion

(4)好天氣電暈損耗［2］。博納維爾電力管理局建議好天氣平均電暈損失(dB)從雨天計算出的平均損失(dB)中減去17 dB，這17 dB是從北美Apple Grove 750 kV工程中晴天和雨天實(shí)測比較而得到的平均值。

3.2 電暈損耗計算工程實(shí)例

根據(jù)以上原則計算出錫盟—南京1000 kV同塔雙回輸電線路山東段在不同天氣條件下，不同導(dǎo)線的電暈損耗及年平均損耗，如表5所示。

表5 不同天氣條件下的電暈損耗Tab.5 Computational results of corona loss in difference weather conditions kW/km

由表5可知，隨著導(dǎo)線截面增大，電暈損耗減小;雨天平均損耗大約為好天氣平均損耗的50倍，雪天(干雪)平均損耗大約為好天氣的37倍，線路的綜合電暈損耗主要取決于壞天氣的分布情況。

當(dāng)1000 kV同塔雙回交流輸電線路單回輸送容量為3000～6000 MW 時，8×JL/G1A－630/45導(dǎo)線的電暈損耗與電阻損耗的比較如表6所示。

由表6可知，當(dāng)1000 kV特高壓輸電線路的輸送容量較小時，電暈損耗超過電阻損耗的20%。

表6 不同輸送容量下的電暈損耗/電阻損耗Tab.6 Corona loss/resistance loss under different transmission capacity

4 結(jié)論

(1)博納維爾電力管理局經(jīng)驗(yàn)公式考慮了降雨量和海拔對電暈損耗的影響，是一種較為簡單和準(zhǔn)確的公式，可進(jìn)行電暈損耗的快速估算。

(2)雨天損耗主要取決于降雨量。博納維爾電力管理局經(jīng)驗(yàn)公式建議:雪天損耗可轉(zhuǎn)換為等效降雨量后再進(jìn)行計算，霧凇天損耗是大雨損耗的4倍，好天氣平均電暈損失(dB)從雨天的平均損失(dB)中減去17 dB。

(3)以錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為計算實(shí)例進(jìn)行線路電暈損耗計算，雨天平均損耗大約為好天氣平均損耗的50倍，雪天(干雪)平均損耗大約為好天氣的37倍，年平均損耗主要取決于壞天氣的分布情況，約為46.6 kW/km。

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