特高壓交流輸電線路電暈放電無線電干擾分析計(jì)算

胡　罡

（華能山東發(fā)電有限公司 ）

特高壓交流輸電線路電暈放電無線電干擾分析計(jì)算

胡罡

（華能山東發(fā)電有限公司 ）

針對特高壓交流輸電線路電暈放電引起的無線電干擾，本文首先從激發(fā)函數(shù)（Excitation Function）理論入手，采用誤差最小的高壓輸電研究中心（HVTRC）推薦的濕導(dǎo)線（WETC）激發(fā)函數(shù)，通過編程對比特高壓交流輸電線路不同條件和參數(shù)下的干擾計(jì)算結(jié)果，指出了特高壓交流輸電線路導(dǎo)線分裂數(shù)、子導(dǎo)線半徑、導(dǎo)線對地高度和相序等對無線電干擾的影響。結(jié)果表明：增加分裂導(dǎo)線數(shù)目、增加子導(dǎo)線半徑和提高導(dǎo)線對地高度都可以減小對地面無線電信號的干擾；對于多回線路，同相序比逆向序在控制無線電干擾上有更好的效果。

特高壓；電暈放電；激發(fā)函數(shù)；無線電干擾

0　引言

隨著我國電網(wǎng)特高壓、遠(yuǎn)距離送電技術(shù)的發(fā)展，與500kV線路相比，1000kV級特高壓輸電線路表面空間電磁場強(qiáng)度更高，出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象的頻率將更高，范圍也更加廣泛，由輸電線路電暈放電引起的電磁干擾問題是我國發(fā)展特高壓輸電需要面對的一個重要問題［1］。

當(dāng)線路設(shè)計(jì)不好時(shí)，對這種“電磁污染”的處理，輕者是電力部門受到投訴或罰款，嚴(yán)重時(shí)則需要重新架設(shè)線路。對特高壓輸電線路的電暈放電無線電干擾現(xiàn)象進(jìn)行深入的研究，對我國特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)價(jià)值。

本文采用誤差最小的高壓輸電研究中心（HVTRC）推薦的濕導(dǎo)線（WETC）激發(fā)函數(shù)，通過對比特高壓交流輸電線路不同條件和參數(shù)下的干擾計(jì)算結(jié)果，指出了特高壓交流輸電線路導(dǎo)線分裂數(shù)、子導(dǎo)線半徑、導(dǎo)線對地高度和相序等對無線電干擾的影響。增加分裂導(dǎo)線數(shù)目、增加子導(dǎo)線半徑和提高導(dǎo)線對地高度都可以減小對地面無線電信號的干擾；對于多回線路，同相序比逆向序在控制無線電干擾上有更好的效果。

1　激發(fā)函數(shù)理論

早在1956年，亞當(dāng)斯就曾指出高壓輸電線路電暈放電點(diǎn)的脈沖電流的性質(zhì)不僅與導(dǎo)體本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還與導(dǎo)體間相互的電容有關(guān)。根據(jù)亞當(dāng)斯的理論，電暈放電注入的脈沖電流的性質(zhì)被稱作“激發(fā)函數(shù)”［2］。

目前常用的五種激發(fā)函數(shù)分別為法國電力公司推薦公式（EdF）、高壓輸電研究中心推薦公式（HVTRC）、魁北克水電公司推薦公式（IREQ）、邦維爾電力公司電暈和場效應(yīng)公式（BPA）和國際大電網(wǎng)會議推薦公式（CIGRE）。其中誤差最小的為高壓輸電研究中心推薦的激發(fā)函數(shù)Гh［3］，有以下兩種表達(dá)形式

式（1）為大雨條件下的激發(fā)函數(shù)，它是在與8～12mm/h自然降雨相當(dāng)?shù)娜斯そ涤昵闆r下通過電暈籠試驗(yàn)得到的。

式（2）為濕導(dǎo)線情況下的激發(fā)函數(shù)，也就是當(dāng)大雨已停，但是導(dǎo)線仍然未干的情況。

其中

2　特高壓交流輸電線路電暈放電無線電干擾計(jì)算與分析

2.1模型的建立

圖1　線路電暈放電計(jì)算模型

2.2計(jì)算方法

（1）電暈感應(yīng)電流的確定

由于第n根導(dǎo)線電暈放電產(chǎn)生的軸向電場為［5］

其中

而

導(dǎo)線m上的脈沖電流在導(dǎo)線n表面產(chǎn)生的軸向電場為［6］

其中

當(dāng)m≠n時(shí)，kg為導(dǎo)線m和n單位長度的互阻抗，當(dāng)m=n時(shí)，則為導(dǎo)線m和n單位長度的自阻抗，Amn為系統(tǒng)的勢系數(shù)矩陣。

將該式表示為矩陣形式，有

（2）干擾場的計(jì)算

由于第n根導(dǎo)線上的第i個電暈點(diǎn)放電產(chǎn)生的干擾電場為

由于第n根導(dǎo)線上的第i個電暈點(diǎn)放電產(chǎn)生的干擾磁場為

其干擾場的大小為

3　線路參數(shù)對無線電干擾的影響

使用上節(jié)中計(jì)算方法編制FORTRAN程序，計(jì)算特高壓交流輸電線路的幾個重要參數(shù)的變化對電暈放電產(chǎn)生的無線電干擾水平的影響。線路模型如圖2所示，采用拉V型鐵塔，三相水平排列，輸電線路電壓為1000kV，計(jì)算過程中忽略線路的弧垂和鐵塔、金具等影響，無線電干擾的參考頻率為0.5MHz，計(jì)算結(jié)果為軸向電場Ey。

圖2　單回路八分裂輸電線路

3.1導(dǎo)線分裂數(shù)對干擾值的影響

假設(shè)僅導(dǎo)線分裂數(shù)發(fā)生變化，本文取分裂數(shù)N分別為2、4、6、8、10、12，分裂間距為40cm，子導(dǎo)線半徑為20mm，測量點(diǎn)距走廊中心為20m，參考頻率為0.5MHz，所得到的計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3　計(jì)算結(jié)果1

從圖3中，可以看到，隨著分裂數(shù)的增加，無線電干擾場明顯降低，即增加分裂數(shù)可以降低無線電干擾場。同時(shí)，圖3也表明，在所考慮的線路模型下，無線電干擾場隨分裂數(shù)的變化可近似呈線性關(guān)系，這一關(guān)系由線性擬合可得

另一方面，若無限制地增加分裂導(dǎo)線的數(shù)目，必然會帶來成本和維護(hù)費(fèi)用的增加，所以無論國外還是我國一般都建議特高壓輸電線路的分裂導(dǎo)線數(shù)為8。

3.2子導(dǎo)線半徑對干擾值的影響

同樣，假設(shè)其他參數(shù)不變，僅子導(dǎo)線半徑變化，并分別取5mm、10mm、15mm、20mm、25mm和30mm，分裂數(shù)為8，分裂間距為40cm，測量點(diǎn)距走廊中心為20m，參考頻率為0.5MHz。圖4給出了計(jì)算的無線電干擾場隨子導(dǎo)線半徑的變化趨勢。

圖4　計(jì)算結(jié)果2

可以看出，增加子導(dǎo)線半徑，也就是增加導(dǎo)線截面，可以使無線電干擾場降低；另外，計(jì)算結(jié)果在子導(dǎo)線半徑為15mm左右處出現(xiàn)一拐點(diǎn)，拐點(diǎn)右側(cè)斜率絕對值較左側(cè)明顯變大，說明當(dāng)子導(dǎo)線半徑大于15mm時(shí)，通過增加子導(dǎo)線半徑來降低無線電干擾的效果更加明顯。但是，增加子導(dǎo)線的半徑，會帶來原材料成本的急劇增加，所以我國特高壓輸電線路導(dǎo)線一般選擇LG—630或LGJ—810等類型。

3.3導(dǎo)線高度對干擾的影響

同樣，假設(shè)僅導(dǎo)線對地高度發(fā)生變化，并分別取為25m、30m、35m、40m、45m和50m，導(dǎo)線分裂數(shù)分別取8，分裂間距為40cm，子導(dǎo)線半徑為20mm，測量點(diǎn)距走廊中心為20m，參考頻率為0.5MHz，所得到的計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看到，隨著導(dǎo)線對地高度的增加，電暈放電產(chǎn)生的無線電干擾明顯減小，但是，減小的幅度逐漸變小，這一特性具有重要的實(shí)際意義。表明當(dāng)導(dǎo)線達(dá)到一定高度時(shí)，通過增加導(dǎo)線對地高度來減小無線電干擾的方法并不合適，而且成本過高。因此，為滿足無線電干擾場限制的要求，建議導(dǎo)線對地高度一般大于35m，但也不宜過高。

圖5　計(jì)算結(jié)果3

3.4不同相序?qū)Ω蓴_的影響

為討論導(dǎo)線不同相序排列所產(chǎn)生的電暈放電無線電干擾，本文采用同塔雙回特高壓輸電模型，模型參數(shù)如圖6所示，子導(dǎo)線半徑為2mm，分裂間距為40cm，三相垂直排列，輸電線路電壓為1000kV，計(jì)算過程中忽略線路的弧垂和鐵塔、金具等影響，無線電干擾的參考頻率為0.5MHz，測量點(diǎn)距離輸電走廊中心距離分別為10m、20m、30m、40m和50m，導(dǎo)線的排列方式為同相序（AA，BB，CC）和逆向序（AC，BB，CA）。

圖6　同塔雙回路八分裂輸電線路

不同相序的干擾計(jì)算結(jié)果如下表所示。

由表中能夠看到，三相導(dǎo)線同相序排列方式下的無線電干擾明顯小于逆相序排列方式，大小相差約在2dB左右。所以單純從降低電暈放電無線電干擾方面考慮，同相序方式更為合適。

表4　計(jì)算結(jié)果

4　結(jié)束語

本文對激發(fā)函數(shù)原理和計(jì)算線路電暈無線電干擾的激發(fā)函數(shù)法進(jìn)行了描述，采用誤差最小的激發(fā)函數(shù)，對影響特高壓交流輸電線路電暈放電無線電干擾的因素進(jìn)行了系統(tǒng)地計(jì)算分析，形成如下結(jié)論：

通過對比不同條件下的計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為增加分裂導(dǎo)線數(shù)目、增加子導(dǎo)線半徑和提高導(dǎo)線對地高度都可以減小對地面無線電信號的干擾；對于多回線路，同相序比逆向序在控制無線電干擾上有更好的效果。

［1］ 粟福珩. 高壓輸電的環(huán)境保護(hù)［M］. 北京：水利電力出版社，1989.

［2］ Claude H.Gary.The theory of the excitation fuction［J］. IEEE Transactions On Power Delivery，1971，Paper 71 TP 661-PWR.

［3］ R.G.Olsen，S.D.schenum，V.L.Chartier.Comparison of several methods of calculating power line electromagnetic interference level and calibration with long term data［J］. IEEE Trans on Power Delivery，1992，7（2）：903-912.

［4］ R.G.Olsen.Radio noise fields generated by corona streamers on a power line［J］.Radio Science，1983，16（3）：399-408.

［5］ R.G.Olsen，T.A.Pankaskie.On the Exact，Carson and image theoriesfor mires at or above the Earth's interface［J］.IEEE Transactions On Power Delivery，1983，（10）2：769-776.

［6］ C.R.Paul，A.E.Feather.Computdtion of the transmission line inductance and capacitance matrices from the gewralized capacitance e atrix［J］.IEEE Transactions On Power Delivery，1976，18（4）：175-182.

（2016-01-21）