環(huán)境對特高壓直流輸電線路合成電場的影響

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]。相對于特高壓交流輸電線路，當電能輸送距離大于交、直流輸電工程的等價距離時，直流輸電工程的經(jīng)濟效益更高[2]。

特高壓直流輸電工程的優(yōu)勢非常明顯，具備更好的輸電性能，但特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境問題同樣備受關注[3]。在運行的輸電線路上會出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，并且電暈現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率會隨著線路電壓等級的提高而增大，電磁環(huán)境問題也相應加劇。電磁的變化對線路附近空間環(huán)境的影響很大，合成電場實質(zhì)上是電磁環(huán)境中的一部分[4]。而合成電場有包括兩個部分，一部分為標稱電場，另一部分為離子流場，計算合成電場需要綜合多方面因素的考慮，例如溫度、風速等。為解決此問題，本文運用補償自適應法對特高壓直流輸電線路的合成電場進行計算，并分別研究了風速、濕度、溫度對合成電場的影響，為后續(xù)研究提供了一定的理論參考。

2 補償自適應法的介紹

補償自適應法是基于自適應法改進后的優(yōu)化算法。自適應法通過自適應的方式模擬電荷移動并且對電荷位置進行尋優(yōu)處理，自適應法的優(yōu)點是僅需要設置一個模擬點和，因此計算量大大降低。自適應法的不足是對模擬電場分布的考慮不夠全面，為了彌補這一缺陷，文獻[5]提出了補償自適應法，補償自適應法的計算流程如圖1所示。本文正是利用了補償自適應法模擬計算特高壓直流線路周圍的合成電場。

圖1 補償自適應法計算流程

3 環(huán)境對合成電場的影響

環(huán)境因素對特高壓直流輸電線路的影響大。輸電線路以裸導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線直接接觸，可能會增加線路的損耗，除此之外，復雜多變的環(huán)境因素也會對導線周圍的合成電場產(chǎn)生影響。

3.1 風速影響

文獻[6]中提出，離子流的密度受風速的影響明顯，而離子流又會進一步影響合成電場。分別設置0m/s、2m/s、4m/s、6m/s的風速值，通過仿真計算離子流密度和合成電場來研究合成電場受風速的影響，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 合成電場結(jié)果圖

圖3 離子流密度結(jié)果圖

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

3.2 濕度影響

分別設置30%、50%、80%的相對濕度值，通過仿真計算離子流密度和合成電場來研究合成電場受濕度的影響，仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，在空氣中的相對濕度由30%增加到50%的過程中，導線周圍的合成電場以及離子流密度均逐漸減??；在空氣中的相對濕度由50%增加到80%的過程中，導線周圍的合成電場以及離子流密度均逐漸增大。

圖4 合成電場結(jié)果圖

圖5 離子流密度結(jié)果圖

3.3 溫度影響

分別設置10℃、30℃、40℃的溫度值，通過仿真計算離子流密度和合成電場來研究合成電場受環(huán)境溫度的影響，仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 合成電場結(jié)果圖

由圖6和圖7可知，在環(huán)境溫度不斷升高的過程中，導線地面的離子流密度以及合成電壓均呈現(xiàn)下降的趨勢，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環(huán)境遠超過起暈條件，電暈放電現(xiàn)象頻繁發(fā)生，電暈現(xiàn)象影響電磁環(huán)境進而對線路周圍的其他設備造成不利影響。合成電場和離子流場是特高壓直流輸電工程中電磁環(huán)境的重要構成部分，本文通過仿真計算重點分析了風速、濕度以及溫度對直流線路合成電場的影響，本文的研究成果為減小特高壓輸電線路對周圍環(huán)境的負面影響具有一定的參考價值和指導意義。