±500kV 同塔雙回直流輸電線路的電暈損失分析

范軍華

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510670）

0 引言

國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)電力建設(shè)提出了更高的要求。高壓直流輸電不僅造價(jià)低、可靠性高，還具有調(diào)節(jié)快速、電能損失小等優(yōu)點(diǎn)，從而在長距離架空輸電、海底輸電等場(chǎng)合得到了廣泛使用。而同塔雙回直流輸電線路不僅具有單回線路的優(yōu)點(diǎn)，還能夠?qū)崿F(xiàn)單位面積走廊上線路輸電能力的提升以及占用土地的減少，從而有效提高電力建設(shè)水平［1］。

線路的電暈會(huì)產(chǎn)生電暈損失，帶來電能損失，從而增加輸電成本。雖然不能夠完全消除線路電暈，但可以通過改變極導(dǎo)線的排列方式、增加導(dǎo)線尺寸等手段來減少電暈損失，從而實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過分析500kV 同塔雙回直流輸電線路的極導(dǎo)線在不同排列方式下的電暈損失，選出最優(yōu)排列方式，希望能為工程建設(shè)提供有益參考。

1 計(jì)算方法

直流線路電暈損失的計(jì)算方法分為兩種［2］：數(shù)值計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法。

1.1 數(shù)值計(jì)算法

假設(shè)導(dǎo)線周圍分布著N 根電力線，對(duì)于導(dǎo)線表面的任意一點(diǎn)而言，電力線在其上所產(chǎn)生的電荷濃度分別為ρ＋和ρ－，那么，這點(diǎn)的電流密度J 為：

式中，K＋和K－分別為正負(fù)離子的遷移率；Es為空間電荷影響下地面合成場(chǎng)強(qiáng)。

根據(jù)式（1）就可得到每根電力線在導(dǎo)線表面起始點(diǎn)的電流密度，通過對(duì)電流密度進(jìn)行積分，就可得到流入或流出導(dǎo)線的總電流。令每根導(dǎo)線的電壓與總電流分別為｛Ui｝i≥1和｛Ii｝i≥1，那么線路總的電暈損失P 為：

1.2 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法

Anneberg公式是在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上總結(jié)出的一種計(jì)算良好天氣下直流線路電暈損耗的經(jīng)驗(yàn)公式，其表達(dá)式為：

2 仿真場(chǎng)景

圖1給出了±500kV 同塔雙回直流輸電線路的極導(dǎo)線排列方式。從圖1可以看出，4種方式極導(dǎo)線的相對(duì)位置不同，這將會(huì)影響導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而造成線路電暈損失的不同。為便于分析線路的電暈損失，本文假設(shè)了如表1和表2所示的計(jì)算條件。

圖1 極導(dǎo)線的.種排列方式

表1 計(jì)算條件

表2 線路空間坐標(biāo)

3 電暈損失計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，方式A、B、C 和D 的地線表面電場(chǎng)強(qiáng)度分別為9.1kV/cm、13.5kV/cm、25.6kV/cm、25.6kV/cm。方 式A的電場(chǎng)強(qiáng)度是最低的，這是由于在方式A 中，極性不同的導(dǎo)線是錯(cuò)位排列，從而有助于電場(chǎng)的相互消除。雖然方式B 的同極性導(dǎo)線都位于線路同一側(cè)，但離地線最近的極導(dǎo)線極性是相反的，因此，其電場(chǎng)強(qiáng)度仍低于方式C 和方式D。由Peek公式可知，地線起暈場(chǎng)強(qiáng)為20.6kV/cm，而方式C和方式D 的電場(chǎng)強(qiáng)度都大于20.6kV/cm。雖然通過增加極導(dǎo)線和地線的距離或增粗地線能夠降低方式C 和方式D 的電場(chǎng)強(qiáng)度，使其低于20.6kV/cm，但上述方式會(huì)額外增加鐵塔重量或地線重量，因此在實(shí)際應(yīng)用中并不使用方式C 和方式D。故以下計(jì)算電暈損失時(shí)，僅計(jì)算方式A 和方式B。

3.1 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法

圖2（a）給出了方式A 的電暈損失圖，從圖中可以看出，方式A 的電暈損失PA是由上層回路電暈損失P1、下層回路電暈損失P2和回路間電暈損失P3構(gòu)成。

圖2 方式A和方式B 的電暈損失圖

根據(jù)式（3）可得：

根據(jù)式（3）可得：

同理：

其中，K ＝K1，gmax＝（gmax1＋gmax2）/2。

因此，PA＝P1＋P2＋P3＝9.8kW/km。

圖2（b）給出了方式B的電暈損失圖，從圖中可以看出，方式B的電暈損失PB僅由上層回路電暈損失P1和下層回路電暈損 失P2構(gòu)成。根據(jù)式（3）可得，P1＝2.07 kW/km，P2＝2.09kW/km，那 么PB＝P1＋P2≈4.2kW/km。由此可以看出，方式A 的電暈損失要高于方式B。

3.2 數(shù)值計(jì)算法

在第2節(jié)的仿真場(chǎng)景設(shè)定下，方式A 和方式B在不同粗糙系數(shù)下的電暈損失如表3所示。從表3可以看出，方式B 的電暈損失始終小于方式A 的，并且隨著粗糙系數(shù)變大，兩種方式的電暈損失都變小。

表3 數(shù)值計(jì)算法下方式A和方式B的電暈損失

4 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，方式B 的電暈損耗要小于方式A。因此，在實(shí)際使用中應(yīng)采用方式B的排列方式，從而達(dá)到減少能耗的目的。

［1］別睿，涂莉，周全，等.同塔雙回直流輸電線路的感應(yīng)電壓仿真研究［J］.陜西電力，2014，42（5）：11－16.

［2］Parekh H，Chow Y L，Srivastava K D.A Simple Method of Calculating Corona Loss on Unipolar DC Transmission Lines［J］.IEEE Transactions on Electrical Insulation，1980，15（6）：455－460.