交直流混合输电对500 kV输电线路电场强度影响研究

李莉，田智勇

（1.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012；2.国网山东省电力公司检修公司，济南250018）

交直流混合输电对500 kV输电线路电场强度影响研究

李莉1，田智勇2

（1.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012；2.国网山东省电力公司检修公司，济南250018）

交直流混合输电系统是一种新型柔性交流输电系统（FACTS），但对单导线交直流混合输电系统的设计与建设具有重要意义的电磁环境问题研究却鲜有报道。介绍单导线交直流混合输电系统现状和特点，使用有限元软件Ansoft针对交直流混合输电线路的电场强度进行仿真分析和数值计算，分析表明交直流混合输电线路的电场强度明显弱于纯交流输电线路，为交直流混合输电系统的研究与设计提供参考。

交直流混合输电；有限元法；输电线路；电场强度

0 引言

单导线交直流混合输电系统是一种新型柔性交流输电系统（FACTS）［1］，它是指在不改变现有交流输电线路基本构架的基础上，将由整流获得的直流分量经阻塞电感线圈注入到送电端变压器Z形连接二次侧末端中性点上，从而在原有交流输电线路上同时传输交流和直流功率的系统［2］。由于单导线交直流混合输电线路并未改变三相导线之间的线电压，因此只需要增加每个绝缘子串阀的数量以承受叠加的直流分量；若不改变线路电压等级，则原有交流线路的导线、绝缘子串和杆塔不需要作任何调整［3］，可以在避免假设更多输电线路的前提下，充分对我国已建线路进行“挖潜”并提高新建特高压输电线路的输送能力。

单导线交直流混合输电系统具备直流和交流输电系统的优点，即不受功角稳定性的限制可使系统的输送功率接近输电线路的热稳定性极限，同时便于在输电中途形成落点。该输电系统的拓扑结构［4］、传输容量［3，5］、系统稳定性［6-8］、分接容量［9］和馈送方式［10］等问题成为近年国内外学者的研究热点。而作为对单导线交直流混合输电系统的设计与建设具有重要意义的电磁环境问题的研究却鲜有报道。

1 交直流混合输电的Ansoft仿真分析

应用有限元软件Ansoft，根据文献［11］，建立500 kV输电线路计算模型如图1所示。选取的杆塔种类为同塔双回直线鼓型塔（平腿），呼高为48 m，基础根开为13 100 mm，AB相间距为12 000 mm，BC相间距为10 700 mm，ABC相回间距依次为15800 mm、20400mm和16800mm，导线型号为4分裂LGJ-400／35，导线直径近似取25 mm（实际值应为26.82 mm），子导线分裂间距0.4 m呈正多边形排列，绝缘子串为31片／串，绝缘长度为4 805 mm，以80 m为边长的正方形包围的空气层模拟无穷大求解区域，地面取零电位，各相导线以120°相角按相序依次加电位。

图1 500kV输电线路计算模型

模型中的交流线路额定线电压为500 kV，则每相的相电压峰值为。在保持绝缘不变和波形一周期内2次过零点的情况下，采用单导线交直流混合输电技术后线路中的直流电压分量Vd和交流相电压分量Va需满足式（1）与式（2）［4］。使用的A相线路的交流输电相电压VAph的瞬时值如式（3）所示，单导线交直流混合输电相电压VAph′的瞬时值如式（4）所示。

图2 t=0 s时同塔双回线路电场强度和电位分布

图3 时同塔双回线路电场强度和电位分布

2 单导线交直流混合输电研究

选取计算模型中所有分裂导线圆周表面电场强度为分析对象，图4和图5分别表示纯交流和交直流混合情况下模型左侧回路A相的4根分裂导线在纯交流输电情况下t=0 s时的导线圆周表面电场强度沿圆周的变化情况（分裂导线按从左上起顺时针排序）。

图4 A相分裂导线沿导线圆周表面场强分布曲线（纯交流）

图5 A相分裂导线沿导线圆周表面场强分布曲线（交直流混合）

比较单根分裂导线上所有点的场强可得到单根分裂导线场强的最大值Efmax，取同相所有分裂导线Efmax的平均值作为该相导线的场强最大值Exmax，则在纯交流输电和单导线交直流混合输电情况下的Efmax和Exmax如表1所示。

表1 同塔双回线路的导线表面电场强度kV／cm

图4、图5及表1数据表明，交直流混合输电A相分裂导线沿导线圆周表面场强分布明显小于纯交流输电曲线；在纯交流输电和单导线交直流混合输电两种情况下，同塔双回线路的导线表面电场强度数值对比可知，交直流混合输电的电场强度值明显小于纯交流输电。

3 结语

介绍单导线交直流混合输电系统现状和特点，使用有限元软件Ansoft针对特高压单导线交直流混合输电线路的电场强度进行仿真分析和数值计算，应用单导线交直流混合输电技术后线路周围的电场和电位分布弱于纯交流输电，同塔双回线路导线表面电场强度数值明显小于纯交流输电。而分析线路周围的电磁环境参数是否满足限值要求，为特高压单导线交直流混合输电系统的研究与设计提供参考将是下一步的研究方向。

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［11］刘振亚．国家电网公司输变电工程典型设计500 kV输电线路分册［M］．北京：中国电力出版社，2005．

Research on the Influence of Electric Intensity of 500 kV Hybrid AC／DC Transmission Lines

LI Li1，TIAN Zhiyong2
（1.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China；2.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250018，China）

Combining AC／DC transmission system is a type of flexible AC transmission system，and electromagnetic enviroment is significant for the design and construction of hybrid AC／DC power system.Yet research on this subject is scarcely reported.We establishe simulation models by the software of Ansoft based on research status and characteristics of hybrid AC／DC transmission system.It is demonstrated that the electric intensity of hybrid AC／DC transmission lines is weaker than the electric intensity of AC transmission lines，which is believed to be of reference value for research and design of hybrid AC／DC transmission system.

combining AC／DC transmission；finite element method；transmission lines；electric intensity

TM15

A

1007－9904（2015）08－0005－03

2015-05-25

李莉（1982），女，工程师，从事电网调度运行与控制等工作；田智勇（1981），男，从事特高压电网调运行与控制等工作。