特高压交流输电线路电晕放电无线电干扰分析计算

胡　罡

（华能山东发电有限公司 ）

特高压交流输电线路电晕放电无线电干扰分析计算

胡罡

（华能山东发电有限公司 ）

针对特高压交流输电线路电晕放电引起的无线电干扰，本文首先从激发函数（Excitation Function）理论入手，采用误差最小的高压输电研究中心（HVTRC）推荐的湿导线（WETC）激发函数，通过编程对比特高压交流输电线路不同条件和参数下的干扰计算结果，指出了特高压交流输电线路导线分裂数、子导线半径、导线对地高度和相序等对无线电干扰的影响。结果表明：增加分裂导线数目、增加子导线半径和提高导线对地高度都可以减小对地面无线电信号的干扰；对于多回线路，同相序比逆向序在控制无线电干扰上有更好的效果。

特高压；电晕放电；激发函数；无线电干扰

0　引言

随着我国电网特高压、远距离送电技术的发展，与500kV线路相比，1000kV级特高压输电线路表面空间电磁场强度更高，出现电晕放电现象的频率将更高，范围也更加广泛，由输电线路电晕放电引起的电磁干扰问题是我国发展特高压输电需要面对的一个重要问题［1］。

当线路设计不好时，对这种“电磁污染”的处理，轻者是电力部门受到投诉或罚款，严重时则需要重新架设线路。对特高压输电线路的电晕放电无线电干扰现象进行深入的研究，对我国特高压输电网络的发展有着非常重要的现实意义和指导价值。

本文采用误差最小的高压输电研究中心（HVTRC）推荐的湿导线（WETC）激发函数，通过对比特高压交流输电线路不同条件和参数下的干扰计算结果，指出了特高压交流输电线路导线分裂数、子导线半径、导线对地高度和相序等对无线电干扰的影响。增加分裂导线数目、增加子导线半径和提高导线对地高度都可以减小对地面无线电信号的干扰；对于多回线路，同相序比逆向序在控制无线电干扰上有更好的效果。

1　激发函数理论

早在1956年，亚当斯就曾指出高压输电线路电晕放电点的脉冲电流的性质不仅与导体本身的性质有关，而且还与导体间相互的电容有关。根据亚当斯的理论，电晕放电注入的脉冲电流的性质被称作“激发函数”［2］。

目前常用的五种激发函数分别为法国电力公司推荐公式（EdF）、高压输电研究中心推荐公式（HVTRC）、魁北克水电公司推荐公式（IREQ）、邦维尔电力公司电晕和场效应公式（BPA）和国际大电网会议推荐公式（CIGRE）。其中误差最小的为高压输电研究中心推荐的激发函数Гh［3］，有以下两种表达形式

式（1）为大雨条件下的激发函数，它是在与8～12mm/h自然降雨相当的人工降雨情况下通过电晕笼试验得到的。

式（2）为湿导线情况下的激发函数，也就是当大雨已停，但是导线仍然未干的情况。

其中

2　特高压交流输电线路电晕放电无线电干扰计算与分析

2.1模型的建立

图1　线路电晕放电计算模型

2.2计算方法

（1）电晕感应电流的确定

由于第n根导线电晕放电产生的轴向电场为［5］

其中

而

导线m上的脉冲电流在导线n表面产生的轴向电场为［6］

其中

当m≠n时，kg为导线m和n单位长度的互阻抗，当m=n时，则为导线m和n单位长度的自阻抗，Amn为系统的势系数矩阵。

将该式表示为矩阵形式，有

（2）干扰场的计算

由于第n根导线上的第i个电晕点放电产生的干扰电场为

由于第n根导线上的第i个电晕点放电产生的干扰磁场为

其干扰场的大小为

3　线路参数对无线电干扰的影响

使用上节中计算方法编制FORTRAN程序，计算特高压交流输电线路的几个重要参数的变化对电晕放电产生的无线电干扰水平的影响。线路模型如图2所示，采用拉V型铁塔，三相水平排列，输电线路电压为1000kV，计算过程中忽略线路的弧垂和铁塔、金具等影响，无线电干扰的参考频率为0.5MHz，计算结果为轴向电场Ey。

图2　单回路八分裂输电线路

3.1导线分裂数对干扰值的影响

假设仅导线分裂数发生变化，本文取分裂数N分别为2、4、6、8、10、12，分裂间距为40cm，子导线半径为20mm，测量点距走廊中心为20m，参考频率为0.5MHz，所得到的计算结果如图3所示。

图3　计算结果1

从图3中，可以看到，随着分裂数的增加，无线电干扰场明显降低，即增加分裂数可以降低无线电干扰场。同时，图3也表明，在所考虑的线路模型下，无线电干扰场随分裂数的变化可近似呈线性关系，这一关系由线性拟合可得

另一方面，若无限制地增加分裂导线的数目，必然会带来成本和维护费用的增加，所以无论国外还是我国一般都建议特高压输电线路的分裂导线数为8。

3.2子导线半径对干扰值的影响

同样，假设其他参数不变，仅子导线半径变化，并分别取5mm、10mm、15mm、20mm、25mm和30mm，分裂数为8，分裂间距为40cm，测量点距走廊中心为20m，参考频率为0.5MHz。图4给出了计算的无线电干扰场随子导线半径的变化趋势。

图4　计算结果2

可以看出，增加子导线半径，也就是增加导线截面，可以使无线电干扰场降低；另外，计算结果在子导线半径为15mm左右处出现一拐点，拐点右侧斜率绝对值较左侧明显变大，说明当子导线半径大于15mm时，通过增加子导线半径来降低无线电干扰的效果更加明显。但是，增加子导线的半径，会带来原材料成本的急剧增加，所以我国特高压输电线路导线一般选择LG—630或LGJ—810等类型。

3.3导线高度对干扰的影响

同样，假设仅导线对地高度发生变化，并分别取为25m、30m、35m、40m、45m和50m，导线分裂数分别取8，分裂间距为40cm，子导线半径为20mm，测量点距走廊中心为20m，参考频率为0.5MHz，所得到的计算结果如图5所示。

由图5可以看到，随着导线对地高度的增加，电晕放电产生的无线电干扰明显减小，但是，减小的幅度逐渐变小，这一特性具有重要的实际意义。表明当导线达到一定高度时，通过增加导线对地高度来减小无线电干扰的方法并不合适，而且成本过高。因此，为满足无线电干扰场限制的要求，建议导线对地高度一般大于35m，但也不宜过高。

图5　计算结果3

3.4不同相序对干扰的影响

为讨论导线不同相序排列所产生的电晕放电无线电干扰，本文采用同塔双回特高压输电模型，模型参数如图6所示，子导线半径为2mm，分裂间距为40cm，三相垂直排列，输电线路电压为1000kV，计算过程中忽略线路的弧垂和铁塔、金具等影响，无线电干扰的参考频率为0.5MHz，测量点距离输电走廊中心距离分别为10m、20m、30m、40m和50m，导线的排列方式为同相序（AA，BB，CC）和逆向序（AC，BB，CA）。

图6　同塔双回路八分裂输电线路

不同相序的干扰计算结果如下表所示。

由表中能够看到，三相导线同相序排列方式下的无线电干扰明显小于逆相序排列方式，大小相差约在2dB左右。所以单纯从降低电晕放电无线电干扰方面考虑，同相序方式更为合适。

表4　计算结果

4　结束语

本文对激发函数原理和计算线路电晕无线电干扰的激发函数法进行了描述，采用误差最小的激发函数，对影响特高压交流输电线路电晕放电无线电干扰的因素进行了系统地计算分析，形成如下结论：

通过对比不同条件下的计算结果，认为增加分裂导线数目、增加子导线半径和提高导线对地高度都可以减小对地面无线电信号的干扰；对于多回线路，同相序比逆向序在控制无线电干扰上有更好的效果。

［1］ 粟福珩. 高压输电的环境保护［M］. 北京：水利电力出版社，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）