环境对特高压直流输电线路合成电场的影响

左军，赵少锋

(湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

特高压输电线路具有很高的电能传输效率，特高压直流输电线路通常指的是±800kV及以上的电压线路[1]。相对于特高压交流输电线路，当电能输送距离大于交、直流输电工程的等价距离时，直流输电工程的经济效益更高[2]。

特高压直流输电工程的优势非常明显，具备更好的输电性能，但特高压直流输电线路的电磁环境问题同样备受关注[3]。在运行的输电线路上会出现电晕现象，并且电晕现象出现的几率会随着线路电压等级的提高而增大，电磁环境问题也相应加剧。电磁的变化对线路附近空间环境的影响很大，合成电场实质上是电磁环境中的一部分[4]。而合成电场有包括两个部分，一部分为标称电场，另一部分为离子流场，计算合成电场需要综合多方面因素的考虑，例如温度、风速等。为解决此问题，本文运用补偿自适应法对特高压直流输电线路的合成电场进行计算，并分别研究了风速、湿度、温度对合成电场的影响，为后续研究提供了一定的理论参考。

2 补偿自适应法的介绍

补偿自适应法是基于自适应法改进后的优化算法。自适应法通过自适应的方式模拟电荷移动并且对电荷位置进行寻优处理，自适应法的优点是仅需要设置一个模拟点和，因此计算量大大降低。自适应法的不足是对模拟电场分布的考虑不够全面，为了弥补这一缺陷，文献[5]提出了补偿自适应法，补偿自适应法的计算流程如图1所示。本文正是利用了补偿自适应法模拟计算特高压直流线路周围的合成电场。

图1 补偿自适应法计算流程

3 环境对合成电场的影响

环境因素对特高压直流输电线路的影响大。输电线路以裸导线的方式直接暴露在空气中，空气中的水蒸气、灰尘等其他物体与导线直接接触，可能会增加线路的损耗，除此之外，复杂多变的环境因素也会对导线周围的合成电场产生影响。

3.1 风速影响

文献[6]中提出，离子流的密度受风速的影响明显，而离子流又会进一步影响合成电场。分别设置0m/s、2m/s、4m/s、6m/s的风速值，通过仿真计算离子流密度和合成电场来研究合成电场受风速的影响，仿真结果如图2和图3所示。

图2 合成电场结果图

图3 离子流密度结果图

由图2和图3可知，在风速逐渐增大的过程中，线路地面的离子流以及合成电场呈现无规律的变化，并且其峰值均会根据风速的方向发生一定的偏移。另外，在风速对线路合成电压的影响上，正极所受的影响要小于负极，出现这种情况的原因是负极离风口距离近，在此过程中持续受到影响，在横向风的条件下，导线附近的离子难以到达地面。

3.2 湿度影响

分别设置30%、50%、80%的相对湿度值，通过仿真计算离子流密度和合成电场来研究合成电场受湿度的影响，仿真结果如图4和图5所示。

由图4和图5可知，在空气中的相对湿度由30%增加到50%的过程中，导线周围的合成电场以及离子流密度均逐渐减小；在空气中的相对湿度由50%增加到80%的过程中，导线周围的合成电场以及离子流密度均逐渐增大。

图4 合成电场结果图

图5 离子流密度结果图

3.3 温度影响

分别设置10℃、30℃、40℃的温度值，通过仿真计算离子流密度和合成电场来研究合成电场受环境温度的影响，仿真结果如图6和图7所示。

图6 合成电场结果图

由图6和图7可知，在环境温度不断升高的过程中，导线地面的离子流密度以及合成电压均呈现下降的趋势，温度越高下降的速度越慢。

图7 离子流密度结果图

4 结论

特高压直流输电线路的电场环境远超过起晕条件，电晕放电现象频繁发生，电晕现象影响电磁环境进而对线路周围的其他设备造成不利影响。合成电场和离子流场是特高压直流输电工程中电磁环境的重要构成部分，本文通过仿真计算重点分析了风速、湿度以及温度对直流线路合成电场的影响，本文的研究成果为减小特高压输电线路对周围环境的负面影响具有一定的参考价值和指导意义。