基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测

张 旭，张 颖

（国网西藏电力有限公司，西藏拉萨 850000）

高海拔直流输电线路受到环境因素的影响，在工作过程中电能传输的损耗会增加，降低了直流输电的经济效益。直流输电方式在远距离传输领域中具有较好的传输效率，但是海拔高度和环境的影响使得直流输电方法在远距离输电任务的传输效率降低，线路损耗增加[1-2]。

电晕预测主要是通过电晕测量装置对高海拔直流输电线路的电压、海拔高度、线路周围的场强进行测量，根据测量结果对线路周边的电晕情况进行预测，最后通过分析以上测量的因素与高海拔直流输电线路损耗之间的关系，完成基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测[3]。

综上所述，提出高海拔直流输电线路损耗检测方法，及时发现线路损耗位置，并及时补救，提高直流输电线路的传输效率。高海拔直流输电线路损耗检测方法在该领域内存在一定的研究基础，文中借鉴已经存留的数据，通过电晕装置对高海拔直流输电线路的相关参数进行测量，突破传统检测方法，提出基于电晕预测的直流输电线路损耗检测方法，提高检测的工作效率和准确度。

1 直流输电线路特征提取

高海拔直流输电线路电压分为双极电压、正单极电压以及负单极电压，3 种电压共同维持高海拔直流输电线路的稳定运行，但是由于高海拔恶劣环境的影响，电压会出现波动[4-5]。经过调查发现，海拔的风速、气压和湿度都会影响电压出现非规律变化，从而出现直流输电线路损耗的情况。因为直流输电线路环境的气压低、湿度大，根据热传递理论，输电线路内的温度降低，电压的消耗能力增强，使得线路传输速度降低，增加了线路的损耗[6-7]。随着海拔高度的不断增加，为了保证输电线路的运行，输电电压值应按照某种规律成倍增加，但是如果过度增加电压，线路损耗也会呈现指数上升的趋势，双极加压时负极导线产生的电压稍高，未加压导线上有感应电流。电晕电流测量设备如图1 所示。

图1 电晕电流测量设备

在给定电压下，双极性每一极的电晕损耗明显高于单极性电晕损耗，电压大于800 kV 时，双极电压的总能量消耗为单极电压总消耗值的5～10 倍，两极导线产生的电场相互作用大大增加了线路的电晕损耗。所以必须合理控制海拔高度直流输电线路的电压值，电压过高或者过低都会导致线路出现损耗情况[8]。

经过对存档数据的分析，高海拔直流输电线路的场强在地面粒子密度横向分布密集的位置，线路的场强值最大，并且以导体为中心，向水平方向分散，磁场强度向两侧逐渐降低。场强不仅受到地面粒子密度的影响，还受到风力、风速的影响，使得线路所依附的场强发生变化，导致高海拔直流输电线路的运输速度变慢，然而线路内部损耗量的流速不会改变，结果输电线路的损耗值呈正线性增加[9-10]。

高海拔直流输电线路表面的最大电场强度与线路的损耗有一定的关系，文中通过电晕预测方法和公式计算出直流输电线的临界场强和双极导线表面场强极值。假设高海拔直流输电线的起晕场强和交流线路的起晕场强峰值相同，计算高海拔直流输电线路的气压校正系数，公式如下：

其中，δ表示直流输电线路的气压校正系数；P表示相应海拔高度对应的规范大气压力值；t0表示海拔高度的温度值。

在不同加压方式下，电晕损耗随着电压的增加呈指数上升的趋势，电晕损耗随着单、双级电压的变化规律如图2 所示。

图2 电晕损耗随着单、双级电压的变化规律

由图2 可知，在双级电压模式，负极导线产生的电晕损耗高于正极导线，而在单级电压模式，没有经过加压的导线上存在一定的感应电流。当电压超过800 kV 时，双极电压、负极导线和负单极电压，负极导线的电晕损耗大大降低[11-12]。

计算高海拔直流输电线路所处于的临界场强，此场强规范了线路电压和电流的极值，计算公式如下：

其中，m表示直流输电线路的表面系数，规范区间为0.47～0.5；r表示直流输电线路导线的半径，单位为cm；g0表示直流输电线路所处于的临界场强，单位为kV∕cm[13-14]。

导线的对地高度对电晕也有一定的影响，不同导线最小对地高度随电压变化的规律如图3 所示。

图3 不同导线的最小对地高度随电压变化规律

观察图3 可知，随着导线最小对地高度的不断增加，电晕损耗也随之发生变化，导线对地高度越低，导线表面的场强就越高，电晕的放电能力就越强。

计算高海拔直流输电线路表面的最大场强，该因素决定了线路的最大耗损值，辅助计算公式如下：

其中，U表示直流输电线路的对地电压，单位为kV；h表示线路的水平高度（规定为对地最小距离H+1∕3 弧垂），单位为cm；N表示直流输电线路分向传输的根数；R表示线路导线所在圆的半径，单位为cm；s表示直流输电线路最近电路间隔的距离，单位为cm[15-16]。

通过以上公式可以计算出高海拔直流输电线路的最大场强、临界场强的数值，进而计算出线路内电压电流运输的状态，为线路损耗检测提供分析数据。

不同导线分裂间距随双极性电压的变化规律如图4 所示。

图4 不同导线分裂间距随双极性电压的变化规律

观察图4 可知，不同导线分裂间距虽然会对电晕损耗产生一定的影响，但是影响较小，这种变化不明显。

2 直流输电线路损耗检测

文中采用电晕测试装置完成电晕的预测，装置主要由远端单元器、本地单元器以及终端计算机构成。远端单元器通过电流信号采集方法完成高海拔直流输电线路参数的测量，其器材包括电流采样模块、数据转换模块和数据传输模块，采用太阳能供电，与终端计算机相连接，实现控制。本地单元器的工作输出阻抗为50 Ω，测量线路电压频率范围为150 kHz～30 MHz，频率分辨率为1 kHz，测量误差在4 dB 范围内。终端计算机的主要任务是汇总远程单元器和本地单元器测量的数据，提供准确的电晕测量数据。

将电晕预测的高海拔直流输电线路相关因素的数值代入线路电晕损耗计算公式内，得出实时线路的损耗数值，判断输电线路的损耗程度，计算公式如下：

其中，M1表示直流输电线路的传输距离，单位为cm；β表示直流输电线路的误差系数。

根据我国高海拔直流输电线路运行规范得出当线路损耗值在0～200 kV 范围内时，属于低级损耗程度，采用小型维修措施即可维修；当线路损耗值在200～1 200 kV 范围内时，属于中级损耗程度，运输的损耗率和运输率持平，需要停止直流输电线路工作，进行维修；若线路损耗值超过1 200 kV，则属于高级损耗，必须立即停止高海拔直流输电线路的运行工作，保证线路的安全，防止线路在运输过程中出现连带效应，加速其他直流输电线路的损耗。

根据对电晕测量装置、高海拔直流输电线路电压变化规律的分析以及对直流输电线路场强的计算与分析，文中综合以上的分析成果，总结出基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测方法的工作流程，如下所示：

1）对需要检测的高海拔直流输电线路的海拔高度、湿度、风速、电压等其他相关参数进行测量，采取两次测量数值的平均值，保证检测结果的准确率；

2）根据测量结果计算直流输电线路所处的场强值与场强临界值，计算结果与规定海拔高度的直流输电线路参数相对比，提取出参数存在异常的因素，完成进一步的分析；

3）调用电晕测量装置重新测量异常的直流输电线路参数变量，将电晕测量结果代入电晕预测公式内，计算变量的有效波动范围，然后对比异常数据；

4）根据对比结果，计算直流输电线路的损耗程度，并确定高海拔直流输电线路出现损耗的线路区域段，将检测结果提交到输电线路管理中心，等待维修，完成检测操作。

3 实验分析

为了验证该文研究的基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测方法，文中进行了对比实验，因为直流输电线路故障具有发展性，所以采用同样海拔高度的两个相同型号的直流输电线路共同完成实验。设定实验参数如表1 所示。

表1 实验参数

根据上述参数进行实验，在实验开始前，随机抽取两种检测方法需要检测的线路，避免出现偶然性，然后将两种检测方法录入两个计算机内，同时两个计算机会再连接两个数据分析仪器，数据分析仪器用于实时记录两种检测方法在检测过程中的行为和相关参数数据，为实验数据分析奠定基础。同一时间开始实验，在实验进行的同时，专业直流输电线路损耗检测仪器也会对两条线路进行损耗检测，检测结果保存至实验结束，用于对比两种检测方法检测的结果，验证检测方法的准确度。若两种检测方法都提交了检测结果，则终止实验，完成实验数据的汇总，得出实验结论。

得到的不同导线的对地最低高度下测量的输电线路损耗如图5 所示。

图5 不同导线的对地最低高度下测量的输电线路损耗

通过实验数据分析和对比，实验最终的结论是基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测方法比基于电力预测的高海拔直流输电线路损耗检测方法检测时间短，并且检测结果精度高。得到这一实验结果的原因是文中检测出了直流输电线路出现损耗的具体线路段，检测方法的每个程序任务分明，在一定程度上减少了不必要的工序，节省了直流输电线路损耗的检测时间，并且采用双重检测方法，保证了检测结果的准确度。另外，基于电晕预测的高海拔直流输电线路损耗检测方法分析了各个因素与线路损耗程度的关系，根据测量的损耗值，可以快速反馈出损耗程度和出现损耗的线路位置段，提高检测方法的工作效率。

4 结束语

文中首先介绍了高海拔直流输电线路的现状，然后利用电晕测量仪对线路周围的电压、海拔、线间距、场强等参数进行了测试，然后分析了上述因素对高原直流输电线路损耗的影响以及它们与线损的关系，最后总结了基于电晕测试的高原直流输电线路线损检测方法的工作流程可以达到该文的目的。通过对比实验分析，文中研究的高海拔直流输电线路损耗检测方法是高效、准确的。根据检测结果可知，该文方法可以及时修复直流输电线路的损耗位置，避免输电线路的连续损耗，保证高海拔直流输电线路的输电效率。