劉文勛，趙全江，張瑚，李翔，康勵(lì)，趙遠(yuǎn)濤

(中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市，430071)

0 引言

當(dāng)輸電線路導(dǎo)線周圍電場(chǎng)強(qiáng)度超過空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，臨近導(dǎo)線附近的空氣產(chǎn)生電離形成電暈放電，因電暈放電而產(chǎn)生的帶電離子在交變電壓作用下，在導(dǎo)線周圍往返運(yùn)動(dòng)，伴隨著空氣電離還會(huì)產(chǎn)生電光和無線電干擾等，這些效應(yīng)消耗的能量統(tǒng)稱為電暈損失。在線路的建設(shè)中，考慮到經(jīng)濟(jì)性，通常在正常電壓下允許有一定程度的電暈放電［1］。

對(duì)于超高壓輸電線路電暈損失一般不會(huì)超過電阻損耗的20%，而對(duì)于特高壓輸電線路而言，其電壓等級(jí)高，所經(jīng)過地區(qū)的海拔高度和天氣情況較為復(fù)雜，有資料顯示，單回路特高壓線路在壞天氣下的電暈損失每km高達(dá)近kW。同時(shí)隨著電價(jià)水平的不斷增長(zhǎng)，電暈損耗成為特高壓線路導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性比較選擇的重要因素。

本文以錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為工程依托，對(duì)國(guó)內(nèi)外電暈計(jì)算的主要方法進(jìn)行探討，選取了幾種典型天氣狀況計(jì)算電暈損失，并綜合全年天氣條件數(shù)量分布進(jìn)行年平均電暈計(jì)算，給線路導(dǎo)線選型提供參考。

1 工程概況

錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為同塔雙回輸電線路，海拔為1 km以下，導(dǎo)線型號(hào)采用8×JL/G1A－630/45，導(dǎo)線逆相序排列，導(dǎo)線粗糙系數(shù)取0.82，計(jì)算電壓取最高電壓1050 kV，塔型采用雙回路垂直排列方式，如圖1所示。線路沿線天氣條件數(shù)量分布情況如下表1所示。

圖1 桿塔型式示意圖Fig.1 Sketch of tower type

表1 天氣分布情況Tab.1 Distribution of different weather condition by annual

2 電暈計(jì)算方法探討

2.1 國(guó)內(nèi)電暈估算主要方法

目前，國(guó)內(nèi)超高壓輸電線路電暈估算大多采用擬合曲線法，根據(jù)已建線路在不同天氣條件下的電暈實(shí)測(cè)結(jié)果與導(dǎo)線表面最大平均場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系，擬合成不同天氣條件下的電暈損失計(jì)算用曲線。在進(jìn)行新建線路導(dǎo)線選型時(shí)，通過計(jì)算導(dǎo)線表面最大平均場(chǎng)強(qiáng)，查電暈損失計(jì)算用曲線，便可估算出不同導(dǎo)線方案的電暈損失，如《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》中介紹的電暈估算方法。

這種電暈估算方法主要基于超高壓線路的實(shí)測(cè)結(jié)果來進(jìn)行總結(jié)，對(duì)于特高壓輸電線路來說，其電壓等級(jí)及導(dǎo)線形式均有別于超高壓線路，目前尚無較為完善的實(shí)測(cè)結(jié)果，電暈損失估算難以參考超高壓線路電暈損失計(jì)算用曲線。

2.2 國(guó)外電暈估算主要方法

目前，國(guó)外適用于特高電壓線路電暈損失的估算方法主要有法國(guó)電力公司公式(①)、美國(guó)電科院公式(②)及博納維爾電力管理局公式(③)［2－5］。法國(guó)電力公司基于導(dǎo)線局部電暈的空間電荷理論和戶外測(cè)試籠得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并開發(fā)出評(píng)估分裂導(dǎo)線電暈損失的經(jīng)驗(yàn)公式。美國(guó)電科院基于人工大雨下在戶外測(cè)試籠的大量分裂導(dǎo)線電暈損耗測(cè)量開發(fā)了經(jīng)驗(yàn)公式，該經(jīng)驗(yàn)公式覆蓋了大范圍的子導(dǎo)線直徑(1.1～5 cm)和導(dǎo)線分裂數(shù)(1～16)。博納維爾電力管理局經(jīng)過對(duì)輸電線路的長(zhǎng)期觀測(cè)，總結(jié)了電暈損失的經(jīng)驗(yàn)公式，該公式覆蓋了大范圍分裂導(dǎo)線參數(shù)，同時(shí)考慮了降雨率和海拔高度對(duì)電暈的影響［6－10］。

利用上述公式對(duì)錫盟—南京1000 kV輸電線路(山東段)進(jìn)行電暈損失計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

表2 不同計(jì)算公式的電暈計(jì)算結(jié)果比較Tab.2 Comparison of different computational results for the corona loss under different models kW/km

由表2可知，各經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果差別較大，主要是因?yàn)榭偨Y(jié)這些經(jīng)驗(yàn)公式的外部條件，如導(dǎo)線表面狀況、海拔等不一致。

2.3 電暈估算方法推薦

我國(guó)1000 kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程輸電線路(單回路)年平均電暈損耗約為 18.87 kW/km［5］。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外特高壓電暈研究經(jīng)驗(yàn)，擬采用公式③進(jìn)行電暈估算。公式③綜合考慮了降雨量和海拔對(duì)電暈損耗的影響，是一種較為簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的估算公式［2］，式(1)、(2)為公式③雨天平均損耗計(jì)算方程。

式中:p1、p2、p3分別為小雨、中雨、大雨的電暈損耗，kW/km;s1、s2、s3分別為小雨、中雨、大雨的天氣數(shù)量，h。

3 電暈損耗計(jì)算

3.1 不同氣象條件下計(jì)算原則

不同氣象條件下的電暈損耗差別較大，一般來說，輸電線路導(dǎo)線電暈損耗應(yīng)綜合考慮好天氣、雨天、雪天及霧凇天的情況。本文基于公式③給出的雨天電暈計(jì)算公式和依托工程的實(shí)際情況，給出不同天氣條件下的電暈損耗計(jì)算原則。

(1)雨天電暈損耗。雨天電暈損耗應(yīng)綜合考慮小雨、中雨及大雨的平均損耗，其降雨量和數(shù)量分布如表3所示。

表3 雨天的降雨量及數(shù)量分布Tab.3 Rainfall distribution in amount and proportion

(2)雪天電暈損耗。雪天的等效降雨量和數(shù)量分布如表4所示。

(3)霧凇天電暈損耗。霧凇會(huì)產(chǎn)生超電暈，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，霧凇天的電暈損耗為大雨的4倍。

表4 雪天的等效降雨量及數(shù)量分布Tab.4 Snowy equivalent rainfall distribution in amount and proportion

(4)好天氣電暈損耗［2］。博納維爾電力管理局建議好天氣平均電暈損失(dB)從雨天計(jì)算出的平均損失(dB)中減去17 dB，這17 dB是從北美Apple Grove 750 kV工程中晴天和雨天實(shí)測(cè)比較而得到的平均值。

3.2 電暈損耗計(jì)算工程實(shí)例

根據(jù)以上原則計(jì)算出錫盟—南京1000 kV同塔雙回輸電線路山東段在不同天氣條件下，不同導(dǎo)線的電暈損耗及年平均損耗，如表5所示。

表5 不同天氣條件下的電暈損耗Tab.5 Computational results of corona loss in difference weather conditions kW/km

由表5可知，隨著導(dǎo)線截面增大，電暈損耗減小;雨天平均損耗大約為好天氣平均損耗的50倍，雪天(干雪)平均損耗大約為好天氣的37倍，線路的綜合電暈損耗主要取決于壞天氣的分布情況。

當(dāng)1000 kV同塔雙回交流輸電線路單回輸送容量為3000～6000 MW 時(shí)，8×JL/G1A－630/45導(dǎo)線的電暈損耗與電阻損耗的比較如表6所示。

由表6可知，當(dāng)1000 kV特高壓輸電線路的輸送容量較小時(shí)，電暈損耗超過電阻損耗的20%。

表6 不同輸送容量下的電暈損耗/電阻損耗Tab.6 Corona loss/resistance loss under different transmission capacity

4 結(jié)論

(1)博納維爾電力管理局經(jīng)驗(yàn)公式考慮了降雨量和海拔對(duì)電暈損耗的影響，是一種較為簡(jiǎn)單和準(zhǔn)確的公式，可進(jìn)行電暈損耗的快速估算。

(2)雨天損耗主要取決于降雨量。博納維爾電力管理局經(jīng)驗(yàn)公式建議:雪天損耗可轉(zhuǎn)換為等效降雨量后再進(jìn)行計(jì)算，霧凇天損耗是大雨損耗的4倍，好天氣平均電暈損失(dB)從雨天的平均損失(dB)中減去17 dB。

(3)以錫盟—南京1000 kV輸電線路山東段為計(jì)算實(shí)例進(jìn)行線路電暈損耗計(jì)算，雨天平均損耗大約為好天氣平均損耗的50倍，雪天(干雪)平均損耗大約為好天氣的37倍，年平均損耗主要取決于壞天氣的分布情況，約為46.6 kW/km。

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