邰 超，秦松林，肖登明

（上海交通大學 電氣工程系，上海 200030）

隨著中國電力系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互供工程的實施，以及國家特高壓骨干電網(wǎng)的建設(shè)，中國電網(wǎng)將形成大容量交直流并列運行的格局，電力工業(yè)正在面臨有限的輸送資源與新輸送線路走廊高成本的現(xiàn)實.對于更傳統(tǒng)的交流輸電線來說，在長距離的情況下，高壓直流輸電線是一種有前途的替代方式，它可以減少長距離的電壓降，同時還可能降低生產(chǎn)成本［1－2］.然而，隨著當前在線路走廊上的諸多限制，為了增加輸電容量、獲得高壓直流輸電的優(yōu)點以及減輕對昂貴的新線路的需求，需要一種沿著現(xiàn)存線路走廊的混合高壓直流、交流傳輸線路.這種線路結(jié)構(gòu)在同一走廊或同一桿塔上既有高壓直流線路又有交流線路，它可以降低建設(shè)的總成本，也可以提高傳輸容量.然而，尤其是當這2種回路都位于同一個桿塔上時，這些新的高壓直流回路與原有的交流線路之間的電場相互作用是一個值得深思的問題.而目前很少有關(guān)于高壓交流與高壓直流輸電線路之間電場相互影響的研究.

在試驗室環(huán)境中進行試驗，能避免可預(yù)見的其他外力的影響.筆者研究空間電荷對特高壓輸電線路下合成電場的影響，對正確認識特高壓輸電線路下的電場性質(zhì)具有重要意義.

1 試驗裝置及方法

試驗中共有10個探頭位于線路下方，直流導(dǎo)線位于左側(cè)第5個探頭上方，且地面電場以其為坐標軸中心水平分布，交流導(dǎo)線在直流導(dǎo)線右側(cè)1.2或1.8 m處，導(dǎo)線距離地面高度為90cm.試驗中有3種線路結(jié)構(gòu)：單根導(dǎo)線、一根通電導(dǎo)線與一根不通電導(dǎo)線并行及2條線路同走廊運行，試驗裝置連接示意如圖1所示.

圖1 試驗裝置連接示意Figure 1 Connection schematic diagram of experiment devices

試驗?zāi)康模禾骄慨斀涣骷芸站€路與直流架空線路相距很近、在同一走廊下甚至位于同一桿塔上的情況下，地面交流電場和直流電場是否會受到影響及其對混合線路下方總電場的影響以及混合線路下電場受到交流、直流線路電暈產(chǎn)生的空間電荷的影響，最直觀的方法就是采用各種線路結(jié)構(gòu)時，從地面電場分布波形的對比中觀察地面附近交流電場及地面附近直流電場的異常變化；與沒有附加直流線路并行運行以及在一條不通電的線路旁邊運行時電暈的影響情況下的地面電場分布波形相比，研究不同線路結(jié)構(gòu)對地面電場的影響，從各結(jié)果圖中觀察、分析和總結(jié)，得出交流線路下方電場、直流線路下方電場以及混合線路中間區(qū)域電場的形狀、幅值、總體偏移等隨附加線路所加電壓、線路間距等因素變化的情況，試驗現(xiàn)場裝置如圖2所示.

圖2 試驗裝置現(xiàn)場Figure 2 Experiment site

2 混合交、直流線路下方的電場分布

直流導(dǎo)線與地面之間的空間電荷分布及電場示意如圖3所示，E總為空間總電場，方向由導(dǎo)線指向地面.與導(dǎo)線同極性的空間電荷自導(dǎo)線向地面運動形成離子流［3］，而在導(dǎo)線與地面之間的空間中部，部分正、負電荷有機會中和，并有部分正電荷到達地面附近，以致在導(dǎo)線與地面之間的空間正電荷聚集在靠近地面處，而少量負電荷和電子聚集在靠近導(dǎo)線附近處，這樣，由于E內(nèi)與E總方向相反，就會導(dǎo)致導(dǎo)線與地面之間空間中部的電場強度降低，而靠近地面和導(dǎo)線附近空間的電場強度就會由于E1，E2與E總同方向而增強，從而產(chǎn)生和加強離子流，造成電力線路更嚴重的電暈損失.

圖3 線路下方空間電場示意Figure 3 Schematic diagram of electric field under transmission lines

1）混合線路中附加交流導(dǎo)線對地面直流電場的影響.

如圖4所示，3種線路結(jié)構(gòu)分別是單根通電直流導(dǎo)線、直流通電直流導(dǎo)線與1根不通電導(dǎo)線并行及直流導(dǎo)線與交流導(dǎo)線同時運行，直流導(dǎo)線在零點位置，交流導(dǎo)線在1.2m處.從圖4中可以看出，當在直流導(dǎo)線旁附加1條交流線路時，無論交流線路是否通電，都會對原地面直流電場值產(chǎn)生一定影響，并且對2條線路中間部分電場的影響稍大，對直流導(dǎo)線左邊的直流電場影響很??；圖4（a）、（b）中通電交流導(dǎo)線所加電壓分別為36.25，43.5kV，交流導(dǎo)線所加電壓的改變對電場幾乎沒有影響.雖然不運行的線路會由空間電荷感應(yīng)出電荷，但感應(yīng)電荷與直流導(dǎo)線上的電荷及空間電荷相比影響甚微，只能對稍近處電場產(chǎn)生影響，減小交流導(dǎo)線下方的地面直流場強，并不能對通電線路下方稍遠的地面電場造成明顯影響；另外，交流導(dǎo)線的存在使直流線路下方空間電荷流向地面的數(shù)量減少了，不通電的交流導(dǎo)線相當于接地線，這對直流空間電荷產(chǎn)生分流作用，使部分空間電荷不流向地面而流向接地的交流導(dǎo)線，通過圖3可知，這減小了地面直流場強［4－5］；在交流導(dǎo)線通電后，交替正、負電壓又使更多直流導(dǎo)線下方的空間電荷移向遠處或近處，交流導(dǎo)線的負電位進一步加劇了對空間電荷的分流作用，導(dǎo)致地面直流場強的減小.

圖4 3種線路結(jié)構(gòu)下的地面直流電場分布Figure 4 Lateral distributions of DC ground electric field in three different line structures

2）混合線路中附加直流導(dǎo)線對地面交流電場的影響.

如圖5所示，3種線路結(jié)構(gòu)與圖4所示相同，直流導(dǎo)線在零點位置，交流導(dǎo)線在1.2m處.從圖5中可以看出，在交流線路旁附加1條直流線路，無論直流線路是否通電，原地面交流電場受到的影響都很??；并且當直流線路所加電壓由36.48kV變?yōu)?6.12kV時，地面電場幾乎沒有變化，可見同走廊內(nèi)直流線路所加電壓的改變并不能對地面交流電場產(chǎn)生明顯的影響［6］.交流線路電暈產(chǎn)生的正、負空間電荷僅在交流導(dǎo)線周圍往復(fù)運動，且不會影響地面交流電場，直流線路的存在并不能改變它們的活動；由于直流導(dǎo)線電暈產(chǎn)生的空間電荷及其在交流導(dǎo)線上感應(yīng)出的電荷產(chǎn)生的是直流電場，不會對交流電場產(chǎn)生影響；而直流導(dǎo)線對交流電場具有屏蔽作用，使電場線發(fā)生畸變，會略微減小地面交流場強.

圖5 3種線路結(jié)構(gòu)下的地面交流電場分布Figure 5 Lateral distributions of AC electric field over ground in three different line structures

3）混合線路中導(dǎo)線間距對地面直流電場的影響.

如圖6所示，直流導(dǎo)線在零點位置，交流導(dǎo)線分別在1.2m和1.8m處.從圖6（a）中可以得出，當交流導(dǎo)線不通電時，增大間距對原間距下地面直流電場影響很小，對直流導(dǎo)線左側(cè)的地面直流電場幾乎無影響，對線路中間區(qū)域的地面直流電場略有影響，擴大線路間距減弱了中間區(qū)域交流導(dǎo)線對直流空間電荷的分流作用，減少了交流導(dǎo)線右側(cè)的直流空間電荷流向地面的數(shù)量，因此，增大間距相對來說會略微增大原間距時的線路中部地面直流電場而略微減小導(dǎo)線右側(cè)的地面直流電場；由圖6（b）可以得出，增大間距對地面直流電場的影響情況類似圖6（a），增大了線路中部地面直流電場，減小了交流導(dǎo)線右側(cè)地面直流電場；對于最左側(cè)直流場強的降低可以歸因于增大間距減少了由交流正電位推向左側(cè)空間的原直流導(dǎo)線下空間電荷的數(shù)量［7－9］.

圖6 混合線路間距變化對地面直流電場的影響Figure 6 Effects on DC electric field over ground caused by the change of line space in hybrid lines

4）混合線路中導(dǎo)線間距對地面交流電場的影響.如圖7所示，直流導(dǎo)線分別在零點和－0.6m處，交流導(dǎo)線在1.2m處.從圖7可總結(jié)得到，交、直流線路間距變化對地面交流電場的影響總體不大，略微增大了交流場強，這主要是由于增大間距減弱了直流導(dǎo)線對交流電場的屏蔽作用，導(dǎo)致交流場強總體增大了一些.

圖7 混合線路間距變化對地面交流電場的影響Figure 7 Effects on AC electric field over ground caused by change of line space in hybrid lines

3 結(jié)論

1）運行在不通電交流線路旁的直流線路下方，地面直流場強比單根直流線路下方中間區(qū)域地面直流場強降低一些，而運行在不通電直流線路旁的交流線路下方，地面交流場強與單根交流線路下方地面交流場強差別很小，因此，在輸電線路旁并行架設(shè)一條不通電的線路能夠?qū)Φ孛骐妶鲈斐刹糠钟绊?

2）在正極直流導(dǎo)線左側(cè)，單根直流導(dǎo)線下的地面場強與混合線路中的地面直流場強之間有較小的差別，直流導(dǎo)線右側(cè)的直流電場變化較大，而交流電壓的改變對地面直流電場幾乎無影響；而不通電和通電的直流導(dǎo)線對交流電場的影響都很小，略微降低了交流場強，直流電壓的改變對地面交流電場影響甚微.

3）對于交、直流輸電線路之間的不同間隔距離，當改變混合線路間距后，與不通電導(dǎo)線并行運行的線路下方，地面交、直流場強及混合線路下方地面交、直流場強變化不大；由于增大線路間距相當于減弱了分流、屏蔽作用，使得間距增大后中間區(qū)域的直、交流場強增大一些.

筆者針對目前國內(nèi)混合輸電線路研究資料的缺乏，在實驗室搭建試驗平臺，探究混合輸電線路下地面交流電場與直流電場所受影響的情況，為今后的輸電線路環(huán)境影響的研究積累寶貴經(jīng)驗.

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