萬敏

（西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

1 概述

圖1：均環(huán)壓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

在電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，特高壓交流輸電線路是一個(gè)十分重要的部分，而絕緣子又是架空輸電線路的關(guān)鍵部件，因此在目前狀況下已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，其性能、質(zhì)量的優(yōu)劣將會(huì)對整條線路的運(yùn)行狀況產(chǎn)生決定性的影響。但是在現(xiàn)實(shí)狀況中，仍然會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一系列的問題，其中較為突出的一項(xiàng)便是絕緣子串電壓分布不均勻，這主要是由分布電容而引起的。目前狀況下，針對這一問題業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為如下方法最為有效：在高壓側(cè)絕緣子串上進(jìn)行均壓環(huán)的設(shè)置，這樣一來，絕緣子與導(dǎo)線之間的分布電容就得到了一定程度的增加，能夠?qū)^緣字串的電壓分布起到較為有效的改善作用。然而，現(xiàn)在國際上并不存在均環(huán)壓布置的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而對于電力部門來說，他們往往在結(jié)合自身實(shí)際情況的基礎(chǔ)之上，并參考相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行均環(huán)壓設(shè)置。本文就對1000kV特高壓交流輸電線路耐張串均壓環(huán)進(jìn)行一定程度的設(shè)計(jì)。

2 計(jì)算模型分析

一般情況下，在特高壓工程初步設(shè)計(jì)之中主要存在著兩種絕緣子串的布置方式，分別是一字形布置以及正方形布置，通過對這兩種絕緣子串的布置方式進(jìn)行對比來看，兩者之間存在著一定程度上的差距。我們選取50片絕緣子，所選取的絕緣子型號為盤形懸式玻璃絕緣子FC300/195，其公稱直徑為320mm，公稱結(jié)構(gòu)高度達(dá)到了195mm，而其泄漏距離則為485mm。

圖2：基于Levenberg-Marquardt法的BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果與優(yōu)化指標(biāo)的對比

為了對計(jì)算的可靠性進(jìn)行有效的提高，我們對相關(guān)的模型進(jìn)行了一定程度的簡化處理，具體處理方法如下：①首先，為了排除干擾因素，我們做了一定的假設(shè)，假設(shè)所選的絕緣子表面清潔干燥，且外部的空氣濕度相對較低，同時(shí)，在計(jì)算的過程中，可以將沿面泄漏電流以及空間電流進(jìn)行忽略。②其次，相間影響也會(huì)在一定程度上增加計(jì)算的復(fù)雜程度與難度，因此我們選擇性的對相間影響進(jìn)行忽略，僅僅只對單相的絕緣子電場分布進(jìn)行考慮；③對于絕緣子與桿塔之間的連接來說，我們選擇了掛板與掛環(huán)的連接方式，而與導(dǎo)線之間的連接則是采用了兩聯(lián)掛板和線夾，這樣一來，就可以對導(dǎo)線與桿塔以及絕緣子之間的相對位置進(jìn)行有效的確定。除此之外，因?yàn)閽飙h(huán)與線夾金具結(jié)構(gòu)難以對場域造成較大程度的影響，因此并不需要對其進(jìn)行實(shí)際的描述。所以，為了降低計(jì)算的復(fù)雜程度已經(jīng)難度，對這些金具進(jìn)行了一定程度的簡化，主要簡化為圓柱體。④在計(jì)算模型之中，將導(dǎo)線用圓柱體進(jìn)行模擬，圓柱體直徑為 30mm，8分裂導(dǎo)線的長度大約為絕緣子串長度的2倍，需要注意的是，要對圓柱體表面的光滑程度進(jìn)行一定的保證，以此提高模擬的真實(shí)性。

表1：用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的均壓環(huán)參數(shù)組合以及優(yōu)化指標(biāo)

3 電壓分布計(jì)算結(jié)果

正方形布置的絕緣子串主要分為兩個(gè)部分，分別是上串與下串；而對于一字形布置的絕緣子串來說，它也分為兩組，分別是內(nèi)串與外串。我們將相關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度上的對比，得出以下結(jié)論：一字形布置絕緣子串與正方形布置絕緣子串之間既具有差異，也存在一定的相似性。無論是一字形布置絕緣子串還是正方形布置絕緣子串，其高壓端前幾片絕緣子都承擔(dān)了較高的電壓，因此很有必要采取有效的措施對高壓側(cè)的絕緣子串電壓承擔(dān)率進(jìn)行一定程度的改善，不然的話，這些絕緣子很有可能因?yàn)槌袚?dān)了過高的電壓而出現(xiàn)損壞的狀況，進(jìn)而使得整個(gè)的絕緣子串都出現(xiàn)失效。對此，我們建立了相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，主要如圖1所示：

在上述的模型之中，輸入向量主要是均環(huán)壓的結(jié)構(gòu)參數(shù)環(huán)徑和管徑以及位置參數(shù)的中心距，而輸出向量則為兩組電壓承擔(dān)率標(biāo)準(zhǔn)之和的100倍。我們將隱單元的餓數(shù)目設(shè)置為9，而對于輸出層的激活函數(shù)來說，則將之設(shè)置為雙曲函數(shù)。同時(shí)，對激活函數(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行有效的利用，在此基礎(chǔ)之上對輸入以及輸出指標(biāo)進(jìn)行一定程度的歸一化，使其在[-1，1]的區(qū)間之內(nèi)。歸一化操作按照如下式子進(jìn)行處理：

在上述式子當(dāng)中，f（x）主要指的是輸入或者輸出指標(biāo)；而fmax與fmin則分別對應(yīng)了相關(guān)參數(shù)的最大值以及最小值。

下表顯示的主要是45組一字形有限元計(jì)算的樣本，這一樣本還未進(jìn)行歸一化處理：

根據(jù)表 1，我們對 Levenberg-Marquardt法進(jìn)行了有效的使用，并經(jīng)過1000次訓(xùn)練，得出結(jié)果，如圖2所示，所得結(jié)果的誤差為0.00529。

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果表明：當(dāng)均環(huán)壓管徑r=112mm、環(huán)徑R=1156mm、中心距 h=910m時(shí)，優(yōu)化目標(biāo)能夠達(dá)到最小。

結(jié)語

本文主要針對1000kV特高壓交流輸電線路耐張串均壓環(huán)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究與分析。首先對計(jì)算模型進(jìn)行了一定程度上的闡述，然后在此基礎(chǔ)之上對電壓分布結(jié)果進(jìn)行了有效的分析，并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。希望我們的研究能夠?yàn)樽x者提供參考并帶來幫助。

[1]李鵬，范建斌，李光范，宿志一.1000kV級特高壓交流線路絕緣子串電位分布計(jì)算和均壓環(huán)設(shè)計(jì)[J].中國電力.

[2]司馬文霞，楊慶，孫才新，Shesha H.Jayaram，Edward A.Cherney.基于有限元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對超高壓合成絕緣子均壓環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).

[3]王斌，彭宗仁.500kV線路絕緣子電壓分布的有限元法計(jì)算[J].電瓷避雷器.