李莉，田智勇

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250018）

交直流混合輸電對(duì)500 kV輸電線路電場(chǎng)強(qiáng)度影響研究

李莉1，田智勇2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250018）

交直流混合輸電系統(tǒng)是一種新型柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS），但對(duì)單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有重要意義的電磁環(huán)境問(wèn)題研究卻鮮有報(bào)道。介紹單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)現(xiàn)狀和特點(diǎn)，使用有限元軟件Ansoft針對(duì)交直流混合輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析和數(shù)值計(jì)算，分析表明交直流混合輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度明顯弱于純交流輸電線路，為交直流混合輸電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)提供參考。

交直流混合輸電；有限元法；輸電線路；電場(chǎng)強(qiáng)度

0 引言

單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)是一種新型柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）［1］，它是指在不改變現(xiàn)有交流輸電線路基本構(gòu)架的基礎(chǔ)上，將由整流獲得的直流分量經(jīng)阻塞電感線圈注入到送電端變壓器Z形連接二次側(cè)末端中性點(diǎn)上，從而在原有交流輸電線路上同時(shí)傳輸交流和直流功率的系統(tǒng)［2］。由于單導(dǎo)線交直流混合輸電線路并未改變?nèi)鄬?dǎo)線之間的線電壓，因此只需要增加每個(gè)絕緣子串閥的數(shù)量以承受疊加的直流分量；若不改變線路電壓等級(jí)，則原有交流線路的導(dǎo)線、絕緣子串和桿塔不需要作任何調(diào)整［3］，可以在避免假設(shè)更多輸電線路的前提下，充分對(duì)我國(guó)已建線路進(jìn)行“挖潛”并提高新建特高壓輸電線路的輸送能力。

單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)具備直流和交流輸電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即不受功角穩(wěn)定性的限制可使系統(tǒng)的輸送功率接近輸電線路的熱穩(wěn)定性極限，同時(shí)便于在輸電中途形成落點(diǎn)。該輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［4］、傳輸容量［3，5］、系統(tǒng)穩(wěn)定性［6-8］、分接容量［9］和饋送方式［10］等問(wèn)題成為近年國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。而作為對(duì)單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有重要意義的電磁環(huán)境問(wèn)題的研究卻鮮有報(bào)道。

1 交直流混合輸電的Ansoft仿真分析

應(yīng)用有限元軟件Ansoft，根據(jù)文獻(xiàn)［11］，建立500 kV輸電線路計(jì)算模型如圖1所示。選取的桿塔種類為同塔雙回直線鼓型塔（平腿），呼高為48 m，基礎(chǔ)根開為13 100 mm，AB相間距為12 000 mm，BC相間距為10 700 mm，ABC相回間距依次為15800 mm、20400mm和16800mm，導(dǎo)線型號(hào)為4分裂LGJ-400／35，導(dǎo)線直徑近似取25 mm（實(shí)際值應(yīng)為26.82 mm），子導(dǎo)線分裂間距0.4 m呈正多邊形排列，絕緣子串為31片／串，絕緣長(zhǎng)度為4 805 mm，以80 m為邊長(zhǎng)的正方形包圍的空氣層模擬無(wú)窮大求解區(qū)域，地面取零電位，各相導(dǎo)線以120°相角按相序依次加電位。

圖1 500kV輸電線路計(jì)算模型

模型中的交流線路額定線電壓為500 kV，則每相的相電壓峰值為。在保持絕緣不變和波形一周期內(nèi)2次過(guò)零點(diǎn)的情況下，采用單導(dǎo)線交直流混合輸電技術(shù)后線路中的直流電壓分量Vd和交流相電壓分量Va需滿足式（1）與式（2）［4］。使用的A相線路的交流輸電相電壓VAph的瞬時(shí)值如式（3）所示，單導(dǎo)線交直流混合輸電相電壓VAph′的瞬時(shí)值如式（4）所示。

圖2 t=0 s時(shí)同塔雙回線路電場(chǎng)強(qiáng)度和電位分布

圖3 時(shí)同塔雙回線路電場(chǎng)強(qiáng)度和電位分布

2 單導(dǎo)線交直流混合輸電研究

選取計(jì)算模型中所有分裂導(dǎo)線圓周表面電場(chǎng)強(qiáng)度為分析對(duì)象，圖4和圖5分別表示純交流和交直流混合情況下模型左側(cè)回路A相的4根分裂導(dǎo)線在純交流輸電情況下t=0 s時(shí)的導(dǎo)線圓周表面電場(chǎng)強(qiáng)度沿圓周的變化情況（分裂導(dǎo)線按從左上起順時(shí)針排序）。

圖4 A相分裂導(dǎo)線沿導(dǎo)線圓周表面場(chǎng)強(qiáng)分布曲線（純交流）

圖5 A相分裂導(dǎo)線沿導(dǎo)線圓周表面場(chǎng)強(qiáng)分布曲線（交直流混合）

比較單根分裂導(dǎo)線上所有點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可得到單根分裂導(dǎo)線場(chǎng)強(qiáng)的最大值Efmax，取同相所有分裂導(dǎo)線Efmax的平均值作為該相導(dǎo)線的場(chǎng)強(qiáng)最大值Exmax，則在純交流輸電和單導(dǎo)線交直流混合輸電情況下的Efmax和Exmax如表1所示。

表1 同塔雙回線路的導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度kV／cm

圖4、圖5及表1數(shù)據(jù)表明，交直流混合輸電A相分裂導(dǎo)線沿導(dǎo)線圓周表面場(chǎng)強(qiáng)分布明顯小于純交流輸電曲線；在純交流輸電和單導(dǎo)線交直流混合輸電兩種情況下，同塔雙回線路的導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值對(duì)比可知，交直流混合輸電的電場(chǎng)強(qiáng)度值明顯小于純交流輸電。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹單導(dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)現(xiàn)狀和特點(diǎn)，使用有限元軟件Ansoft針對(duì)特高壓?jiǎn)螌?dǎo)線交直流混合輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析和數(shù)值計(jì)算，應(yīng)用單導(dǎo)線交直流混合輸電技術(shù)后線路周圍的電場(chǎng)和電位分布弱于純交流輸電，同塔雙回線路導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值明顯小于純交流輸電。而分析線路周圍的電磁環(huán)境參數(shù)是否滿足限值要求，為特高壓?jiǎn)螌?dǎo)線交直流混合輸電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)提供參考將是下一步的研究方向。

［1］Huang Z，and Ooi B.T.Power transfer capability of long transmission lines with midpoint sited FACTS and HVDC［J］. IEEE Power Engineering Review，May 2002：51-53.

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［4］H Rahman，B H Khan.Power upgrading of transmission line by combining AC-DC transmission［J］．IEEE Trans on Power System，2007，22（1）：459-466.

［5］李興源.高壓直流輸電系統(tǒng)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

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［9］H Rahman，B H Khan.Possibility of power tapping from composite AC-DC power transmission lines［J］．IEEE Trans on Power Delivery，2008，23（3）：1 464-1 471.

［10］崔曉丹，于繼來(lái).配電網(wǎng)交直流同線饋送方式［J］.電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2007，11（1）：6-11.

［11］劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)500 kV輸電線路分冊(cè)［M］．北京：中國(guó)電力出版社，2005．

Research on the Influence of Electric Intensity of 500 kV Hybrid AC／DC Transmission Lines

LI Li1，TIAN Zhiyong2
（1.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China；2.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250018，China）

Combining AC／DC transmission system is a type of flexible AC transmission system，and electromagnetic enviroment is significant for the design and construction of hybrid AC／DC power system.Yet research on this subject is scarcely reported.We establishe simulation models by the software of Ansoft based on research status and characteristics of hybrid AC／DC transmission system.It is demonstrated that the electric intensity of hybrid AC／DC transmission lines is weaker than the electric intensity of AC transmission lines，which is believed to be of reference value for research and design of hybrid AC／DC transmission system.

combining AC／DC transmission；finite element method；transmission lines；electric intensity

TM15

A

1007－9904（2015）08－0005－03

2015-05-25

李莉（1982），女，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制等工作；田智勇（1981），男，從事特高壓電網(wǎng)調(diào)運(yùn)行與控制等工作。