李莉，田智勇

（1.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012；2.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟南250018）

交直流混合輸電對500 kV輸電線路電場強度影響研究

李莉1，田智勇2

（1.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012；2.國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟南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），但對單導線交直流混合輸電系統(tǒng)的設計與建設具有重要意義的電磁環(huán)境問題研究卻鮮有報道。介紹單導線交直流混合輸電系統(tǒng)現(xiàn)狀和特點，使用有限元軟件Ansoft針對交直流混合輸電線路的電場強度進行仿真分析和數(shù)值計算，分析表明交直流混合輸電線路的電場強度明顯弱于純交流輸電線路，為交直流混合輸電系統(tǒng)的研究與設計提供參考。

交直流混合輸電；有限元法；輸電線路；電場強度

0 引言

單導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架的基礎上，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形連接二次側末端中性點上，從而在原有交流輸電線路上同時傳輸交流和直流功率的系統(tǒng)［2］。由于單導線交直流混合輸電線路并未改變三相導線之間的線電壓，因此只需要增加每個絕緣子串閥的數(shù)量以承受疊加的直流分量；若不改變線路電壓等級，則原有交流線路的導線、絕緣子串和桿塔不需要作任何調整［3］，可以在避免假設更多輸電線路的前提下，充分對我國已建線路進行“挖潛”并提高新建特高壓輸電線路的輸送能力。

單導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，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，同時便于在輸電中途形成落點。該輸電系統(tǒng)的拓撲結構［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］等問題成為近年國內外學者的研究熱點。而作為對單導線交直流混合輸電系統(tǒng)的設計與建設具有重要意義的電磁環(huán)境問題的研究卻鮮有報道。

1 交直流混合輸電的Ansoft仿真分析

應用有限元軟件Ansoft，根據(jù)文獻［11］，建立500 kV輸電線路計算模型如圖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，導線型號為4分裂LGJ-400／35，導線直徑近似取25 mm（實際值應為26.82 mm），子導線分裂間距0.4 m呈正多邊形排列，絕緣子串為31片／串，絕緣長度為4 805 mm，以80 m為邊長的正方形包圍的空氣層模擬無窮大求解區(qū)域，地面取零電位，各相導線以120°相角按相序依次加電位。

圖1 500kV輸電線路計算模型

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2次過零點的情況下，采用單導線交直流混合輸電技術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的瞬時值如式（3）所示，單導線交直流混合輸電相電壓VAph′的瞬時值如式（4）所示。

圖2 t=0 s時同塔雙回線路電場強度和電位分布

圖3 時同塔雙回線路電場強度和電位分布

2 單導線交直流混合輸電研究

選取計算模型中所有分裂導線圓周表面電場強度為分析對象，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回路A相的4根分裂導線在純交流輸電情況下t=0 s時的導線圓周表面電場強度沿圓周的變化情況（分裂導線按從左上起順時針排序）。

圖4 A相分裂導線沿導線圓周表面場強分布曲線（純交流）

圖5 A相分裂導線沿導線圓周表面場強分布曲線（交直流混合）

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

表1 同塔雙回線路的導線表面電場強度kV／cm

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

3 結語

介紹單導線交直流混合輸電系統(tǒng)現(xiàn)狀和特點，使用有限元軟件Ansoft針對特高壓單導線交直流混合輸電線路的電場強度進行仿真分析和數(shù)值計算，應用單導線交直流混合輸電技術后線路周圍的電場和電位分布弱于純交流輸電，同塔雙回線路導線表面電場強度數(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，為特高壓單導線交直流混合輸電系統(tǒng)的研究與設計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.

［2］Andreotti A，Lauria D，Mottola F.Optimal design of combining AC-DC transmission lines［J］．IEEE Conference on Power Electronics，Electrical Drives，Automation and Motion，2008.

［3］H Rahman，B H Khan.Enhanced power transfer by simultaneous transmission of AC-DC：a new facts concept［J］．IEE Conference on Power Electronics，Machines and Drives，2004.

［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：科學出版社，2010.

［6］T Vijay Muni，T Vinoditha，D Kumar Swamy．Improvement of pow er system stability by simultaneous AC-DC power transmission［J］．International Journal of Scientific&Engineering Research，2011，2（4）：1-6.

［7］SHU Hongchun，ZHANG Hongliang，et al.Reliability evaluation for main electrical scheme of simultaneous ac-dc power transmis sion［J］．IEEE conference on SUPERGEN，2009.

［8］Sriram Kondiparthi，M Praveen.Power transfer enhancement in transmission line by combining AC-DC transmission［J］．IJERA，2011，1（2）：194-201.

［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.配電網(wǎng)交直流同線饋送方式［J］.電機與控制學報，2007，11（1）：6-11.

［11］劉振亞．國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設計500 kV輸電線路分冊［M］．北京：中國電力出版社，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)調度運行與控制等工作；田智勇（1981），男，從事特高壓電網(wǎng)調運行與控制等工作。