（电力系统及其自动化专业论文）cdegs软件在电力系统中的应用.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i sd o e sd e t a i l e ds i m u l a t i o nr e s e a r c ho nt h ee l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n to f u h vt r a n s m i s s i o nl i n e sa n dv o l t a g es h a r i n gp r o b l e m so f g r o u n d 鲥d i ns u b s t a t i o n ，u t i l i z i n gc a n a d i a ns e s sc d e g ss o f t w a r ep a c k a g e t h ee l e c t r o m a g n e t i cp a r a m e t e ro fp o w e rt r a n s m i s s i o ni n c l u d e ：e l e c t r i c a lf i e l d ， m a g n e t i cf i e l d ，r a d i oi n f e r e n c e ( 砌) a n da u d i b l en o i s e ( a n ) w i t he n v i r om o d u l eo f c d e g ss o f t w a r e ，t h i st h e s i sm a k e sd e t a i ls i m u l a t i o nr e s e a r c ho nt h ef o u r e l e c t r o m a g n e t i cp a r a m e t e ro fu h v a ca n dd ct r a n s m i s s i o nl i n e s t h ei n f l u e n c eo f t h eh e i g h to fp h a s ec o n d u c t o r s ，w i r es p a c i n g ，d i a m e t e ro ft h es u b c o n d u c t o ra n dt h e w e a t h e ro nt h ea b o v ep a r a m e t e r sa r ea n a l y z e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ， r a i s i n gt h ew i r eh e i g h t ，r e d u c i n g t h ew i r es p a c i n g ，i n c r e a s i n gt h es u b c o n d u c t o r d i a m e t e rc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h ee l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n ta r o u n du h v 仃a b s m i s s i o nl i n e s t ob e t t e rs o l v et h eh i d d e nd a n g e ri nt h es u b s t a t i o nc a u s e db yt h en o n u n i f o r m s u r f a c ep o t e n t i a ld i s t r i b u t i o nw h e ns h o r t c i r c u i t sf a u l to c c u r r i n g ，t h i st h e s i s ，u s i n g m a l zm o d u l eo fc d e g s ，a n a l y z e st h ei n f l u e n c eo ft h ei n j e c t i n g p o i n to f s h o r t - c i r c u i tc u r r e n t ，v e r t i c a lg r o u n dr o d s ，s o i lr e s i s t i v i t y ，面dc o m e ru s i n gc i r c u l a r a r c ，l e v e le x t e n d i n ge a r t hw i r e s ，l a y i n gh i g hr e s i s t i v i t ym a t e r i a l sa n df e n c el o c a t i o n o nt h es u r f a c es t e pv o l t a g e t h r o u g ht h ea n a l y s i sf o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r em a d e ： t h em a x i m u ms t e pv o l t a g ei s2 0 l a r g e rw h e ns h o r t c i r c u i tc u r r e n tf l o w si n t ot h e g r o u n d i n gc o n d u c t o ra tt h es u b s t a t i o nc o m e rt h a nw h e n t h ec u r r e n ti n j e c t i n gt ot h e s u b s t a t i o nc e n t e r al i n e a rr e l a t i o n s h i pw a sf o u n db e t w e e ns t e pv o l t a g ea n ds o i l r e s i s t i v i t y g r o u n d i n gg r i dw i t hu n e q u a ls p a c i n gc a nd e c r e a s et h em a x i m u ms u r f a c e s t e pv o l t a g ev e r ye f f e c t i v e l y v e r t i c a lg r o u n dr o dh a s l i t t l ee f f e c to nt h es t e pv o l t a g e a r c 鲥dc o m e rc a ne f f e c t i v e l yl o w e rs t e pv o l t a g eo ft h ec o m e rz o n e l e v e l e x t e n d i n ge a r t hw i r e sa ta r c 鲥dc o m e rc a l lr e d u c es t e pv o l t a g ea tt h ec o m e r ，b u t t h e yw i l li n c r e a s et h es u r f a c es t e pv o l t a g ea ti t so u t e rp l a c e h i g hr e s i s t i v i t ys u r f a c e 2 浙江大学硕士学位论文 l a y e rc a d i m p r o v es u b s t a t i o ng r o u n d i n gn e t w o r ks e c u r i t y r e a s o n a b l ed i s t a n c e b e t w e e nt h ef e n c ea n dg r o u n d i n gg r i de d g ec a ne f f e c t i v e l yd e c r e a s et h es t e pv o l t a g e a tt h e s u b s t a t i o nc o r r l e r s k e yw o r d s ：c d e g ss o f t w a r ep a c k a g e ；u l t r ah i g hv o l t a g e ；g r o u n d i n gg r i d ； s t e pv o l t a g e 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1c d e g s 软件的介绍 c d e g s 1 引是加拿大s e s 公司( s a f ee n g i n e e r i n gs e r v i c e s & t e c h n o l o g i e si t d ) 推出的集成工程软件包，全称为c u r r e n td i s t r i b u t i o n ，e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ， g r o u n d i n ga n ds o i ls t r u c t u r ea n a l y s i s 。该软件是以电磁理论为基础写成的分析软 件，不受频率限制，所以分析结果更为精确，具有接地系统设计分析、电磁干 扰研究等一系列功能，其核心主要是计算在稳态和故障、雷击等暂态条件下， 由地上或地下任意形状导体所构成网络周围的电磁场分布与导体、地表电位分 布等。整个软件包主要由三部分构成：数据输入模块，数据输出模块，工程计 算模块。数据输入模块主要是为了方便用户构造自己的计算模型，采用人机化 界面的输入模块，不仅可以加速用户的熟悉过程，而且也大大提高了数据输入 的工作效率。数据输出模块则主要是为了将计算结果以直观明了的形式显示给 用户，并可提供高质量的绘图、打印输出。 主要有以下8 个核心模块： ( 1 ) r e s a p r e s a p 模块主要通过分析土壤视在电阻率与测量间距的关系，给出土壤的 实际分层结构。当用户输入w e n n e r ，s c h l u m b e r g e r ，或任意电极布置方法测 得的土壤视在电阻或电阻率与测量间距的关系后，r e s a p 模块就可给出与测量 结果非常接近的土壤分层结构模型。由r e s a p 计算所得的土壤分层结构模型可 以作为进行接地系统分析、导体阴极保护研究、电磁感应问题研究、输电线路 参数计算的基本输入数据之一。 ( 2 ) m a l t m a l t 是c d e g s 软件包中历史最悠久，也是使用最多的一部分。它被广泛 应用于电力系统接地网分析和管道等裸露金属结构的散流特性的研究。根据电 力系统发变电站、输电线路杆塔附近土壤特性，应用m a l t 可以建立起均匀或 6 浙江大学硕士学位论文 水平、垂直、半球形的多层土壤结构模型，并以此模型为依据，分析计算出接 地电阻、地电位升高、接地系统土壤中任意点的电位和接触、跨步电压，以及 与主接地互不相连的邻近导体中的感应电势等。m a l t 的计算是建立在以下假 设基础上的。即：所有的导体是无外护层的，相互连接的，导体在工频范围是 等电位的。如果有几个相互i 临近的接地系统，那么这几个系统自身也都是等电 位的。如果这一条件不满足就应采用m a l z 来计算。 ( 3 ) m a l z m a l z 通过对接地网的频域特性分析，得到以下结果： 空间电磁场分布； 导体与土壤电位分布； 导体中的电流分布 它特别适合于分析那些与较大导体网络相邻的且有外护层的管道之间的相 互作用，此时整个导体网络不能简单地看作是等电位。m a l z 还可以用于分析 接地网络的频率响应特性以及导体的阴极保护研究。 ( 4 ) t r a l i n t r a l i n u - i 以计算导体线路参数、非接地导体的静电与电磁感应，以及空 间的静电场分布。t r a l i n 能够用来实现由任意数量、任意类型、任意相线导 体所构成的复杂电力传输系统的参数分析，如电缆、管道、绞线、绝缘或裸露 的导体、架空或地下的导体以及非常规定义的相线。所有计算都充分考虑了非 均匀土壤结构的特性。t r a l i n 最常用的功能是计算电力线与相邻的诸如管道 与通信电缆等非激励导体的串联及并联阻抗。s p l i t s 可以利用这一阻抗参数用 来计算系统中各部分的电流与电位分布。 ( 5 ) s p l i t s s p l i t s 主要用来计算多相、多导线电力传输网络的负载及短路电流在各档 距上的分布情况。它也可以应用于电力线路对通信线路、管道、铁道及其它相 邻设备电磁干扰的研究。 浙江大学硕士学位论文 ( 6 ) f c d i s t f c d i s t 主要用来计算故障电流在接地系统以及与之相连的架空地线或中 性线间的分布情况。f c d i s t 是t r a i n 和s p l i t s 综合之后的简化形式，在假设 故障电流沿导线不衰减传输的情况下，主要针对某一发、变电站存在多路出线 时，用于快速计算故障电流分布。如果要用更详细的模型，就应采用t r a l i n 和 s p l i t s 。 ( 7 ) h i f r e q h i f r e q 主要用来分析地下和地上载流导体的网络特性，通过计算可以获 取如下参量： 空间和地下的磁场分布： 空间和地下的电场分布； 导体与地电位分布； 导体中的电流分布； 任意形状电路与导体的自阻抗、互阻抗及电容参数。 h i f r e q 特别适合于激励频率从零到数百兆赫兹情况下的大型导体网络特 性的研究，包括电磁干扰在内的电磁兼容研究也是其功能的一部分。 ( 8 ) f f t s e s f f t s e s 可以进行快速的前向和后向傅立叶变换。它主要用来辅助m a l z 、 s p l i t s 、h i f r e q 模块的输入输出波形分析。当然，f f t s e s 也可独立应用于 波形分析的快速傅立叶变换。 综合利用以上各计算模块的功能，则可以将其应用于以下问题的分析、研 究： ( 1 ) 在土壤不均匀、范围较大的地下导体结构很复杂环境下，把整个接地 系统按不等电位的情况来考虑，进行发、变电站等接地网的设计，并进一步可 以分析接地网对周围地下金属管线的影响，以及阴极保护的研究。 浙江大学硕士学位论文 ( 2 ) 架空输电线路对周围电磁环境，包括电磁场、无线电干扰和可听噪声 等，及其附近的通信线路以及铁道信号系统的电磁干扰的研究。 ( 3 ) 雷击线路杆塔、建筑物时的暂态电磁特性研究，这对于建筑物内的电 磁干扰防护有着重要的现实意义。 ( 4 ) 在三相不平衡电流和单相对地短路故障情况下，架空输电线路附近电 磁场分布的研究计算。 ( 5 ) 地下与地上综合复杂导体网络的电容与电感计算，如：任意连接方式 变压器的电容、电感参数的计算。 ( 6 ) 稳态情况下，输电线路附近的电磁场分布及其所导致的导体内感性电 流的研究。 ( 7 ) 电阻、电感和电容网络特性的研究。 浙江大学硕士学位论文 1 2 电力系统中的电磁环境及接地问题 1 2 1 输电线路电磁环境问题 我国8 0 水电资源分布在东部沿海和中部地区，开发水电必须与“西电东 送”相结合，发展长距离大容量输电。为了满足大容量，长距离的送电要求， 系统电压也在不断提高。2 0 0 6 年是“十一五”的开局之年，特高压输电工程建 设更是国家电网公司工作的重中之重，我国已经启动了特高压输电工程的建设。 由此可见，要尽量加快对特高压技术的研究。随着全球经济的不断发展和民众 环境意识的增强，输电工程的电磁环境问题越来越受到人们的关注。 电磁环境的定义是“存在于给定场所的所有电磁现象的总和，【蛐l 。电磁环 境的主要影响因素是电磁辐射。电磁辐射是指以电磁波的形式通过空问传播的 能量流，电磁辐射源主要指高压输电线路和变电站高压电力设备等【7 ，引。电磁辐 射使环境质量变差、变坏，因而造成了电磁环境的污染。其影响主要表现在： 对人员健康方面的危害( 健康效应) ，和对电子设备造成干扰( 电磁干扰) 。 在高压线周围区域，线路所带的电压产生电场，流动的电流产生磁场。当 导体的表面的电场强度高到一定程度，环绕导体的空中会发生复杂的电离过程 造成放电现象，这种现象被称为电晕。电晕是高压线路产生无线电干扰和可听 噪声的原因。近年来，对于高压输电线路对人身健康的潜在的危害越来越引起 公众的关注和担忧。 电压等级发展到特高压阶段，环境问题己成为输电工程建设中一个影响极 大的方面。环境影响问题是特高压输电工程设计、建设和运行中必须考虑的重 大技术问题【3 6 】。 我国正在建设的“晋东南一南阳一荆门”1 0 0 0 k v 交流特高压试验示范工程 是我国首条特高压电网。在我国乃至世界电力工业发展史上都具有里程碑意义 的云南至广东士8 0 0 k v 特高压直流输电工程( 简称“云广直流工程”) 也于2 0 0 6 年1 2 月1 9 h 开工建设，这是世界第一条土8 0 0 k v 特高压直流输电工程。 l o 浙江大学硕士学位论文 特高压线路本身的技术特性决定了其电晕效应、电磁环境影响与超高压线 路有较大的差异。研究这些技术特性，对于合理确定线路的设计参数、保证线 路安全可靠运行和降低特高压工程建设运行成本、满足环境保护要求等均具有 十分重要的现实意义。 浙江大学硕士学位论文 1 2 2 变电所接地问题 发、变电站接地系统是保证设备与人身安全，维护电力系统可靠运行的重 要措施。资料表明，国内外近年来由于接地不良，引起和造成事故扩大，导致 系统停运设备损坏的例子不少。接地网在变电站安全运行中起着十分重要的作 用，它不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的电位参考地，在系统故障 时还能迅速排泄故障电流并降低变电站的地电位升，所以接地网接地性能的优 劣直接关系到变电站内工作人员的人身安全和各种电气设备的安全及正常运 行。 随着电力系统电压水平不断提高和系统容量不断增大，接地故障电流和发 变电所接地网的面积不断增大。我国目前接地网的接地材料普遍选用扁钢或圆 钢，导致接地导体上的纵向阻抗大，从而加剧了故障时接地网上电位分布的不 均匀现象致使变电站接地网存在较大的安全隐患。要确保人身和设备安全、 维护系统可靠运行，需要改变仅仅强调降低接地电阻的传统观念，树立主要考 虑地面电位梯度所带来的危险这一新概念。在土壤电阻率较低且地网面积很大 的情况下，虽然接地电阻可达到较低的值，但如果接地装置设计不合理，在发 生接地故障时，地面上可能出现很高的电位梯度，从而产生很大的跨步电压， 给运行人员和设备带来危险，但只要地网导体设计合理，均衡地表电位梯度， 降低地表最大跨步电压，也完全能达到安全的目的。 浙江大学硕士学位论文 1 3 本文的主要工作 本文运用c d e g s 软件的e n v i r o 模块分别在第二章和第三章对1 0 0 0 k v 特高 压交流输电线路和8 0 0 k v 特高压直流输电线路电磁环境进行了仿真研究。分 析了导线高度、相间距、分裂导线子导线根数、分裂间距、子导线的直径、天 气情况等对输电线路周围电磁环境的影响。提出了减小输电线路周围电磁环境 各个指标参数的几点措施。 在第四章运用c d e g s 软件的m a l z 模块对变电所接地安全特性进行了分析， 重点是对变电所的均压问题做了详细的分析。分别模拟了简单直角边角地网、 短路电流入地点、土壤电阻率、垂直接地体、圆弧形边角地网、水平外引接地 体表面高阻层等对地表跨步电压分布的影响，并比较了各种措施的均压效果。 浙江大学硕士学位论文 第二章特高压交流输电线路电磁环境的仿 真研究 2 1 特高压交流输电线路的仿真模型 本章以猫头塔塔型，如图2 1 ，相导线正三角布置的特高压线路，其中线路 参数为8 分裂导线，分裂间距0 4 m ，相间距离l g m ，导线对地高度2 2 m ，架空地 线对地高度4 3 m ，导线型号为l g j - 4 0 0 6 5 ，利用c d e g s 软件包中的s e s e n v i r o 模块，对影响线路周围电磁环境的各个指标参数，包括工频电场、工频磁场、 无线电干扰、可听噪声，进行仿真计算。其中计算无线电干扰和可听噪声都是 采用的i r e q ( 魁北克水电研究院) 经验方法3 1 。计算时电压取1 0 5 0 k v | 4 1 ，计 算时电流取4 0 0 0 a 。 图2 1 三相导线正三角律列线路布置图 本章采用加拿大安全工程公司( s e s ) 推出的c d e g s 软件包的s e s e n v i r o 模块对正三角排列的特高压输电线路对电磁环境的影响进行了计算，分析了工 频电磁场，无线电干扰和可听噪声随导线对地高度、相问距离、分裂导线的根 数、分裂间距、分裂导线单根直径变化的变化情况，并对大雨、湿导线和晴天 时的无线电干扰和可听噪声进行了比较。 浙江大学硕士学位论文 2 2 影响1 0 0 0 k v 线路周围电磁环境的主要因素 2 2 1 导线对地高度的影响 图2 2 ( a ) ( b ) 分别给出了三相导线正三角排列的1 0 0 0 k v 级交流高压输 电线路相导线对地高度从1 8 m 到3 0 m 不同的情况下，地面以上1 5 m 处的电场 强度和磁场强度垂直线路横向分布。 ( a ) 电场 ， 、 l ，l 2 曲 。j i 2 钿 店：j ：三? ? 奠 或乏多i ：、p 焚惑【一 ：爹”i弋楚己 一 5 0- 2 0 一i oo1 02 0 雁线麝中心的距膏- ( b ) 磁场 图2 2 地面以上1 5 m 工频电磁场随导线高度变化横向分布 表2 1 地面以上1 5 m 不同相导线高度对应的蜜和b ，。 由图2 2 可见，随着导线对地高度的增加工频电场和工频磁场均减小。表 2 1 中可以看出，导线高1 8 m 时线路下方的最大工频电场强度为1 0 8 5 k v ，从 1 8 m 开始，每增加2 m 高度，电场强度晟大值分别减小1 7 7 ( 1 6 3 ) ，1 4 ( 1 5 4 ) ， 1 0 3 ( 1 3 4 ) ，o 8 6 ( 1 2 9 ) ，0 7 0 ( 1 2 1 ) ，o 5 7 k v m ( 1 1 2 ) ；磁场强度 随导线高度的增加而减小的幅度也比较大。但是随着导线对地高度的增加，电 磁场的减小幅度越来越小。因此，在通过抬高导线对地高度来减小电磁场值时， 不能一味的抬高导线高度，而不考虑经济性。当导线对地高度大于2 2 m 时，距 浙江大学硕士学位论文 离边相导线2 0 m 处的工频电场基本上小于4 k v m 。磁场强度最大值3 5 3 0 1 t t ， 离限值0 1 m t 还有很大的裕度。 图2 3 ( a ) ( b ) 给出了三相导线正三角排列的1 0 0 0 k v 级交流高压输电线路 相导线对地高度从1 8 m 到3 0 m 不同的情况下，大雨天时地面以上1 5 m 高度的 无线电干扰和可听噪声的横向分布，图中各曲线自上而下分别对应于导线对地 最低高度1 8 ，2 2 ，2 4 ，2 6 ，2 8 ，3 0 m 。 ( a ) 无线电干扰( b ) 可听噪声 图2 3 地面以上i 5 m 无线电干扰和可听噪声随导线高度变化横向分布 表2 2 地面以上1 5 m 不同对地高度对应的r i 。和a n 。 由图可以看出，随着导线对地高度的增加无线电干扰和可听噪声均减小。 由表2 中列出的数据可以看出，1 8 m 时线路下方，无线电干扰最大值7 2 8 9 d b ， 可听噪声最大值6 4 1 5 d b 。3 0 m 时已经分别下降到了6 4 7 9 d b 和6 1 6 3 d b 。 1 6 浙江大学硕士学位论文 2 2 2 相间距离的影响 图2 4 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线间距离从 1 4 m 到2 2 m 不同时，地面以上1 5 m 处的电场强度和磁场强度的横向分布。由 图和表中数值可见，减小相间距离时，场强值都相应的有所减小，但效果没有 增加导线对地高度的明显。 i 一 ，、 ：a ：l 彦j ? 弋： 如：7 。弋| 。、：c 心 ，“ j 弧 、， ：、j k 一；： 粥j 。、强i _ 篪： 1 、淞 彪“ ： k 够j r j 麓 ： 书- 4 0 一一1 001 0柏 胜中o f t 再一- ( a ) 电场( b ) 磁场 图2 4 地面以上15 m 工频电磁场随相间距离变化横向分布 表2 3 地面以上1 5 m 不同相间距对应的e 密和b 。 图2 5 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线蒯距离从 1 4 m 到2 2 m 不同时，大雨天时地面以上1 5 m 高度处的无线电干扰和可听噪声 强度的横向分布。 浙江大学硕士学位论文 - 、1c 二二巷 【一 静 献= 磋i瓠1 黟： 沁匿 f ： 广 _ _ 莎 ，。 ? r 乞- 7哒 蒎 擘 ， 、k ：? 、4i i t ：j 1 0 0 一捌4 0 啦02 04 01 0 0 1 - 舯枷- o 。2 00j 重肼中。的慝 脚中伸t _ 。 ( a ) 无线电干扰( b ) 可听噪声 图2 5 地面咀上1 5 m 无线电干扰和可听噪声随相间距变化横向分布 表2 4 地面以上1 5 m 不同相间距对应的r l 。和a n 。 由图2 5 和表2 4 可见，减小相间距，无线电干扰和可听噪声值均增大。 由此可见，要通过减小相间距来降低电磁场的强度，就必然会带来无线电 干扰和可听噪声的增大，所以在设计线路时要对两者权衡考虑。 浙江大学硕士学位论文 2 2 3 分裂导线子导线根数的影响 图2 6 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线分裂根数 分别为6 、8 和1 0 根时，地面以上1 5 m 处的电场强度和磁场强度的横向分布。 由图可见，电场强度随着分裂根数的增加而增加。 一 l ，j心。，j 心茹一 6 # l 一 ：一 - 慕肌 一瓠 【。一 髟 、 乒、 驴 、 捌一一一一1 0 01 0 0目 蘑抽中心帕m 膏i v 、 f 1 ， l ， 一驷一0 3 0 2 0 一io01 02 0 3 0 4 0 5 0 里缱中。的单一- ( a ) 电场( b ) 磁场 图2 6 地面以上1 5 m 工频电磁场随相导线分裂根数变化横向分布 表2 5 地面以上1 5 m 不同分裂根数对应的e = 由表2 5 可见，相导线由6 x l g j 4 0 0 6 5 增加为8 x l g j 4 0 0 6 5 时，电场的最 大值增大了0 6 7k v m ，增加为1 0 l g j - 4 0 0 6 5 时，又增加了o 5 8 k v m 。因此， 在其它条件不变的情况下，为了减小电场强度，需要减少相导线的分裂根数。 而磁场强度不受分裂根数影响，在这三种情况下各点的值都分别对应相同。 图2 7 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线分裂根数 分别为6 、8 和1 0 根不同时，大雨天时地面以上1 5 m 高度处的无线电干扰和可 听噪声强度的横向分布。 浙江大学硕士学位论文 ： ”： 。z ? i 。k o 丹囊 、i 0 曩 1 分 7 ，r ， 7 一 ， 、， i - 0 一一2 0 0 z o 6 0 l l 一目一4 0r 2 002 0ol 硅麝中。的重一i 雁鲫仲脚匝膏- ( a ) 无线电干扰( b ) 可听噪声 图2 7 地面1 5 m 高处无线电干扰和可听噪声随相导线分裂根数变化横向分布 表2 6 地面1 5 m 高处不同分裂根数对应的r j 。和a n 。 由图2 7 和表2 6 可见增加分裂根数，无线电干扰和可听噪声值均减小。由 表2 6 可知，相导线从6 分裂到8 分裂时，无线电干扰和可昕噪声分别减小了 7 5 2 d b 和2 7 4 d b ，由8 分裂增加到1 0 分裂时，分别减小了5 7 6 d b 和2 d b 。增 加相导线分裂根数减小导线表面电晕场强效果相当明显。 由以上比较可得，在保持分裂间距和其它条件不变时，通过减少分裂根数 来降低工频电场强度，会带来无线电干扰和可听噪声的增大，而且后者变化的 幅度较前者更大。因此为了减小无线电干扰和可听噪声的场强值，应该尽量增 加分裂根数。 浙江大学硕士学位论文 2 2 4 分裂间距的影响 图2 8 ( a ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线分裂间距不同 时，地面以上1 5 m 处的电场强度和磁场强度的横向分布。 ( a ) 电场 厂y i i 。： 、 e 7 一5 0 一1 0 一肿2 0 一1 0o1 02 03 0 0 钟 甩线略中。的雁膏1 ( b ) 磁场 图2 8 地面以上1 5 m 工频电磁场随相导线分裂间距变化横向分布 表2 7 地面以上1 5 m 不同分裂间距对应的ej f f 由图2 8 ( a ) 可见，电场强度随着分裂间距的增加而增加，分裂间距增加 0 0 5 m ，电场强度的最大值增加约3 。图2 8 ( b ) 为磁场强度的横向分布，磁 场强度不受分裂间距影响。 图2 9 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路相导线分裂间距 不同时，大雨天时，地面以上1 5 m 高度处的无线电干扰和可听噪声的横向分布。 2 1 浙江大学硕士学位论文 l 2 0 02 04 0 1 0 0 重盥矗中。的蓖一- ( a ) 无线电干扰 ( b ) 可听噪声 图2 9 地面以上1 5 m 无线电干扰和可听噪卢随相导线分裂间距变化横向分布 表2 8 地面以上1 5 m 不同分裂间距对应的r i 。和a n 。 由图2 9 可见，分裂间距在o 3 m 到0 5 m 之问变化时，随着分裂间距的增 加，无线电干扰和可听噪声均减小。分裂间距由0 3 m 增加到0 5 m 时，无线电 干扰和可听噪声分别减小了1 5 1 d b 和1 5 5 d b 。采用增加分裂间距的方法对于减 小可听噪声比较有效。 浙江大学硕士学位论文 2 2 5 分裂导线子导线直径的影响 图2 1 0 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路单根分裂导线直 径不同时，地面以上1 5 m 处的电场强度和磁场强度的横向分布。 一l 刖一4 1 6 5 八： r 一删一5 w 4 5 l j|“5 |弋。 w7 a f 、 ，、 ， 一一柚一一2 0 - 1 001 0 2050 巨线暗中心的距青 ( a ) 电场 一l g p 4 0 0 扩 、 吲- 6 3 0 4 ，、 l 仁 、 一5 0 - 4 0 一一一1 001 0加帅 雁奄中心的厦- ( b ) 磁场 图2 1 0 地面以上1 s m 工频电磁场随子导线直径变化横向分布 表2 9 地面以上1 5 m 不同子导线直径对应的e = 由图2 1 0 和表2 9 可见，单根分裂导线的直径变化对工频电场影响非常小， 对工频磁场没有影响。 图2 1 1 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路单根分裂导线的 直径不同时，大雨天时地面以上1 s i n 处的无线电干扰和可听噪声的横向分布。 浙江大学硕士学位论文 霹飞 ：t ： ：= ： “。f - 4 0 0 6 ： j 砖 x * o u ” ：k l g i 一7 2 0 5 0 务| |冬 j j 形i 蕙 i 乡： 釜 ( a ) 无线电干扰 v 1 z 飞一 “j _ 0 6 5 朦k l 6 j 一, 5 0 0 4 5 0 f i 。飞 ：i ： 形广_ = ： 、：心 k ：氏 乒i | 。i _ 雾。 ： ：7 、 - 1 0 0 8 0 一0 2 002 0柏蚰舯l 臣线舞中心的甩膏 ( b ) 可听噪声 图2 1 1 地面以上1 s m 无线电干扰和可听噪声随子导线直径变化横向分布 表2 1 0 地面以上1 5 m 不同子导线直径对应的r i 。和a n 。 由图2 1 1 和表2 1 0 可见，随着导线直径的增加，无线电干扰和可听噪声均 减小。 浙江大学硕士学位论文 2 2 6 天气对输电线路可昕噪声的影响 图2 1 2 ( a ) ( b ) 给出了1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的基准线路，大雨，湿 导线和晴天时，地面以上1 5 m 处的无线电干扰和可听噪声的横向分布。其中无 线电干扰最大值大雨天6 9 8 3 d b ，湿导线6 6 3 3 d b ，晴天4 8 2 3 d b ，可听噪声大雨 天6 3 4 7 d b ，湿导线5 9 9 7 d b ，晴天3 8 4 7 d b 。晴天时无线电干扰和可听噪声较 小，不会引起线路周围的人们的抱怨。 7 ， 、 ，： ( 。- n o * 、又 t | l 、一 ! 1 i 4 5 0 “_ - n 、，c 女呲， - i h 1 - , i o 一 o 一2 0 6 0 i i - 6 0 柚0柚劬l 眺饷e 麟十蝴 ( a ) 无线电干扰( b ) 可听噪声 图2 1 2 地面以上1 5 m 大雨、湿导线和晴天无线电干扰和可听噪卢的横向分布 由图可见，无线电干扰最大值大雨天6 9 8 3 d b ，湿导线6 6 3 3 d b ，晴天 4 8 2 3 d b ，可听噪声大雨天6 3 4 7 d b ，湿导线5 9 9 7 d b ，晴天3 8 4 7 d b 。晴天时无 线电干扰和可听噪声较小，不会引起线路周围的人们的抱怨【1 0 1 。 浙江大学硕士学位论文 2 3 小结 ( 1 ) 对于1 0 0 0 k v 单回路正三角布置的线路，抬高导线对地高度对于减小 线路下方的工频电磁场是最有效的措旋。导线对地高度从1 8 m 增加到3 0 m ，每 增加2 m ，工频电磁场减小的幅度都在1 0 以上，而无线电干扰和可听噪声的减 小幅度在3 左右。增加导线对地高度可以对工频电磁场，无线电干扰和可听噪 声有明显的改善。 ( 2 ) 减小相间距离时，工频电磁场强度都有所减小，但没有增加导线对地 高度明显；而无线电干扰和可听噪声值均增大。因此，要通过减小相间距来降 低电磁场的强度，就必然会带来无线电干扰和可听噪声的增大，而且减小相间 距离还可能造成相间绝缘不满足要求，所以在设计线路时要权衡考虑。 ( 3 ) 电场强度随着分裂根数的增加而增加，而磁场强度不受分裂根数影响。 为了减小电场强度，需要减少相导线的分裂根数，但是会使无线电干扰和可听 噪声增大。在保持分裂间距和其它条件不变时，通过减少分裂根数来降低工频 电场强度，会带来无线电干扰和可听噪声的增大，而且后者变化的幅度较前者 更大。因此为了减小无线电干扰和可听噪声的场强值，应该尽量增加分裂根数。 ( 4 ) 电场强度随着分裂间距的增加而增加，分裂间距增加o 0 5 m ，电场强 度的最大值增加约3 。随着分裂间距的增加，无线电干扰和可听噪声均减小。 当分裂间距增大o 0 5 m 时无线电干扰和可听噪声最大值减小的幅度最大只有不 到2 。分裂间距由0 3 m 增加到o 5 m 时，无线电干扰和可听噪声分别减小了 1 5 1 d b 和i 5 5 d b 。采用增加分裂问距的方法对于减小可听噪声比较有效。 ( 5 ) 单根分裂导线的直径变化对工频电场影响非常小，对工频磁场没有影 响。无线电干扰和可听噪声随着导线直径的增加而减小，但是如果增加导线直 径会增加输电线路杆塔的负担，因此要在杆塔的机械负荷允许的情况下适当使 用直径大的子导线。 ( 6 ) 大雨天时由于周围背景环境的噪声也比较大，可以盖过特高压线路电 晕产生的可听噪声。而湿导线时的背景噪声不大，可听噪声在距离线路中心还 浙江大学硕士学位论文 有5 3 d b 大，而5 2 d b 以上就会引起人们的抱怨。因此，降低可昕噪声是设计线 路的一个难点。 ( 7 ) 从以上的各种情况的比较可以看出，沿线路垂直方向，随着与线路之 间距离的增加，可听噪声逐渐衰减，在线路下方，可听噪声随距离的增加衰减 较慢，在边导线对地投影之外，无线电干扰随距离的增加衰减较快；晴天时无 线电干扰和可昕噪声比大雨天低约2 5 d b 。 ( 8 ) 本章讨论的1 0 0 0 k v 架空线路情况中，工频磁场强度离限值都有很大 的裕度。 浙江大学硕士学位论文 第三章特高压直流输电线路电磁环境的仿 真研究 3 1 特高压直流输电线路的仿真模型 本章采用c d e g s 软件的a u t o e n v i r o 模块进行8 0 0 k v 输电线路输电线路杆 塔的建模与电磁环境仿真计算，双极直流输电线路的仿真模型及结果。 参见图3 1 ，考虑极导线水平布置的双极8 0 0 k v 直流输电线路模型【1 8 l ，导 线对地高度1 8 m ，极问距1 9 m ，导线型号6 l g j 7 2 0 5 0 ，避雷线型号几b 1 a 8 0 ， 避雷线距极导线水平距离2 m ，垂直距离1 5 m ，分裂自j 距0 4 5 m 。假定土壤电阻率 为1 0 0 q m ，地面海拔高度0 m ，大气压7 6 0 m m 汞柱，气温2 0 。图中正负号为 极导线的极性。 图3 1 双极直流输电线路的导线布置模型 浙江大学硕士学位论文 3 2 8 0 0 k v 直流输电线路电磁环境的基本水平 本节分析比较了导线对地高度、极间距、子导线截面积等对直流电场、直 流磁场、无线电干扰和可听噪声的影响1 3 7 1 。对海拔高度和双极直流输电线路 单极运行 t $ , 1 9 1 等情况也进行了讨论。 本文作者通过在导线上加不同电压仿真计算出的导线表面电位梯度与由 p e e k 公式计算的导线的起晕场强进行比较，得出起晕电压取6 0 0 k v 与实际比较 接近。 纠锄j ( “另p b 。， 式中 m - - 导线表面粗糙系数，光滑导线m m l ，本文中取0 4 8 ； 占= 7 p 盖t ( 只= 舢砒，= 2 9 3 翩，空气相对密度； r 子导线半径，c i i l 。 起晕场强为1 7 6 1 k v c m 。 文中计算了地面及距离地面1 5 m 高度处的电磁环境各因素的横向分布，无 线电干扰的参考频率为0 5 m h z 。 图3 2 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 分别给出了双极运行方式下地面及地面1 5 m 高处的标 称电场及合成电场、磁场、晴天和雨天时无线电干扰和可听噪声的横向分布。 浙江大学硕士学位论文 ( a ) ( c ) 匪蛐中心的e 膏 ( b ) ( d ) 图3 2 8 0 0 k v 直流输电线路下方地面电磁环境各因素分布 表3 1 8 0 0 k v 直流输电线路下方地面电磁环境各因素的最大值 从图3 2 ( a ) 和表3 1 可以看出，地面的合成电场强度比地面以上1 5 m 高处 3 0 浙江大学硕士学位论文 的合成电场强度高1 4 5 k v m 。而标称场强在地面和地面以上1 5 m 高度处相差不 多。因此对于直流线路的电场效应，我们考虑地平面上的合成场强。直流线路 由于离子流的存在，使得同一条线路下方的合成电场强度随着离开地面距离的 增加而减小，在地平面的合成场强高于地面以上的合成场强。 对于磁场强度，目前没有国家专门制定标准对直流线路磁场予以限制。国 际非电离辐射防护委员会( i c n i r p ) 建议1 h z 以下磁场的公众暴露限值取 4 0 r o t 【2 们。8 0 0 k v 特高压直流输电线路的线路下方距1 5 m 高度的磁场强度的最 大值为4 1 9 3 u t ，远远小于i c n i r p 建议的公众暴露限值。对这一水平的磁场， 人们早己习惯，不会影响人的健康。 对于直流输电线路的无线电干扰和可听噪声距地面1 5 m 高度处比地面大， 但相差不多，只有约0 4 d b 。无线电干扰和可听噪声在大雨天时比晴天时低。雨 天时导线的起晕场强比晴天时低，导线周围的离子比晴天时的多；下雨初期， 导线表面离子浓度不大时，电晕放电比晴天时的稍强，下雨延续一段时间之后， 导线起晕场强进一步降低，导线表面离子增加，使得导线不规则的面都被较浓 的电荷包围，减小了电晕放电强度，使无线电干扰和可听噪声较晴天反而有所 减小。8 0 0 k v 的直流输电线路，在距离线路中一0 5 0 m 远的地方无线电干扰衰减 了约1 0 d b ，可听噪声衰减了约6 d b 。可听噪声以正极导线为中心横向对称分布。 在评价无线电干扰和可听噪声时，只要计算晴天时地面上的值就可以了。 以上分析可得，8 0 0 k v 特高压直流输电线路的电磁环境主要各因素是地面 合成电场、晴天时的无线电干扰和可听噪声。因此在分析线路参数的影响时，主 要考虑了线路参数变化对电磁环境的这几个方面的影响。 浙江大学硕士学位论文 3 3 影响4 - 8 0 0 k v 线路周围电磁环境的主要因素 3 3 1 极导线对地高度变化