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摘 要：导线表面电场强度取决于运行电压、子导线直径、分裂数、分裂间距、导线高度以及相间距离等。对±500kV直流线路导线表面电场强度进行计算，结果显示，导线表面电场强度受导线分裂根数、子导线直径的影响较大，导线高度和导线分裂间距影响较小。
关键词：高压直流输电线路；导线布置；表面电场强度；影响因素
Research on Effects of Conductor Arrangements on Surface Field Strength of Conductor in ± 500kV HVDC Transmission Line
Abstract： The surface field strength of a conductor depends on the running voltage， the diameter of sub-conductor， the number of bundled conductor， bundled wire pitch， The height of conductor， phase- to-phase distance， etc. The surface field strength of the conductor used in a ± 500kV HVDC Transmission Line is calculated. The result shows that the field strength is affected more by the number of bundled conductor and the diameter of sub-conductor and less by the height of the conductor and the bundled wire pitch.
Keywords： HVDC transmission line， Conductor Arrangements， surface field strength， effect factor
1 引言
超高压直流输电线路的导线表面电场强度大于起始电晕电场强度时输电线路导线上会发生电晕，导线表面电场强度过大会造成严重的电晕放电。电晕放电是产生无线电干扰、可听噪声、离子流和电晕损耗等电磁环境问题的主要原因。研究和降低导线表面电场强度可以控制导线发生电晕放电在一定范围内，减小输电线路电磁环境问题。导线表面电场强度取决于运行电压、子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度以及相间距离等。本文研究±500kV直流输电线路的子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度对导线表面电场强度的影响。
2 导线表面电场强度的计算
目前，导线表面电场强度的计算方法主要有马克特-门得尔法，逐次镜像法，模拟电荷法和美国电科院（EPRI）推荐的计算公式等。马克特-门得尔法特点是简洁明了且计算速度快，四分裂及以下导线精度较高，误差不大于2%，但计算四分裂以上导线时精度降低。逐次镜像法、模拟电荷法等数值方法可以较精确分析分裂导线表面及周围空间电场分布形态，精确度较高。
本文根据计算精度可以满足工程要求的逐次镜像法原理和计算公式编程进行计算。逐次镜像法的基本原理是，以维持各导线表面成等位面为边界条件，在各导线内逐次放置镜像电荷。这样多导线系统中每根导线上的分布电荷可被一系列的点电荷等效表示。每次镜像过程都使系统中每根导线的表面向等电位面趋近，当某次镜像后满足计算精度要求时镜像过程即可结束。
3 导线布置对导线表面电场强度的影响
本文计算导线采用4×ACSR-720/50mm2钢芯铝绞线，电压等级±500kV，子导线直径3.62cm，4分裂正方形布置，分裂间距45cm，导线对地高度17m。除分析条件变化外其余计算条件固定的情况下分别计算出导线上下两级导线的表面平均电场强度。
3.1子导线分裂根数的影响
子导线分裂根数从2～9根发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图1。导线分裂根数从二分裂增加到九分裂，导线表面最大场强从30～35kV/cm降至10～15kV/cm。导线表面最大电场强度随着子导线分裂根数的增加而降低。子导线分裂根数从2增加到3时比从3增加4时导线表面最大场强降幅要大。随着导线分裂数的增加导线表面最大场强随之减小，且减小幅度依次递减。
图1 分裂根数与导线表面电场关系图
3.2子导线直径的影响
子导线直径从2.4～4.8cm发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图2。导线表面最大场强随着子导线直径的增加而降低，且降幅较为均匀。子导线直径从2.4增加到4.8cm，导线表面最大场强从25～30kV/cm降至15～20kV/cm。
图2 子导线直径与导线表面电场关系图
3.3导线分裂间距的影响
子导线分裂间距从30～70cm发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图4。导线表面最大场强随着子导线分裂间距的增加而升高，升幅较小，导线表面最大场强在20～22.5kv/cm范围内发生变化。子导线分裂间距对导线表面电场强度的影响较小。
图4 分裂间距与导线表面电场关系图
3.4导线对地高度的影响
极导线对地高度从10～20m发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图5。导线表面最大场强随着极导线对地高度的升高而降低。极导线对地高度从10升高到20m，导线表面最大场强从20～22.5kv/cm降至17.5～20kv/cm。导线对地高度对导线表面电场强度的影响较小。
4 计算结果分析及结论
通过计算结果分析可以看出，子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度都对导线表面电场强度有一定影响。对导线表面最大电场强度影响较大的是导线分裂数和子导线直径，极导线对地高度和导线分裂间距影响较小。导线表面电场强度随着导线分裂根数、子导线直径的增加而降低；随导线分裂间距的增加而升高；随导线对地高度的升高而降低。■
参考文献
[1] 赵畹君，高压直流输电工程技术. 中国电力出版社，2004.
[2] DL 436-1991. 高压直流架空送电线路技术导则，1991.
[3] 刘振亚. 特高压电网[M]. 北京：中国经济出版社，2005.
[4] EPRI， HVDC Transmission Line Reference Book [M]， Califoria， EPRI， 1993
[5] M.P.Sarma， W.Janischewskyi. Electrostatic Field of a System of Parallel Cylindrical Conductors[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1969，88（7）：1069-1079
[6]邬 雄，输变电工程电磁环境影响及对策. 武汉高压研究所，2004
[7]吴桂芳. 我国±500kV 直流输电工程的电磁环境问题. 电网技术，2005，29（11）：5-8.
[8] 盛剑霓. 工程电磁场数值分析（第 l 版）. 西安交通大学出版社，1991.
[9]甘运良，卢铁兵. ±800kV 直流输电线路分裂导线表面电场强度计算.南方电网技术，2009.3.（6）.
[10] 倪光正，杨仕友，钱秀英等. 工程电磁场数值计算[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
关键词：高压直流输电线路；导线布置；表面电场强度；影响因素
Research on Effects of Conductor Arrangements on Surface Field Strength of Conductor in ± 500kV HVDC Transmission Line
Abstract： The surface field strength of a conductor depends on the running voltage， the diameter of sub-conductor， the number of bundled conductor， bundled wire pitch， The height of conductor， phase- to-phase distance， etc. The surface field strength of the conductor used in a ± 500kV HVDC Transmission Line is calculated. The result shows that the field strength is affected more by the number of bundled conductor and the diameter of sub-conductor and less by the height of the conductor and the bundled wire pitch.
Keywords： HVDC transmission line， Conductor Arrangements， surface field strength， effect factor
1 引言
超高压直流输电线路的导线表面电场强度大于起始电晕电场强度时输电线路导线上会发生电晕，导线表面电场强度过大会造成严重的电晕放电。电晕放电是产生无线电干扰、可听噪声、离子流和电晕损耗等电磁环境问题的主要原因。研究和降低导线表面电场强度可以控制导线发生电晕放电在一定范围内，减小输电线路电磁环境问题。导线表面电场强度取决于运行电压、子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度以及相间距离等。本文研究±500kV直流输电线路的子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度对导线表面电场强度的影响。
2 导线表面电场强度的计算
目前，导线表面电场强度的计算方法主要有马克特-门得尔法，逐次镜像法，模拟电荷法和美国电科院（EPRI）推荐的计算公式等。马克特-门得尔法特点是简洁明了且计算速度快，四分裂及以下导线精度较高，误差不大于2%，但计算四分裂以上导线时精度降低。逐次镜像法、模拟电荷法等数值方法可以较精确分析分裂导线表面及周围空间电场分布形态，精确度较高。
本文根据计算精度可以满足工程要求的逐次镜像法原理和计算公式编程进行计算。逐次镜像法的基本原理是，以维持各导线表面成等位面为边界条件，在各导线内逐次放置镜像电荷。这样多导线系统中每根导线上的分布电荷可被一系列的点电荷等效表示。每次镜像过程都使系统中每根导线的表面向等电位面趋近，当某次镜像后满足计算精度要求时镜像过程即可结束。
3 导线布置对导线表面电场强度的影响
本文计算导线采用4×ACSR-720/50mm2钢芯铝绞线，电压等级±500kV，子导线直径3.62cm，4分裂正方形布置，分裂间距45cm，导线对地高度17m。除分析条件变化外其余计算条件固定的情况下分别计算出导线上下两级导线的表面平均电场强度。
3.1子导线分裂根数的影响
子导线分裂根数从2～9根发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图1。导线分裂根数从二分裂增加到九分裂，导线表面最大场强从30～35kV/cm降至10～15kV/cm。导线表面最大电场强度随着子导线分裂根数的增加而降低。子导线分裂根数从2增加到3时比从3增加4时导线表面最大场强降幅要大。随着导线分裂数的增加导线表面最大场强随之减小，且减小幅度依次递减。
图1 分裂根数与导线表面电场关系图
3.2子导线直径的影响
子导线直径从2.4～4.8cm发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图2。导线表面最大场强随着子导线直径的增加而降低，且降幅较为均匀。子导线直径从2.4增加到4.8cm，导线表面最大场强从25～30kV/cm降至15～20kV/cm。
图2 子导线直径与导线表面电场关系图
3.3导线分裂间距的影响
子导线分裂间距从30～70cm发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图4。导线表面最大场强随着子导线分裂间距的增加而升高，升幅较小，导线表面最大场强在20～22.5kv/cm范围内发生变化。子导线分裂间距对导线表面电场强度的影响较小。
图4 分裂间距与导线表面电场关系图
3.4导线对地高度的影响
极导线对地高度从10～20m发生变化时导线表面最大电场强度Emax的变化曲线如图5。导线表面最大场强随着极导线对地高度的升高而降低。极导线对地高度从10升高到20m，导线表面最大场强从20～22.5kv/cm降至17.5～20kv/cm。导线对地高度对导线表面电场强度的影响较小。
4 计算结果分析及结论
通过计算结果分析可以看出，子导线直径、导线分裂数、导线分裂间距、导线高度都对导线表面电场强度有一定影响。对导线表面最大电场强度影响较大的是导线分裂数和子导线直径，极导线对地高度和导线分裂间距影响较小。导线表面电场强度随着导线分裂根数、子导线直径的增加而降低；随导线分裂间距的增加而升高；随导线对地高度的升高而降低。■
参考文献
[1] 赵畹君，高压直流输电工程技术. 中国电力出版社，2004.
[2] DL 436-1991. 高压直流架空送电线路技术导则，1991.
[3] 刘振亚. 特高压电网[M]. 北京：中国经济出版社，2005.
[4] EPRI， HVDC Transmission Line Reference Book [M]， Califoria， EPRI， 1993
[5] M.P.Sarma， W.Janischewskyi. Electrostatic Field of a System of Parallel Cylindrical Conductors[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1969，88（7）：1069-1079
[6]邬 雄，输变电工程电磁环境影响及对策. 武汉高压研究所，2004
[7]吴桂芳. 我国±500kV 直流输电工程的电磁环境问题. 电网技术，2005，29（11）：5-8.
[8] 盛剑霓. 工程电磁场数值分析（第 l 版）. 西安交通大学出版社，1991.
[9]甘运良，卢铁兵. ±800kV 直流输电线路分裂导线表面电场强度计算.南方电网技术，2009.3.（6）.
[10] 倪光正，杨仕友，钱秀英等. 工程电磁场数值计算[M]. 北京：机械工业出版社，2004.