特高壓輸電線路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、摘 要輸電線路的安全距離是特高壓輸電線路設(shè)計(jì)過程中需要考慮的關(guān)鍵因素。本文總結(jié)并分析了國內(nèi)外特高壓輸電線路的相關(guān)研究成果，著重對(duì)輸電線路的對(duì)地安全距離進(jìn)行了研究。文中首先分別用幾種不同方法探討了各種不同的天氣對(duì)于輸電線路最大馳度的影響，在此基礎(chǔ)上提出了以“最大地面電場強(qiáng)度限值”作為我國交流特高壓線路導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則。進(jìn)而基于逐步鏡像法建立了特高壓架空線下空間電場的數(shù)學(xué)模型，并以不同的電場控制指標(biāo)來滿足特定區(qū)域地面的控制要求，通過計(jì)算確定了1000kv級(jí)交流特高壓單回和同塔雙回輸電線路導(dǎo)線在特定區(qū)域下的最小對(duì)地距離。探討了線路相間距離、運(yùn)行電壓、導(dǎo)體布置形式、分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和雙回路相序布

2、置方式等因素對(duì)導(dǎo)線最小對(duì)地距離取值的影響規(guī)律。關(guān)鍵詞：特高壓輸電線路；最大馳度；工頻電場；對(duì)地距離abstractthe safe distance of the transmission line is a key factor to consider in the design process of the uhv transmission lines. this paper summarizes and analyzes the related research outcomes of the uhv transmission lines at home and abroad, and

3、focuses on the safe distance of the transmission line to the ground. first, this article investigates a variety of weather impact for maximum relaxation of the transmission line in several different ways, on this basis; we make chinas uhv ac transmission line to the maximum surface electric field st

4、rength limits as the principle of a minimum conductor-to-ground distance selection. and then establish the mathematical model of the space electric field, which was based on the step-by-step method of mirror, under the uhv transmission line, and meet region-specific ground control requirements in di

5、fferent electric field control targets, calculate and determine the minimum distance of the 1000kv level uhvac single back and the same tower back transmission line in specific areas. this article investigate the influence of the line distance, operating voltage, conductor arrangement, the structure

6、 of the split line, and the phase sequence arrangement of the double-loop line.keywords: uhv transmission lines; maximum relaxation; frequency electric field; distance from the ground目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 特高壓輸電線路發(fā)展的背景與前景11.1.1 國內(nèi)外特高壓研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀11.1.2 特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)21.1.3 特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用范圍及經(jīng)濟(jì)性分析。21.1.4 當(dāng)前發(fā)

7、展特高壓需要注意的幾個(gè)技術(shù)問題31.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和論文完成的主要工作51.2.1 設(shè)計(jì)的任務(wù)51.2.2 設(shè)計(jì)的主要工作5第2章 導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則62.1 國外導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則62.2 國內(nèi)導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則72.3 小結(jié)8第3章 架空導(dǎo)線發(fā)生最大弛度的氣象條件確定103.1 判斷輸電線路最大馳度的方法103.1.1 直接比較法103.1.2 比載法123.1.3 溫度法153.1.4 應(yīng)力法163.2 不同氣象條件下不同檔距時(shí)的最大弧垂和最大電場比較19第4章 1oookv級(jí)交流特高壓輸電線下工頻電場的數(shù)學(xué)模型234.1特高壓輸電線路模型建立的假設(shè)條件234.2

8、 交流特高壓輸電線下空間電場的數(shù)學(xué)模型234.2.1 單位長度導(dǎo)線上等效電荷的計(jì)算244.2.2 計(jì)算由相架空線路產(chǎn)生的空間電場25第5章 滿足地面電場限值的導(dǎo)線最小對(duì)地距離295.1 交流特高壓輸電線路的基本模型295.1.1 同塔單回路295.1.2 同塔雙回路315.2 確定交流特高壓輸電線路的導(dǎo)線最小對(duì)地距離32第6章 影響導(dǎo)線最小對(duì)地距離取值的主要因素346.1 特高壓線路運(yùn)行電壓的影響346.2 相間距離的影響366.3 分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)尺寸的影響396.4 導(dǎo)體布置形式的影響406.5 雙回路相序布置方式的影響對(duì)于交流特高壓同塔雙回線路41第7章 結(jié)論42致 謝45第1章 緒論1.1

9、 特高壓輸電線路發(fā)展的背景與前景 1.1.1 國內(nèi)外特高壓研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀特高壓交流電網(wǎng)具有長距離、大容量和低損耗的送電能力,是適應(yīng)未來電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)的輸電方式。在世界上，美、蘇、日、意等國于60 年代開始研究10001200kv 特高壓交流輸電技術(shù)，建設(shè)了試驗(yàn)室及1km 長的試驗(yàn)線路。前蘇聯(lián)在19811994年共建成1150kv 輸電線路2364km，其中?；退箞D茲科克切塔夫庫斯坦奈線路長900km，于1985 年開始按1150kv 設(shè)計(jì)電壓運(yùn)行，前蘇聯(lián)解體后，輸電容量大幅度減少，降壓為 500kv 運(yùn)行。日本東京電網(wǎng)在建設(shè)由福島和柏崎刈羽的核電站向東京地區(qū)供電時(shí)，因輸電走廊布置困難，限制5

10、00kv 短路電流，經(jīng)詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證后決定采用1000kv 電壓等級(jí)的特高壓交流輸電方式，建設(shè)（福島）南磐城新今市西群馬（長239km）、柏崎刈羽西群馬（110km）、西群馬東京東山黎（138km）等三條1000kv 同桿并架雙回路輸電線路向東京電網(wǎng)送電，并與電廠投產(chǎn)初期已建成的多回500kv 線路并列運(yùn)行。60 年代意大利規(guī)劃在南部建設(shè)大容量核電站向北部負(fù)荷中心地區(qū)供電，后又由于各種原因而停止建設(shè)。70 年代美國也曾規(guī)劃建設(shè)特高壓輸電線路，但因復(fù)合增長較慢因而暫時(shí)停止了特高壓輸電技術(shù)的試驗(yàn)研究工。20 世紀(jì)80年代我國開始對(duì)特高壓輸電技術(shù)的研究。在2004年國家電網(wǎng)公司曾明確提出了以1

11、000 kv交流和800 kv直流特高壓電網(wǎng)建設(shè)作為國家“堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”的核心內(nèi)容的戰(zhàn)略目標(biāo)。圍繞這一目標(biāo)，我國以國家電網(wǎng)公司為龍頭的研究隊(duì)伍，充分借鑒國內(nèi)外已有研究成果，分別以“晉東南南陽荊門”和“四川向家壩上海奉賢”的交直流輸電線路示范性工程為重要內(nèi)容，全面系統(tǒng)地開展了特高壓關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了多項(xiàng)重大突破，建立了目前世界上實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ顝?qiáng)、技術(shù)水平最高的特高壓實(shí)驗(yàn)研究體系，并研究形成了一系列特高壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中特高壓1100kv 電壓被國際電工委員會(huì)和國際大電網(wǎng)組織推薦為國際標(biāo)準(zhǔn)電壓。目前，我國的特高壓交流輸電技術(shù)及其應(yīng)用已處于世界先進(jìn)水。 1.1.2 特高壓電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo) (1)大容量、遠(yuǎn)距離

12、從發(fā)電中心向負(fù)荷中心輸送電能。 (2)超高壓電網(wǎng)之間的強(qiáng)互聯(lián)，形成堅(jiān)強(qiáng)的互聯(lián)電網(wǎng)，目的是更有效的利用整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)各種可以利用的發(fā)電資源，提高互聯(lián)的各個(gè)電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。 (3)在已有的、強(qiáng)大的超高壓電網(wǎng)之上覆蓋一個(gè)特高壓輸電網(wǎng)，目的是把送端和受端之間大容量輸電的主要任務(wù)從原來超高壓輸電轉(zhuǎn)到特高壓輸電上來，以減少超高壓輸電的距離和網(wǎng)損，使整個(gè)電力系統(tǒng)能繼續(xù)擴(kuò)大覆蓋范圍，并更經(jīng)濟(jì)、更可靠運(yùn)行。 1.1.3 特高壓輸電技術(shù)的應(yīng)用范圍及經(jīng)濟(jì)性分析。由上述分析可見，采用特高壓交流輸電方式主要是為了滿足電網(wǎng)發(fā)展大容量中、長距輸電工程的需要，并可解決輸電走廊布置困難、短路容量受限等問題，其適應(yīng)范圍包括：特

13、高壓輸電相比于超高壓輸電，在增加輸電距離、發(fā)揮聯(lián)網(wǎng)效益、節(jié)省工程投資、提高電價(jià)競爭力等方面具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。這主要表現(xiàn)在：（1）在沿線有降壓供電需要的大容量遠(yuǎn)距離輸電時(shí)可以進(jìn)行更長距離的輸電，如前蘇聯(lián)的哈薩克斯坦歐洲輸電工程。從技術(shù)上講，500kv 超高壓交流輸電受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，輸電距離一般不超過1000km，經(jīng)濟(jì)輸送距離為300500km，而1000kv 交流輸電距離可以達(dá)到10002000km。輸送功率相同的情況下，1000kv 交流特高壓線路的最遠(yuǎn)送電距離可以達(dá)到500kv超高壓線路經(jīng)濟(jì)距離的4 倍，800kv 直流輸電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)輸電距離可達(dá)到2500km 及以上。（

14、2）用作兩大電網(wǎng)間的大容量聯(lián)網(wǎng)輸電干線，能夠發(fā)揮巨大的聯(lián)網(wǎng)效益。可用于用電密集、輸電走廊布置困難的500kv電網(wǎng)的中距離大容量輸電，同時(shí)改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如日本東京電網(wǎng)；在我國，以華中電網(wǎng)為例，該電網(wǎng)水電比例較高，約占40，華北電網(wǎng)火電比例則達(dá)97。通過交流特高壓聯(lián)合運(yùn)行，一是可以消納華中富余的水電，最大限度地減少棄水；二是能夠取得華北向華中輸送煤電的效益；三是能夠獲得更大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)效益，主要是減少裝機(jī)的容量效益。（3）節(jié)省工程投資。據(jù)測算，在輸送同容量條件下，特高壓交流輸電與超高壓輸電相比，節(jié)約導(dǎo)線材料約一半，節(jié)省鐵塔用材約2/3，1000kv 交流輸電的單位輸送容量綜合造價(jià)約為500kv 超高壓

15、的73；800 千伏直流輸電的單位輸送容量綜合造價(jià)約為500kv 超高壓直流的72。（4）特高壓工程具有電價(jià)競爭力。從全國范圍來看，各負(fù)荷中心地區(qū)無論是通過特高壓交流電網(wǎng)從晉、陜、蒙、寧煤電基地購電，還是通過特高壓直流工程從水電基地或呼盟煤電基地購電，都比從本地購電更為便宜。 1.1.4 當(dāng)前發(fā)展特高壓需要注意的幾個(gè)技術(shù)問題 (1) 要積極制定特高壓輸電技術(shù)的長遠(yuǎn)研究開發(fā)計(jì)劃，特別要注意特高壓輸電技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)工作。基礎(chǔ)研究是特高壓輸電的基礎(chǔ)，必須高度重視，一方面要加大人力財(cái)力物力的投入，另外還要加強(qiáng)人才的培養(yǎng)，還要從制度上確?；A(chǔ)研究的積極性和可持續(xù)性。 (2) 要注意過電壓和絕緣配合。在特

16、高壓輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，將承受故障沖擊、操作沖擊、雷電沖擊等引起的過電壓。因此，通過對(duì)過電壓與絕緣配合進(jìn)行研究，選擇正確和經(jīng)濟(jì)的方式降低設(shè)備的過電壓水平和絕緣水平，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行是十分重要的。另外，操作波特性對(duì)特高壓設(shè)備尺寸、造價(jià)影響較大，若出現(xiàn)飽和效應(yīng)更會(huì)非線性增加尺寸，使造價(jià)過高，因此要盡量避免這種情況。 (3) 加大輸電線周圍電磁環(huán)境的研究。輸電線路對(duì)人體及動(dòng)植物能夠造成影響的主要電氣現(xiàn)象是電場效應(yīng)，而國內(nèi)外大量試驗(yàn)表明，此種效應(yīng)只有當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到50kv/m 以上時(shí)，才能顯露出來。事實(shí)上。無論是500kv 線路或是特高壓線路走廊內(nèi)的地面電場強(qiáng)度要比引起動(dòng)植物反應(yīng)的場強(qiáng)低得多。地面場強(qiáng)主

17、要靠控制導(dǎo)線對(duì)地高度來實(shí)現(xiàn)。一般地，將特高壓線路地面場強(qiáng)控制在1012kv/m 以下時(shí)，人們是可以接受的。在1000kv 交流特高壓輸電線路電磁環(huán)境問題方面，其主要涉及到工頻磁場、工頻電場、無線電干擾和可聽噪聲等幾個(gè)方面，雖然已經(jīng)有部分研究成果應(yīng)用于晉東南、南陽、荊門試驗(yàn)示范工程，但是對(duì)于降低可聽噪聲、減小電暈損耗以及無線電干擾的措施尚需進(jìn)一步研究。在特高壓輸電線路和變電站方面，采用合理的相導(dǎo)線結(jié)構(gòu)和布置方式，產(chǎn)生的生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)不會(huì)對(duì)人體和其他動(dòng)植物構(gòu)成危害。 (4) 正確選擇特高壓的輸電技術(shù)。特高壓交流輸電和特高壓直流輸電方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。特高壓交流輸電供電方式靈活、沿途可以落點(diǎn)分布，形成

18、多端電力網(wǎng)；但需考慮落點(diǎn)距離和落點(diǎn)支撐能力，以及故障情況下的功率轉(zhuǎn)移及穩(wěn)定問題，而且只能實(shí)現(xiàn)同步聯(lián)網(wǎng)。特高壓直流輸電無穩(wěn)定問題，輸電距離長、不需無功補(bǔ)償、輸送能力僅受導(dǎo)線最高溫度的限制以及不存在大量潮流過網(wǎng)問題，還可以實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)；但是特高壓直流輸電網(wǎng)的中間落點(diǎn)困難，而且兩端換流站外側(cè)還需要配套相當(dāng)電壓等級(jí)的交流輸變電設(shè)備。特高壓電壓等級(jí)的選擇涉及到我國電網(wǎng)的戰(zhàn)略布局，它的確定直接影響系統(tǒng)主網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及未來的發(fā)展。因此必須全面綜合考慮，顧及制造、施工、運(yùn)行管理及全國的整體經(jīng)濟(jì)效益。1.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和論文完成的主要工作 1.2.1 設(shè)計(jì)的任務(wù) 本文的主要任務(wù)是通過對(duì)正常運(yùn)行的特高壓輸電線路進(jìn)行

19、研究，在不同的氣象條件下討論各種不同的耐張段中，產(chǎn)生最大馳度的氣象條件，為定位模板的制做及檢查架空線路對(duì)地距離提供氣象依據(jù)，并在此氣象條件基礎(chǔ)上對(duì)輸電線路下方的電場分布情況進(jìn)行研究，得到在特定電場控制值時(shí)的導(dǎo)線最小對(duì)地安全距離。 1.2.2 設(shè)計(jì)的主要工作（1）基于不同的方法對(duì)氣象條件進(jìn)行研究，根據(jù)特定區(qū)域確定導(dǎo)線產(chǎn)生最大馳度時(shí)的氣象條件；（2）建立輸電線路的數(shù)學(xué)模型，用二元法對(duì)輸電線路所產(chǎn)生的電磁場進(jìn)行研究，在特定的電場控制值下求得輸電線路的最小對(duì)地距離；第2章 導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則2.1 國外導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則隨著輸電電壓等級(jí)的不斷提高，電磁環(huán)境問題對(duì)輸電工程的建設(shè)的中影響越

20、來越大，尤其是由輸電線路周圍的工頻電場引起的靜電效應(yīng)問題已經(jīng)變得越來越突出，已經(jīng)成為制約特高壓輸電線路進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙之一。因此，在更高電壓等級(jí)輸電線路的設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取除要考慮正常的電氣絕緣強(qiáng)度外，還要考慮電場強(qiáng)度這一重要因素。國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)38.04工作組在1994年發(fā)表了一份關(guān)于世界特高壓技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的調(diào)研報(bào)告，其中指出“電場強(qiáng)度是決定特高壓線路導(dǎo)線離地最小高度的主要因素”，并且統(tǒng)計(jì)了擁有特高壓線路的國家對(duì)架空導(dǎo)線最小對(duì)地距離的取值。要確定合理的最小對(duì)地距離以得到安全可靠的地面電磁場強(qiáng)度，即對(duì)輸電線路允許的地面電場強(qiáng)度的限制,應(yīng)主要考慮人們?cè)诓煌攸c(diǎn)的

21、活動(dòng)情況可能受到的電場作用的性質(zhì),規(guī)定相應(yīng)的場強(qiáng)值,使得其對(duì)人的影響控制在可接受的范圍以內(nèi)。各國規(guī)定電場限值的目的主要有：（1）.防止引起不適的暫態(tài)電擊；（2）.防止穩(wěn)態(tài)電擊電流大于擺脫電流；（3）.限制引起有害的生態(tài)效應(yīng)；蘇聯(lián)在無人居住的區(qū)域確定導(dǎo)線距離地面的最小高度為18 m，以保證導(dǎo)線下的最大電場強(qiáng)度在15 kvm的標(biāo)準(zhǔn)水平以下；日本在無人居住的地區(qū)確定導(dǎo)線距離地面的最小高度為32 m，在有人居住的地區(qū)則為42 m。以便在上述輸電線路下的電場強(qiáng)度低于5 kvm和3 kvm。表 2-1 國外特高壓運(yùn)行控制值國家運(yùn)行電壓/kv最小高度/m應(yīng)用地區(qū)控制場強(qiáng)kv/m蘇聯(lián)115018非居民區(qū)15日

22、本100032非居民區(qū)542居民區(qū)32.2 國內(nèi)導(dǎo)線最小對(duì)地距離的選取原則根據(jù)我國架空輸電線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，330 kv及以下線路其對(duì)地距離均由絕緣安全距離來確定，而500 kv及以上線路由產(chǎn)生靜電效應(yīng)的地面電場強(qiáng)度起控制作用。 （1）按照地面最大電場強(qiáng)度10 kvm的限制標(biāo)準(zhǔn)，我國110500kv架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)定：500 kv線路在非居民區(qū)導(dǎo)線對(duì)地面最小距離為11 m(水平布置)和10.5 m(三角布置)。（2）1000kv交流輸電線路導(dǎo)線對(duì)地面的距離除要考慮正常的絕緣水平外，還要考慮靜電場強(qiáng)、合成場強(qiáng)的影響。線路設(shè)計(jì)中采用的各種對(duì)地及交叉跨越間隙值，按其取值原則，可分為三大類：

23、.由電場強(qiáng)度決定的距離； .由電氣絕緣強(qiáng)度決定的距離； .由其他因素決定的距離；第類距離主要是為避免輸電線路與其他部門設(shè)施之間的影響，如車輛行駛時(shí)電力線桿塔對(duì)司機(jī)視線的阻擋、電力線倒塔時(shí)對(duì)其他設(shè)施造成危害等。在現(xiàn)行線路設(shè)計(jì)規(guī)程中，其取值大多與電壓等級(jí)無關(guān)，相關(guān)部門亦已認(rèn)可，故基本上沿用規(guī)程的值。個(gè)別與電壓等級(jí)相關(guān)的距離，按各電壓等級(jí)取值的級(jí)差遞增取值。（3）居民區(qū)、非居民區(qū)最小對(duì)地距離取值1000kv交流輸電線路導(dǎo)線對(duì)地面的距離主要由電場效應(yīng)決定，按公眾及交通工具可能到達(dá)的頻繁程度分類。在不同的分類場所，取不同的場強(qiáng)要求和標(biāo)準(zhǔn)，并綜合考慮最大地面場強(qiáng)出現(xiàn)的概率等因素取值。2.3 小結(jié)據(jù)國外對(duì)輸

24、電線路場強(qiáng)限值的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，各國或電力公司的情況是不相同的，但是仍然有較一致的地方：跨越公路取；跨越農(nóng)田取。結(jié)合國內(nèi)外直流超高壓、特高壓輸電線路下電場限制值的研究成果，確定交流高壓架空輸電線下地面處電場強(qiáng)度、離子流密度控制值取值如下： （1）對(duì)于一般非居民地區(qū)（如跨越農(nóng)田），靜電場強(qiáng)限定在，合成場強(qiáng)限定在雨天，晴天，離子流密度限定在雨天，晴天。（2）對(duì)于居民區(qū)，靜電場強(qiáng)限定在，合成場強(qiáng)限定在雨天，晴天，離子流密度限定在雨天，晴天。交流1000kv導(dǎo)線最小對(duì)地距離居民區(qū)取27m，非居民區(qū)取22m，人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作區(qū)取19m。（3）對(duì)于人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作地區(qū)，靜電場強(qiáng)限定在12 kv/m，合成

25、場強(qiáng)限定在雨天，晴天，離子流密度限定在雨天，晴天。1000kv特高壓輸電線路在交通困難地區(qū)，地面最大電場強(qiáng)度按左右控制，1000kv特高壓輸電線路對(duì)于步行可達(dá)到的山坡，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離取13m；對(duì)于步行不可達(dá)到的山坡、峭壁、巖石，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離取11m，結(jié)合最小對(duì)地距離計(jì)算結(jié)果，綜合考慮以上各種因素，按現(xiàn)今的研究成果，海拔1000m以上地區(qū)按海拔每增加1000m對(duì)地距離增加0.6m進(jìn)行修正。第3章 架空導(dǎo)線發(fā)生最大弛度的氣象條件確定3.1 判斷輸電線路最大馳度的方法在正常運(yùn)行的輸電線路中，為確保線路運(yùn)行安全可靠，導(dǎo)線與地面的距離要滿足安全距離的要求，氣象條件的不同，線路中的同一檔距也

26、會(huì)有不同的松弛度，為使線路能安全運(yùn)行，要使線的弛度在所有可能的氣象條件下都能滿足對(duì)地面的安全距離要求；在線路設(shè)計(jì)制作定位模板時(shí)，也需要確定產(chǎn)生最大弛度的氣象條件。本章的主要任務(wù)就是討論各種不同的耐張段中，產(chǎn)生最大馳度的氣象條件，為定位模板的制做及檢查架空線路對(duì)地距離提供氣象依據(jù)。在最大弛度時(shí)，導(dǎo)線對(duì)地距離最小，如果導(dǎo)線最大馳度時(shí)對(duì)地距離符合要求，那么其它氣象條件下也一定會(huì)滿足要求。哪些氣象條件下可能產(chǎn)生最大弛度呢?整條線路會(huì)在同一氣象條件下產(chǎn)生最大馳度嗎?本章目的就是要探討這一問題。一般認(rèn)為最大弛度可能在最高氣溫或覆冰氣象條件下產(chǎn)生，具體是最高氣溫還是覆冰氣象條件產(chǎn)生最大馳度就需要按照一定的方

27、法進(jìn)行判斷。分述如： 3.1.1 直接比較法o圖 3-1 輸電線路馳度示意圖對(duì)于如圖3-1所示的線路，在某一確定的耐張段中的檔距產(chǎn)生最大馳度的氣象條件判斷方法如下：先算出最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線弛度為 (3-1)再算出覆冰時(shí)的導(dǎo)線弛度為 (3-2)式中，最高氣溫時(shí)導(dǎo)線的比載 可計(jì)算或查表得此數(shù)值，覆冰時(shí)導(dǎo)線的比載 可計(jì)算或查表得此數(shù)值，最高氣溫時(shí)導(dǎo)線的應(yīng)力 可從導(dǎo)線的機(jī)械特性曲線上查得，覆冰時(shí)導(dǎo)線的應(yīng)力 可從導(dǎo)線的機(jī)械特性曲線上查得， 檔距值 線路的明細(xì)表及平斷面圖中有此數(shù)據(jù)因?yàn)槭峭粰n距的弛度，所以兩式中的檔距是同一值，故判別與的大小，只要判別與中哪個(gè)比值大一些就行了，當(dāng)時(shí)，最大弛度發(fā)生在覆冰；當(dāng)時(shí)

28、，最大弛度發(fā)生在最高氣溫?？梢钥闯觯河弥苯颖容^法判別線路中某一檔距發(fā)生最大弛度的氣象條件簡單明了，但對(duì)整條線路進(jìn)行判別時(shí)，會(huì)很不方便。 3.1.2 比載法設(shè)：對(duì)某一代表檔距，在覆冰氣象條件下，當(dāng)比載為時(shí)的導(dǎo)線弛度正好等于最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線弛度。則有：最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線弛度為 (3-3)覆冰時(shí)的導(dǎo)線弛度為 (3-4)因?yàn)閮烧叱诙认嗟?，故有?(3-6)將這兩種氣象條件的參數(shù)代入導(dǎo)線的狀態(tài)方程式得 (3-7) (3-8) （3-9）式（3-9）中：使導(dǎo)線弛度與最高氣溫時(shí)的導(dǎo)線弛度相等的、覆冰時(shí)的導(dǎo)線比載；：最高氣溫時(shí)的空氣溫度； ：最高溫度時(shí)導(dǎo)線的水平應(yīng)力；：覆冰時(shí)的空氣溫度； ：導(dǎo)線的熱彩脹系數(shù)；：

29、導(dǎo)線的彈性伸長系數(shù)； ：耐張段的代表檔距；對(duì)于已知的耐張段，可根據(jù)該耐張段的代表檔距從導(dǎo)線的機(jī)械特性曲線上得到最高溫度時(shí)的應(yīng)力值，將、分別代入式（3-9）中，可算出值。再將覆冰時(shí)的比載與進(jìn)行比較：若，則最大弛度發(fā)生在最高氣溫氣象條件。線路全線的判別（1）首先確定全線可能出現(xiàn)的代表檔距范圍(例如：從到)，從導(dǎo)線機(jī)械特性曲線上查出最高氣溫時(shí)，可能出現(xiàn)的代表檔距范圍的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力；（2）分別將和代入可分別得到和和；（3）將覆冰時(shí)比載分別與和相比較：當(dāng)時(shí)，最大垂直弧垂發(fā)生在覆冰無風(fēng)氣象條件；當(dāng)時(shí)，最大弛度發(fā)生在最高氣溫氣象條件；由于，則需進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，分析如下：由于，則最大弛度發(fā)燕在最高氣溢

30、氣象條停；若時(shí)，最大垂直弧垂發(fā)生在最高氣溫氣象條件；當(dāng)時(shí)，最大馳度發(fā)生在覆冰無風(fēng)氣象條件；當(dāng)時(shí)，則需進(jìn)行進(jìn)一步的判別，判別方法與“比載法”很類似，不再重復(fù)。 3.1.4 應(yīng)力法設(shè)：線路中的某個(gè)耐張段的代表檔距，覆冰氣象條件下導(dǎo)線應(yīng)力為時(shí)，同一檔的弛度正好與最高氣溫時(shí)的弛度相等，即有代入狀態(tài)方程式：得：(3-16)：覆冰氣象條件下，使線路中的弛度正好與最高氣溫時(shí)的弛度相等導(dǎo)線應(yīng)力，顯而易見，當(dāng)覆冰時(shí)的應(yīng)力為時(shí)，覆冰時(shí)的弛度正好等于最高溫度時(shí)的弛度。與覆冰及最高氣溫時(shí)的比載及溫度有關(guān)，當(dāng)已知覆冰及最高氣溫時(shí)的比載及溫度后，就可以算出值。顯而易見，當(dāng)覆冰時(shí)的應(yīng)力為時(shí)，覆冰時(shí)的馳度正好等于最高溫度時(shí)的

31、弛度，在導(dǎo)線的機(jī)械特性曲線上做出的圖形，有三種可能的情況： 當(dāng) ，因?yàn)椋诙扰c應(yīng)力成反比，所以最大弛度發(fā)生在覆冰氣象條件下；（2）如圖3-3，當(dāng)線在覆冰應(yīng)力曲線下方，并且也沒有相交點(diǎn)，這時(shí)，則最大弛度發(fā)生在最高氣溫氣象條件下；（3）如圖3-4，線與覆冰應(yīng)力曲線交相交，相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的代表檔距為，當(dāng)時(shí)，則最大弛度發(fā)生在最高氣溫氣象條件下。綜上所述，判斷導(dǎo)線最大弛度發(fā)生的氣象條件共有4種方法，直接比較法很直觀，便于理解，易于使用，當(dāng)要判別某一特定檔距導(dǎo)線對(duì)被交叉跨越凈空距離時(shí)，可用此法確定產(chǎn)生最大弛度的氣象條件。比載法、溫度法、應(yīng)力法可用于判別整條線路所有可能出現(xiàn)的代表檔距所對(duì)應(yīng)的耐張段中出現(xiàn)最大弛度

32、的氣象條件，一般在線路設(shè)計(jì)中制作定位模板時(shí)使用。當(dāng)整條線路不在同一氣象條件下產(chǎn)生最大弛度時(shí)，用比載法、溫度法判別需根據(jù)代表檔距的范圍分段判別，此時(shí)用應(yīng)力法判斷的話，就會(huì)顯得更全面更直觀些。對(duì)同一條線路。四種方法判別的結(jié)果是一致的。3.2 不同氣象條件下不同檔距時(shí)的最大弧垂和最大電場比較在上述各種方法中，本文僅對(duì)單一氣象條件進(jìn)行了考慮，而一般架空輸電線路運(yùn)行中的實(shí)際氣象是風(fēng)、覆冰、氣溫等氣象參數(shù)的不同組合，本文針對(duì)已有科研機(jī)構(gòu)根據(jù)我國不同地區(qū)的氣象情況和高壓輸電線路多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),適當(dāng)歸并原有線路設(shè)計(jì)規(guī)程中的典型氣象區(qū)簡化為3 種適用于我國大多數(shù)地區(qū)超、特高壓線路計(jì)算的風(fēng)冰組合條件 ,主要?dú)庀髷?shù)

33、據(jù)見表3-：表 3-1 氣象數(shù)據(jù)表氣象區(qū)123大氣溫度最高404040最低-10-40-15覆冰-5-5-5最大風(fēng)速10-515年平均15-5-15風(fēng)速最大風(fēng)速303235覆冰101010覆冰厚度10105氣象區(qū)1主要適用于川渝、華中、華東和華北部分地區(qū)；氣象區(qū)2主要適用于華北和東北地區(qū)；氣象區(qū)3主要適用于沿海地區(qū)。設(shè)輸電線在任何氣象條件下均正常運(yùn)行,由比載法和應(yīng)力法可得當(dāng)檔距350m 時(shí),氣象區(qū)1的控制條件為最大覆冰,氣象區(qū)2和氣象區(qū)3的控制條件均為年平均溫度。圖3-53-7顯示不同氣象區(qū)在不同典型氣象條件下的線路最大弧垂隨檔距變化的情況。不同典型氣象條件下的線路最大弧垂隨檔距變化的情況。圖

34、 3-5 氣象區(qū)1的最大弧垂變化圖 3-6 氣象區(qū)2的最大弧垂變化圖3-7 氣象區(qū)3的最大弧垂變化由圖3-53-7 可以分析出:（1) 在氣象區(qū)1,對(duì)于相同l 的輸電線,氣溫最高時(shí)線路最大、氣溫最低時(shí)線路最小。最大風(fēng)速、最大覆冰時(shí)的s比較接近,年平均氣溫下的數(shù)值稍小一些。（2) 在氣象區(qū)2,對(duì)于相同的輸電線,仍然表現(xiàn)為氣溫最高時(shí)最大,氣溫最低時(shí)最小,由于低溫達(dá) ,因此更小。可見溫度對(duì)于場強(qiáng)具有顯著的影響。此外, 依最大覆冰、最大風(fēng)速、年平均氣溫順序依次減小。（3) 在氣象區(qū)3,最大風(fēng)速氣象條件下風(fēng)速大且氣溫高,其輸電線與最高溫度條件下的基本相等;氣溫最低時(shí)線路最小;由于覆冰并不嚴(yán)重,最大覆冰條

35、件下的略小于年平均氣溫下的數(shù)值。（4) 3個(gè)氣象區(qū)均表現(xiàn)出,隨著l 的增大,輸電線路按線性規(guī)律增大。當(dāng) = 500 m 時(shí),最高氣溫下的線路均超過17 m ,即最低導(dǎo)線離地距離小于18 m。和的進(jìn)一步增大,將不利于絕緣安全。（5) 在350500 m 內(nèi),隨著l 的增大,基本上按線性規(guī)律增大。因此,需綜合考慮不同地區(qū)的氣象條件、電場強(qiáng)度的限值要求以及絕緣安全等因素,選擇適當(dāng)?shù)妮旊娋€檔距。第4章 1oookv級(jí)交流特高壓輸電線下工頻電場的數(shù)學(xué)模型4.1特高壓輸電線路模型建立的假設(shè)條件由上可知，在大部分氣象條件下，導(dǎo)線對(duì)地高度的最小距離出現(xiàn)在溫度最高時(shí)(即炎熱夏季線路滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)檔距中央的對(duì)地高度

36、)。又1000 kv級(jí)特高壓輸電線路為三相交流，各種線路情況及沿線電荷分布均不同，若要精確計(jì)算則非常復(fù)雜且無此必要，為了便于實(shí)際工程中的分析與計(jì)算，對(duì)特高壓架空輸電線路模型做以下簡化和處理：(1) 大地為無窮大導(dǎo)體平面，電位為零；(2) 輸電導(dǎo)線是有著相同半徑、彼此間相互平行且與地面平行的無限長光滑圓柱形導(dǎo)體； (3) 電壓等級(jí)已知，電荷分布沿線路無畸變，即不考慮線路電壓降落，并且忽略鐵塔、橫擔(dān)和周圍鄰近物體的影響。經(jīng)上述假定，特高壓輸電線下空間電場問題可簡化為二維交變電場問題，在工頻條件下可作為二維靜電場問題進(jìn)行分析。 4.2 交流特高壓輸電線下空間電場的數(shù)學(xué)模型本文是基于逐步鏡像法建立的空

37、間電場數(shù)學(xué)模型，其理論依據(jù)是場的唯一性定理：即把導(dǎo)體表面不均勻且連續(xù)分布的電荷用其內(nèi)部一組鏡像電荷來代替，如果這組電荷能滿足原來給定的邊界條件，就可以用其求出全場域的解，而對(duì)空間每一點(diǎn)的場強(qiáng)，可以同時(shí)用4個(gè)參數(shù)來表征：場強(qiáng)的水平分量和相角、場強(qiáng)的垂直分量和相角、場強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)矢量最大值和方向角、場強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)矢量最小值和方向角。 4.2.1 單位長度導(dǎo)線上等效電荷的計(jì)算(1) 確定輸電線路中各相導(dǎo)線和地線的幾何位置：在檔距中央垂直于線路方向取一截面，將垂直于導(dǎo)線的地面取作x軸，對(duì)對(duì)稱的單回線路取y軸通過中相，對(duì)雙回路線路取y軸通過兩回路的對(duì)稱軸,各相導(dǎo)線和地線的位置按此坐標(biāo)定位。(2) 根據(jù)交流三相(

38、或多相)分裂導(dǎo)線中每根子導(dǎo)線和地線的具體位置、尺寸和所加電壓，先用麥克斯韋電位系數(shù)法求出每根導(dǎo)線的電荷值為 (4-1)式（4-1）中為導(dǎo)線的自電位系數(shù)和互電位系數(shù)、為待求的每根導(dǎo)線單位長度的電荷、為已知的導(dǎo)線對(duì)地電壓。對(duì)于交流特高壓輸電線路，由于電壓為時(shí)間向量，計(jì)算時(shí)各相導(dǎo)線電壓要用復(fù)數(shù)表示：，相應(yīng)的電荷也是復(fù)數(shù)量：則可將上述矩陣關(guān)系式分成實(shí)部和虛部分別求解：(3) 將求出的每根導(dǎo)線的電荷用一系列鏡像電荷代替，導(dǎo)線內(nèi)的鏡像電荷按下列方法求取：求某一導(dǎo)線內(nèi)的鏡像電荷時(shí)，可假設(shè)除該導(dǎo)線外所有導(dǎo)線的電荷都集中在各自的中心，每一電荷在該導(dǎo)線內(nèi)鏡像電荷的大小等于原電荷，但符號(hào)相反，位于該導(dǎo)線中心至每一電

39、荷的連線上，距該導(dǎo)線中心距離為 （4-2）式（4-2）中為第根導(dǎo)線的半徑；為第根導(dǎo)線至第個(gè)電荷的距離。(4) 計(jì)算精度的校核：導(dǎo)線內(nèi)鏡像電荷的大小、符號(hào)和位置確定后，為了檢驗(yàn)它們正確與否以及計(jì)算誤差是否在允許范圍內(nèi)，可在每根導(dǎo)線表面選擇若干點(diǎn)，計(jì)算出它們的電位，并和實(shí)際電位相比，當(dāng)誤差在預(yù)定范圍內(nèi)后，再進(jìn)行正式計(jì)算。當(dāng)計(jì)算精度一定，鏡像次數(shù)決定于各子導(dǎo)線之間的距離與子導(dǎo)線半徑之比，比值越大，鏡像次數(shù)越少。而且當(dāng)該比值大于10時(shí)，只鏡像一次便能使誤差小于0.2。對(duì)于特高壓輸電線路而言，分裂間距與子導(dǎo)線半徑之比一般均超過20，故只進(jìn)行一次鏡像便能求得足夠精確的解。 4.2.2 計(jì)算由相架空線路產(chǎn)生

40、的空間電場(1) 確定線下空間各點(diǎn)電場強(qiáng)度的水平分量、垂直分量及其相角：對(duì)于由相架空線路組成的系統(tǒng)，當(dāng)各子導(dǎo)線內(nèi)的鏡像電荷及其位置坐標(biāo)求出以后，空間任意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度可由疊加原理計(jì)算得出。因此，在點(diǎn)處的電場強(qiáng)度分量可表示 （4-3） （4-4）式中為每根子導(dǎo)線中鏡像電荷數(shù)、為每根分裂導(dǎo)線中子導(dǎo)線根數(shù)、為交流線路的相數(shù)、為地線的根數(shù)、為電荷序號(hào)。式(3)中的為各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的水平分量，為各導(dǎo)線的虛部電荷在點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的水平分量。其表達(dá)式分別為而式(4-4)中的為各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在p點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的垂直分量。為各導(dǎo)線的虛部電荷在p點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的垂直分量，其表達(dá)式分別為因此，空間任意一

41、點(diǎn)的合成磁場為 （4-5）或?qū)懗扇呛瘮?shù)形式 （4-6）其中，、及分別為該點(diǎn)場強(qiáng)總的水平與垂直分量的振幅及初相角即 由式(6)可見，合成電場在空間及 2個(gè)方向上的分量都是隨時(shí)間變化的脈振量。由于通常，因此空間每一點(diǎn)的合成電場將是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的橢圓場。(2) 確定空間各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)場強(qiáng)模的最大值、最小值及其方向角。由于交流特高壓輸電線下空間各點(diǎn)場強(qiáng)是一旋轉(zhuǎn)的矢量。因此其大小隨著方向的改變而變化。并在某一方向上達(dá)到最大值，垂直于這一方向達(dá)到最小值。求此最大值時(shí)，并不能簡單地用進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榭臻g各點(diǎn)的場強(qiáng)同時(shí)是空間和時(shí)間的函數(shù)，其水平分量和垂直分量的時(shí)間相位角是不一致的，而應(yīng)該使用其瞬時(shí)值進(jìn)行合成計(jì)算。令空間

42、電場強(qiáng)度水平和垂直分量的瞬時(shí)值分別為和，則 （4-7） （4-8）把空問電場矢量的模表示為時(shí)間的函數(shù)：為求取的極值，可令：即 （4-9） 用除各項(xiàng)，并令，則可得：由的2個(gè)解可以求出空間任意一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)橢圓場的長軸和短軸的傾斜角為 （4-10）與其分別對(duì)應(yīng)的2個(gè)軸的模。即是所求的空間任意一點(diǎn)處合成場強(qiáng)的最大值和最小值： （4-11）第5章 滿足地面電場限值的導(dǎo)線最小對(duì)地距離5.1 交流特高壓輸電線路的基本模型由我國多年的研究和實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，我國交流特高壓輸電線路的額定電壓為1000kv。最高運(yùn)行電壓為l100kv。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)部門提供的基本情況，在確定導(dǎo)線的最小對(duì)地距離時(shí)，有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)按2種情況考慮

43、。 5.1.1 同塔單回路同塔單回路的導(dǎo)線分別采用8lgj一400、8lgj一500和8lgj一630 3種型號(hào)，分裂間距為400 mm，導(dǎo)體布置方式考慮ivi水平排列(即2個(gè)邊相的絕緣子串采用i串。中相絕緣子串采用v串的情況，稱之為ivi)、vvv水平排列(即三相均采用v串的情況，稱之為vvv)、ivi三角排列和vvv三角排列4種情況，其結(jié)構(gòu)如圖5-1、5-2、5-3、5-4所示。2133722.244.4hgm圖5-1 ivi水平排列221301938hgm圖5-2 vvv水平排列13.3222415.531hgm圖5-3 ivi三角排列13.320181224hgm圖5-4 vvv三角排

44、列我國1000kv單回輸電線路的導(dǎo)體布置方式 5.1.2 同塔雙回路同塔雙回路的導(dǎo)線分別采用8lgj一630、8lgj-800(分裂間距400 mm)和10lgj一300(分裂問距375 mm)3種型式。導(dǎo)體布置方式考慮i串同相序垂直排列、i串逆相序垂直排列、v串同相序垂直排列和v串逆相序垂直排列4種情況。其結(jié)構(gòu)如圖下所示:2220h1836333330gm圖5-5 i串垂直排列2220h2028252522gm圖5-6 v串垂直排列我國1000kv雙回輸電線路的導(dǎo)體布置方式5.2 確定交流特高壓輸電線路的導(dǎo)線最小對(duì)地距離在交流特高壓輸電線路下方距離地面1 m處的水平線上100m范圍內(nèi)每隔0.

45、1 m取1點(diǎn)計(jì)算場強(qiáng)，比較所有點(diǎn)的電場強(qiáng)度e得到場強(qiáng)最大值。按線路經(jīng)居民區(qū)場強(qiáng)控制在7 kvm、農(nóng)田區(qū)控制在10 kvm、人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作區(qū)控制在12 kvm的原則確定導(dǎo)線最小對(duì)地距離。則交流特高壓單回線路和同塔雙回線路在不同電場強(qiáng)度控制指標(biāo)下的導(dǎo)線最小對(duì)地距離分別見表5-1和表5-。表5-1 特高壓單回輸電線路的最小對(duì)地距離排列方式導(dǎo)線型號(hào)場強(qiáng)控制值71012ivi水平排列8lgj-40026.6121.1318.758lgj-50026.7221.2418.868lgj-63026.7421.3318.88vvv水平排列8lgj-40025.5220.3818.218lgj-50025

46、.6120.4918.228lgj-63025.6320.5118.36ivi三角排列8lgj-40026.4321.1218.728lgj-50026.5221.1518.758lgj-63026.6421.2718.86vvv三角排列8lgj-40025.0920.1717.918lgj-50025.1120.2518.048lgj-63025.2320.2918.07表5-2 特高壓輸電線路的最小對(duì)地距離排列方式導(dǎo)線型號(hào)場強(qiáng)控制值71012i串同相序垂直排列8lgj-63034.6824.0620.318lgj-80034.8124.1720.458lgj-30035.3424.6720

47、.86i串逆相序垂直排列8lgj-63024.8120.0217.928lgj-80024.9320.1118.038lgj-30025.5520.6418.47v串同相序垂直排列8lgj-63037.0127.6223.178lgj-80037.1327.7523.308lgj-30037.5228.3023.72v串逆相序垂直排列8lgj-63023.6119.2117.218lgj-80023.7319.3717.328lgj-30024.2219.7817.73第6章 影響導(dǎo)線最小對(duì)地距離取值的主要因素6.1 特高壓線路運(yùn)行電壓的影響在以上導(dǎo)線最小對(duì)地距離取值的計(jì)算中，都是采用線路的最

48、高運(yùn)行電壓1000 kv，而實(shí)際上沿線路各點(diǎn)的電壓并不都是最高電壓，絕大部分地段的線路電壓將小于最高電壓。以圖l所示的單回線路為例，導(dǎo)線采用8lgj一630(以下分析中均采用此型號(hào))，當(dāng)線路電壓變化時(shí)，導(dǎo)線最小對(duì)地距離如表6-1所示。表6-1 不同運(yùn)行電壓下的導(dǎo)線最小對(duì)地距離控制指標(biāo)ivi水平 排列vvv水平 排列ivi三角 排列vvv三角 排列7kv/m1000kv25.2124.2325.0823.851050kv25.9325.0625.8124.571100kv26.7425.6326.6425.2310kv/m1000kv20.0519.3219.9619.041050kv20.6719.9720.6519.651100kv21.3320.5121.2720.2912kv/m1000kv17.6317.1517.6416.871050kv18.2717.7418.2317.