专利名称：：直流输电线路导线排列方法
技术领域：
：本发明属于直流输电工程电》兹环境领域，具体地讲是一种缩小线路走廊，改善电磁环境的直流输电线路导线排列方法。
背景技术：
：近年来我国直流输电线路建设快速发展，直流输电线路周围的电磁环境问题愈来愈引起人们的关注。直流输电线路的电磁环境问题主要考虑直流合成电场、离子流、直流磁场、无线电千扰(包括电视干扰)和可听噪声，等等。从频率上说，这几方面覆盖了从OHz到上百MHz的范围。常规的直流线路采用水平排列，当经过人口密集地区时，常规线路走廊的民房拆迁量巨大，使得不仅线路工程本身投资大，而且在设计、施工和运行的全过程的政策处理中，都将会有相当大的难度。所以提出直流输电线路极导线采用垂直排列方式，极导线利用F塔采用垂直排列方案，导线上正下负，以解决走廊紧张问题。但该方法存在电磁环境问题、防雷问题，绝缘配合问题。
发明内容本发明的目的是提供一种使直流输电线路的走廊宽度缩小、电磁环境得到改善、防雷问题，绝缘配合问题同时满足要求的直流输电线路导线排列方法。为了实现上述目的，本发明的直流输电线路极导线利用F塔采用垂直排列方式，其特点是极导线在F塔上垂直排列的方式为上负下正。上述方法分析过程是釆用微缩模型对实际的直流线路进行模拟，用直流场磨测量地面合成电场，进行定性分析，计算雷击跳闸率及防雷，对绕击采用电气几何模型；对反击采用EMTP计算程序；其具体步骤是第一步骤采用缩小尺寸的模型，对水平排列和垂直排列的线路，在实验室进行模拟试验，定性分析；第二步骤根据实际线路杆塔及导线尺寸有关资料，对水平和垂直排列方式下的合成场强进行计算；第三步骤按照计算和模拟试验的结果，提出导线采用垂直排列，排列方式为上负下正；第四步骤才艮据线路参数，计算雷击跳闸率及防雷，对绕采用电气几何模型，对反击采用EMTP计算程序，从防雷的角度来看，采用上负下正更为有利；第五步骤研究极导线垂直排列对直流系统的影响。研究结果表明读直流系统的影响不大。通过计算和试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后直流输电缩小走廊的，改善输电线路合成电场一种方法。图1为本发明的上负下正垂直^J非列示意图。图2为本发明合成场强分析釆用的导线布置示意图。图3为本发明场磨原理图。图4为本发明场磨布置图。图5为本发明模拟线段在电压2下标称场强图，其中导线直径1.5mm，实线为垂直排列，虚线为水平排列。图6为本发明模拟线段在电压1下标称场强图，其中导线直径0.17mm,实线为垂直排列，虚线为水平排列。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。本发明的具体分析过程是1、直流合成场模拟试验1.1试-验方案通过模拟试验对合成场强进行定性分析，试验内容包括l)极导线水平排列(作为比较)；2)极导线垂直排列，正极导线在上；3)极导线垂直排列，负极导线在上。按照实际塔型的1:20缩小建立模型线段，水平排列的导线按图1-l尺寸建立缩小模型。导线最小对地距离h分别为575mm、800咖、1100mm(对应于实际高度11.5m、16m和22m)。在两导线上分别施加正、负直流电压，模拟导线采用两种形式直径1.5mm的铜绞线，直径O.17mm的。采用细铜线是为了使导线更易于起暈，从而多产生离子。测量直流电场必须采用与交流不同的方法进行，试验中利用"场磨"测量直流电场。场磨的基本原理是使测量用的旋转电极和感应电极所形成的电容周期性变化，从而感应电极上的感应电荷发生周期性的改变，形成与调制频率相同的电流信号，以测量方向不变的直流电场(如图3):其中,为调制频率，s为场磨的感应面积，f。为介电常数，E为直流电场(如图中所示)。从下导线地面投影处沿离开线路方向布置场磨，距离为Omm、250mm、470mm、720mm(对应于实际3巨离Om、5m、9.4m、14.4m)(如图4)。同时对标称场强进行了计算，导线布置也考虑极导线水平排列情况。1.2试验结果及分析试验中，所施加的正、负电压是平滑增加的，不论导线如何排列，正极导线比负极导线先出现抖动现象，这表明正极性导线更易于电晕。合成场强测量是在四个电压下进^f亍电压l:土10kV;电压2:土15kV;电压3:士20kV;电压4:士25kV。虽然正极导线比负极导线更容易起晕，但测量显示负极导线下的合成场强高于正极导线，所以极导线水平排列时的合成场强分布测量以负极导线为参考。表1极导线垂直排列时的合成场强(模拟导线最低高度5"mm,导线直径1.5mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2极导线垂直排列时的合成场强(模拟导线最低高度800mm，导线直径1.5mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3极导线垂直排列时的合成场强(模拟导线最低高度1100mm,导线直径1.5mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4极导线水平排列时的合成场强(导线直径1.5咖)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5(模拟导线^极导线垂直排列时的合成场强<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6极导线垂直排列时的合成场强(模拟导线最低高度800mm,导线直径0.17mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表7极导线垂直排列时的合成场强(模拟导线最低高度IIOO咖，导线直径O.17鹏)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表8极导线水平排列时的合成场强(导线直径0.17mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以上数据表明，1)在相同的最低导线高度下，极导线水平排列比垂直排列合成场强的高场强区要宽。2)极导线垂直排列时，导线上(-)下(+)时合成场强较上(+)下(-)时低，离子越多这种现象越明显。3)垂直排列比水平排列的最大合成场强低，而且导线最低高度越低，这种现象也越明显。4)导线的高度升高，合成场强离开导线方向衰减变小。为了分析比较，对模型线段的各种高度和极导线排列的直流标称场进行了计算，结果如表9、表10和图5、图6所示。表10也列入了模拟试验上(-)下(+)时的合成场强测量值，以便对比。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表10模拟线段的标称场强和合成场强最大值对比(导线直径0.17mm场强单位kV/m)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注左列为计算的标称电场，右列为合成电场。与模拟试验结果相比，直流合成场最大值明显比直流标称场大。进一步分析可以看出，在极导线垂直排列下，采用1.5咖直径导线时，合成场强最大值为标称场强最大值的倍数，由电压1时的约2倍，变化到电压4时超过2.5倍；采用0.17鹏直径导线时，在电压2下合成场强最大值为标称场强最大值的6倍以上(电压1和电压2,导线表面电位梯度分别为137kV/cm左右和超过200kV/cm)。显然导线表面电位梯度越大，导线电暈现象越严重，产生的离子越多，直流合成场强越大，其中离子产生的场强占的成分越大。1.3模拟试验结论(1)在相同的最低导线高度下，极导线水平排列比垂直排列的合成场强要高，而且高场强区宽。(2)极导线垂直排列时，导线上(-)下(+)时合成场强较低。(3)导线表面电位梯度越大，导线电晕现象越严重，产生的离子越多，直流合成场强越大，其中离子产生的场强占的成分越大。2、雷击跳闸率及防雷2.1极导线垂直排列的雷电性能特点和一般常规水平排列线路相比，垂直排列直流500kV线路在雷电性能方面有其特殊性(1)杆塔高度比一般的水平排列的常规杆塔要高。这对防雷是不利的。(2)左右两侧地线保护角相差较大，挂导线侧的地线保护角达11.37度，杆塔高度也比较高的同塔双回线路的地线保护角相比要大一点。这对防止雷电绕击不利。(3)采用V型绝缘子串，无风偏，间隙距离较小，为3.6m。该线路的间隙距离小于常规线路的，而且有较多的可能放电的途径。2.2耐雷性能的计算和绕击跳闸率世界各国对绕击率的计算方法基本上都是采用电气几何模型，只是在一些具体参数的选用上有差异。但在反击计算上，各国的方法相差较大。一般采用EMTP计算程序。本发明对绕击，釆用电气几何模型对反击，采用EMTP计算程序。2.3雷击跳闸率及防雷结论(l)从防雷的角度来看，在负保护角的情况下，导线的极性宜采用上(-)下(+)。(2)与直流线路同塔架设的接地极线路绝缘子两端加装招弧角。若同塔架设的接地极线路上也加装地线，对防止反击和绕击更有利。3、极导线垂直排列对直流系统的影响(1)垂直排列的正负极性线路参数不平衡对输送功率无影响，可使两站接地极线路的基波、2次和3次谐波电流比线路全水平排列情况下增大1.6-6倍左右。由于接地极线路的基波和谐波电流的绝对幅值较小，因此影响不大。(2)线路全部水平排列和水平、垂直混合排列的频率特性的频率相12差不到0.3Hz,幅值相差小于1%。垂直排列的线路正极在上或负极在上的电压和电流幅频特性基本一样，幅值相差小于1%。(3)选择垂直排列的线路负极性导线布置在上，正极性导线布置在下的情况下，直流线路接地故障，计算出的健全极线是正极性的过电压为803kV,高于健全极线是负极性的情况，但远低于直流线路的相地空气间隙的5oy。操作波放电电压，不会危及健全极线的安全运行。(4)整流站的交流侧出线发生单相接地故障，垂直接地线路段最高相地过电压为821kV,相间为1642kV。远^氐于该线路^a的相地和相间空气间隙的50%操作波放电电压。逆变站的交流侧发生单相接地故障，逆变站发生一次或连续两次换相失败，垂直接地线路段最高相地过电压为674kV，相间为1180kV,也远低于该线路段相地和相间空气间隙的50%操f^皮》文电电压。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。权利要求1、一种直流输电线路导线排列方法，直流输电线路极导线利用F塔采用垂直排列方式，其特征在于极导线在F塔上垂直排列的方式为上负下正。全文摘要本发明涉及一种直流输电线路导线排列方法，直流输电线路极导线利用F塔采用垂直排列方式，其特点是极导线在F塔上垂直排列的方式为上负下正。通过计算和试验所获得的试验数据对比证明，本发明具有较高准确性，可应用于今后直流输电缩小走廊的，改善输电线路合成电场一种方法。文档编号H02G7/20GK101567544SQ20091006065公开日2009年10月28日申请日期2009年1月24日优先权日2009年1月24日发明者万保权,张业茂,张小武,张广洲,张建功,遥路,雄邬申请人:国网电力科学研究院