李潤秋，張廣洲，路 遙，黃宗君，毛琛琳

（1.西北電網(wǎng)有限公司，西安 710048；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢 430074）

750kV輸電線路導(dǎo)線激發(fā)函數(shù)分析

李潤秋1，張廣洲2，路 遙2，黃宗君1，毛琛琳1

（1.西北電網(wǎng)有限公司，西安 710048；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢 430074）

0 引言

國際無線電干擾特別委員會（CISPR）推薦的無線電干擾計(jì)算方法有2種：經(jīng)驗(yàn)法和激發(fā)函數(shù)法。經(jīng)驗(yàn)法一般用于分裂數(shù)不大于4的線路，分裂數(shù)大于4的線路推薦采用激發(fā)函數(shù)法。

經(jīng)驗(yàn)法是在無線電干擾實(shí)測和大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得到的經(jīng)驗(yàn)公式，這些公式一般以某種型號導(dǎo)線為基準(zhǔn)，結(jié)合理論分析，根據(jù)測量數(shù)據(jù)擬合得到，主要考慮導(dǎo)線表面最大場強(qiáng)、子導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線到測量點(diǎn)的距離等因素，有的還考慮了海拔、導(dǎo)線排列方式和電壓等級的影響。

激發(fā)函數(shù)是由導(dǎo)線自身特性決定的物理量，可以由試驗(yàn)得到的曲線來描述，也可以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的公式來描述。用激發(fā)函數(shù)法計(jì)算輸電線路無線干擾需要考慮電暈電流產(chǎn)生、電暈電流在輸電線上的傳播和電暈電流對外產(chǎn)生輻射干擾3個過程。

1 電暈籠試驗(yàn)

試驗(yàn)采用國網(wǎng)電力科學(xué)研究院特高壓試驗(yàn)基地的特高壓電暈籠，該電暈籠截面為方形，雙層籠體結(jié)構(gòu)，內(nèi)籠邊長8m，外籠邊長9.3m，外層為屏蔽籠，直接接地，內(nèi)層為電暈測量籠，屏蔽籠與電暈測量籠之間利用支持絕緣子支撐。

1.1 電暈籠試驗(yàn)方法

無線電干擾測試方法分為輻射法和傳導(dǎo)法[1]。輸電線路的無線電干擾測試一般采用輻射法，利用環(huán)形天線和無線電干擾接收機(jī)測量線路電暈產(chǎn)生的無線電干擾場[2]。而在電暈籠中，一般采用傳導(dǎo)法測量導(dǎo)線電暈產(chǎn)生的無線電干擾電流，即利用導(dǎo)線對地耦合回路和接收機(jī)直接測量導(dǎo)線由于電暈產(chǎn)生的射頻電流。

電暈籠耦合回路法測量導(dǎo)線無線電干擾可采用2種接線方式，如圖1所示。在導(dǎo)線和大地之間并入高壓電容和無線電干擾耦合回路測量方式與在電暈測量籠和屏蔽籠之間并入無線電干擾耦合回路測量方式，分別如圖1中的接線方式①和接線方式②所示。其中，接線方式①需要接入高壓耦合電容器，其造價較高，而且電容上的分流將對試驗(yàn)電源要求更高，因此，接線方式②更為簡單有效。圖1中，濾波器和無線電干擾耦合回路需滿足CISPR 18-2導(dǎo)則中的相關(guān)規(guī)定[3]。

圖1 電暈籠內(nèi)導(dǎo)線無線電干擾測量方法

1.2 電暈籠試驗(yàn)的可重現(xiàn)性

分裂導(dǎo)線電暈的產(chǎn)生主要取決于分裂導(dǎo)線表面電場的分布。為了利用電暈籠中單相導(dǎo)線模擬三相輸電線路的每一相，需要重現(xiàn)分裂導(dǎo)線最大電場的分布。實(shí)際的三相線路情況下，電場分布不對稱性很小。圖2(a)為某三相導(dǎo)線排列輸電線路示意圖，水平排列導(dǎo)線對地平均高度為21m，采用6×400mm分裂型式，相間距離為16.65m。圖2(b)比較了實(shí)際三相輸電線路和電暈籠的導(dǎo)線表面最大電場強(qiáng)度的分布。最大電場強(qiáng)度相對值的基準(zhǔn)為該相分裂導(dǎo)線的平均最大電場強(qiáng)度。

圖21000 kV輸電線路三相導(dǎo)線和電暈籠中8分裂導(dǎo)線的最大電場強(qiáng)度

由圖2(b)可以看出，在實(shí)際的三相輸電線路情況下，邊相和中相導(dǎo)線周圍的最大電場強(qiáng)度在平均最大電場強(qiáng)度的±3%范圍內(nèi)變化，其分布的不對稱性很??；而在電暈籠情況下，導(dǎo)線在電暈籠中心，結(jié)構(gòu)更為對稱，導(dǎo)線周圍電場更加趨于一致，各分裂導(dǎo)線最大電場強(qiáng)度之間的差別不到±0.5%。因此，借助于平均最大電場強(qiáng)度，利用電暈籠中的單組導(dǎo)線可以較準(zhǔn)確地估算三相線路的電暈效應(yīng)。

如果在電暈籠中用相同的分裂導(dǎo)線重現(xiàn)實(shí)際三相線路導(dǎo)線表面電場，那么單位長導(dǎo)線產(chǎn)生的電暈就得以重現(xiàn)，但所觀察到的電暈效應(yīng)（可聽噪聲、無線電干擾、電暈損失）一般是難以重現(xiàn)的。例如，所測到的可聽噪聲將取決于導(dǎo)線和噪聲測量傳聲器之間的距離，所測得的無線電干擾電流取決于導(dǎo)線的對地電容，而觀測到的電暈損失將取決于分裂導(dǎo)線對地面的相對位置等[4]。因此，為了便于將單相導(dǎo)線上的測量數(shù)據(jù)換算成三相輸電線路上的預(yù)測值，需要用電暈產(chǎn)生量來表示電暈效應(yīng)。

2750 kV線路采用的導(dǎo)線激發(fā)函數(shù)

2.1 電暈籠無線電干擾激發(fā)函數(shù)產(chǎn)生量

電暈放電產(chǎn)生無線電干擾是由導(dǎo)體附近空氣電離出的空間電荷在電場的作用下運(yùn)動而引起的，因此無線電干擾源一般由電流源注入導(dǎo)體來表示，該電流源的大小只取決于電暈流注自身特性。

在同軸導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，假設(shè)在半徑為ρ的無限長圓柱面上均勻分布著空間電荷，單位長空間電荷密度為q0，那么空間電荷運(yùn)動在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電流為[5]

在電暈籠中，利用耦合回路法測量得到導(dǎo)線由于電暈產(chǎn)生的無線電干擾電流，該電流既與電暈放電本身特性相關(guān)，也與導(dǎo)線、電暈籠幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。假設(shè)導(dǎo)線上有n個獨(dú)立且分布均勻的電暈放電源，且每個電暈放電源對應(yīng)測得的無線電干擾電流為Is，則所測的整段導(dǎo)線電暈無線電干擾電流It為

將電暈源的離散分布擴(kuò)展至連續(xù)分布，則上式可轉(zhuǎn)化為

式中，I為測得的單位長導(dǎo)線電暈產(chǎn)生的無線電干擾電流，μA/m1/2；l為導(dǎo)線長度，m。

根據(jù)式（1）和激發(fā)函數(shù)定義，可通過電暈籠試驗(yàn)得到導(dǎo)線電暈無線電干擾激發(fā)函數(shù)

式中，Γ為電暈籠中得到的激發(fā)函數(shù)，其單位與I一致，μA/m1/2；C為單位長導(dǎo)線與電暈籠之間電容，pF/m。

2.2750 kV導(dǎo)線的激發(fā)函數(shù)產(chǎn)生量

利用我國的特高壓電暈籠，對750kV輸電線路工程用LGJ 400/50導(dǎo)線及常用的LGJ 300/50，LGJ 500/35和LGJ 630/45導(dǎo)線進(jìn)行電暈效應(yīng)試驗(yàn)，得到了4種導(dǎo)線在6分裂時無線電干擾激發(fā)函數(shù)曲線[7]，如圖3所示。

從圖3可以看出，子導(dǎo)線線徑對導(dǎo)線交流電暈無線電干擾的影響十分顯著，在相同的導(dǎo)線表面場強(qiáng)下，導(dǎo)線電暈無線電干擾激發(fā)函數(shù)隨子導(dǎo)線線徑的增大而逐步增大，且增值較大。以LGJ 300/50和LGJ 630/45導(dǎo)線為例，子導(dǎo)線線徑從24.2mm增至30.0mm，當(dāng)導(dǎo)線表面場強(qiáng)為18kV/cm時，6分裂導(dǎo)線無線電干擾激發(fā)函數(shù)的增值為9.98dB。

圖3 分裂導(dǎo)線無線電干擾激發(fā)函數(shù)

3 利用激發(fā)函數(shù)計(jì)算無線電干擾

3.1 單相導(dǎo)線無線電干擾電流

在多導(dǎo)體線路中，存在以下矩陣關(guān)系。

導(dǎo)線電容[C]為電位系數(shù)矩陣的逆；激發(fā)函數(shù)矩陣[Γ]是根據(jù)不同相導(dǎo)線的表面電位梯度，從電暈籠試驗(yàn)得到的激發(fā)函數(shù)曲線中求?。ú槌觯┑母骷ぐl(fā)函數(shù)值形成的矩陣；也可以根據(jù)電暈籠求出的不同導(dǎo)線的激發(fā)函數(shù)擬合一個計(jì)算公式，來求取不同導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的激發(fā)函數(shù)。

以三相單回路線路為例，分析第一相的激發(fā)函數(shù)在三相中產(chǎn)生的無線電干擾電流。假定線路可按照傳輸線理論分析，如圖4所示。一般地，有

第一相導(dǎo)線電暈時，在三相導(dǎo)線中產(chǎn)生的無線電干擾電流為

圖4 傳輸線示意圖

3.2 整條線路導(dǎo)線無線電干擾電流計(jì)算

從電暈籠測試產(chǎn)生的激發(fā)函數(shù)和線路的電容著手，用方程（5）就可以計(jì)算出導(dǎo)線單位長度注入的無線電干擾電流。為了獲得線路給定截面的模電流，要用到模傳播理論，并考慮沿線路的衰減和各相相互之間的耦合。最后，在整個線路長度上，同一截面的總的噪聲電流和電壓可以通過積分得到。

對如圖4傳輸線，有

令YZ=R,并將第一相導(dǎo)線電暈時在三相導(dǎo)線中產(chǎn)生的無線電干擾電流代入得

為了將相互關(guān)聯(lián)的微分方程變成獨(dú)立的微分方程，對需要對矩陣進(jìn)行變換，即模變換

這樣，就得到了獨(dú)立的二階微分方程，其求解過程相對簡單。

同時，由于注入后沿導(dǎo)線向兩邊傳播，故得

所以，在每一相產(chǎn)生的無線電干擾電流為

3.3 線路附近無線電干擾場的計(jì)算

根據(jù)流過導(dǎo)線截面的總的無線電干擾電流，或者每相的無線電干擾電壓，可以計(jì)算線路附近的無線電干擾場。對于線路附近的每一個點(diǎn)的無線電干擾場，都可以用同樣的方法計(jì)算，由此得到無線電干擾橫向分布。

由電流求解的過程為

第一相產(chǎn)生電暈時，在三相導(dǎo)線中電流[i(x)]產(chǎn)生的電磁場的電場分量為

假設(shè)均勻地產(chǎn)生電暈，那么對各個注入的電流求積分得

其他兩相產(chǎn)生的無線電干擾按相同的方法計(jì)算。然后按3dB原則疊加，即可得到線路的無線電干擾及其分布。

3.4750 kV實(shí)際線路無線電干擾的計(jì)算（CISPR公式和試驗(yàn)得出的激發(fā)函數(shù)對比）

CISPR推薦的激發(fā)函數(shù)的計(jì)算公式為[3]

以750kV同塔雙回蘭平乾線路為例，分別用CISPR公式和試驗(yàn)所得的曲線來計(jì)算輸電線路產(chǎn)生的無線電干擾，見圖5。

圖5 無線電干擾計(jì)算結(jié)果對比

從圖5可以看出，CISPR公式得出的結(jié)果，大雨條件下，在邊相外20m，無線電干擾為72.4dB；針對750導(dǎo)線的電暈籠試驗(yàn)得出的無線電干擾結(jié)果為70.5dB。通過現(xiàn)場實(shí)測得到好天氣下實(shí)際測量的結(jié)果為45～48dB[7]。普遍認(rèn)為，大雨條件比好天氣下的無線電干擾大16～23dB。因此，針對線路所用導(dǎo)線所做電暈籠試驗(yàn)得出的計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

通過電暈籠試驗(yàn)得出我國750kV導(dǎo)線激發(fā)函數(shù)，實(shí)測證明此激發(fā)函數(shù)比CISPR推薦的激發(fā)函數(shù)在計(jì)算我國750kV導(dǎo)線無線電干擾方面更為準(zhǔn)確。建議討論不同天氣情況下電暈籠試驗(yàn)結(jié)果有所差別的原因，對繼續(xù)開展不同天氣狀況對輸電線路電磁環(huán)境的影響很有意義。

[1]GB/T7349-2002高壓架空輸電線、變電站無線電騷擾測量方法[S].2002.

[2]鄔雄，萬保權(quán)，路遙.1000kV級交流輸電線路電磁環(huán)境的研究[J].高電壓技術(shù),2006,32(12):55-58.

[3]CISPR Publication 18-1,Radio Interference Characteristics of Overhead Power Lines and High-Voltage Equipment,Part 1:Description of Phenomena[S].IEC,Geneva，Switzerland，1982.

[4]萬啟發(fā),陳勇,謝梁,等.高海拔地區(qū)750kV輸電工程導(dǎo)線可見電暈試驗(yàn)研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2008,24(5):7-9.

[5]Electric Power Research Institute.Transmission Line Reference Book 345kV and Above[M].2nd ed.Palo Alto.California.1982.

[6]唐劍，楊迎建，何金良，等.1000kV級特高壓交流電暈籠設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題探討[J].高電壓技術(shù)，2007，33(4)：1-5.

[7]西北電網(wǎng)有限公司，武漢高壓研究所.750kV輸電線路局部電磁環(huán)境治理措施深化研究[R].西安：西北電網(wǎng)有限公司，2009.

Study on the Excitation Function of the 750kV Transmission Line

LI Run-qiu1,ZHANG Guang-zhou2,LU Yao2,HUANG Zong-jun1,MAO Chen-Lin1
（1.Northwest China Grid Company Limited,Xi’an 710048,Shaanxi Province,China；2.State Grid Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,Hubei Province，China）

This paper draws four types of six-split conductors excitation function curves used in the 750kV trans mission line through testingofthe UHVcorona cage.On the basis ofthe actual measurement,the results showthat the excitation functions ofthe six-split conductor are more accurate than the excitation function recommendedby CISPR.Explanationisal sogiven to how to use the excitation function to calculateradio inter ference.

750kV;UHVcoronacage;excitationfunction

結(jié)合特高壓電暈籠試驗(yàn)，得到了750kV輸電線路所采用的4種6分裂導(dǎo)線無線電干擾激發(fā)函數(shù)曲線；實(shí)測證明針對6分裂導(dǎo)線電暈籠實(shí)測得到的激發(fā)函數(shù)比CISPR推薦的公式計(jì)算激發(fā)函數(shù)更為準(zhǔn)確，并就如何利用激發(fā)函數(shù)計(jì)算無線電干擾給出了說明。

750kV；特高壓電暈籠；激發(fā)函數(shù)

1674-3814（2010）04-0025-04

TM937

A

2009-10-09。

李潤秋（1983—），女，碩士研究生，從事高電壓絕緣工作。

（編輯 馮 露）