復(fù)雜地勢下超高壓交流輸電線路的工頻電場仿真計(jì)算.pdf

1、隨著我國用電需求的急劇增加，電力系統(tǒng)正向著大容量、大電流、大電網(wǎng)、高電壓、遠(yuǎn)距離輸電方向發(fā)展。當(dāng)前500kV交流電網(wǎng)已經(jīng)成為我國電網(wǎng)的主要網(wǎng)架。與此同時(shí)，日益密集的超高壓輸電線產(chǎn)生的電磁污染對(duì)城市和長期居住在輸電線附近居民的影響引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。國家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，為了評(píng)估輸電線路對(duì)電磁環(huán)境的影響是否超標(biāo)，必須首先對(duì)輸電線路產(chǎn)生的電磁場進(jìn)行精確計(jì)算。輸變電工程的電磁環(huán)境影響參數(shù)主要包括工頻電場、工頻磁場、無線電干擾

2、和可聽噪聲四個(gè)方面。本文以500kV超高壓輸電線路為研究對(duì)象，通過計(jì)算仿真，對(duì)其周圍產(chǎn)生的工頻電場進(jìn)行研究。
　　對(duì)于輸電線路的工頻電場，一般假設(shè)大地為平面，采用模擬電荷法結(jié)合鏡像法進(jìn)行計(jì)算。這對(duì)于平原或開闊平坦的地區(qū)可以適用，但對(duì)于山地、丘陵等不平坦地形則無法使用鏡像法，需要根據(jù)地形設(shè)定地面下的模擬電荷。人工確定模擬電荷位置受到問題的復(fù)雜性及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的限制。為解決這一問題，本文采用了三種方法作研究:優(yōu)化模擬電荷法、表面電荷法和復(fù)

3、變函數(shù)法。
　　本文首先對(duì)幾種常用的數(shù)值計(jì)算方法并進(jìn)行了研究分析。根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)，論文在格林等效定理的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的模擬電荷法的基本思想、應(yīng)用步驟、應(yīng)用要點(diǎn)以及模擬電荷的類型進(jìn)行了詳細(xì)介紹。為了便于模擬實(shí)際復(fù)雜的問題，對(duì)超高壓輸電線路進(jìn)行了一些必要的假設(shè)和簡化處理。采用模擬電荷法建立了500kV交流輸電線路二維電場的一般數(shù)學(xué)模型，該模型適合于地勢平坦地區(qū)的超高壓輸電線路電場計(jì)算。以實(shí)際工程的典型情況作為算例，對(duì)不同輸電線路相

4、間距離和導(dǎo)線對(duì)地高度情況下的工頻電場進(jìn)行仿真計(jì)算，總結(jié)了工頻電場的基本分布規(guī)律，并分析了如何降低超高壓輸電線電場對(duì)周圍環(huán)境的影響。
　　對(duì)于丘陵和多山地帶的超高壓輸電線路，應(yīng)用傳統(tǒng)模擬電荷法求解其電場時(shí)很難憑定性分析和經(jīng)驗(yàn)確定出滿足模擬精度要求的模擬電荷位置。為此引入了優(yōu)化模擬電荷法，借助優(yōu)化技術(shù)自動(dòng)尋求最佳模擬電荷位置，根據(jù)地面的幾何特征，建立輪廓點(diǎn)、模擬點(diǎn)之間的配置關(guān)系，采用較少的模擬電荷，滿足工程計(jì)算精度要求。文中針對(duì)所提出

5、的問題將模擬電荷的電量和位置作為優(yōu)化變量，校驗(yàn)點(diǎn)的電位誤差作為目標(biāo)函數(shù)。建立了考慮復(fù)雜地勢的二維電場優(yōu)化計(jì)算模型，推導(dǎo)出計(jì)算公式。以凸形地面的單回正三角排列和同塔雙回三相超高壓輸電線路為例，編程對(duì)地面附近的工頻電場進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明此法合理可用，可以用于復(fù)雜地勢的輸電線電場計(jì)算。分析了其電場分布特點(diǎn)，并總結(jié)了應(yīng)用優(yōu)化模擬電荷法計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的方面。
　　針對(duì)地勢復(fù)雜區(qū)域的超高壓輸電線路，本文采用另外一種方法—表面電荷法來求解電場。

6、其程序通用性強(qiáng)、計(jì)算簡單、精確度高。表面電荷法基于電場唯一性定理，將導(dǎo)體表面連續(xù)分布的自由電荷或介質(zhì)分界面上的連續(xù)分布的束縛電荷剖分，用一組虛設(shè)的表面電荷單元來等值替代，而每一單元的電荷密度由電極或介質(zhì)的邊界條件來確定。本文選擇了幾種典型的曲形地面形狀，采用表面電荷法對(duì)其產(chǎn)生的工頻電場進(jìn)行計(jì)算。
　　對(duì)于斜坡地面情況下的二維電場問題，可以采用復(fù)變函數(shù)法來求解。通過保角變換將斜坡地面轉(zhuǎn)換為平坦地面，然后就可以利用傳統(tǒng)模擬電荷法結(jié)合鏡