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直流架空輸電線路合成電場屏蔽措施分析

文檔作者：周象賢，劉巖文檔來源：國網浙江省電力公司電力科學研究院		點擊數：	更新時間： 2024年07月01日
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2015年第6期
浙江電力
ZHEJIANG ELECTRIC POWER
直流架空輸電線路合成電場屏蔽措施分析
周象賢，劉巖
(國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014)
摘 要：直流輸電線路電暈放電所產生的空間離子會使得地面附近的電場大幅增加，產生合成電場問
題。為了降低線路下方某些敏感區(qū)域的合成電場，需要采取一些屏蔽措施。采用通量線法對屏蔽線和
屏蔽網2種合成電場屏蔽措施進行定量計算分析，結果顯示屏蔽網的屏蔽效果更好，屏蔽線更適合用
于大區(qū)域的合成電場屏蔽。指出了這2種屏蔽措施在實際應用中需要注意的問題。
關鍵詞：直流輸電線路；合成電場；屏蔽線；屏蔽網；措施
中圖分類號：TM835．4 文獻標志碼：A 文章編號：1007—1881(2015)06—0001—04
Synthetic Electric Field Shielding Measures Analysis of DC Overhead
Transm ission Lines
ZHOU Xiangxian，LIU Yah
(State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China)
Abstract：The ions generated by corona discharge on DC transmission lines will enhance the ground level
electric field substantially，resulting in synthetic electric field．Shielding measures is probably necessary to
reduce synthetic electric field around sensitive objects under the lines．This paper uses the flux tracing
method to analyze the shielding effect of shielding wire and shielding mesh．The results show that the shield—
ing mesh has better shielding effect，while the shielding wire is more appropriate for synthetic electric field
shielding in large areas．Several precautions in application of the two shielding measures are proposed．
Key words：DC transmission lines；synthetic electric field；shielding wire；shielding mesh；measures
O 引言
近年來，隨著我國西電東輸工程的建設，已
經有越來越多的直流架空輸電線路投入了運營。
直流線路的電暈放電與交流線路差別較大，因為
交流線路電壓周期性正負交替，電暈放電所產生
的離子會在交流線路附近往復運動，但不會運動
到離線路較遠的區(qū)域。而直流線路的電壓極性是
恒定的．線路電暈所產生的離子始終會朝著一定
的方向運動，當一部分離子運動到地面附近時，
會使得地面電場增大2～3倍，這就是所謂合成電
場問題。
當離子運動到地面附近時，會對懸浮或接地
不良導體充電．使得導體電位提高。當有人員接
觸時會形成暫態(tài)電擊：I芭；【¨。此外，空間離子還可
能會對線路下方的儲油設施等敏感目標構成一定
的威脅_2l。根據我國相關標準規(guī)定，直流線路設
計時已經能夠保證線路下方最大地面合成電場不
超過30 kV／m，直流線路走廊邊緣處合成電場不
超過15 kV／m，離子流密度不超過100 m 。
因此．對于已建直流線路附近出現(xiàn)較為敏感的目
標時，研究如何對目標附近局部區(qū)域的合成電場
進行抑制具有重要意義。
目前，見諸報道的合成電場抑制措施包括屏
蔽線和屏蔽網2種。屏蔽線主要用于抑制較大范
圍區(qū)域的合成電場 ，它可以架設在既有的線路
桿塔上，所需費用不高，效果顯著。屏蔽網可以
用于抑制小范圍內的合成電場，其效果較屏蔽線
更為顯著【5l。但造價也更昂貴。
本文利用現(xiàn)有計算方法對屏蔽線和屏蔽網的
合成電場抑制作用進行了分析，指出了這2種方
法在實際應用中所需要注意的問題。
2 浙江電力 2015年第6期
1 計算方法
合成電場問題的簡化數學模型可以寫為?：
V =—p 0， (1)
· E)=0， (2)
式中： 為電位；P為空間電荷密度；E為電場強
度；占。為真空介電常數。
本文采用的計算方法為通量線法，該方法已
經比較成熟，僅作簡要介紹。該方法進行合成電
場計算時，首先需要計算空間的電場線分布；其
次，假設合成電場與標稱電場(無空間電荷電場)
之間的關系為：
E=AE一， (3)
式中：A為合成電場與標稱電場間的倍數關系；
E一為標稱電場。由式(1)-(3)可知，只要求出A
就可得到空間合成電場，而該系數的求解可以沿
每一條電場線進行．其求解公式為：
A z；A f 咖 80
J ’
1
=
p
1 + U
咖
+ J ， d
I -
口 口
O X
(a)線路結構
與正負極導線中軸線的距離，m
(b)合成電場計算結果
圖1 線路下方無屏蔽線時的合成電場計算結果
? 2．2 線路下方有2條屏蔽線時
在圖1(a)所示的線路結構基礎上，在正負極
式中：A。和 分別表示A和P在導線表面的取
值； 為計算點的電位；U為導線電位。
2 屏蔽線對合成電場的屏蔽效應
2．1 線路下方無屏蔽線時
利用上節(jié)所描述的計算方法．對某典型~800
kV直流輸電線路線下懸掛屏蔽線時的合成電場
分布情況進行了計算和分析。該線路最低點高度
為18 m(下文所有線路高度均指最低點高度)、導
線半徑16．8 mm、分裂距離0．45 m、分裂數為6、
極間距離20 m。計算中正負離子遷移率均取1．5×
104 m2／V·s，線路起暈場強取18 kV／cm。
圖1(a)所示為直流線路下方沒有屏蔽線時
的線路結構，圖1(b)所示為該結構的合成電場計
算結果。圖1(a)中O點為合成電場計算中的橫坐
標0 m位置，下文中的合成電場計算結果橫坐標
0 m位置與此相同。由圖1(b)可見，此時的合成
電場峰值處于線路外側約2 m處(即離橫坐標原
點12 m處)，合成電場峰值約為25 kV／m，而在
線路外側16 m處合成電場已經降到了15 kV，m
以下．正負極導線下方合成電場分布差異不大。
導線正下方位置各增設1條半徑為8 mm的屏蔽
用架空地線，該架空地線高度設為5 m，在其他
計算參數均保持不變的情況下．其合成電場計算
結果如圖2所示。圖2(a)所示為直流線路下方有
2條屏蔽線時的線路結構，圖2(b)所示為該結構
的合成電場計算結果。由圖2(b)可見，此時的合
成電場峰值處于線路外側約5．2 m處，合成電場
峰值約為21．8 kV／m，在線路外側17 m處合成電
場已經降到了15 kV／m以下。與2．1節(jié)計算結果
相比較可見：在正負極導線下方各增設1條屏蔽
線時，地面合成電場峰值下降了12．8％．峰值所
處位置向導線外側移了4 m。但按照15 kV／m控
制的走廊寬度變化不大。
2．3 線路下方有4條屏蔽線時
為了比較屏蔽線根數增加時地面合成電場的
變化情況。在2．2節(jié)的基礎上于正負極導線外側
2 m處分別增加1條屏蔽線，屏蔽線高度仍為5
m。此時線路結構和合成電場計算結果如圖3所
示。由圖3(b)可見，合成電場峰值為19．8 kV／m，
峰值位置處于線路外側7 m處，在線路外側17 m
處合成電場已經降到了15 kV／m以下。與2．2節(jié)中
只有2條屏蔽線時的計算結果相比，合成電場峰
2015年第6期 周象賢，等：直流架空輸電線路合成電場屏蔽措施分析 3
I l
口 o
● ●
O X ．
魯
》
螺
疆
司Ⅱ 一
(a)線路結構
與正負極導線中軸線的距離，m
(b)合成電場計算結果
圖2 線路下方有2條屏蔽線時的合成電場計算結果
I
口 口
- ● - -
0 X
(a)線路結構
(b)合成電場計算結果
圖3 線路下方有4條屏蔽線時的合成電場計算結果
值進一步下降了約9．2％ ，但是峰值位置和走廊
寬度基本不變。
2．4 屏蔽線屏蔽效果的影響因素
從2．2節(jié)和2．3節(jié)的計算結果可見，屏蔽線
對于地面合成電場有明顯的屏蔽效果。為了給屏
蔽線的實際應用提供指導，就屏蔽線粗細、懸掛
高度對屏蔽效果的影響進行分析。
表l所示為屏蔽線粗細對合成電場屏蔽效果
影響的計算結果。計算所采用的線路結構如圖2
(a)所示，屏蔽線高度固定在5 m，屏蔽線半徑則
從2 mm增大到12 mm。由表1可見：地面合成
電場峰值隨屏蔽線半徑的增大而減小。但其減小
的幅度不大，屏蔽線半徑從2 mm增大到12 mm
時，地面合成電場峰值只減小了2．3％。這說明在
使用屏蔽線時只需從機械強度考慮其粗細，在機
械強度足夠的情況下盡量使用較細的屏蔽線以節(jié)
約建設成本。
表l 屏蔽線粗細對屏蔽效果的影響
表2所示為屏蔽線高度對合成電場屏蔽效果
影響的計算結果．計算所采用的線路結構如圖2
(a)所示，屏蔽線半徑固定在8 mm，屏蔽線高度
從3 m增大到8 in。從表2可見：地面合成電場
峰值隨屏蔽線高度的增加而先減小后增大，屏蔽
線高度從3 m增加到6 m時，合成電場峰值下降了
11．8％；屏蔽線高度從6 rn增加到7 m時，地面
合成電場峰值增大了5．4％ ；再繼續(xù)增加屏蔽線
高度．合成電場峰值變化不大?？梢姡帘尉€高
度對于屏蔽效果的影響較為顯著，并且存在1個
最佳懸掛高度，對于本節(jié)所采用的線路結構而
言，最佳懸掛高度約為6 rn。
表2 屏蔽線高度對屏蔽效果的影響
從本節(jié)的計算和分析可知，改變屏蔽線半徑
對于屏蔽效果影響不大，但是調整屏蔽線高度對
于屏蔽效果則具有顯著影響，這是在實際應用中
需要引起注意的問題。
3 屏蔽網對合成電場的抑制效應
3．1 屏蔽網的架設方法
將接地的屏蔽網架設在敏感目標的上方可以
4 浙江電力 2015年第6期
有效降低屏蔽網下方區(qū)域的合成電場。圖4所示
即為典型的屏蔽網架設方法，這種架設方法可以
保護屏蔽網下方區(qū)域內的敏感目標。
圖4 合成電場屏蔽用屏蔽網的典型架設方式
3．2 屏蔽網線徑對屏蔽效果的影響
本節(jié)的計算仍然采用了本文第2部分所述的
典型~800 kV直流線路類似的結構．區(qū)別為極間
距離為22 m，其它計算參數保持一致，計算基本
原理如第2部分所述．區(qū)別在于屏蔽網屏蔽性能
的計算是三維的l51，因而計算量與計算復雜度均
要大一些。
為了分析屏蔽網線徑(本文均指半徑)對屏蔽
效果的影響，計算中將1個2 Inx2 In的屏蔽網放
在了導線外側4 In處，屏蔽網平行于地面。高度
固定在3 In，屏蔽網網孔邊長為O．66 In(正方形)。
表3所列為不同線徑的屏蔽網正下方平均合成電
場強度． 由表3可見：屏蔽網線徑越大其屏蔽效
果越好．但是當屏蔽網線徑從0．5 mm增大到1．5
mm時，其下方合成電場只降低了3．9％，這說明
通過增大屏蔽網線徑來改進屏蔽效果的做法是不
經濟的
表3 屏蔽網線徑對屏蔽效果的影響
3．3 屏蔽網網孔大小對屏蔽效果的影響
將3．2節(jié)中屏蔽網線徑固定在1 mIn，改變
屏蔽網網孔的大小。其對屏蔽效果的影響如表4
所示。比較沒有屏蔽網和有網孔為0．66 In 的屏蔽
網時的屏蔽效果，合成電場下降了22％，這說明
網孔很稀疏的屏蔽網也能起到良好的屏蔽作用。
當繼續(xù)減小網孔大小時，合成電場持續(xù)下降，說
明網孔較密的屏蔽網具有更好的屏蔽效果。
表4 屏蔽網網子L大小對屏蔽效果的影響
4 結論
本文對屏蔽線和屏蔽網2種合成電場屏蔽措
施的效果進行了定量計算，通過計算和分析認為
應用這2類屏蔽方法時需要注意以下問題：
(1)屏蔽線適合于大區(qū)域的合成電場屏蔽，屏
蔽網適合于小區(qū)域的合成電場屏蔽，并且屏蔽網
的屏蔽效果更好。
(2)屏蔽線和屏蔽網的線徑大小對于屏蔽效
果有一定影響。但影響不大，實際應用中可以以
機械性能為標準來挑選合適的屏蔽線與屏蔽網。
(3)為了取得最好的屏蔽效果，屏蔽線的懸
掛高度可參考其最佳高度。
(4)網孔較大的屏蔽網已具有顯著的屏蔽效
果，但屏蔽網的網孔越小屏蔽效果越好。
參考文獻：
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Transaction on Power Apparatus and System ，1 969，88
(10)：1476—1491．
收稿日期：2015—03—04
作者簡介：周象賢(1987)，男，工程師，研究方向為輸電線路
防雷、載流量計算與電暈。

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