并行交直流输电线路感应电流研究

并行交直流输电线路感应电流研究

刘利彬

中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司 吉林 长春 130022

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，随着我国电力能源需求量的不断扩大，大区域的电网互联工程逐渐深化，特高压输电技术是形成我国电力资源有效调配的关键技术。越来越多的特高压输电工程投产建设，共用输电走廊的情况越来越普遍，密集的线路之间通过电磁场的联系会形成较严重的相间干扰，这些干扰对通信设备的影响较大，且不利于线路运维检修工作的开展。因此，并行的交直流输电线路之间感应电流的形成与影响具有一定的研究价值。

关键词：并行交流输电线路;特高压;电磁耦合

引言

直流输电具有很多交流输电没有的优点。直流架空线路仅由两根极导线和杆塔构成，构架简单、工程造价低。输送同样的功率，直流架空线路钢芯铝线、钢材和线路造价分别为交流架空线路的1/3,1/2，2/3和2/3，线路损耗为交流的2/30对于直流电缆线路，直流电缆输电相比于并行交直流输电输电具有输送容量大、输送距离不受限制的特点，而且耐受某一直流电压的电缆可以耐受三倍或以上的交流电压。因此同样的绝缘强度和线芯截面积的电缆，输送直流的容量远大于交流。直流电缆的损耗主要是电阻损耗，而并行交直流输电除了电阻损耗外，还有在绝缘中产生的介质损耗以及在护层中产生的电磁感应损耗。单位长度电缆的对地电容远大于架空线路，所以相应的电容电流也远大于架空线路。电容电流越来越大，使得电缆线芯的负载容量被电容电流所占有，此时电缆己经不能用来输送交流电。随着距离的增长，电缆的电容效应越来越明显，所以，并行交直流输电的输送距离受到限制，而直流电缆的输送距离不受限制。

1输电线路的电磁影响

在环境保护意识逐步提高的今天，输电线路的设计、建设和运行时都必须要考虑到电磁环境的影响，特高压交流输电线路的电磁环境指标主要包含四项，分别是电场强度、磁感应强度、可听噪声和无线电干扰水平。而由于直流线路不具有交流线路对导线表面电荷周期性的约束条件，直流线路的线下空间存在大量的正负离子，因此直流线路与交流线路的电磁环境指标有所区别，直流输电线路必须考虑线路的电磁环境指标包括电场效应、离子流密度、可听噪声和无线电干扰四个方面输电线路的运行电压越高，输送的潮流越大时，都将导致运行线路周围的电磁场强度增大。此外，输电线路的分裂导线等效半径、导线高度和相序布置方式都是影响电磁环境的重要影响因素。并行交直流特高压输电线路干扰本质上就是电磁场的影响，与带电运行线路的电磁场强度息息相关。电磁环境指标决定输电线路的高度、相序排列方式、导线结构等，而临近带电运行线路的相序分布和导线结构将直接影响感应电压和感应电流的大小。

2并行交直流输电线路感应电流研究

2.1无线电干扰的测量方法

电晕特性的测量主要有两种形式，第一种为试验线路测量，第二种为电晕笼试验。特高压电晕试验笼是研究特高压交流输电线路电晕特性及其电磁环境的重要测试手段，利用电晕试验笼可测量导线不同截面、不同分裂数和不同分裂间距情况下的可听噪声、无线电干扰和电晕损失等电晕特性。电晕笼的优点是:投资费用小，经济有效:试验条件可控性强，可在笼内装备淋雨系统，方便地模拟不同雨量的雨天条件:被测导线结构调整方便，可对不同结构和尺寸的导线进行测量;试验方便、试验周期短等。电晕笼中，一般采用传导法测量导线电晕产生的无线电干扰，即利用导线对地藕合回路测量导线由于电晕产生的射频电流。藕合回路法测量导线无线电干扰可采用两种接线方式:在导线和大地之间并人高压电容和无线电干扰藕合回路测量方式与在电晕测量笼和屏蔽笼之间并人无线电干扰藕合回路测量方式。

2.2直流偏磁现象

通过电力变压器绕组的直流会在变压器铁芯内部产生直流磁通，使磁通发生偏移，即为直流偏磁现象。当变压器发生直流偏磁时，在变压器励磁电流与直流电流同方向的半周内由于铁芯的磁化曲线饱和时变压器励磁电流急剧增加，给变压器和交流电网的安全运行造成诸多不良影响，如产生大量不对称高次谐波，变压器局部过热、无功损耗增加、振动和噪声加剧以及影响继电保护系统正常运行等。电力系统中运行的电力变压器绕组内流过的直流电流，可由如下原因引起:1、触发角不平衡;2、换流器交流母线上的正序二次谐波电压;3,稳态运行时由并行的交流线路感应到直流线路上的工频电流;4、直流输电系统单极大地回线方式运行时由于换流站中性点接地点地电位升高所产生的流经变压器中性点的直流电流;5、太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁暴。

2.3直流线路电晕

正极导线发生电晕后，正极导线附近的空气被电离产生了电子和正离子，电子不断被正极导线吸收，正离子以较高的速度被排斥，一部分留在电离层，另一部分从电离层进入极间区，并向地面和负极导线运移。空气电离所产生的正离子一部分被负极导线吸收，一部分留在电离层。电子由于高速运动产生碰撞使分子电离产生新的电子。电子进入极间区后，很快与有一定亲和能力的中性分子结合形成负离子，负离子不断向地面和正极导线方向移动，于是在正负极导线之间以及正负极导线与大地的空间内充满了带电离子。负极性导线电晕放电，放电点一般均匀分布在整个导体表面，脉冲幅值小，重复出现的脉冲幅值基本一致，和正极性导线相比，对无线电信号接收干扰不大。正极性导线电晕放电，放电点在导线表面的分布随机性大，持续的放电点大多数出现在导体表面有缺陷处，放电脉冲幅值大，且很不规律，是无限电干扰的主要来源。由于带电离子运动速度的变慢，形成一层和极导线极性相同的空间电荷层，它们在一定程度上削弱了电离区内电场，使导线表面场强保持临界值，从而使电晕放电持续稳定进行。

2.4直流输电系统接线方式

大部分的直流输电系统采用两端直流输电系统。两端直流输电系统又可分为单极系统、双极系统和背靠背直流系统三种类型。单极系统的接线方式有单极大地(或海水)回线方式和单极金属回线方式两种。单极大地(或海水)回线方式是利用一根导线和大地(或海水)构成直流侧的单极回路，两端换流站均需接地。单极金属回线方式是利用两根导线构成直流侧的单极回路，其中一根低绝缘的导线(也称金属返回线)用来代替单极大地回线方式中的地(或海水)回线。双极系统接线方式是直流输电工程通常所采用的接线方式，可分为双极两端中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属中线方式三种类型。

结语

随着并行交直流线路规模的不断扩大，其周围电磁环境逐渐成为亟待研究的重要问题。为此，本文针对并行交直流线路电磁环境的影响因素问题，重点研究了输送电流、并行长度、线路间距、线路高度、土壤电阻率及非全线运行耦合对电磁感应电流的影响规律。本文所得结论对后续并行输电线路的电磁环境研究提供了一定的理论依据。

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