復雜地勢下超高壓交流輸電線路的工頻電場仿真計算.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、遠距離輸電方向發(fā)展。當前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，日益密集的超高壓輸電線產(chǎn)生的電磁污染對城市和長期居住在輸電線附近居民的影響引起了社會各界的廣泛關注。國家對基礎建設的環(huán)保標準日趨嚴格，為了評估輸電線路對電磁環(huán)境的影響是否超標，必須首先對輸電線路產(chǎn)生的電磁場進行精確計算。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、和可聽噪聲四個方面。本文以500kV超高壓輸電線路為研究對象，通過計算仿真，對其周圍產(chǎn)生的工頻電場進行研究。
　　對于輸電線路的工頻電場，一般假設大地為平面，采用模擬電荷法結合鏡像法進行計算。這對于平原或開闊平坦的地區(qū)可以適用，但對于山地、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雜性及設計經(jīng)驗的限制。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

3、變函數(shù)法。
　　本文首先對幾種常用的數(shù)值計算方法并進行了研究分析。根據(jù)研究對象的特點，論文在格林等效定理的基礎上，對傳統(tǒng)的模擬電荷法的基本思想、應用步驟、應用要點以及模擬電荷的類型進行了詳細介紹。為了便于模擬實際復雜的問題，對超高壓輸電線路進行了一些必要的假設和簡化處理。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算。以實際工程的典型情況作為算例，對不同輸電線路相

4、間距離和導線對地高度情況下的工頻電場進行仿真計算，總結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周圍環(huán)境的影響。
　　對于丘陵和多山地帶的超高壓輸電線路，應用傳統(tǒng)模擬電荷法求解其電場時很難憑定性分析和經(jīng)驗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)化技術自動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、模擬點之間的配置關系，采用較少的模擬電荷，滿足工程計算精度要求。文中針對所提出

5、的問題將模擬電荷的電量和位置作為優(yōu)化變量，校驗點的電位誤差作為目標函數(shù)。建立了考慮復雜地勢的二維電場優(yōu)化計算模型，推導出計算公式。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，編程對地面附近的工頻電場進行了計算。結果表明此法合理可用，可以用于復雜地勢的輸電線電場計算。分析了其電場分布特點，并總結了應用優(yōu)化模擬電荷法計算時應注意的方面。
　　針對地勢復雜區(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、計算簡單、精確度高。表面電荷法基于電場唯一性定理，將導體表面連續(xù)分布的自由電荷或介質分界面上的連續(xù)分布的束縛電荷剖分，用一組虛設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，采用表面電荷法對其產(chǎn)生的工頻電場進行計算。
　　對于斜坡地面情況下的二維電場問題，可以采用復變函數(shù)法來求解。通過保角變換將斜坡地面轉換為平坦地面，然后就可以利用傳統(tǒng)模擬電荷法結合鏡