超高压输电线路铁塔附近的三维工频电场计算
卢铁兵1肖刊2张波1朱钰2尹浩柳1马宁2崔翔1
1)华北电力大学(保定071003)2)中国带电作业中心(沈阳110046) 摘要采用模拟电荷法预测计算了500kV输电线路铁塔附近的三维电场，通过与现场实测数据的比较，证实了该算法的有效性。该算法所得结果可用于预测带电作业时的操作方式和防护措施，以及用于同杆架设ADSS通信光缆时光缆的定位。关键词模拟电荷法输电铁塔三维工频电场电场计算
0引言超高压输电线路产生的电场会影响其周围物体及人的安全。有必要研究输电线路附近的电场强度及其分布。本文采用模拟电荷法计算了500kV输电线路铁塔附近的三维工频电场分布。
1数值算法输电线路产生的电场现场实测难度较大。不考虑输电铁塔时，某些简单的输电线路可用近似的解析公式估算。铁塔附近电场的分布比较复杂，必须进行数值计算。实验室模拟计算方法也不如数值计算简便、实用。采用模拟电荷法计算是比较有效的[1]。其它计算方法大多只研究了输电线路本身产生的电场分布，未能考虑铁塔的影响［2，3］。在实际输电线路中，铁塔对其附近的工频电场会产生较大的畸变。
为计算方便，将铁塔构架等效为圆形截面，模拟电荷采用线电荷，位于导线中心轴线，匹配点选在与模拟电荷对应的导体边界面上，同时在导体面上选择校验点［4］。从算法本身考虑，计算时将输电线路按不同的相位配置考虑，以模拟整个周期的电场变化过程，其三相线路初始相位配置如图1。以后每次计算时按反时针方向变化30°相角，直至180°，共计算7次即可得到模型电场的分布。2算法验证2.1计算模型以500kV输电线路为例，线路的线电压为500kV；四分裂导线的直径为29mm；双避雷线接地，半径5.5mm；将大地作为单层均匀土壤处理，土壤电阻率100Ω·ｍ。计算中对实际线路铁塔作了简化，忽略了部分对电场分布影响不大的铁塔金属结构件、绝缘子串和线路固定金具。双回线直线塔的结构及测点布置见图2。其中1～12分别为测点的轨迹。 2.2电场计算与测试结果比较对图2铁塔附近的三维电场进行了数值计算，同时作了实测予以验证。
测量采用GCD—100光纤场强电压表，其探头无源、体积小且无金属部件，测量时不会导致空间电场畸变，亦可防止外界电磁场干扰。测量时分别从相线悬挂点的几何中心开始沿水平和垂直方向每隔0.5m测量1个点，直到塔身。图3为2A、2B和2C处水平和垂直方向的测试和计算数据。图中d1为测量点与导线悬挂点间的距离，测试数据与计算数据均为有效值。由图3可见：1)计算值与测试值间有一定的分散性，但其变化趋势基本一致，最大误差<30。经分析，误差的原因主要为计算所用铁塔模型的简化及登塔测量操作时的测量位置误差所致；2)水平方向的误差比垂直方向小。这可能是悬挂各相线的绝缘子及其金具对垂直方向影响较大；3)两端的误差较大，中间各点相对平稳。这可能是两端分别受线路和铁塔的散射影响较大。
以上分析表明，数值计算模型能够较好地反映实际电场分布，可以满足工程计算的需要。3应用3.1输电线路铁塔附近的空间电场分布用模拟电荷法计算了图4的6种500kV输电线路铁塔附近的空间三维电场分布。计算得出的铁塔中心截面上初相位为0°时的电位分布见图5。[1][2]下一页
来源：中国电力资料网
