750 kV输电线路电晕损失测量技术

邢琳，刘云鹏，孙强，尤少华，李润秋

（1.西北电网有限公司，陕西西安710048，2.华北电力大学，河北保定071003）

我国西部地区地处高原，针对能源发展规划及地理特点，在建及投运的750 kV输电线路多处于高海拔地区[1-4]，随着海拔高度的增加，空气密度减小，导致空气的临界击穿场强下降[5-6]，导线起晕电压降低，电晕损失增加[7-8]，直接影响输电线路的经济性和安全性，对西北750 kV输电工程的经济性和可靠性带来很大的影响。

但截至目前，我国超高压输电线路的电晕损失测量工作开展很少，尤其是西北新建750 kV线路，电晕损失的相关计算基本参考国外的相关数据，而这类可参考实测数据很少，很不完备。国际上输电线路电晕损失虽己研究多年，但至今尚无公认的估算电晕损失的统一方法。各国提供的试验数据和估算方法，主要是针对本国具体情况，有较大的差别[9-10]。我国迫切需要研究和建立自己的750 kV输电线路电晕损失的统计数据和曲线，指导导线结构设计，有效增大输送功率，减少输电损耗，提高输电线路可靠性，为线路经济运行提供技术借鉴，同时为促进西北750 kV电网可持续发展提供有力的技术支持。

1 研究内容

在交流特高压试验基地的大电晕笼和试验线段基础上开展研究，基于光纤测量技术、虚拟仪器技术和数字信号处理技术，研制相应的电晕损失测量装置，获得不同类型750 kV输电线路导线在不同场强下电晕损失的关键参数[11-12]。

1.1 光纤数字化电晕损失测量系统

基于光纤传输技术、光电转换技术，数字信号处理技术和虚拟仪器技术，研制了一套光供电光纤传输方式的输电线路的电晕损失测量系统[13]，见图1。

图1 光供电光纤传输方式的试验线段电晕损失测量系统结构示意图

该测量系统，基于电晕电流/电晕损失获得了特高压线路导线的电晕损失曲线，通过光纤电流互感器实现电流的地面安全可靠测量，采用户外高精度电容分压器（或CVT）实现电压的准确可靠测量，同时结合现代数字信号处理技术和虚拟仪器技术计算电晕电流/电晕损失，研究输电线路的电晕特性。

1.2 电晕损失测量试验

在不同条件下对试验导线进行了电晕损失测量试验，包括对特高压交流试验基地的单回试验线段A、B相进行了电晕损失在线监测，在特高压电晕笼中进行了不同分裂导线在海拔19 m处的干燥、湿润和淋雨条件下的电晕损失测量，在环境气候实验室中，利用可移动式电晕笼,对不同六分裂导线进行不同海拔高度(19～4000 m)干燥和淋雨条件下的电晕损失测量。

1.2.1 特高压电晕笼电晕损失试验

特高压电晕笼截面为方形，截面边长8 m，测量段长度25 m，两端防护段长度各为5 m[14]。结构上分为两层，外层为屏蔽笼，接地，内层为测量笼，内外层之间采用支柱绝缘子支撑。两层笼均采用金属网状结构。如图2所示，电晕笼电晕损失测量系统与试验线段测量系统原理相同，采用光纤数字化电晕损失测量系统获得精确的表征电晕损失的电压电流原始数据，通过后台分析程序进一步获得准确的电晕损失测量结果。

图2 电晕笼电晕损失测量系统结构示意图

1.2.2 可移动式电晕笼电晕损失试验

可移动式电晕笼截面为方形，截面边长6 m，测量段长度8 m，两端防护段长度各为1 m。不同于特高压电晕笼，可移动式电晕笼仅有一层笼壁，通过绝缘子使笼壁与电晕笼基座实现绝缘，可移动式电晕笼电晕损失试验的测量原理及系统同特高压电晕笼的试验。如图3所示，在模拟高海拔进行试验时，将其置于环境气候实验室内，通过环境气候实验室的抽真空系统，改变实验室内的气压，由101.3(海拔19 m)～62 kPa(海拔4000 m)，模拟海拔每升高250 m为一个测量点，共17个模拟海拔测量点，分别测量导线干燥和人工淋雨下的电晕损失，同时在电晕笼壁上装有温湿度探头，实时记录每个测量时刻的温湿度。

图3 可移动式电晕笼

1.3 六分裂导线海拔校正

利用环境气候试验室获得的电晕损失与海拔高度之间的关系曲线，开展导线电晕损失的海拔校正研究，提出两种六分裂导线电晕损失海拔修正公式[15]。

1.3.1 线性形式修正方法

位于高海拔地区的导线电晕损失，应该是用低海拔地区的导线电晕损失乘以海拔修正系数

式中，a、b为待求系数；H为导线海拔高度，m。

1.3.2 指数与线性联合修正方法

通过对导线电晕损失随海拔高度的变化关系，应用多种形式拟合后发现，采用指数与线性联合形式，修正误差较小，其海拔修正形式可以表示为

式中，a、b、c为待求系数；H为试验地点海拔高度，m。

1.4 电晕损失等效性研究

通常采用电晕笼的方法测量输电线路的电晕损失数据，但在电晕笼中测量到的电晕损失不能直接反映输电线路上的电晕损失。为解决此类问题，提出一种有效电晕损失等效计算方法，利用测量到的电晕笼导线损失，计算得到有效电晕损失修正系数，通过相同场强下计算电晕损失的等值转换，可以将电晕笼导线电晕损失等效到试验线段电晕损失。

式中，P为实测电晕损失；Pn为有效电晕损失；K为有效电晕损失修正系数。

其中

式中,n为分裂导线数；r为子导线半径，cm；re为分裂导线等效半径，cm；R为对于每相导线等效零电位同皮克系数；ρ为18于分裂导线。

求得电晕笼导线有效电晕损失修正系数，试验线段或输电导线有效电晕损失修正系数，将电晕笼导线电晕损失等效到试验线段电晕损失[16]。

式中，Peq为等效电晕损失；Pcage为电晕笼导线测量电晕损失；Kline为线路修正系数；Kcage为电晕笼修正系数。

通过对特高压单回试验线段以及特高压电晕笼电晕损失试验两者进行比对，均采取8×LGJ-500/35分裂导线进行雨天电晕损失测量，并对两种试验方法测的结果进行等效性对比分析，从而验证上述电晕损失等效性公式的正确性。

1.5 750 kV输电线路电晕损失估算

综合上节研究，给出了综合评估一条实际750 kV线路全年电晕损失的计算流程。

1）计算出实际输电线路导线表面最大场强Emax。

2）将用于实际输电线路的导线置于电晕笼内进行相关试验。利用光纤数字化电晕损失测量系统测得导线在一组电压下的电晕损失，并绘出电晕损失-电压曲线。

3）根据导线表面最大场强计算出在电晕笼中达到该电场强度所需的试验电压，由该试验电压从电晕损失-电压曲线中找出相应的电晕损失值Pcage。

4）求取电晕损失的修正系数Kline和Kcage。

5）利用有效电晕损失的概念求出电晕损失等效系数，将电晕笼内的导线电晕损失等效到输电线路导线上,见式（6）。

6）根据电晕损失随降雨率的变化曲线计算大雨、中雨、小雨天气下的电晕损失，根据大、中、小雪的等值降雨率计算出雪天的电晕损失。最后根据输电线路长度和一年之中的降雨时间和降雪时间求出全年总电晕损失能量。

7）求取全年坏天气下的电晕损失能量。

8）求取全年晴天下的电晕损失能量。良好设计的高压输电线应该不会在天气晴好的情况下出现电晕，好天气下电晕损失主要是绝缘子的泄漏损失。求得每塔损失功率，由全年内晴天持续时间（小时数）及其线段内塔基数求得晴天下损失能量。

9）求得线路全年电晕损失能量。将全年晴天下和坏天气情况下的电晕损失能量求和，求得线路全年电晕损失能量。

2 关键技术

2.1 光纤数字化电晕损失测量系统

采用现代光纤测量技术，结合现代数字信号处理技术和虚拟仪器技术，研制了光纤数字化电晕损失测量系统，将混合式光供电电流互感器OPCT16[13]，以及光纤传输技术应用于电晕笼导线、试验线段导线电流测量。

2.2 电晕损失测量方法

采用特高压交流试验线段、全国首个特高压电晕笼、超高压可移动式电晕笼以及亚洲最大的环境气候试验室等优越的试验条件，进行特高压交流单回试验线段、特高压电晕笼、超高压可移动式电晕笼导线电晕损失测量。

2.3 电晕损失海拔修正法

将可移动式电晕笼置于环境气候试验室内，采用6×LGJ-400/50导线，在国内外首次系统的研究了0～4000 m海拔范围内导线电晕损失随海拔高度的变化关系。并以该数据为依据，对0～4000 m海拔范围内两种导线电晕损失海拔校正方法误差特性进行分析，首次提出了推荐工程应用电晕损失海拔校正方法。

2.4 电晕损失等效性

针对电晕笼导线电晕损失与线路导线电晕损失的等效性问题展开研究，为将环境气候试验室内可移动式电晕笼实测导线电晕损失等效到实际750 kV输电线路电晕损失奠定了基础。

同时根据模拟不同海拔下可移动式电晕笼实测导线电晕损失，等效到实际线路，对750 kV实际输电线路电晕损失进行综合评估，并对海拔4000 m的导线电晕损失进行推算，衡量了750 kV输电线路运行的经济性，为750 kV输电线路线路设计和导线选型提供参考。

3 技术创新及成果

高海拔地区750 kV输电线路电晕损失测量研究的主要内容在国内是首次研究，该研究积累了西北地区750 kV输电线路电晕特性大量相关数据、测量经验，并取得了如下创新成果：

1）自主研制出光纤数字化电晕损失测量装置，电流信号提取达到0.2级准确度要求，能满足电晕笼、试验线段以及实际输电线路测量要求。测量系统通过光纤首次实现了电晕测量的光传输、光供能与光同步，抗干扰能力强。

2）首次在交流试验基地人工环境气候实验室内，模拟0 ～4000 m海拔高度条件，应用自主设计的可移动式电晕笼开展750 kV输电线路用分裂导线在不同海拔高度，干燥和淋雨条件下电晕损失试验，对其分裂导线电晕损耗进行实测，获得了电晕损失与海拔高度的关系曲线。

3）首次提出工程应用指数型式的电晕损失修正公式，并通过误差分析表明，其总体校正误差可控制在±10%以内，可以满足工程要求。

4）首次获得了750 kV实际输电线路的年平均电晕损失和最大电晕损失等综合评估数据，研究结果对不同海拔高度的750 kV输电线路导线结构设计具有参考价值。

4 结语

采用理论分析、实验室模拟试验及现场实测相结合的方法，在国际上首次获得了一大批宝贵的750 kV试验数据和可用于指导工程设计和运行的结论，特别是对0 ～4000 m海拔高度条件下对750 kV输电线路分裂导线电晕损失进行了系统研究，提出工程应用指数型式的电晕损失修正公式，填补了该领域的国际空白，对我国750 kV电网建设具有重要的指导意义，对1000 kV特高压输变电工程的建设也具有参考作用。研究成果对于高海拔地区超、特高压输电线路导线结构的设计具有相当的借鉴意义，对750 kV输电线路安全性经济性衡量，降损节能起到了重要作用。

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