论基于有限元的超高压输电线路电场的数值分析与测量

王擘

摘 要：为了更深入的探讨500kV超高压输电线路电场的结构布局问题，在保证了有限元电磁场的分析软件Ansoft maxwell的科学性和准确性之后，搭建了新的同塔双回输电线路数模。主要探究和分析了相导线相对于地面的距离、分裂导线的构造大小等其他原因对电场产生的影响，还有线路出现了故障或者是进行停电维修时对于电场分布的影响，可以有助于减弱对输电线路周围产生的电场和对电磁环境的更新升级提供了技术和理论的支持，进一步来说，也对停电维修线路提供了一定的参考和借鉴。

关键词：有限元；超高压；输电线路；电场数值

中图分类号：TM75 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）27-0058-03

Abstract： In order to discuss the structure layout of electric field of 500kV EHV transmission line more deeply， a new numerical model of double-circuit transmission line on the same tower is built after ensuring the science and accuracy of the finite element electromagnetic field analysis software Ansoft maxwell. This paper mainly explores and analyzes the influence of the distance between the phase conductor and the ground， the structure size of the split conductor and other reasons on the electric field， as well as the influence on the electric field distribution when the line is out of order or maintenance. It can help to weaken the electric field around the transmission line and provide technical and theoretical support for the upgrading of the electromagnetic environment. Furthermore， it can also provide a certain reference for the maintenance of power lines.

Keywords： finite element； super high voltage； transmission line； electric field value

引言

超高压输电线路在进行工作的时候会产生一定的电磁污染，这问题引起了社会的大力关注。就目前的形式分析，国内外主要用模拟电荷方法、有限元法、差分方法、矩阵法和无边界元方法进行高压输电线路电磁场的计算。由于国家技术之间存在的差异以及标准方面的不一致，在输电线路的塔的高度以及之间的间距问题上有不同的要求，由于方式的不同对于电场的分布也会产生一定的影响。本文就用有限元软件Maxwell模拟了在500kV高级电压下的输电线路的电场情况，然后做了进一步的现实化的分析和探究，希望能够有助于对电磁环境的优化工作。

1 对于超高压输电线路进行模型构建

首先，为了验证软件的准确性和可靠性，进行了400kV的工频电场模拟，然后进行了一些数据采集，为了方便计算，对于模型的构建进行了简化处理，构造了如图所示的模型，以及相关的数据采集工作。通过数据表格和模拟图我们可以知道，有限元的进一步分析我们可以知道输电线路在电线的下部分的场强分布变化趋势和实际测得的结构变化趋势基本是保持相同的变化形式[1]。通过进一步的计算，我们可以知道误差范围在工程的可允许范围内，所以接下来可以进行对500kV超高压同塔双回输电线路的构建以及研究工作。通过对模型进行简化后可以得到有限元的模型构建如图2所示，然后可以知道每个点的具体坐标值为A1（-8，28），B1（-11，20），C1（-8，12），A2（8，28），B2（11，20），C2（8，12），然后我们可以根据相关的公式测得三相输电线路的电压激发鼓励源头为：Ua=500×√2/√3sin（ωt+θ），Ub=500×√2/√3sin（ωt+θ-120°），Uc=500×√2/√3sin（ωt+θ-240°）。然后我们对单元数进行设置成1000，对于地面的边界电位设置成0，其余的部分采用气泡的形式。然后对A相线路的电场进行绘制云图，根据云图可以得到其电路周围的电场分布图，如图3所示。然后我们可以得到周围电场数值最大的是543.77kV/m，當距离慢慢变大时，达到1.5m时候，电场的最大值也会发生改变。

2 对结果进行分析和研究

2.1 相导线对于地面高度的变化对于电场的分布产生的不同影响

对于500kV的输电线路模型构建如图4所示，采用4分裂式导线，半径采取13.41mm，对于弧垂的最低点的限制值取12m，之间的间距取值16m，然后改变导线与地面之间的距离，分别取值在12m，13m，14m，15m四个点，然后绘制电场分布曲线图[2]。然后对比模拟结果，我们可以发现，针对500kV的输电线路，高度的变化会对电场强度产生变化，会随着距离的变大先进行增加然后减小，其中电场强度出现的最大点是距离地面高度为10m左右的距离。除此之外，导线距地面高度取到最小值的时候，就容易对线路下面的电场强度产生很大程度的干扰，当高线的高度慢慢增加，下面的场强强度会逐渐变大。

2.2 单回线路停电检查维修会对电场产生一定的影响

当输电线路发生停电进行维修的操作时，就会对周围的电场分布产生一定的干涉，我们可以进行情况的假设模拟。设定坐标平面的左侧发生停电，需要进行维修检测，为了保证双回线路对电场产生的影响不受其他因素的干扰，可以得到其电场分布模拟结构图如图5所示[3]。根据图示，我们可以看出，当左侧进行停电维修时，距离地面1.5m处的电场分布由一开始的双回线路变成了右侧的单回线路，这样就会导致场强的分布会更加向右侧进行靠拢，场强的强度变化仍旧是先进行增加然后再减弱，最大值可以达到10.6kV/m，这比在保证其他条件不变的情况下的双回线路要小得多。对于停电检修线路工作可以注意下面几个问题。首先，地面的场强大小会受输电线路的高度影响。两者呈现出反比的趋势。高度越高，场强就会越小。然后是对于回线路停电检查功维护来说，电场的场强分布主要是集中在没有进行检测维护的那一端，分布趋势依旧是先增加然后再减弱。

3 结束语

综上所述，在利用了Maxwell软件对超高压输送电线路进行了一个真实的模拟和还原比较贴合实际情况，首先是对Maxwell软件的准确性和可靠性进行了验证和探究，用400kV情况下的變化情况作为一个验证依据。接着对500kV的有限元的超高压输电线路电场进行了模拟分析，对数据进行了相关的记录和收集，绘制出了一系列的图示，然后根据图示进行有关数据和信息的分析工作，这个过程中一定要保证数据的准确性，当然会存在一定的误差，但是要保证在合理的范围内，对实验不会产生很大的影响，通过对三种情况下的模拟条件变化进而探究了对电场的分布变化产生影响，希望可以有助于降低输电线路周围产生的电场磁造成的污染，以及对停电维护线路工作带来一定借鉴价值。

参考文献：

[1]卢铁兵，冯晗，崔翔.基于上流有限元法对高压直流输电线路下合成电场的研究[J].电网技术，2008，32（2）：13-16.

[2]苏国政，等.特高压紧凑型输电线路工频电场强度计算[J].武汉大学学报（工学版），2007，40（3）：99-102.

[3]邢修武，马孝平.基于有限元的输电导线电磁环境评估与预测[J].电力科学与技术学报，2011，26（3）：68-74.

[4]袁一飞.基于边界元法的超高压输电线路工频电场研究[D].重庆：重庆大学，2008.

[5]刘世维.浅析有限元软件在输电线路电磁场分析中的应用[J].科技创新与应用，2014（18）：29.