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特高壓電暈籠防護(hù)段的設(shè)計(jì)
點(diǎn)擊次數(shù)：322 發(fā)布時(shí)間：2012-10-11
電暈特性是研究特高壓輸電線路電磁環(huán)境問題的基礎(chǔ)，而我國(guó)特高壓輸電所面臨的高海拔問題將導(dǎo)致電暈問題更為嚴(yán)重。特高壓電暈籠是研究電暈特性的重要測(cè)試手段之一，它易于拆卸，可方便地運(yùn)送至高海拔地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，從而可得到不同海拔下，不同尺寸和結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線由于發(fā)生電暈而產(chǎn)生的電暈損失、可聽噪聲和無線電干擾等電暈特性。
在結(jié)構(gòu)上，特高壓電暈籠一般分為兩層：外層為屏蔽籠，內(nèi)層為電暈測(cè)量籠。屏蔽籠接地，而屏蔽籠與電暈測(cè)量籠之間用支柱絕緣子支撐。由于結(jié)構(gòu)的突變，在電暈籠兩端部附近的導(dǎo)線表面電場(chǎng)會(huì)發(fā)生畸變從而影響電暈試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，此現(xiàn)象稱為端部效應(yīng)。為了解決端部效應(yīng)問題，特高壓電暈籠一般分為3段：中間段籠體為測(cè)量段，處于該段籠體內(nèi)的導(dǎo)線表面電場(chǎng)大小基本一致，用于電暈損失和無線電干擾等電暈特性的測(cè)量;測(cè)量段的兩邊各有一段籠體與其絕緣，此部分用于克服由于端部效應(yīng)引起的導(dǎo)線表面電場(chǎng)畸變，稱為防護(hù)段L8 。防護(hù)段的長(zhǎng)度由電暈籠端部附近導(dǎo)線表面電場(chǎng)的畸變程度決定，表面電場(chǎng)發(fā)生畸變的導(dǎo)線段越長(zhǎng)，則所需的防護(hù)段長(zhǎng)度也越長(zhǎng)。
測(cè)量段內(nèi)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)分布對(duì)電暈特性測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大影響，而防護(hù)段的長(zhǎng)度直接關(guān)系到測(cè)量段內(nèi)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)分布，因此防護(hù)段的合理設(shè)計(jì)具有重要意義。
為了合理設(shè)計(jì)防護(hù)段，充分考慮電暈籠的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文采用三維有限元法計(jì)算了電暈籠內(nèi)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)分布來確定防護(hù)段的長(zhǎng)度。另外，分析了在考慮導(dǎo)線的實(shí)際弧垂情況下防護(hù)段長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求，并提出了一種新穎的電暈籠防護(hù)段設(shè)計(jì)方法。
1 防護(hù)段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
為確定防護(hù)段長(zhǎng)度，本文分析對(duì)象為初步設(shè)計(jì)的特高壓電暈籠（如圖1（a））。電暈籠長(zhǎng)度30m，截面為8m×8m 的正方形;長(zhǎng)度40m 的LGJ一630/45導(dǎo)線置于方形電暈籠中心，兩端分別伸出電暈籠5m;導(dǎo)線一端施加1kV電壓，另一端開路。
在采用三維有限元法計(jì)算導(dǎo)線表面電場(chǎng)分布時(shí)，為了減少計(jì)算量，可利用1/4對(duì)稱將計(jì)算模型簡(jiǎn)化，如圖1（b）所示，在相同的計(jì)算硬件條件下，計(jì)算速度和精度大大提高。本文計(jì)算在內(nèi)存為2G、CPU為Inter Xeon 2.8GHz的計(jì)算服務(wù)器上完成，剖分單元總數(shù)約為5×10（5）個(gè)。
1.1 不考慮弧垂
由于結(jié)構(gòu)*對(duì)稱，不考慮弧垂時(shí)導(dǎo)線端部至中點(diǎn)處的下表面電場(chǎng)分布計(jì)算結(jié)果如圖2所示，橫坐標(biāo)在5~20m之間為電暈籠內(nèi)的導(dǎo)線部分。橫坐標(biāo)在7~20m 之間的導(dǎo)線段表面電場(chǎng)大小的變化<2 ，可認(rèn)為沒有發(fā)生畸變;而在電暈籠內(nèi)距離端部0～2m，即橫坐標(biāo)在5～7m之間的導(dǎo)線段表面電場(chǎng)變化范圍>2 ，為電場(chǎng)畸變段，此部分需采用防護(hù)段。
故不考慮導(dǎo)線弧垂時(shí)，為克服端部效應(yīng)對(duì)導(dǎo)線表面電場(chǎng)的影響，電暈籠防護(hù)段長(zhǎng)度應(yīng)>2 m。
1.2 考慮弧垂
實(shí)際導(dǎo)線都有一定弧垂，其弧垂公式為 ：
表1為長(zhǎng)度40m 的LGJ一630/45導(dǎo)線在3種不同zui低點(diǎn)水平應(yīng)力時(shí)導(dǎo)線zui低點(diǎn)弧垂。
為了得到導(dǎo)線弧垂對(duì)電暈籠內(nèi)導(dǎo)線表面電場(chǎng)分布的影響情況，仍以圖1所示計(jì)算實(shí)例分別對(duì)表1中所列的3種不同水平應(yīng)力情況，即不同弧垂情況下導(dǎo)線表面電場(chǎng)分布進(jìn)行了計(jì)算。為了模擬實(shí)際工程中電暈籠與導(dǎo)線的相對(duì)位置，在計(jì)算中，當(dāng)導(dǎo)線進(jìn)入電暈籠時(shí)，將導(dǎo)線置于電暈籠的正中心。圖2為以上3種不同弧垂情況和不考慮弧垂情況下導(dǎo)線下表面電場(chǎng)分布的計(jì)算結(jié)果。
考慮導(dǎo)線弧垂后，端部效應(yīng)對(duì)導(dǎo)線表面電場(chǎng)的影響更加突出，因此需增大防護(hù)段長(zhǎng)度。根據(jù)圖2的計(jì)算結(jié)果可得到不同弧垂情況下電場(chǎng)無畸變（電場(chǎng)變化<2 ）段和防護(hù)段的長(zhǎng)度（如表2）。隨著導(dǎo)線弧垂的增大，電場(chǎng)無畸變段的長(zhǎng)度不斷減小，防護(hù)段的長(zhǎng)度不斷增大。如當(dāng)導(dǎo)線弧垂為3O.9 ITt時(shí)，電場(chǎng)無畸變段和防護(hù)段的長(zhǎng)度分別為24 m 和3 m;而當(dāng)導(dǎo)線弧垂為123.6 cm時(shí)，電場(chǎng)無畸變段和防護(hù)段的長(zhǎng)度分別為15 m 和7.5 m。
在實(shí)際電暈籠中，導(dǎo)線的弧垂不宜過大，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)無畸變段的長(zhǎng)度過小從而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，實(shí)際試驗(yàn)中為了保證足夠的測(cè)lkV量準(zhǔn)確度，導(dǎo)線的弧垂不宜超過60cm，防護(hù)段長(zhǎng)度應(yīng)不小于5m。