CN107255753A - 一种高压直流线路电晕损耗转化方法及其实现系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压直流线路电晕损耗转化方法及其实现系统，所述方法可实现电晕笼内特定导线电晕损耗与实际线路电晕损耗之间的相互转换；通过试验或计算获得电晕笼内分裂导线在不同电压下的电晕损耗，进而计算得出电晕笼内特定导线电晕损耗的产生量，通过拟和该产生量与特定导线表面场强的关系获得特定导线的电晕损耗产生函数，然后利用该函数关系，计算得到实际线路上直流导线的电晕损耗产生量，考虑所述实际线路的架设参数，最终得到实际线路直流导线的电晕损耗；本发明实现了电晕笼内导线电晕损耗与实际线路电晕损耗之间的相互转换，为特高压直流线路电晕损耗的试验和研究提供参考，可为我国超特高压直流线路的节能减排设计提供技术支撑。

Description

一种高压直流线路电晕损耗转化方法及其实现系统
技术领域
本发明涉及高压电路领域，更具体地，涉及一种将电晕笼直流线路电晕损耗转化为实际线路电晕损耗的方法及其实现系统。
背景技术
目前，我国已确定±400kV、±500kV、±660kV、±800kV、±1100kV的直流电压等级序列，每一个电压等级所需导线均不同。同时，针对高海拔地区、重污秽地区、戈壁无人区，以及工程优化等需求，针对相同电压等级也可能需要采用不同的导线，这就需要针对多达数十种导线开展电晕损耗试验研究。仅通过真型线路或直流试验线段对电晕损耗进行系统研究时，且对试验电源、施工等要求较高，很难在较短时间内获得预期的试验数据，而利用电晕笼则能够弥补试验线段的这些不足。电晕笼是研究导线电晕特性的一种重要的工具，使用电晕笼能减小投资，试验条件可调控、更换导线方便、试验周期短等优点。使用电晕笼可以在导线施加较小的电压来模拟研究实际高电压等级下分裂导线电晕特性。使用相对应的测量设备可以在电晕笼内开展架空导线电晕起始电压、导线电场分布、空间离子电流密度分布、电晕特性等方面的研究，可从中获得的参数可用来指导特高压输电线路设计，对于研究输电线路具有十分重要的意义
通过电晕笼试验获得导线的电晕特性已成为输电线路电晕效应研究的重要手段，但如何将电晕笼中的直流线路电晕损耗测试数据转化至实际线路的电晕损耗水平的转化方法尚不成熟，这些困难都导致了电晕笼内测量到的直流电晕损耗数据很难直接转换到实际线路上，严重制约了直流线路电晕损耗的进一步研究。
发明内容
为了解决背景技术存在的直流线路电晕损耗无法测量且电晕笼直流电晕损耗数据很难直接转化到实际电路上等问题，本发明提供了一种高压直流线路电晕损耗转化方法及其实现系统，所述转化方法用于将电晕笼直流线路电晕损耗转化为实际线路电晕损耗。
一种高压直流线路电晕损耗转化方法，所述方法包括：
步骤1，对电晕笼内架设的高压直流输电分裂导线展开多个电压下的电晕损耗试验，得到每个电压下的电晕电流，进而计算得到每个电压下的电晕损耗以及电晕损耗产生量；
步骤2，计算得到所述电晕笼内特定导线在所述多个电压下的表面场强；
步骤3，得到电晕损耗产生函数，所述电晕损耗产生函数由多个电压下的所述电晕笼内特定导线的电晕损耗产生量与所述电晕笼内特定导线表面场强拟合得出；
步骤4，计算得到实际线路上导线的表面场强；
步骤5，得到实际线路上导线的电晕损耗产生量，计算得到所述实际线路上导线的电晕损耗；所述实际线路上导线的电晕损耗产生量根据所述电晕损耗产生函数计算得到。
进一步的，所述电晕笼内架设的特定导线为分裂导线，所述特定导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，所述特定导线与实际线路均为高压直流线路；
进一步的，步骤1所述计算得到电晕笼内特定导线的电晕损耗是指通过所述特定导线的分裂数、子导线半径、所述电晕笼截面尺寸以及多个电压下的起晕场强进行电晕笼内导线的空间离子流场计算，通过积分得到每个电压下特定导线的电晕电流，进而计算得到电晕损耗；
进一步的，所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极；
进一步的，电晕笼内所述导线的电晕损耗产生量包括电晕笼笼体电极结构对电晕损耗的影响以及电晕笼笼体外端部效应对电晕损耗的影响；
进一步的，所述电晕笼笼体电极结构引起的影响可由所述特定导线电晕损耗加上k1logR获得，其中R为电晕笼笼体半径，k1与笼体的网格粗细程度以及笼体内空气的干净程度有关，10≤k1≤18；
进一步的，所述电晕笼笼体端部效应对电晕损耗的影响可由所述特定导线电晕损耗乘以端部效应系数k2获得，所述k2通过电晕笼笼体内导线纵向表面电场仿真计算获得，0.7≤k2≤1；
进一步的，所述电晕笼内特定导线的表面场强以及所述实际线路导线的表面场强的计算方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法；
进一步的，所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用线性关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝aE+b，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，a、b为常数系数；
进一步的，所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用对数关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝c log E+d，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，c、d为常数系数；
进一步的，所述实际线路上的电晕损耗计算公式如下：
P＝P0-kS log S-kHlog H
其中，P为实际线路电晕损耗，P0为实际线路电晕损耗产生量，S为导线极间距，即正负极分裂导线中心之间的距离，H为导线高度，即导线最低点距离地面的高度，kS和kH为常数，与大地表面的地貌以及大气的清洁程度有关，10≤kS≤16，1≤kH≤5；
一种用于实现高压直流线路电晕损耗转化的系统，所述系统包括：
第一计算模块，所述第一计算模块用于根据特定导线的结构参数计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗；
第二计算模块，所述第二计算模块用于根据电晕笼特定导线的电晕损耗计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗产生量；
第三计算模块，所述第三计算模块用于根据特定导线的结构参数计算所述电晕笼内特定导线在多个电压下的表面场强；
第四计算模块，所述第四计算模块用于根据实际线路上的结构参数与起晕场强计算实际线路上导线的表面场强；
函数拟合模块，所述函数拟合模块用于使用多组导线电晕损耗产生量与导线表面场强拟合得到电晕损耗产生函数，并根据函数及实际线路导线电压计算得到实际线路电晕损耗产生量；
第五计算模块，所述第五计算模块用于根据实际线路电晕损耗产生量计算所述实际线路上的电晕损耗；
进一步的，所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，均为高压直流线路；
进一步的，所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极；
本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种高压直流线路电晕损耗转化的方法及其实现系统，利用电晕笼实验条件可控、测量方便和测量周期短等优点，在现有技术上，解决了如何将电晕笼进行导线电晕损耗试验的数据转化到实际线路上这一问题。通过实际线路上电晕损耗的仿真计算分析，得出了实际线路上的电晕损耗与导线极间距和导线高度的函数关系，可用来计算直流线路电晕损耗的产生功率，得出了将电晕笼内特定导线的电晕损耗转化为实际线路的电晕损耗的转化方法，为我国后续的超特高压直流输电线路电晕损耗研究节省大量的资金，为我国的超特高压直流输电线路导线选型和节能设计提供技术支撑。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为本发明具体实施方式的一种高压直流线路电晕损耗转化方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式的一种用于实现高压直流线路电晕损耗转化的系统的结构图；以及
图3为本发明具体实施方式的一种高压直流线路电晕损耗转化方法的转化效果验证图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种高压直流线路电晕损耗转化方法的流程图；所述实施方式提供了一种将电晕笼直流线路电晕损耗转化为实际线路电晕损耗的方法，所述方法包括：
一种高压直流线路电晕损耗转化方法，所述方法包括：
步骤101，对电晕笼内架设的高压直流输电分裂导线展开多个电压下的电晕损耗试验，得到每个电压下的电晕电流，进而计算得到每个电压下的电晕损耗以及电晕损耗产生量；
步骤102，计算得到所述电晕笼内特定导线在所述多个电压下的表面场强；
步骤103，得到电晕损耗产生函数，所述电晕损耗产生函数由多个电压下的所述电晕笼内特定导线的电晕损耗产生量与所述电晕笼内特定导线表面场强拟合得出；
步骤104，计算得到实际线路上导线的表面场强；
步骤105，得到实际线路上导线的电晕损耗产生量，计算得到所述实际线路上导线的电晕损耗；所述实际线路上导线的电晕损耗产生量根据所述电晕损耗产生函数计算得到。
进一步的，所述电晕笼内架设的特定导线为分裂导线，所述特定导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，所述特定导线与实际线路均为高压直流线路；
进一步的，步骤1所述计算得到电晕笼内特定导线的电晕损耗是指通过所述特定导线的分裂数、子导线半径、所述电晕笼截面尺寸以及多个电压下的起晕场强进行电晕笼内导线的空间离子流场计算，通过积分得到每个电压下特定导线的电晕电流，进而计算得到电晕损耗；
进一步的，所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极；
进一步的，电晕笼内所述导线的电晕损耗产生量包括电晕笼笼体电极结构对电晕损耗的影响以及电晕笼笼体外端部效应对电晕损耗的影响；
进一步的，所述电晕笼笼体电极结构引起的影响可由所述特定导线电晕损耗加上k1logR获得，其中R为电晕笼笼体半径，k1与笼体的网格粗细程度以及笼体内空气的干净程度有关，10≤k1≤18；
进一步的，所述电晕笼笼体端部效应对电晕损耗的影响可由所述特定导线电晕损耗乘以端部效应系数k2获得，所述k2通过电晕笼笼体内导线纵向表面电场仿真计算获得，0.7≤k2≤1；
进一步的，所述电晕笼内特定导线的表面场强以及所述实际线路导线的表面场强的计算方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法；
进一步的，所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用线性关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝aE+b，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，a、b为常数系数；
进一步的，所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用对数关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝c log E+d，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，c、d为系数；
进一步的，所述实际线路上的电晕损耗计算公式如下：
P＝P0-kS log S-kHlog H
其中，P为实际线路电晕损耗，P0为实际线路电晕损耗产生量，S为导线极间距，即正负极分裂导线中心之间的距离，H为导线高度，即导线最低点距离地面的高度，kS和kH为常数，与大地表面的地貌以及大气的清洁程度有关，10≤kS≤16，1≤kH≤5；
图2为本发明具体实施方式的一种用于实现高压直流线路电晕损耗转化的系统的结构图，所述实施方式提供了一种实现将电晕笼直流线路电晕损耗转化为实际线路电晕损耗的系统，所述系统包括：
第一计算模块201，所述第一计算模块用于根据特定导线的结构参数计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗；
第二计算模块202，所述第二计算模块用于根据电晕笼特定导线的电晕损耗计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗产生量；
第三计算模块203，所述第三计算模块用于根据特定导线的结构参数计算所述电晕笼内特定导线在多个电压下的表面场强；
第四计算模块204，所述第四计算模块用于根据实际线路上的结构参数与起晕场强计算实际线路上导线的表面场强；
函数拟合模块205，所述函数拟合模块用于使用多组导线电晕损耗产生量与导线表面场强拟合得到电晕损耗产生函数，并根据函数及实际线路导线电压计算得到实际线路电晕损耗产生量；
第五计算模块206，所述第五计算模块用于根据实际线路电晕损耗产生量计算所述实际线路上的电晕损耗；
进一步的，所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，均为高压直流线路；
进一步的，所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极。
图3为本发明具体实施方式的一种高压直流线路电晕损耗转化方法的转化效果验证图，所述实施方式提供了一种将电晕笼直流线路电晕损耗转化为实际线路电晕损耗的方法，将在实际线路上测量得到的电晕损耗与通过使用本方法转化得到的电晕损耗进行对比，具体验证如下：
分别在电晕笼内以及实际线路上开展8×1250mm2导线的电晕损耗试验，测得电晕笼该导线的电晕损耗以及实际线路上导线的电晕损耗；根据本发明提供的高压直流线路电晕损耗转化方法，利用电晕笼内8×1250mm2导线在所述多个电压下的电晕损耗最终转化得出实际线路导线的电路损耗产生量，将电晕笼转化得到的实际线路电路损耗产生量与实际线路测量得到的电路损耗产生量进行对比，得到如图3所示结果；所述测量得到的实际线路电路损耗产生量分别为8.60dB、11.15dB以及13.01dB，对应的拟合得到的实际线路导线的电路损耗产生量分别为8.00dB、10.87dB以及12.96dB，对应的误差分别为6.98％、2.51％以及0.38％。由此可看出，电晕笼内特定导线的电晕损耗产生量转化至实际线路时，与实际线路的电晕损耗产生量吻合的较好，误差可以控制在10％以下。

Claims (14)

1.一种高压直流线路电晕损耗转化方法，所述方法包括：
步骤1，对电晕笼内架设的高压直流输电分裂导线展开多个电压下的电晕损耗试验，得到每个电压下的电晕电流，进而计算得到每个电压下的电晕损耗以及电晕损耗产生量；
步骤2，计算得到所述电晕笼内特定导线在所述多个电压下的表面场强；
步骤3，得到电晕损耗产生函数，所述电晕损耗产生函数由多个电压下的所述电晕笼内特定导线的电晕损耗产生量与所述电晕笼内特定导线表面场强拟合得出；
步骤4，计算得到实际线路上导线的表面场强；
步骤5，得到实际线路上导线的电晕损耗产生量，计算得到所述实际线路上导线的电晕损耗；所述实际线路上导线的电晕损耗产生量根据所述电晕损耗产生函数计算得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电晕笼内架设的特定导线为分裂导线，所述特定导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，所述特定导线与实际线路均为高压直流线路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1所述电晕笼内特定导线的电晕损耗的计算方法是指通过所述特定导线的分裂数、子导线半径、所述电晕笼截面尺寸以及多个电压下的起晕场强进行电晕笼内导线的空间离子流场计算，通过积分得到每个电压下特定导线的电晕电流，进而计算得到电晕损耗。
4.根据权利要求1以及3所述的方法，其特征在于：所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电晕笼内所述导线的电晕损耗产生量包括电晕笼笼体电极结构对电晕损耗的影响以及电晕笼笼体外端部效应对电晕损耗的影响。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述电晕笼笼体电极结构引起的影响可由所述特定导线电晕损耗加上k1logR获得，其中R为电晕笼笼体半径，k1与笼体的网格粗细程度以及笼体内空气的干净程度有关，10≤k1≤18。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述电晕笼笼体端部效应对电晕损耗的影响可由所述特定导线电晕损耗乘以端部效应系数k2获得，所述k2通过电晕笼笼体内导线纵向表面电场仿真计算获得，0.7≤k2≤1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电晕笼内特定导线的表面场强以及所述实际线路导线的表面场强的计算方法为模拟电荷法、有限元法或逐次镜像法。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用线性关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝aE+b，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，a、b为常数系数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述导线电晕损耗产生量与导线表面场强使用对数关系拟合，拟合得到电晕损耗产生函数为P0＝c log E+d，其中P0为导线电晕损耗产生量，E为导线表面场强，c、d为常数系数。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述实际线路上导线的电晕损耗计算公式如下：
P＝P0-kS log S-kHlog H
其中，P为实际线路电晕损耗，P0为实际线路电晕损耗产生量，S为导线极间距，即正负极分裂导线中心之间的距离，H为导线高度，即导线最低点距离地面的高度，kS和kH为常数，与大地表面的地貌以及大气的清洁程度有关，10≤kS≤16，1≤kH≤5。
12.一种用于实现高压直流线路电晕损耗转化的系统，所述系统包括：
第一计算模块，所述第一计算模块用于根据特定导线的结构参数计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗；
第二计算模块，所述第二计算模块用于根据电晕笼特定导线的电晕损耗计算电晕笼内特定导线在多个电压下的电晕损耗产生量；
第三计算模块，所述第三计算模块用于根据特定导线的结构参数计算所述电晕笼内特定导线在多个电压下的表面场强；
第四计算模块，所述第四计算模块用于根据实际线路上的结构参数与起晕场强计算实际线路上导线的表面场强；
函数拟合模块，所述函数拟合模块用于使用多组导线电晕损耗产生量与导线表面场强拟合得到电晕损耗产生函数，并根据函数及实际线路导线电压计算得到实际线路电晕损耗产生量；
第五计算模块，所述第五计算模块用于根据实际线路电晕损耗产生量计算所述实际线路上的电晕损耗。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述电晕笼内架设的分裂导线的分裂数、分裂间距、子导线半径以及导线型号与实际线路相同，均为高压直流线路。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述多个电压包含应覆盖实际工程中实际导线起晕后的各种电晕状态，所述多个电压之间的电压值间隔是相等的或不等的，所述多个电压包括正极以及负极。
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