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摘要：利用ANSYS计算导线最大表面场强，在国际公认的激发函数模型基础上，结合表面最大场强计算无线电干扰水平。以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象,计算分析了导线分列数、分裂间距等因素对导线无线电干扰水平的影响，并结合工程实际，从经济性角度考虑，提出合理优化建议，为新建输电线路导线型号的选取提供了有效的技术手段。
关键词：表面场强；输电线路；无线电干扰；ANSYS；激发函数
0引言
近年来，随着我国电力系统的不断发展，西北地区输电线路距离快速增长，逐渐形成以高铁塔、多分裂导线及同塔多回并架为特征的750kV电力输送主网。不断提高的电压等级为特高压输电带来了电晕效应问题。超高压输电线路电晕放电会产生高频磁场，其频率小于30MHz，涵盖了535～1605kHz的广播调幅频段，对正常的无线电通信产生干扰，影响输电线路周围居民无线电广播的收听和电视的收看等。当导线表面场强>14kV/cm时，导线电晕成为无线电干扰的主要因素。对于750kV的交流输电线路，导线表面场强一般都大于14kV/cm，所以本文分析导线电晕电流引起的无线电干扰(RI)情况。
线路的无线电干扰由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电或接触不良而产生的火花放电导致的电流脉冲注入导线形成。其大小与线路参数、电压等级及气候环境有关。 国际无线电干扰特别委员会（CISPR）推荐的无线电干扰计算方法有工程法和激发函数法。工程法一般用于单回、分裂数不大于4的线路；激发函数法一般用于多回、分裂数大于4的线路，他是导线表面最大电场强度与导线半径的函数。因此，导线表面场强是无线电干扰计算的基础性数据，其数值的准确度直接影响杆塔和线路的合理布置与选型，应尽可能可能精确计算方法。
本文结合实际情况，以西北地区某750kV超高压交流输电线路为研究对象，采用有限元分析软件ANSYS仿真计算导线表面场强，并基于激发函数法推导了0.5MHz条件下基于激发函数法的无线电干扰计算。
1 无线电干扰计算方法
1.1 ANSYS计算导线表面场强
目前，工程中用于计算分裂导线表面场强的方法主要有逐步镜像法、 Markt-Megele 法、有限元法、模拟电荷法等，采用二维模型来计算高压输电线下空间电场的分布时，有限元法具有操作相对简便易行，应用范围广，更具有优越性，且能保证精确度。
超高压交流输电线路通常都处在比较复杂的地理环境中，计算它产生的电场较为复杂。为了建立超高压架空输电线路电磁场计算模型，需要对实际线路做一些合理的简化：
(1) 视工频交变电磁场为准静态场；
(2) 将三维场简化为二维场；
(3) 忽略线路附近铁塔、树木以及其他建筑物对电磁场分布的影响；
(4) 建立输电线圆柱体模型；
(5) 忽略系统和负荷的不对称性及电压、电流的波动，将线路电流视为三相对称正弦稳态电流，将线路运行电压视为三相对称正弦电压；
(6) 建立导线等电位面模型；
(7）将大地视作良导体，在计算电场分布时取大地电位为零；
(8) 大地和空气视作同种介质。
1.2 激发函数法计算无线电干扰
激发函数法是以干扰产生量(亦称激发函数)为基础,大雨条件下从电晕笼试验中得出,主要用于导线分裂>4的情况,计算结果为大雨下的无线电干扰水平。激发函数可求出导线中的电晕脉冲电流,再根据电流计算产生的干扰场强水平。我国国家标准及英国标准都推荐采用公式（1）计算激发函数：
2实例分析
2.1典型算例
本文以陕西省乾县变—渭南变750kV超高压输电线路为例，该工程全线采用六分裂LGJK-400/45型扩径钢芯铝绞线。全线架设双地线，一根为JLB20A-150型铝包钢绞线，另一根OPGW-24B1-145。其主要参数如表1所示。该系统最高运行电压为800kV，最大运送功率为2×2300MW，土壤电阻率为 。本文主要分析耐张塔JGU1，终端塔DG在参数变化的无线电干扰特性。测量点高度为1.5m，距边相外投影20m。
针对乾渭段750kV输电线路电场分布情况，利用ANSYS有限元法进行静电场分析。参考表1中导、地线参数，建立750kV输电线路二维实体模型。为便于分析线路周围电场分布，建立圆心在杆塔正中心下方地表，以半径为66ｍ的半圆弧远场边界划分网格；线路最高运行电压800kV，给地线、远场单元和大地加0V电压；当A相初始相角为0°时，三相导线施加的电压载荷为UA=653.12kV, UB=-326.56kV, UC=-326.56kV。
表2具体说明了每一项的表面最大场强。经ANSYS有限元仿真及MATLAB程序，最终得到塔JGU1、DG的无线电干扰值分别是48.102dB、46.124dB。
3 RI影响因素分析
3.1相序排列方式
以双回杆塔JGU1为例，针对左右六种不同的相序方式：①ABCABC、②ABCACB、③ABCBAC、④ABCBCA、⑤ABCCAB、⑥ABCCBA，分别进行了计算。
图1表示JGU1不同相序排列方式时,距地面1.5m高处的无线电干扰的横向分布。可见：①不同相序产生的无线电干扰相差很小，在 2dB 之内。②输电线路无线电干扰最大时的排列相序为：ABCABC(同相序排列)；输电线路无线电干扰最小时的排列相序为：ABCCBA(逆相序排列)；这两种方式的干扰值相差1.73dB。③若当无线电干扰起主要作用时,可选择逆相序排列。
3.2 导线分裂数
不改变线路其他参数，导线分裂数从4到10，得到两种塔形导线无线电干扰值如图6。可以看出：单双回杆塔无线电干扰水平都随分裂数的增加而减少，原因在于导线表面场强显著减小。分裂数从4根开始，每增加1根，无线电干扰下降约5dB。分裂数从4增加到10，无线电干扰下降约25dB，下降幅度约48%。因此，适当地增加分裂数是降低无线电干扰的有效措施。但也不能盲目分裂导线的数目，容易加剧导线振动、覆冰等问题，另外，建造成本如间隔棒成本会随分裂数增加而增大，也是工程实际中需要考虑的问题。
3.3 分裂间距
不改变线路其他参数，导线分裂间距从 5cm 到 50cm 变化，得到两种塔形的导线无线电干扰水平如图7所示。
增加分裂间距一方面增大了子导线间的距离，另一方面增大了分裂导线的等值半径，两者对子导线表面场强的影响是截然相反的。线下的无线电干扰水平也呈现出 U 形的变化规律。从下图可见，对6×LGJK-400/45导线，其无线电干扰最小值处对应的分裂间距约为150mm，但在实际应用中，导线分裂间距采用400mm，因此建议今后新建的750kV单、双回线路分裂间距由400mm适当减小，尤其是对于电晕损耗比较严重的区域如高海拔地区。
3.4 单回布置方式
选取杆塔DG，讨论单回路输电导线的4种排列形式，分别是：水平排列、正三角排列、倒三角排列和垂直排列。对应每种布置方式，计算离地高度1．5m处的无线电干扰情况，结果如下表示：
由上表看出，这四种排列方式在离地面1．5m处产生的无线电干扰从小到大排列依次是：倒三角排列方式<正三角排列方式<水平排列排列方式<垂直排列方式。虽然垂直排列的范围最小，但它在线下产生的无线电干扰最大，不适合作为穿越城镇区域的架设方式。相比较而言，采用三角形布置导线有利于减小输电线下电场强度和节省线路走廊宽度；尤其采用倒三角的布置形式，对于穿越城镇的输电线路是一种比较合适的选择。
4 结论
（1）适当抬高导线对地高度，对降低无线电干扰水平较为有效，但也要考虑经济性。对杆塔JGU1而言，当导线对地高度>32m时,无线电干扰水平满足国家标准55dB。
（2）不同相序产生的无线电干扰值相差很小，因此相序不是影响线路无线电干扰的主要因素。但若无线电干扰为主导因素时，对双回塔，在同样线路尺寸和高度下,建议选择逆相序排列方式。导线分裂数增加，导线表面最大场强和无线电干扰均单调递减。因此我们可以通过增加导线分裂数来降低导线产生的电磁干扰，考虑到工程实际的建造成本，不能盲目增加分裂数，因此在750kV输电线路工程中，6分裂导线是合适的选择。
（3）导线分裂数增加，导线表面最大场强和无线电干扰均单调递减。因此我们可以通过增加导线分裂数来降低导线产生的电磁干扰，考虑到工程实际的建造成本，不能盲目增加分裂数，因此在750kV输电线路工程中，6分裂导线是合适的选择。
（4）导线分裂间距增加，最大表面场强和无线电干扰均呈U形曲线变化，即存在极小值点，使电磁干扰达最小。计算得出的分裂间距极小值点150mm与工程实际采用的400mm存在一定差距，因此在今后的输电线路建造上，可适当减小导线分裂间距，以达到输电线路电磁环境的更优化。
（5）单回路输电线路倒三角排列时无线电干扰值最小，而垂直排列产生的干扰值最小。对于穿越城镇的输电线路，采用三角形布置导线有利于减小输电线下电场强度和节省线路走廊宽度；尤其采用倒三角的布置形式，是一种比较合适的选择。
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作者简介：
姚金雄（1979-）男，硕士，高级工程师，从事电网工程项目前期工作。
论文作者:姚金雄,李永毅,石蓉,罗航,郭玥,邵朱夏,杨国清
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：导线论文; 无线电论文; 干扰论文; 线路论文; 场强论文; 排列论文; 表面论文; 《电力设备》2016年第15期论文;