直流输电线路电磁环境ppt课件.ppt

直流输电线路电磁环境,特高压直流输电的关键技术问题电磁环境问题,特高压,超高压,高压输电线路电磁环境备受关注 随着特高压的发展，电网电压等级越来越高、线路输送容量越来越大，电网的电磁环境问题日益凸显,坚强国家电网,特高压直流输电的关键技术问题电磁环境问题,输电线路的电磁环境与输电线路电晕特性有关,线路电晕放电将产生电晕损失、无线电干扰和可听噪声等，对周围环境和线路运行会造成一定影响,高压输电线路电磁环境备受关注,随着电压等级越来越高，高压输电工程对环境的影响越来越受到人们关注，来自公众的阻力开始给电厂、变电所和线路走廊的选址带来许多困难，或者订出了许多严格的限制。环境影响已经成为决定输电工程设计施工及建设费用的重要因素,直流输电线路的电磁环境问题是直流输电线路设计、建设和运行中必须考虑的重大技术问题,直流输电线路电磁环境参数主要包括直流合成电场、离子流、直流磁场、无线电干扰(包括电视干扰)和可听噪声等。主要由合成场强、离子电流密度、磁场强度、无线电干扰水平和可听噪声水平来表征。单位分别是kV/m、nA/m、mT、dBV/m和dBA。从频率上说，覆盖了0106Hz的范围。,1 直流线路电晕,1.1 直流线路电晕的特点1.2 直流线路导线起晕临界电场强度1.3 导线表面电场强度计算及影响因素,1 直流线路电晕,线路电晕是指导线表面的电位梯度超过一定临界值后，引起导线周围的空气电离所产生的一种放电现象.1.1 直流线路电晕的特点,由于导线电压极性是固定的，在两极导线电晕产生的带电离子中，和导线极性相反的离子被拉向导线，而与导线极性相同的离子将背离导线，朝异极性导线和地面运动，这样两极导线间以及极导线与大地间的整个空间里充满带电离子。,直流线路电晕,导线电压极性周期性的改变，正半周期被导线排斥的带电离子负半周又几乎全部被拉了回来，带电离子只能在导线周围来回振荡，空间几乎不存在游动的带电离子。,交流线路电晕,1 直流线路电晕,1.1 直流线路电晕的特点带电离子的运动电晕电流，造成能量损失电晕损失 空间电荷直流线路电场效应电晕会产生高频脉冲电流，其中还包含着许多高次谐波无线电、电视的干扰。电离、复合伴随有声、光、热等效应可听噪声,1 直流线路电晕,1.2 直流线路导线起晕电场强度 皮克通过大量的试验给出了线路的起晕场强计算公式：,式中：r导线半径(cm)；m反映导线表面状况的粗糙系数，对于直流线路的m值，一般为 0.400.60之间；空气的 相对密度，=0.00289p/(273+t),p为大气压，单位为Pa，t为摄氏温度，单位为,1 直流线路电晕,1.3 导线表面场强电场强度 输电线路电晕将会造成电晕损失、直流电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面后果。而直流线路电晕放电的严重程度直接和导线表面电场强度的大小，特别是表面最大电场强度有关。（1）国际大电网会议和无线电干扰委员会等效半径法：（2）经验计算公式 单极性线路 双极分裂导线 U-导线电压；D-各子导线中心的圆的直径；n-分裂导线的根数；d-子导线的直径；B-分裂系数；H-极导线对地距离；Re分裂导线等效半径；r-子导线半径；,不能计算子导线的表面场强,更为准确的计算分裂导线表面场强的方法有逐步镜像法、模拟电荷法、矩量法等,1 直流线路电晕,1.4 导线表面场强影响因素 输电线路电晕的主要效应包括无线电干扰、可听噪声和电晕损失，这些效应的严重程度主要取决于两方面的因素：（1）线路结构；（2）气候条件。其中体现线路结构的因素主要有：导线结构，包括分裂数和子导线直径；极导线间距（直流）；导线对地高度，影响导线电晕放电的最主要因素是导线表面场强。由于特高压输电线路的电压比超高压的高，导线电荷量比超高压的大，为了使特高压输电线路的表面场强与超高压线路的相当，需要导线的分裂数更多，子导线的截面更大。,2 直流线路电晕损失,2.1 直流线路电晕损失特点2.2 直流电晕损失计算公式及影响因素,2 直流线路电晕损失,2.1 直流线路电晕损失特点 直流线路电晕损失是选择导线截面和分裂数的重要考虑因素之一，电晕损失数据也为线路合理、经济的运行提供依据。1）直流输电线路雨天时电晕损失的增加要比交流线路小很多，交流线路雨天电晕损失比晴天大很多，最大可增大50倍；而直流线路最多只增大10倍。直流线路雨天平均电晕损失，约为晴天的24倍；2）导线表面电场强度一定时，不论是雨天或晴天，直流电晕损失随分裂导线根数的增加而增加；3）在风速0-10m/s的范围内，直流电晕损失通常将随风速的增加而增加；4）在给定电压下，双极性每一极的电晕损失一般是单极性电晕损失的1.52.5倍；5）在给定电压下，不论是双极还是单极运行，正极性与负极性电晕损失大致相等。,2 直流线路电晕损失,2.2 直流线路电晕计算公式1）皮克法 U-导线对地电压；s-极间距离；r-电晕等效半径；2）安乃堡（Anneberg）法单极线路好天气下损失：双极线路好天气下损失：Kc-导线表面系数；n-子导线数；r-子导线半径；gmax-表面最大场强；g0=22；相对空气密度；3）巴布克夫法,线路电晕损失大小除了取决于线截面、分裂数、极间距离等参数外，还取决于导线表面状况及气象条件。,实际上要完全消除电晕是不可能的，尘土、昆虫、水滴和表面不平等都会产生高场强点，从而导致电晕。为了确保输电线路的建设和年运行费用经济合理，线路设计者应合理选择导线结构，使电晕损失控制到合理范围。,3 直流线路电场效应,3.1 空间电场与离子电流分布3.2 人在直流线路下活动的感受和效应3.3 合成电场与离子电流计算3.4 合成电场和离子电流的测量3.5 减小直流特高压线路空间场强的措施,3 直流线路电场效应,3.1 空间电场与离子电流分布 直流线路下的空间电场是由两部分组成：静电场+空间电荷产生的电场=合成电场 合成电场的大小主要取决于绝缘导线电晕放电的严重程度。合成电场的最大值出现在极导线外侧1-2m处。合成场强的最小值为0，即极导线中心；由于正负离子在电场下的迁移速度和风速相比，属同一数量级，在风速下，合成场强会向顺风方向发生畸变。,图3-2 理想情况下合成场强分布,图3-1 双极直流线路电场线分布,3 直流线路电场效应,3.2 人在直流输电线下活动的感受和效应（1）人在高压直流电场下的感受,表1 直流母线下受试者的综合评价,3 直流线路电场效应,3.2 人在直流输电线下活动的感受和效应（2）人截获离子电流的感受稳态电击 人站立在直流输电线下，若站立处原来有离子电流流过，则将有部分例子电流被人截获，被截获的例子电流通过人体流入大地。截获电流的大小直接取决于离子电流密度和人的高矮，不同高度的人可用相应的等效面积来代表。,3 直流线路电场效应,3.2 人在直流输电线下活动的感受和效应（2）人截获离子电流的感受,表2 人体电击电流临界值,要得到同样的感受程度，流过的直流电流要比交流大5倍以上，而站立在直流输电线路线下人的截获电流，又比直流感觉的临界值小2个数量级，因此一般不会有什么感觉。在国家电网公司企业标准规定800kV取与500kV相同的线下地面离子电流密度不超过100nA/m2,3 直流线路电场效应,3.2 人在直流输电线下活动的感受和效应（3）人接触接地和绝缘物体后的感受瞬态电击 在直流线路下，对地绝缘良好的人或物体，截获离子电流后，由于电荷积聚将使人或物体对地产生高电位。当对地绝缘的人接触接地体，或者处于地电位的人接触对地绝缘的物体，在接触瞬间积聚在堆积绝缘的物体或人体上感应电荷，以火花放电形式，释放到大地。直流输电线路下瞬态电击的强弱主要取决于人和物体对地绝缘电阻和离子电流密度。,3 直流线路电场效应,3.2 人在直流输电线下活动的感受和效应（3）人接触接地和绝缘物体后的感受,人体释放能量E,释放电荷量Q,正常接地的人(b)对地绝缘良好的人接触接地体(c)通常接地的人接触较高绝缘电阻的大型物体,为避免人在直流输电线路下对电场有明显感觉，在线下可能有人活动的地方，合成电场控制在不超过30kV/m较合适。将民房所在地地面的合成电场控制在不超过15kV/m，大多数情况下不会使人产生可感觉的暂态电击。,Rp200M,Cp100pF,截获电流约4uA.Q0.08uC,E0.032mJ,此时人不会有任何感觉,Rp500M,Cp100pF,R0100，截获电流约4uA.E0.2mJ,此时仅有勉强可以感觉到的电击,Rp=1500,C010000pF,R01M，截获电流约1mA.E5mJ,可以感觉到电击,3 直流线路电场效应,3.3 合成电场与离子电流计算,采用了Deutsch假设，认为空间电荷不影响电场的方向，仅影响其大小，把二维计算变为一维计算DL/T436-2005高压直流架空送电线路技术导则和国家电网公司企业标准Q/GDW145-2006800kV直流架空输电线路电磁环境控制值,3）数值计算方法,1）解析计算方法-Sarma,2）半经验公式法,由导线电荷产生的标称电场用理论计算，有空间电荷后的合成场强由标称电场和经验公式计算,有限元素法，无需Deutsch假设，从理论角度讲，更具有科学性,3 直流线路电场效应,3.4 合成电场和离子电流的测量 合成电场和离子流是高压直流输电的特有现象。由于空间电荷的存在，直流合成电场受外界环境影响较大，特别是风速的影响，所以要客观地测量其大小，掌握其分布规律，应用具有统计功能的测量装置来测量。,3 直流线路电场效应,3.4 合成电场的测量 合成电场的测量使用特制的旋转电场仪。测量直流场强的基本原理，是使传感组件上接受到的电力线总数量周期的变化，与之相应的感应电荷也随之周期性的变化。利用周期性变化的电荷所形成的电流即可测出相应的场强。设场传感器于均匀恒定的电场E之中，电动机带动旋转片作定速旋转，下部的静磨片暴露于电场E的面积呈周期性变化，当静磨片暴露于电场时，为了维持其对地面电位，其上面会积聚相应的电荷，当电场指向地面时积聚的是负电荷，当电场E指向上空时积聚的是正电荷。当静片被动片遮蔽时，其上的电荷会流散于地中。电荷的积聚与流散都是通过电阻R进行的，通过测量R上的压降即可测得其所在位置的电场强度。,离子流密度的测量 离子流密度通常通过测量对地绝缘的金属板截获的电流来测量离子流密度测量仪（离子流采集板和电压/电流测量仪表）；,3 直流线路电场效应,直流电晕放电产生的空间带电离子及带电离子运动的随机性很大，因此直流输电线路合成电场和离子电流密度通常要用多套一起同时测量，一般都是在直流线路档距中间，垂直线路方向每隔一定距离防止一台旋转电场仪和离子电流密度测量板来测量。,合成电场和离子电流测量示意图 现场测量照片,3.4 自动测量系统,整个测量系统主要有以下三部分组成。（1）各类测量仪表。包括多台旋转电场仪、多台离子电流密度测量板、风速风向测量仪、温度、湿度和气压计等；（2）数据收集系统。（3）数据处理系统。,3 直流线路电场效应,3.4 合成电场和离子电流的测量 目前，我国800 kV 直流输电线路地面合成电场限值为，晴天时不超过30 kV/m，雨天时不超过36 kV/m。最大离子流密度限值晴天不超过100 nA/m2，雨天不超过150 nA/m2；海拔高度对地面合成电场影响不大,合成电场现场测量照片 线下地面合成场强测量和计算值,3 直流线路电场效应,3.4 减小直流特高压线路空间场强的措施 输电线路下空间场强的大小，除与所加电压有关外，还与导线的布置形式、几何位置及其尺寸等因素有关，因此，减小直流特高压输电线下空间场强可以通过以下方法实现。（1）调整导线离地高度、相间距离、分裂导线结构尺寸、相导线的布置方式等来降低线路下的电场强度。在这几种方式中，要减小线下空间场强，以适当增加导线对地高度最为有效。靠减小极间距来减小场强，将受到绝缘配合和电晕损失的限制，而且极间距离对于地面合成场强和离子流密度的影响较小，不如适当增加导线对地高度显著；增加分裂导线数目虽能减小线下场强，但是如果分裂根数变化而分裂导线的总截面不变，分裂根数的变化对地面场强的影响很小（2）在条件允许或必要的情况下，对直流特高压输电线路可采取局部屏蔽措施，以达到减小线下一定范围内空间电场强度的目的。,4 直流线路无线电干扰,4.1无线电干扰的特性4.2大气条件对无线电干扰的影响 4.3无线电干扰的计算公式及限值,4 直流线路无线电干扰,输电线路电晕放电时，会向空中辐射电磁波，将对无线电和电视接受产生干扰4.1无线电干扰的特性（1）无线电干扰横向衰减特性 直流输电线路因电晕产生的无线电干扰随着离开线路距离的增加而逐渐衰减。正极导线是主要无线电干扰源；无线电干扰的横向衰减以正极性为对称中心，向两侧衰减。（2）无线电干扰频谱特性 随着频率增加逐渐减小；其频谱 特性与交流输电线路特性相似；通常输电线路放电产生的无线电干扰 场强频率考虑到30MHz已足够,4 直流线路无线电干扰,4.2 大气条件对无线电干扰的影响 大气条件对直流输电线路无线电干扰的影响较为复杂。直流输电线路无线电干扰随着湿度增加而有减小的趋势，随着温度增加而有所增加，而气压的改变对干扰没有明显影响 大气条件对无线电干扰的影响规律如下：（1）雨：刚开始下雨，略有增加，随下雨时间增加干扰逐渐减小；（2）雪：和晴天相比，干雪使直流输电线路无线电干扰增加，湿雪使干 扰略减小（3）风：有风时将使直流线路无线电烦扰增加；特别是由负极向正极方向吹时，影响最大；（4）季节：晚秋和早冬，无线电干扰较低（气温较低，空气湿度较高）；夏季：无线电干扰最高（气温较高，空气湿度低，且常附着尘埃，昆虫、鸟粪等，加之风速较大）;冬季和早秋季节，无线电干扰接近平均值；,4 直流线路无线电干扰,4.3 无线电干扰的计算公式及限值 直流线路无线电干扰的计算公式主要是根据实验线路和已运行的实际线路大量测量而得到的。（1）国际无线电烦扰特别无怨悔（CISPR）推荐公式（2）美国电力科学研究院（EPRI）推荐公式,4 直流线路无线电干扰,4.3 无线电干扰的计算公式及限值 我国目前规定的800kV线路的无线电干扰限值：在 0.5 MHz 下,线投影外侧20m处,无线电干扰的限制为58dB(V/m)；海拔高度超过1000m时，按海拔高度每增加300m无线电干扰场强增加1dB(V/m)进行修正。对于无线电干扰限值的参考距离见图：,无线电干扰限值的参考距离（x=20m）,4 直流线路无线电干扰,4.4 降低特高压直流输电线路无线电干扰的措施（1）适当增加分裂数和子导线直径、增加极间距，选择合理的子导线分裂间距可降低输电线路的无线电干扰水平。（2）在综合考虑特高压输电线路建设的各种因素和投资费用下，为了使线路的无线电干扰满足一定的电磁兼容要求，可以考虑局部线路的无线电干扰在限值上下适当调整。根据实际情况灵活机动地确定放宽的尺度。严格干扰限值有些地区对无线电干扰提出较严格的控制要求，例如在走廊紧张时，遇到重要的无线电台站可以采取一些措施，局部降低干扰。相反在某些对无线电干扰要求不严格的地区可以适当放宽干扰限值。,5 直流线路可听噪声,5.1 可听噪声的计量及特性5.2 可听噪声的经验计算公式及限值,5 直流线路可听噪声,输电线路因电晕产生的可听噪声是500kV及以上电压等级才出现的问题。输电线路的可听噪声随线路电压等级的增大而增大，严重时会对线路附近居民带来烦躁和不安，因此设计和建设直流线路时，应将可听噪声限值在合理的范围内。5.1 可听噪声的计量及特性 可听噪声使用声压的有效值来计量的，由于人能听到的声压范围比较大，因此用对数来表示声压的大小，即用分贝表示声压的等级。P为以帕（Pa）为单位的被测声压；P0为基准声压，20Pa；,5 直流线路可听噪声,5.1 可听噪声的计量及特性 正极性导线电晕是直流输电线路可听噪声的主要来源，因此直流线路可听噪声是以正极性导线为中心，向两侧的横向衰减。,5.2 可听噪声的计算公式及限值（1）美国邦纳维尔电力局（BPA）推荐公式（2）美国电力科学研究院（EPRI）推荐公式,5 直流线路可听噪声,5.2 可听噪声的计算公式及限值 800 kV 直流线路电晕产生的可听噪声限值为:距正极导线对地投影外20 m 处可听噪声50%值的限值取50 dB(A)(人口密集区以 45 dB(A)为限值);对海拔高度的可听噪声修正以 1000 m 为基准，每增加 300 m 线路可听噪声增加约1.0 dB,5 直流线路可听噪声,表5.1 输电线路可听噪声主观评价结果为,5 直流线路可听噪声,5.3 降低特高压直流输电线路可听噪声的措施 根本途径是采用对称分布增加分裂数目和加大分裂导线直径，可有效降低导线表面场强，从而达到降低可听噪声的目的。这在工程上对于制造、安装、检修和维护都是方便有利的。上述这些措施对减少可听噪声都是有效的，但势必增大导线的投资或增加施工运行维护的难度，因此对应不同的工程实际要求，而采用以上合适有效而经济的方法。,改善直流线路电磁环境的核心问题，有效的抑制直流线路电晕放电。主要措施为：采用对称分布的子导线时，增加导线分裂数目和控制分裂导线间距，以减小导线表面场强。采取子导线非对称分裂方式，尽可能使子导线分配的电荷均匀，以改善导线表面电场分布。在对称分裂子导线束中附加子导线，以改善各子导线表面电荷分布和减小导线表面场强。在导线上涂抹憎水涂料等，减小雨天时导线下的水滴，从而减小电晕放电强度，以达到降低可听噪声的效果。,6 改善直流线路电磁环境的措施,7 输电线路电磁环境标准,1）国家环保总局HJ/T24-1998500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范 2）中华人民共和国标准GB 15707-1995高压交流架空送电线无线电干扰限值 3）中华人民共和国标准GB16203-1996作业场所工频电场卫生标准 4）电力行业标准DL/T799.7-2002电力行业劳动环境监测技术规范 第7部分：极低频电磁场监测 5）DL/T436-2005高压直流架空送电线路技术导则 6）国家电网公司企业标准Q/GDW145-2006800kV直流架空输电线路电磁环境控制值,