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特高压电晕笼防护段的设计
点击次数：323 发布时间：2012-10-11
电晕特性是研究特高压输电线路电磁环境问题的基础，而我国特高压输电所面临的高海拔问题将导致电晕问题更为严重。特高压电晕笼是研究电晕特性的重要测试手段之一，它易于拆卸，可方便地运送至高海拔地区进行试验，从而可得到不同海拔下，不同尺寸和结构的导线由于发生电晕而产生的电晕损失、可听噪声和无线电干扰等电晕特性。
在结构上，特高压电晕笼一般分为两层：外层为屏蔽笼，内层为电晕测量笼。屏蔽笼接地，而屏蔽笼与电晕测量笼之间用支柱绝缘子支撑。由于结构的突变，在电晕笼两端部附近的导线表面电场会发生畸变从而影响电晕试验结果的准确性，此现象称为端部效应。为了解决端部效应问题，特高压电晕笼一般分为3段：中间段笼体为测量段，处于该段笼体内的导线表面电场大小基本一致，用于电晕损失和无线电干扰等电晕特性的测量;测量段的两边各有一段笼体与其绝缘，此部分用于克服由于端部效应引起的导线表面电场畸变，称为防护段L8 。防护段的长度由电晕笼端部附近导线表面电场的畸变程度决定，表面电场发生畸变的导线段越长，则所需的防护段长度也越长。
测量段内导线表面的电场分布对电晕特性测量结果的准确性有较大影响，而防护段的长度直接关系到测量段内导线表面的电场分布，因此防护段的合理设计具有重要意义。
为了合理设计防护段，充分考虑电晕笼的实际结构特点，本文采用三维有限元法计算了电晕笼内导线表面的电场分布来确定防护段的长度。另外，分析了在考虑导线的实际弧垂情况下防护段长度的设计要求，并提出了一种新颖的电晕笼防护段设计方法。
1 防护段长度设计
为确定防护段长度，本文分析对象为初步设计的特高压电晕笼（如图1（a））。电晕笼长度30m，截面为8m×8m 的正方形;长度40m 的LGJ一630/45导线置于方形电晕笼中心，两端分别伸出电晕笼5m;导线一端施加1kV电压，另一端开路。
在采用三维有限元法计算导线表面电场分布时，为了减少计算量，可利用1/4对称将计算模型简化，如图1（b）所示，在相同的计算硬件条件下，计算速度和精度大大提高。本文计算在内存为2G、CPU为Inter Xeon 2.8GHz的计算服务器上完成，剖分单元总数约为5×10（5）个。
1.1 不考虑弧垂
由于结构*对称，不考虑弧垂时导线端部至中点处的下表面电场分布计算结果如图2所示，横坐标在5~20m之间为电晕笼内的导线部分。横坐标在7~20m 之间的导线段表面电场大小的变化<2 ，可认为没有发生畸变;而在电晕笼内距离端部0～2m，即横坐标在5～7m之间的导线段表面电场变化范围>2 ，为电场畸变段，此部分需采用防护段。
故不考虑导线弧垂时，为克服端部效应对导线表面电场的影响，电晕笼防护段长度应>2 m。
1.2 考虑弧垂
实际导线都有一定弧垂，其弧垂公式为 ：
表1为长度40m 的LGJ一630/45导线在3种不同zui低点水平应力时导线zui低点弧垂。
为了得到导线弧垂对电晕笼内导线表面电场分布的影响情况，仍以图1所示计算实例分别对表1中所列的3种不同水平应力情况，即不同弧垂情况下导线表面电场分布进行了计算。为了模拟实际工程中电晕笼与导线的相对位置，在计算中，当导线进入电晕笼时，将导线置于电晕笼的正中心。图2为以上3种不同弧垂情况和不考虑弧垂情况下导线下表面电场分布的计算结果。
考虑导线弧垂后，端部效应对导线表面电场的影响更加突出，因此需增大防护段长度。根据图2的计算结果可得到不同弧垂情况下电场无畸变（电场变化<2 ）段和防护段的长度（如表2）。随着导线弧垂的增大，电场无畸变段的长度不断减小，防护段的长度不断增大。如当导线弧垂为3O.9 ITt时，电场无畸变段和防护段的长度分别为24 m 和3 m;而当导线弧垂为123.6 cm时，电场无畸变段和防护段的长度分别为15 m 和7.5 m。
在实际电晕笼中，导线的弧垂不宜过大，因为这样会导致电场无畸变段的长度过小从而影响测量结果的准确性。因此，实际试验中为了保证足够的测lkV量准确度，导线的弧垂不宜超过60cm，防护段长度应不小于5m。