220/110kV同塔四回输电线路的三维电磁场分析及相序优化

摘要

步入21世纪以来，我国经济高速增长，城镇规模不断扩大，用电负荷急剧增加，原有的输电线路已经不能够满足人们生产生活的需要。为解决这一矛盾，电力建设迅速发展，成为推动我国经济增长的重要因素。随着城镇规模逐渐扩张已导致输电走廊资源日趋紧张。为了节约输电走廊资源和电力建设成本，同塔并架输电方式逐渐受到电网的青睐。其中220/110kV同塔四回输电线路在经济发达地区应用十分广泛，多建于居民区附近，然而混压同塔线路下方电磁环境相对复杂，为保障周边的电磁安全，对线路下方电磁场进行准确的评估具有重要的意义。
　　本文基于模拟电荷法，建立了考虑弧垂影响的高压输电线路工频电场的数学模型，该模型对于空旷地带所搭建的较小档距输电线路的工频电场计算尤为准确。结合 Matlab软件对工程算例进行仿真计算，得出了地面附近工频电场的分布规律，并且所建立的数学模型考虑了避雷线对电磁场的影响，大大提高了电磁场分析的精度。实际情况中架空输电线路存在较大的弧垂，为提高计算精度，因此线路模型选用悬链线形式，建立了基于悬链线模型的高压输电线路工频电场数学模型，并结合矩量法对其进行了编程求解。通过对算例仿真，总结了在此模型下地面附近工频电场的分布规律，即工频电场具有三维分布规律，沿输电线路长度方向电场分布有所不同。采用相同输电线路模型对工频磁场进行仿真分析，得到磁场的三维分布规律。
　　通过数值仿真分析了220kV与110kV输电线路同塔四回架设时，电磁场在一个档距内的三维分布情况和规律，三维分布图能同时反映电场在一个档距内横向和纵向变化规律；分析了设计条件下子导线半径、分裂导线数、相导线水平距离、导线最小对地高度等因素对输电线路下方电磁场最大值及分布规律的影响，提出相应措施和结论，并结合设计条件因素研究了气象条件对电磁场的影响，探讨了相应的解决方法。对不同相序排列时220/10kV同塔四回输电线路进行电磁场仿真计算，通过仿真分析，确定良好的相序排列。根据线路由相序排列产生的零序阻抗引起的三相不平衡进行理论研究，从而优化相序，改善线路下方电磁环境。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1电磁污染及国内外限值标准

1.2.2输电线路电磁场计算模型的研究

1.2.3同塔并架技术的发展

1.3课题主要研究内容

第2章 工频电磁场的数值仿真

2.1等高悬点架空线的悬链线方程及相关计算

2.1.1悬链线方程

2.1.2架空线的比载计算

2.1.3架空线的应力计算

2.2三维电场的数值仿真模型

2.2.1模拟电荷法应用及优化

2.2.2三维电场计算模型

2.3三维磁场的数值仿真模型

2.3.1 Biot-Savart定理中的计算电流

2.3.2三维磁场计算模型

2.4仿真计算及评估

2.4.1 220/110kV同塔四回线路电磁场仿真

2.4.2仿真数据评估

2.5本章小结

第3章 电磁场影响因素分析

3.1架空导线参数对线路电磁场的影响

3.1.1子导线半径对电磁场的影响

3.1.2分裂导线数对电磁场的影响

3.1.3分裂导线间距对电磁场的影响

3.1.4相导线水平距离对电磁场的影响

3.1.5导线最小对地高度对电磁场的影响

3.2气象条件对线路电磁场的影响

3.3本章小结

第4章 同塔四回线路相序优化

4.1计算参数及分析

4.1.1相序排列编码

4.1.2模型计算参数

4.1.3相序布置对电磁场计算参数的影响

4.2不同相序排列时电磁场分布

4.3架空线路相序布置优化

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢