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1000kV特高压交流输电线路线下钢架建筑的感应电压、电流研究

徐静  
【摘要】:随着科学技术的进步,我国用电负荷量大幅度增长,目前以500kV为主的电网构架已经很难满足经济发展所需的用电需求,另一方面,我国能源分布与用电负荷分布不均匀,能源多集中在北部和西部,且根据地区的不同,能源结构差异和地区负荷特性差异明显,这种特点决定了我国需要建设远距离、大容量的1000kV特高压输变电系统。随着1000kV特高压输电技术的发展,线路走廊资源紧张,特高压不可避免会跨越建筑区域,虽然很多国内外学者对特高压交流输电线路下方的工频电磁场进行了研究,但根据近几年特高压交流输电线路投运后出现的实际问题,目前并没有相关文献研究线路下存在大量钢架结构的建筑物(大棚密集区域、金属管道、铁皮建筑等)时感应电的问题以及建筑上产生感应电的估算方法。在实际工程中分析线下建筑的感应电超限问题,研究感应电概算的方法,可以为科学合理的确定走廊宽度做好基础工作,对电力线路的设计和建设具有非常重要的意义。本文主要研究内容和结论如下:(1)输电线路下方工频电磁场理论计算研究。本文从输电线路周围工频电磁场的数值计算方法入手,对比分析各个方法优缺点,在三维有限元的基础上引入了无限元思想,利用ANSYS仿真软件建立了不同电压等级的仿真模型,通过对比分析表明,有限元-无限元结合的仿真计算方法,可以提高仿真计算的效率和准确性,建立的模型可以用于后续感应电的仿真计算。(2)基于ANSYS的感应电压和感应电流密度仿真计算研究。根据有限元-无限元结合的方法,建立了不同导线架设高度、不同线路运行电流等级和不同钢架结构空间位置参数时的仿真计算模型,输电线路导线相序选用逆向序排列方式,利用仿真云图对比分析各参数对钢架上感应电压和感应电流密度的影响程度,通过数据对比研究影响规律,对输电线路的设计工作具有重要意义。(3)感应电概算方法研究和辅助计算软件设计。论文的重点是通过总结分析仿真数据提出了特高压线路下方钢架结构建筑感应电压和感应电流密度的概算方法。在特高压线路的设计过程中,给工作人员提供了理论参考依据,减少或避免线路建成投运后因感应电产生的事故,保障公众安全。并且将感应电概算方法和电气参数计算方法相结合,利用Matlab GUI图形用户界面开发了一款辅助计算系统,大大提高了线路设计工作的效率和准确性。最后选取了特高压交流线路下方金属管道的3个测量点,将软件计算所得值与实测值进行对比分析,验证本文概算方法及软件的准确性。应用有限元-无限元的仿真计算方法,结合网格细化剖分技巧,可以节省仿真计算时间45%以上,并且精度更高。电磁感应电压和感应电流与文中讨论的3个参量密切相关,输电线路的运行电流等级对感应电压和感应电流的影响最明显;线路架设高度对感应电压和感应电流的影响随着钢架距离线路轴线距离的不同呈现出不同变化;有限的线路高度提升对感应电的影响小于另外两个参数;综合考虑线路架设成本和输电效率等因素给出了特高压线下存在钢架建筑时的建设标准;本文提出的感应电压和感应电流密度概算方法符合工程计算需要。


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