hvdc线路下地面合成场强测量系统的设计与应用分析-design and application analysis of ground synthetic field strength measurement system under hvdc line.docx

第1章绪论1.1选题背景及意义我国能源资源和经济发展地理分布极不平衡。全国可供开发利用的水力资源有将近70%分布在西南部的四川、云南和西藏三省区，煤炭保有储量的2/3分布在山西、陕西和内蒙古三省区；而全国用电负荷约2/3分布在东部沿海和京广铁路沿线以东经济发达地区，但是那里的发电能源资源却严重不足[1]。可开发能源与负荷中心地区在地理位置上分布不均，大容量用电需求和远距离输电是我国特有的国情。这就决定了我国要解决目前的电力供应问题，就必须在大力开发水电和火电的同时建设全国能源传输通道，实现长距离大容量的“西电东送和北电南送”，从而实现全国联网，充分发挥电网的水火互补调剂及区域负荷错峰作用[2]。在目前我国电网中应用的输电方式有交流输电和直流输电两种。在输电距离超过等价距离以后，采用直流输电比使用交流输电更加经济。在大容量远距离输电方面，与交流输电相比，直流输电主要有以下优点：1）线路造价低，损耗小，节省线路走廊。直流输电架空线路只需要正负两极导线，与交流输电相比，输送同样的功率可以节省约1/3的钢芯铝线，1/3～1/2的钢材。直流输电线路的总体造价约为交流输电的2/3，并且在相同的条件下其线路损耗约为交流输电的2/3。直流输电线路所占的线路走廊也相对交流要窄，要节约将近1/3[3]。2）能简单有效地解决两大交流电网之间的联结问题，被联电网可以保持自己的电能质量而独立运行，不受联网的影响[4]。3）直流输电不存在同步运行的稳定问题，其输送容量和距离将不受同步运行稳定性的限制，这对于远距离大容量输电是很有利的[3]。由于以上优点，直流输电特别适合于长距离点对点大功率输电。大力发展直流输电，有利于实现更大范围的资源优化配置，满足未来我国经济社会发展的用电需求。目前我国已经建成的直流输电工程主要有：±500kV葛洲坝—南桥、天生桥—广东、三峡—常州、三峡—广东、三峡—上海、贵州—广东1回和2回等直流输电工程，总输电容量超过18000MW。随着电力需求的增高，现有的±500kV直流输电将无法满足要求。根据我国现有的直流输电工程的研究和结合国外的相关研究结论，±800kV直流输电在技术上是可行的。目前为了实现西南水电和大型火电基地电力送出，±800kV云南—广东直流输电工程和±800kV向家坝—上海直流输电工程已经建成，±800kV锦屏—苏南直流输电工程计划于2012年建成投运[5]。这也是目前世界上电压最高、输送容量最大和输电距离最远的直流输电工程。由于高压直流输电工程的高电压、大电流的存在，在输电线路附近必然存在电场、磁场、无线电干扰等环境影响因素[3]，这些因素的存在，对于工作生活在其周围的人群，有一定的影响[3-5]。随着我国直流输电工程的大力建设和运行，直流输电引起的离子流、直流合成场强等影响越来越被设计、运行以及环保等部门所重视[6-8]。直流输电线路的电磁环境直接和输电线路电晕特性有关。导线电晕是指导线表面电位梯度超过一定临界之后，引起导线周围的空气电离所产生的发光放电现象[9]。此时，靠近导线表面的空气发生电离，电离产生的空间电荷将沿电力线方向运动。空间电荷本身产生电场，它将大大加强由导线电荷产生的电场；同时空间电荷在电场作用下的运动，形成离子电流。直流输电线路下的空间电场是由两部分合成的。一部分是由导线所带电荷产生的静电场，这种场主要与导线排列的几何位置有关，与导线的电压成正比，又称为标称电场；另一部分是由空间电荷产生的电场。这两部分电场的叠加，称为合成电场。合成电场强度的大小主要取决于导线电晕放电的严重程度，最大合成电场有可能比标称电场大很多，可达它的2—3.5倍[5][10-11]。决定直流输电线路环境影响的重要参数是地面合成电场和离子电流密度。两者的分布的计算方法有很多，如：解析法、半经验公式法以及有限元素法等[12-14][15]。但计算中需要设定一些基础数据，如：导线起始电晕场强和离子迁移率等。为了提供这些基础数据和对计算结果进行验证，还需要实验的方法。因此，研究地面合成场强测量系统可以为合成电场的计算和直流输电线路合成电场的测量提供技术支持，具有一定的科学意义和工程实际价值。1.2国内外研究动态对于直流地面合成电场测量仪器的研究国外进行得比较早，在地面合成电场测量方面较为先进[16-18]。在1983年P.SarmaMaruvada对直流地面合成电场的测量原理进行了描述，并根据测量原理首先制作了最早的测量仪器场磨。随后，他又对其进行了改进，制作了滚筒型电场探头，使其体积更小还加入光学传感器以提高测量精度[19]。2002年HaroldKirkham对直流地面合成电场的测量仪器的发展做了一个总结，并提出了自己的测量仪器设想。他将微电子技术加入到了测量方法当中，设计了微电子振动板场磨[20]。目前，国内外都在研究