一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法及系统与流程

本发明涉及高压直流输电线技术领域，更具体地，一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法及系统。

背景技术：

为满足我国远距离大容量输电需要，国家电网公司研究并建成了向家坝－上海、锦屏－苏南、哈密－郑州等多条±800kv特高压直流输电工程，高压直流输电时分裂导线表面一般存在弱电晕，当发生电晕放电时，会产生可听噪声、无线电干扰、合成电场和离子流等，对周边环境造成不良影响，因此输电电压等级的提高对电晕效应控制提出了更高的技术要求。影响导线电晕放电的最主要因素是导线表面场强，高压直流输电通常采用分裂导线来降低导线表面场强。电晕损耗是导线在电晕放电过程中产生的能量损耗，在建设资源节约型社会的今天，研究输电线路的导线表面场强对改进特高压输电线路导线配置具有重要意义。

现有技术常规高压直流输电导线各子导线是同型号同截面的，子导线之间的间距相等，各子导线空间位置不同导致对地电容及导线间电容不同，加之各子导线间的相互作用，导致每根子导线的表面场强大小各不相同分布不均，更靠近另一极导线且偏下位置的子导线的表面场强最大，其他子导线的表面场强较小；各子导线的表面场强分布不均。目前国内外大多通过增加导线分裂根数、增大全部子导线截面的办法来减小导线表面场强来实现降低高压直流线路的合成电场、无线电干扰和可听噪声水平。现在技术的导线配置方法，在一些不需要全部采用大导线就能满足环保要求的地区，由于使用了大截面的子导线，因此提高了设置分裂导线的材料成本，对线路塔的承重能力的要求也较高，同时并未解决子导线的表面场强分布不均的问题。

因此，需要一种技术，通过对高压直流分裂导线中子导线的配置，降低大截面的子导线的材料成本，同时解决子导线的表面场强分布不均匀的问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法，以解决如何对高压直流分裂导线中子导线的配置问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法，所述方法包括：

确定高压直流分裂导线中子导线的根数以及所述子导线的排列方式；

选择所述分裂导线中表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线；

预设所述更大截面的子导线的基础半径，并逐步增加所述基础半径，获取多个更大截面的子导线的半径；

根据所述多个更大截面的子导线的半径，建立对应的双极导线模拟线路的物理模型；

根据所述物理模型，计算所述分裂导线中子导线最大表面场强的最大值和最小值；

计算所述分裂导线中子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，所述比值最小时对应的所述更大截面的子导线的半径，做为所述子导线中配置的更大截面的子导线的半径。

优选地，所述子导线中部分子导线为更大截面的子导线，所述更大截面的子导线的排列方式为对称分布。

优选地，所述计算所述每根子导线的最大表面场强和最小表面场强的方法包括：逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法、近似公式法。

优选地，当所述分裂导线中的子导线的根数为8时，将所述子导线中正极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线和负极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线。

优选地，当所述分裂导线中的子导线的根数为8时，所述更大截面的子导线的半径为非更大截面的子导线半径的1.02倍。

优选地，所述更大截面的子导线的半径与非更大截面的子导线的半径比不超过1.1。

基于本发明的另一方面，提供一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置系统，所述系统包括：

排列单元，确定高压直流分裂导线中子导线的根数以及所述子导线的排列方式；

选择单元，用于选择所述分裂导线中使用在表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线；

预设单元，用于预设所述更大截面的子导线的基础半径，并逐步增加所述基础半径，获取多个更大截面的子导线的半径；

建立单元，用于根据所述多个更大截面的子导线的半径，建立对应的双极导线模拟线路的物理模型；

第一计算单元，用于根据所述物理模型，计算所述分裂导线中子导线最大表面场强的最大值和最小值；

第二计算单元，用于计算所述分裂导线中子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，所述比值最小时对应的所述更大截面的子导线的半径，做为所述子导线中配置的更大截面的子导线的半径更大截面更大截面。

优选地，所述子导线中部分子导线为更大截面的子导线，所述更大截面的子导线的排列方式为对称分布。

优选地，所述第一计算单元还用于，所述计算所述每根子导线的最大表面场强和最小表面场强的方法包括：逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法、近似公式法。

优选地，所述排列单元还用于，当所述分裂导线中的子导线的根数为8时，将所述子导线中正极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线和负极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线。

优选地，所述预设单元还用于，当所述分裂导线中的子导线的根数为8时，所述更大截面的子导线的半径为非更大截面的子导线半径的1.02倍。

优选地，所述预设单元还用于，所述更大截面的子导线的半径与非更大截面的子导线的半径比不超过1.1。

本发明的技术方案，给出了一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法，本发明的技术方案通过局部采用更大截面的子导线优化分裂导线表面场强，与常规等截面分裂导线相比，可在同等条件下降低材料费用，同时能减小输电导线的电晕放电程度，优化各子导线表面场强的均衡性，从而可优化线路周边的电磁环境，为高压直流线路的线路设计提供分裂导线的配置参数。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法流程图；

图2为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时分裂导线配置的截面示意图；

图3为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时，分裂导线中更大截面的子导线的基础半径为18.1mm时，各子导线的最大表面场强的最大值和最小值的比值与分裂导线长短轴比例值之间的函数关系示意图；

图4为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时，分裂导线中大截面的子导线的基础半径为18.1mm时，分裂导线中各子导线的表面场强对比分布图；以及

图5为根据本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法流程图。本发明的实施方式，给出了一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法，申请中的子导线分为更大截面的子导线和非更大截面的子导线。本申请中局部子导线采用更大截面的子导线，另一部分采用非更大截面的子导线。本发明的实施方式通过局部采用更大截面的子导线优化分裂导线表面场强。如图1所示，一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法100从步骤101开始：

优选地，在步骤101：确定高压直流分裂导线中子导线的根数以及子导线的排列方式。

优选地，分裂导线中的子导线的排列间距相等。

优选地，在步骤102：选择分裂导线中使用在表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线。本申请根据架空分裂导线的整体平衡性，同时考虑子导线最大表面场强位置主要分布两端且靠近地面和负极导线一侧的子导线上，更大截面的子导线主要使用在表面场强最大的子导线和与之对称的子导线或最底部的子导线上。

优选地，当分裂导线中的子导线的根数为8时，将子导线中正极表面场强最大的两根子导线和与之对称的两根子导线和负极表面场强最大的两根子导线和与之对称的两根子导线做为更大截面的子导线。本申请中，当分裂导线中的子导线的概数为8时，选择8根子导线中正极表面场强最大的两根和与之对称的两根共计4根子导线和负极与之对称4根导线做为更大截面的子导线。

本申请中根据架空分裂导线的整体平衡性，同时考虑子导线最大表面场强位置主要分布两端且靠近地面和负极导线一侧的子导线上，更大截面的子导线主要使用在表面场强最大的两根子导线和与之对称的两根子导线上。

优选地，当分裂导线中的子导线的根数为8时，更大截面的子导线的半径为非更大截面的子导线半径的1.02倍。

优选地，如1.02倍半径时的导线不为国标导线，可就近选择标准系列导线。

本申请中，当使用的导线半径18.1mm(子导线截面积720mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，局部大导线半径最佳理论值为：18.4mm，局部大导线半径增大2％；

本申请中，当使用的导线半径19.2mm(子导线截面积800mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，局部更大截面的子导线半径最佳理论值为：19.5mm，局部更大截面的子导线半径增大2％；

本申请中，当使用的导线半径20.3mm(子导线截面积900mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，局部更大截面的子导线半径最佳理论值为：20.6mm，局部大导线半径增大1.4％；

本申请中，当使用的导线半径21.05mm(子导线截面积1000mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，局部更大截面的子导线半径最佳理论值为：21.3mm，局部更大截面的子导线半径增大1.17％；

优选地，更大截面的子导线的半径与非更大截面的子导线的半径比不超过1.1倍。本申请中，高压直流分裂导线局部采用更大截面的子导线时，局部更大截面的子导线在工程中只可增大一定比例的半径。

优选地，子导线中部分子导线为更大截面的子导线，更大截面的子导线的排列方式为对称分布。本申请中，根据各子导线排列方式的不同，如单极导线排列形式中最底部只有1根导线，单个极性中大截面导线可以为1根。因为高压直流输电线路分正负极，一般都是偶数根。

本申请中，局部更大截面的子导线在高压直流传输线中是部分采用且是对称使用的。

优选地，在步骤103：预设更大截面的子导线的基础半径，并逐步增加基础半径，获取多个更大截面的子导线的半径。

本申请，以一种截面类型的导线半径为基础半径，逐步增大采用的局部更大截面的子导线的半径，根据不同的局部更大截面的子导线半径分别建立对应的双极导线模拟线路的物理模型。

优选地，局部更大截面的子导线半径的递增是等间隔的或不等间隔的。

优选地，在步骤104：根据多个更大截面的子导线的半径，建立对应的双极导线模拟线路的物理模型。

优选地，在步骤105：根据物理模型，计算分裂导线中子导线最大表面场强的最大值和最小值。

本申请中，计算每根子导线的最大表面场强的方法包括：逐次镜像法、有限元法、模拟电荷法、近似公式法等。本申请中，计算分裂导线中的子导线的最大表面场强，将多根子导线的最大表面场强进行排序，选择多根子导线最大场强的最大值和最小值。

优选地，在步骤106：计算分裂导线中子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，比值最小时对应的更大截面的子导线的半径，做为子导线中配置的更大截面的子导线的半径。

本申请中，对比分析每个物理模型下的每根子导线的最大表面场强，计算各子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，当比值最小时即为此物理模型中采用局部更大截面的子导线的理论最佳时刻。本申请将该理论局部更大截面的子导线的半径值与实际工程中使用的导线直径对比，与理论最佳值最接近的实际导线为采用局部更大截面的子导线的最佳导线。

图2为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时分裂导线配置的截面示意图，如图2所示，更大截面的子导线主要使用在底部两根子导线。除去更大截面子导线外的其余非更大截面子导线，半径和型号是一致的。

图3为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时，分裂导线中更大截面的子导线的基础半径为18.1mm时，各子导线的最大表面场强的最大值和最小值的比值与分裂导线长短轴比例值之间的函数关系示意图。如图3所示，当使用的导线半径18.1mm(子导线截面积720mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，各子导线最大表面场强最大值和最小值的比值与分裂导线长短轴比例值之间的函数关系图。图3中函数关系图的横坐标为局部大导线半径值，函数关系图纵坐标为各子导线最大表面场强的最大值和最小值的比值。如图3所示，随着横坐标的长短轴比例值的逐渐变大，纵坐标的比值先缓步减小再缓步增大最后大幅增大，当局部更大截面的子导线半径为18.9mm时，最大表面场强最大值和最小值的比值取得最小值，即此时获得最优配置方法。其中，子导线表面场强是指单根子导线表面场强的最大值。

图4为根据本发明实施方式的一种分裂导线子导线根数为8时，分裂导线中更大截面的子导线的基础半径为18.1mm时，分裂导线中各子导线的表面场强对比分布图。如图4所示，当使用的导线半径18.1mm(子导线截面积720mm²)为基础导线，分裂导线子导线根数为8时，分裂导线各子导线的表面场强对比分布；两种不同导线半径下模型中各子导线表面场强对比数据如图4所示。

图5为根据本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置系统结构图。如图5所示，一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置系统500包括：

排列单元501，确定高压直流分裂导线中子导线的根数以及子导线的排列方式。

优选地，排列单元501还用于，分裂导线中的子导线的排列间距相等。

优选地，排列单元501还用于，当分裂导线中的子导线的根数为8时，将子导线中正极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线和负极表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线。

选择单元502，用于选择分裂导线中使用在表面场强最大的子导线和与之对称的子导线做为更大截面的子导线。

优选地，子导线中部分子导线为更大截面的子导线，更大截面的子导线的排列方式为对称分布。

预设单元503，用于预设更大截面的子导线的基础半径，并逐步增加基础半径，获取多个更大截面的子导线的半径。

优选地，预设单元503还用于，当分裂导线中的子导线的根数为8时，更大截面的子导线的半径为非更大截面的子导线半径的1.02倍。

优选地，预设单元503还用于，更大截面的子导线的半径与非更大截面的子导线的半径比不超过1.1倍。

建立单元504，用于根据多个更大截面的子导线的半径，建立对应的双极导线模拟线路的物理模型。

第一计算单元505，用于根据物理模型，计算所述分裂导线中子导线最大表面场强的最大值和最小值。

优选地，第一计算单元505还用于，计算每根子导线的最大表面场强的方法包括：逐次镜像法、有限元法或模拟电荷法、近似公式法。

第二计算单元506，用于计算分裂导线中子导线最大表面场强的最大值与最小值的比值，比值最小时对应的更大截面的子导线的半径，做为子导线中配置的更大截面的子导线的半径。

本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置系统500与本发明实施方式的一种降低高压直流分裂导线表面电场的导线配置方法100相对应，在此不再进行赘述。

本发明的实施方式通过局部采用大截面的子导线优化分裂导线表面场强，与常规等截面分裂导线相比，可在同等条件下降低材料费用，同时能减小输电导线的电晕放电程度，优化各子导线表面场强的均衡性，从而可优化线路周边的电磁环境，为高压直流线路的线路设计提供分裂导线的配置参数。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。