750kV输电线路导线激发函数分析

李润秋，张广洲，路 遥，黄宗君，毛琛琳

（1.西北电网有限公司，西安 710048；2.国网电力科学研究院，武汉 430074）

750kV输电线路导线激发函数分析

李润秋1，张广洲2，路 遥2，黄宗君1，毛琛琳1

（1.西北电网有限公司，西安 710048；2.国网电力科学研究院，武汉 430074）

0 引言

国际无线电干扰特别委员会（CISPR）推荐的无线电干扰计算方法有2种：经验法和激发函数法。经验法一般用于分裂数不大于4的线路，分裂数大于4的线路推荐采用激发函数法。

经验法是在无线电干扰实测和大量试验数据基础上得到的经验公式，这些公式一般以某种型号导线为基准，结合理论分析，根据测量数据拟合得到，主要考虑导线表面最大场强、子导线直径、导线到测量点的距离等因素，有的还考虑了海拔、导线排列方式和电压等级的影响。

激发函数是由导线自身特性决定的物理量，可以由试验得到的曲线来描述，也可以由试验数据拟合的公式来描述。用激发函数法计算输电线路无线干扰需要考虑电晕电流产生、电晕电流在输电线上的传播和电晕电流对外产生辐射干扰3个过程。

1 电晕笼试验

试验采用国网电力科学研究院特高压试验基地的特高压电晕笼，该电晕笼截面为方形，双层笼体结构，内笼边长8m，外笼边长9.3m，外层为屏蔽笼，直接接地，内层为电晕测量笼，屏蔽笼与电晕测量笼之间利用支持绝缘子支撑。

1.1 电晕笼试验方法

无线电干扰测试方法分为辐射法和传导法[1]。输电线路的无线电干扰测试一般采用辐射法，利用环形天线和无线电干扰接收机测量线路电晕产生的无线电干扰场[2]。而在电晕笼中，一般采用传导法测量导线电晕产生的无线电干扰电流，即利用导线对地耦合回路和接收机直接测量导线由于电晕产生的射频电流。

电晕笼耦合回路法测量导线无线电干扰可采用2种接线方式，如图1所示。在导线和大地之间并入高压电容和无线电干扰耦合回路测量方式与在电晕测量笼和屏蔽笼之间并入无线电干扰耦合回路测量方式，分别如图1中的接线方式①和接线方式②所示。其中，接线方式①需要接入高压耦合电容器，其造价较高，而且电容上的分流将对试验电源要求更高，因此，接线方式②更为简单有效。图1中，滤波器和无线电干扰耦合回路需满足CISPR 18-2导则中的相关规定[3]。

图1 电晕笼内导线无线电干扰测量方法

1.2 电晕笼试验的可重现性

分裂导线电晕的产生主要取决于分裂导线表面电场的分布。为了利用电晕笼中单相导线模拟三相输电线路的每一相，需要重现分裂导线最大电场的分布。实际的三相线路情况下，电场分布不对称性很小。图2(a)为某三相导线排列输电线路示意图，水平排列导线对地平均高度为21m，采用6×400mm分裂型式，相间距离为16.65m。图2(b)比较了实际三相输电线路和电晕笼的导线表面最大电场强度的分布。最大电场强度相对值的基准为该相分裂导线的平均最大电场强度。

图21000 kV输电线路三相导线和电晕笼中8分裂导线的最大电场强度

由图2(b)可以看出，在实际的三相输电线路情况下，边相和中相导线周围的最大电场强度在平均最大电场强度的±3%范围内变化，其分布的不对称性很小；而在电晕笼情况下，导线在电晕笼中心，结构更为对称，导线周围电场更加趋于一致，各分裂导线最大电场强度之间的差别不到±0.5%。因此，借助于平均最大电场强度，利用电晕笼中的单组导线可以较准确地估算三相线路的电晕效应。

如果在电晕笼中用相同的分裂导线重现实际三相线路导线表面电场，那么单位长导线产生的电晕就得以重现，但所观察到的电晕效应（可听噪声、无线电干扰、电晕损失）一般是难以重现的。例如，所测到的可听噪声将取决于导线和噪声测量传声器之间的距离，所测得的无线电干扰电流取决于导线的对地电容，而观测到的电晕损失将取决于分裂导线对地面的相对位置等[4]。因此，为了便于将单相导线上的测量数据换算成三相输电线路上的预测值，需要用电晕产生量来表示电晕效应。

2750 kV线路采用的导线激发函数

2.1 电晕笼无线电干扰激发函数产生量

电晕放电产生无线电干扰是由导体附近空气电离出的空间电荷在电场的作用下运动而引起的，因此无线电干扰源一般由电流源注入导体来表示，该电流源的大小只取决于电晕流注自身特性。

在同轴导体结构中，假设在半径为ρ的无限长圆柱面上均匀分布着空间电荷，单位长空间电荷密度为q0，那么空间电荷运动在附近导体上产生的感应电流为[5]

在电晕笼中，利用耦合回路法测量得到导线由于电晕产生的无线电干扰电流，该电流既与电晕放电本身特性相关，也与导线、电晕笼几何结构参数有关。假设导线上有n个独立且分布均匀的电晕放电源，且每个电晕放电源对应测得的无线电干扰电流为Is，则所测的整段导线电晕无线电干扰电流It为

将电晕源的离散分布扩展至连续分布，则上式可转化为

式中，I为测得的单位长导线电晕产生的无线电干扰电流，μA/m1/2；l为导线长度，m。

根据式（1）和激发函数定义，可通过电晕笼试验得到导线电晕无线电干扰激发函数

式中，Γ为电晕笼中得到的激发函数，其单位与I一致，μA/m1/2；C为单位长导线与电晕笼之间电容，pF/m。

2.2750 kV导线的激发函数产生量

利用我国的特高压电晕笼，对750kV输电线路工程用LGJ 400/50导线及常用的LGJ 300/50，LGJ 500/35和LGJ 630/45导线进行电晕效应试验，得到了4种导线在6分裂时无线电干扰激发函数曲线[7]，如图3所示。

从图3可以看出，子导线线径对导线交流电晕无线电干扰的影响十分显著，在相同的导线表面场强下，导线电晕无线电干扰激发函数随子导线线径的增大而逐步增大，且增值较大。以LGJ 300/50和LGJ 630/45导线为例，子导线线径从24.2mm增至30.0mm，当导线表面场强为18kV/cm时，6分裂导线无线电干扰激发函数的增值为9.98dB。

图3 分裂导线无线电干扰激发函数

3 利用激发函数计算无线电干扰

3.1 单相导线无线电干扰电流

在多导体线路中，存在以下矩阵关系。

导线电容[C]为电位系数矩阵的逆；激发函数矩阵[Γ]是根据不同相导线的表面电位梯度，从电晕笼试验得到的激发函数曲线中求取（查出）的各激发函数值形成的矩阵；也可以根据电晕笼求出的不同导线的激发函数拟合一个计算公式，来求取不同导线结构的激发函数。

以三相单回路线路为例，分析第一相的激发函数在三相中产生的无线电干扰电流。假定线路可按照传输线理论分析，如图4所示。一般地，有

第一相导线电晕时，在三相导线中产生的无线电干扰电流为

图4 传输线示意图

3.2 整条线路导线无线电干扰电流计算

从电晕笼测试产生的激发函数和线路的电容着手，用方程（5）就可以计算出导线单位长度注入的无线电干扰电流。为了获得线路给定截面的模电流，要用到模传播理论，并考虑沿线路的衰减和各相相互之间的耦合。最后，在整个线路长度上，同一截面的总的噪声电流和电压可以通过积分得到。

对如图4传输线，有

令YZ=R,并将第一相导线电晕时在三相导线中产生的无线电干扰电流代入得

为了将相互关联的微分方程变成独立的微分方程，对需要对矩阵进行变换，即模变换

这样，就得到了独立的二阶微分方程，其求解过程相对简单。

同时，由于注入后沿导线向两边传播，故得

所以，在每一相产生的无线电干扰电流为

3.3 线路附近无线电干扰场的计算

根据流过导线截面的总的无线电干扰电流，或者每相的无线电干扰电压，可以计算线路附近的无线电干扰场。对于线路附近的每一个点的无线电干扰场，都可以用同样的方法计算，由此得到无线电干扰横向分布。

由电流求解的过程为

第一相产生电晕时，在三相导线中电流[i(x)]产生的电磁场的电场分量为

假设均匀地产生电晕，那么对各个注入的电流求积分得

其他两相产生的无线电干扰按相同的方法计算。然后按3dB原则叠加，即可得到线路的无线电干扰及其分布。

3.4750 kV实际线路无线电干扰的计算（CISPR公式和试验得出的激发函数对比）

CISPR推荐的激发函数的计算公式为[3]

以750kV同塔双回兰平乾线路为例，分别用CISPR公式和试验所得的曲线来计算输电线路产生的无线电干扰，见图5。

图5 无线电干扰计算结果对比

从图5可以看出，CISPR公式得出的结果，大雨条件下，在边相外20m，无线电干扰为72.4dB；针对750导线的电晕笼试验得出的无线电干扰结果为70.5dB。通过现场实测得到好天气下实际测量的结果为45～48dB[7]。普遍认为，大雨条件比好天气下的无线电干扰大16～23dB。因此，针对线路所用导线所做电晕笼试验得出的计算结果更为准确。

4 结语

通过电晕笼试验得出我国750kV导线激发函数，实测证明此激发函数比CISPR推荐的激发函数在计算我国750kV导线无线电干扰方面更为准确。建议讨论不同天气情况下电晕笼试验结果有所差别的原因，对继续开展不同天气状况对输电线路电磁环境的影响很有意义。

[1]GB/T7349-2002高压架空输电线、变电站无线电骚扰测量方法[S].2002.

[2]邬雄，万保权，路遥.1000kV级交流输电线路电磁环境的研究[J].高电压技术,2006,32(12):55-58.

[3]CISPR Publication 18-1,Radio Interference Characteristics of Overhead Power Lines and High-Voltage Equipment,Part 1:Description of Phenomena[S].IEC,Geneva，Switzerland，1982.

[4]万启发,陈勇,谢梁,等.高海拔地区750kV输电工程导线可见电晕试验研究[J].电网与清洁能源,2008,24(5):7-9.

[5]Electric Power Research Institute.Transmission Line Reference Book 345kV and Above[M].2nd ed.Palo Alto.California.1982.

[6]唐剑，杨迎建，何金良，等.1000kV级特高压交流电晕笼设计关键问题探讨[J].高电压技术，2007，33(4)：1-5.

[7]西北电网有限公司，武汉高压研究所.750kV输电线路局部电磁环境治理措施深化研究[R].西安：西北电网有限公司，2009.

Study on the Excitation Function of the 750kV Transmission Line

LI Run-qiu1,ZHANG Guang-zhou2,LU Yao2,HUANG Zong-jun1,MAO Chen-Lin1
（1.Northwest China Grid Company Limited,Xi’an 710048,Shaanxi Province,China；2.State Grid Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,Hubei Province，China）

This paper draws four types of six-split conductors excitation function curves used in the 750kV trans mission line through testingofthe UHVcorona cage.On the basis ofthe actual measurement,the results showthat the excitation functions ofthe six-split conductor are more accurate than the excitation function recommendedby CISPR.Explanationisal sogiven to how to use the excitation function to calculateradio inter ference.

750kV;UHVcoronacage;excitationfunction

结合特高压电晕笼试验，得到了750kV输电线路所采用的4种6分裂导线无线电干扰激发函数曲线；实测证明针对6分裂导线电晕笼实测得到的激发函数比CISPR推荐的公式计算激发函数更为准确，并就如何利用激发函数计算无线电干扰给出了说明。

750kV；特高压电晕笼；激发函数

1674-3814（2010）04-0025-04

TM937

A

2009-10-09。

李润秋（1983—），女，硕士研究生，从事高电压绝缘工作。

（编辑 冯 露）