简析高压输电线耗损问题

梁国锋

摘要：本文主要从高压输电线路耗损的各种原因各个方面探讨分析线路能耗的影响及相应的解决办法。

关键词：输送功率、自然功率;基本功率耗损;三相不平衡;电晕损耗

Abstract: this article mainly from the loss of hv transmission line are the various causes of each paper analysis the influence of the energy consumption and line corresponding solutions.

Keywords: transmission power, natural power; Basic power consumption; Unbalanced three-phase; Corona loss

中图分类号： TM621.5文献标识码：A 文章编号：

1、基本原理

高压输电原理可用欧姆定律解释即功率=电压*电流，电压=电流*电阻.或电流=电压/电阻.高压输电是要达到远距离输电的目的. 为了达到高效率，远距离，节省成本输电的目的，就要用殴姆定律及电压，电流，电阻的关系来科学考虑其输电线路的电能在输送过程中受各种因素的影响而产生的损耗．最终通过各种措施提高输电线路输送功率，使高压输电达到最理想的安全，低耗，节约，远距离输电的目的．

2、保证输送功率减少损耗

随着供电量需求的不断提高高压输电线输送电压也逐渐提升,距离也越来越远,其中输电线路消耗问题就更明显,而线路耗损增大的主要原因是所输送功率与自然功率的偏离。

当线路参数0，0,且线路末端负荷阻抗等于波阻抗时,即电力系统中输电线路时,线路各处电压和电流的绝对值不变,而仅有相位的变化。此时线路输送的功率即为自然功率。当输送功率偏离自然功率,线路各处电流则是线路坐标的函数。

如某点距线路末端坐标为x,则该点电流的值为:

式中λ——传播常数而电流平方值为:

式中

为与自然功率对应的电流: 、分别为波阻抗和负荷阻抗为线路电压。这一电流在全线上产生的功率耗损为:

式中ρ,A分别为导线的电阻率和截面。从另一角度看,线路传输某一功率时纯有功电流引起的耗损,即所谓基本功率耗损为:

作出的比值,并将这一比值随的变化绘出曲线,可得图1所示的曲线簇。

图1功率耗损和输送功率的关系曲线

曲线1~6分别表示线路长度为100~600 km,曲线7表示线路长度为800 km该曲线簇显示如下鲜明的特点:

(1)诸曲线有共同的最小值(1,1),对自然功率偏離愈大,线路耗损增大愈甚。

(2)线路愈长,在点(1,1)两侧变化愈急剧。也就是说,较短的线路可以有对自然功率的较大偏离而不至产生较大的功率耗损;或者说,对自然功率同等程度的偏离,短线路引起的耗损小得多。如当线路长度分别为100 km,200km,300 km的约分别为0.01,0.04,及0.09。值得注意,对300 km以上线路,此值随增长甚剧。而一般远距离输电线都大于300 km。应当指出的是,图1曲线指输送纯有功电流的情况;如有无功电流,则会在输送功率偏离自然功率时因无功平衡的破坏使功率耗损大为增加。由此可见,为降低线路中的功率耗损,我们应该:

(1)尽量保证输送功率接近自然功率,为此需调整线路结构以改变线路参数。

(2)尽量保证对负荷所需的无功功率的补偿,以减少线路对输送无功的负担。为此,工程上常采用串联电容补偿或并连电抗器补偿。

3、提高电压减少损耗

根据功率=电压*电流，即当功率一定时，如果提高电压，电流就变小，它的功率损耗与电流的平方成正比，电流小，功率损耗自然就小，即提高线路额定电压对远距离输送电脑特别有效。这时不仅要看到某一条具体的线路,而且要看到同一电压级别的线路长之和。在设计电力系统时,必须根据负荷数值、输送距离,选择合适的电压级别。适当地选择较高的电压级别,输送功率一定时,电流值较小,故相应功率耗损和电能耗损亦可减少。除此以外,选择较高的电压级别兼有如下的好处:

(1)输送同样功率,导线截面较小,有色金属消耗量少;

(2)可提高稳定储备,或同样稳定储备下可提高输送功率;

(3)电能耗损减少,给调压带来好处。应该指出的是,提高电压后,设备费用增加了。因此,选择较高的电压级别并不总是有利的。在设计时,往往由于电压等级不同,网络的接线方式也有可能改变,所以电压等级还必须和网络结线方案结合比较进行。在全面技术经济方案比较之后,才能判别采用哪种或几种电压级相结合更适合系统的具体情况。至于系统建成后,在已选定电压基础上,采用较高电压水平运行,总是伴随着较低的能量消耗效果。但也需根据调压性能、稳定性和经济性综合考虑。一般这几种要求并不矛盾,只要充分考虑电网元件的绝缘水平,一般都宜采用较高电压运行。

4、保持线路三相参数对称

高压输电线长距离跨越,虽然经换线等措施,三相参数仍难保持对称。这使得能使在对称三相电压下也产生负序的电流和电压。负序电流为: 其中,分别为变压器的短路阻抗、线路与负载的负序阻抗之和。故线路由此引起的附加耗损为: 应当指出的是,不仅如此,电力系统中电流负序分量还在发电机、变压器和负荷中产生耗损。如:国外某电网由功率为250 MW的汽轮发电机,经2台容量各为200 MVA的变压器并联,升压至300 kV,供负荷320MW,当负序电压标幺值达0.004时,由此产生的各类耗损之和为汽轮机容量的0.003。由此可见,使三个参数力求对称,尽量消除负序分量有多么重大的意义。更何况对称三相制还有包含运行性能优越在内的诸多好处。

5、减少电晕损耗

架空输电线路以及其他高电压电工设备因出现电晕放电而造成的能量损耗。电晕损耗是电力系统运行中的不利因素。电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。

电流在导体中有一个特性叫“集肤效应”（也叫趋肤效应）：即就是电荷总是集中到导体的表面流动，导体表面的电流密度比中心大。其实就是把单相电流用多股截面较小的导线并联起来传输，这样就能把大电流平均分布到几股导线上使得所需的截面积大大减小，一方面降低了导线制造成本，一方面又提高了导体的利用率。

35 kV以上的高压线路,当导线截面过小时,往往会因为导线曲率过大,周围场强过大而产生电晕。一般地,一定的导线截面和布置,电压高于下述值即会产生电晕:

——分别为与导线表面和气象状况有关的系数;

r ——导线半径。

电晕损耗与电晕放电密切相关，而影响电晕放电的因素很多，受各种因素影响，电晕损耗的数值变化范围也很大，特别是气象条件对电晕损耗的影响更为突出。

电晕损耗的计算，由于影响因素相当复杂，电晕损耗的准确计算也比较困难。主要是在架空试验线路或试验笼(专门研究输电线路电晕效应的一种模拟试验装置)上进行多种试验,取得在各种条件下的大量实测数据,并据此导出经验公式或试验曲线等，以供线路设计中参考应用。 计算电晕损耗的常用经验公式主要有皮克公式

(kW/km)

和彼德森公式

(kW/km)式中δ为空气相对密度,f为电源频率，r为导线的实际半径，s为线间距离,U 为线对地电压，为起始电晕电压，F 为与有关的系数。 输电线路电晕损耗通常以年平均电晕功率损耗表示，在线路设计中一般认为不应超过线路电阻损耗的10％。

电晕不但要消耗电能,而且产生的脉冲电磁波还会对无线电和高频通信产生干扰,因此应尽量消除或避免。减少电晕损耗的措施，主要办法是增大输电线的导线半径，提高输电线的起始电晕电压数值，使之在正常天气条件下不发生电晕放电。

对交流输电线路来说高压输电线路的负荷电流很大，如果只用单股导线就需要很大的截面积才能满足载流量，因此人们发明了“分裂导线”,工程上已普遍采用，较好地解决了这一问题。分裂导线的每相由2~4根组成,每根布置在多边形的顶点上。如此,增大了导线的等值半径,改变了导线周围的磁场分布,提高了临界电压值,即避免了电晕。据文献研究指出,分裂导线的方法对直流输电线路减少电晕耗损效果不如交流那样显著,而天气的好坏对直流线路电晕耗损的影响也不如对交流线路那样显著。

参考文献

[1]王官洁,任震.高压直流输电技术.重庆:重庆大学出版社,1997

[2] Kinbark·E·W·Direct Current Transmission·Vol,1·1991

[3] Arrillage·J·High Voltage Direct Current Transmmion,1983

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