基于CDEGS的裸导体表面电场强度分析

胡振兴

(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

发电站升压站、变电站导体电晕校验一般基于DL/T 5222－2005《导体和电器选择设计技术规定》进行，如式(1)。但按该规范对可不验算电晕的裸导体在最小外径时计算出来的导体表面电场强度水平不明。而国家电网公司Q/GDW 551－2010《变电站控制电晕噪声技术导则(导体金具类)》及工程实践中，要求海拔1 000 m及以下地区，变电站内导体金具表面电晕按表面最大工作场强进行控制。式(1)应用在750 kV、1 000 kV导体电晕计算经验也不多，适用性如何尚有一定的疑问。因此，有必要对按DL/T 5222－2005规范得出的裸导体电晕控制最小外径的导体表面场强水平进行计算分析，评估其对于工程设计的适用性。

式中：U0为电晕临界电压(线电压有效值，kV)；k为考虑中间导线电容比平均电容大的不均匀系数；k0为次导线电场强度附加影响系数；n为分裂导线根数；d为分裂间距(cm)；m1为导线表面粗糙系数；m2为天气系数；r0为导线半径(cm)；rd为分裂导线等效半径(cm)；ajj为导线相间几何均距(cm)。

导体表面电场强度计算方法需采用有限元法、有限差分法、模拟电荷法、矩量法等数值计算方法，计算过程若采用手工计算时比较复杂，可考虑采用软件计算。CDEGS是电磁场仿真计算软件，其TRALIN模块能对架空线、电缆在环境中的电磁场数值、音频噪声、射频干扰、电晕损耗等进行计算。本文选择该模块作为分析工具。

1 CDEGS软件计算准确性评估

为验证CDEGS的TRALIN模块计算的准确性和可信度，对已有算例进行了对比计算，算例原始数据如下：

线路电压765 kV；导体分裂数n=4，导体半径r0=1.479 5 cm，分裂间距0.457 m，导体平均高度h=20.83 m，导体水平排列，相间距l=13.72 m；地线半径rg=0.489 cm，间距lg=21.95 m，平均对地高度hg= 31.49 m。见图1。

CDEGS建模过程见图2，对计算结果进行整理后对比见表2。

表2 导体表面场强结果对比(有效值，kV/cm)

表2中，前6项为不同研究单位采用各自编制的计算程序计算的结果[1]，计算方法均为逐步镜像法；第7项为华中科技大学采用基于Markt-Megele法的计算程序计算的结果；第8项为华中科技大学采用基于逐步镜像法的计算程序计算的结果。经计算分析，CDEGS软件计算结果与其他计算结果最大误差为1.8%。可见CDEGS软件的计算结果有较好的可信度。因此，可采用CDEGS软件作为裸导体的电晕仿真分析工具。

2 导体表面电场强度控制标准

国家电网公司Q/GDW 551—2010[2]及相关研究报告推荐，海拔1 000 m及以下地区时，变电站内导体金具表面工作场强理论计算值宜按20 kV/cm (峰值)控制。按此标准设计的变电站投运后表明，站内导体起晕和噪声情况良好。

需说明的是，根据工程实际和相关文献计算实例来看，国网公司Q/GDW 551－2010导则内要求场强控制水平按“峰值”(PEAK)应是笔误，正确提法应是有效值的最大值。

Q/GDW 551－2010 要求导体金具表面最大工作场强宜按2 000 V/mm控制，金具表面工作场强不宜大于其表面起晕场强的85%。GB 50545－2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》[3]条文说明建议导体表面电场强度E不宜大于全面电晕电场强度E0的80%～85% (基于标称电压)。综合以上要求，有工程保守考虑按导体表面电场强度E不宜大于全面电晕电场强度E0的85%控制，即海拔1 000 m及以下E0取1 700 V/mm。

3 计算对比

按照《导体和电器选择设计技术规定》DL/T 5222－2005提供的电晕计算公式，可得到海拔不超过1 000 m时裸导体可不验算电晕的最小外径，计算结果如表3的第2列。

计算参数取值为：K取0.96；m1导线表面粗糙系数取值0.9；m2天气系数按雨天进行取值0.85；H取值1 000 m；P取值89 400 Pa (在海拔1 000 m时的大气压数值)；导体分裂间距330 kV取20 cm，500 kV～750 kV取40 cm，1 000 kV取60 cm；导体相间距离110 kV取2 m，220 kV取4m，330 kV取5m，500 kV取8 m，750 kV取 10.5m，1 000 kV取 14.2 m；导体高度110 kV取10.5 m，220 kV取15 m，330 kV取 18 m，500 kV取 26 m，750 kV取41.5 m，1 000 kV取45 m。

采用CDEGS软件建模并作对比计算分析时，计算结果见表3。

从表3可见，当采用DL/T 5222－2005《导体和电器选择设计技术规定》提供的电晕计算公式计算可不验算电晕的裸导体最小外径时，500 kV及以下电压等级导体表面场强与临界电晕电场强度2 000 V/mm基本接近，且以往工程实践中未反馈有问题；750 kV及以上电压等级导体表面场强小于2 000 V/mm。

表3 架空导体表面场强E(有效值，kV/cm)

4 结论和建议

1) 采用DL/T 5222－2005《导体和电器选择设计技术规定》提供的电晕计算公式进行导体外径选择时，750 kV及以上电压等级导体表面电场强度低于500 kV及以下导体水平，可应用于750 kV及以上电压等级导体电晕校验。

2) 采用DL/T 5222－2005《导体和电器选择设计技术规定》提供的电晕计算公式进行导体外径选择时，导体表面电场强度均大于1 700 V/mm。考虑500 kV及以下电压等级工程按DL/T 5222－2005进行导线电晕校验执行多年未反馈问题，可基于海拔1 000 m及以下全面电晕电场强度E0可按2 000 V/mm进行不同海拔时修正。

3) 采用CDEGS作为导体电晕计算工具建模及计算方便、结果准确可靠，满足工程使用。且该软件能对导体音频噪声、射频干扰、电晕损耗等进行计算，计算项目更全面。推荐直接采用此类软件进行配电装置裸导体外径的电晕校验计算。