Abstract ：

防雷并联间隙是一种“疏导型”的防雷方式。输电线路遭受雷击时，它能够接闪雷电，疏导工频电弧，保护绝缘子。输电线路正常运行时，并联间隙还具有均匀工频电场的作用。对于500kV超高压输电线路，绝缘子电压、电场分布不均匀性明显，并联间隙的研究重点在于改善绝缘子串电压分布和屏蔽电晕，以保证输电线路的安全运行。本文利用COMSOL Multiphysics 5.2有限元软件对500kV输电线路复合绝缘子并联间隙进行深入的研究。 1）根据500kV输电线路实际情况，建立了复合绝缘子串三维有限元数值计算模型。仿真分析研究了导线、杆塔以及金具对绝缘子串电压和电场分布的影响。结果表明：分裂导线和杆塔的存在使得绝缘子串的电压、电场分布更为均匀。当导线长度取20m，即绝缘子串长的4倍时，更能反映导线实际影响效果。 2）为了确定并联间隙种类对绝缘子电压、电场分布的影响，对绝缘子串未安装均压配置、绝缘子带棒形并联间隙以及绝缘子带环形并联间隙三种情况进行了仿真分析与计算，研究表明：未安装均压装置的复合绝缘子电压分布极不均匀，金具与护套表面的场强均超过了起晕场强，会引起电晕放电；若绝缘子高压端部加装小均压环，可有效地降低金具与伞裙护套附近的场强；环形并联间隙均匀绝缘子串电压、电场分布的效果比棒形并联间隙更好。 3）棒形并联间隙具有良好的接闪雷电，疏导工频电弧特性，而环形并联间隙均匀电压，电场分布的效果更好，对于综合两种结构优点的新型环形并联间隙进行了均压性能的研究。通过仿真环形并联间隙与均压环（超高压输电线路绝缘子常用均压装置）对酒杯塔-V型串、酒杯塔-双I型串、猫头塔-V型串、猫头塔-双I型串电压、电场分布的影响，得出新型环形并联间隙、普通环形并联间隙和均压环在改善绝缘子串电压、电场分布上均具有良好效果的结论，但要注意绝缘子高压端部的小均压环不能忽略。在雷击高发地段，可以考虑用环形并联间隙来替代大均压环，在均匀电压、电场的情况下，使线路具有更好的防雷效果。 4）计算了不同杆塔类型、绝缘子悬挂方式下的绝缘子电压、电场分布，结果表明：按猫头塔布置绝缘子串电压、电场分布情况比按酒杯塔布置的绝缘子串更好，双I型绝缘子串比V型绝缘子串更好，但酒杯塔具有更好的防雷效果， V型悬垂串能够减少走廊宽度，更好地抑制导线风偏。 5）对于环形并联间隙结构参数的选择，通常从并联间隙接闪雷电、疏导工频电弧方面来考虑，忽略了环形并联间隙的均压效果。本文从并联间隙均压方面入手，采用简单比较、正交化试验设计以及神经网络等三种方法对环形并联间隙多个结构参数进行优化，推荐合适的环形并联间隙的结构参数，为其参数的选取提供参考。另外还对三种优化方法进行了比较。简单比较法较为直观，但所选试验点不具有代表性；正交化试验设计方法试验点的选取更具有代表性，更能反映全局情况，且原理简单，操作方便；神经网络方法更适用于处理不能用规则或公式描述的非线性问题。对于实际工程优化问题，建议使用正交化试验设计方法进行优化，若优化结果不满足要求，且设计变量和优化目标之间成非线性，可以考虑使用神经网络方法进行优化。

Keyword ：

防雷并联间隙 复合绝缘子 优化设计 有限元分析

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随着输电线路电压等级的不断提高,工频电磁场问题越来越受到人们的关注.分析了750 kV输电线路下简化人体模型的电场效应,构建了双手下垂、双手上举、撑伞以及行走的人体模型,比较了不同姿势下人体感应电场的分布情况.以双手下垂模型为例,研究了架空输电线离地高度对人体电场效应的影响.仿真计算结果表明,人体的存在会使其所在空间的电场分布发生畸变,人体姿势的改变会影响感应电场的分布情况,局部场强最大值总是出现在人体轮廓的尖端部位,导线离地高度越大,其下方人体的感应电场值越小.不同姿势下人体模型的局部场强最大值在允许的数值范围之内,750 kV超高压输电线路的工频电场不会对人体健康造成危害.

Keyword ：

750 kV 仿真计算 工频电场 人体模型 有限元法(FEM)

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雷电作为一种常见的自然现象，击中输电线路时雷电流会造成设备跳闸带来雷害事故。多年的线路运行数据表明,陕西电网330kV及以上超高压输电线路发生的故障跳闸中由于雷击导致的跳闸超过50%。雷害事故轻则导致设备跳闸，重则有可能导致倒塔断线事故发生，甚至可能引起系统性电网故障。本文对雷害发生特点和规律进行认真梳理，并对杆塔接地电阻大小、线路绝缘配置水平、避雷线保护角大小等与雷击跳闸密切相关的因素进行认真分析，指出了线路防雷工作的重点和关键点。 在理论分析的基础上，认真统计陕西电网近五年来线路雷击跳闸的时空分布特性，明确了雷害多发、频发的重点输电通道和重要时间节点，分析提出造成陕西电网雷击跳闸率偏高的三大原因。同时组织对省内电网现有防雷手段应用情况进行统计分析，认真梳理各种防雷措施的现场应用特点和效果，对现场防雷效果较好的氧化锌避雷器和可控避雷针实施情况进行了统计归纳。 本文以雷电监测定位系统为基础，合理确定陕西地区雷区分布特点，并在此基础上开展陕西电网雷害分析评估。最终形成陕西电网差异化防雷治理工作方案。方案对现场差异化防雷工作的雷害信息收集、差异化设计、差异化改造都提出了具体工作要求，形成符合陕西电网特点的综合防雷措施。最后以重点防雷线路330kV硖汉线为例，对处于重点防雷区段线路的差异化防雷工作进行了典型分析，对重点区段重点杆塔逐基进行杆塔雷击闪烙风险评估，确定处于C、D类高风险需要改造的杆塔，并提出了防雷改造措施的初选，最后对各基杆塔防雷改造备选措施进行预期治理效果评估，对仍达不到效果的进行方案优化，确保每基杆塔雷害风险全部降至B类风险以下。实现差异化防雷工作的高效开展。本文为陕西地区从事输电线路设计、运维管理的专业人员提供借鉴和参考。

Keyword ：

差异化设计 防雷改造 陕西电网 输电线路

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氧化锌避雷器（MOA）是高压输电系统的重要设备，在电能的传输中发挥着重要的作用。国内外高压、超高压输电线路多年的运行经验表明，雷击故障已经成为影响输电线路安全运行的重要因素。在线路工频运行方式下，了解线路型氧化锌避雷器的工作环境、分析周围设备对线路型MOA的干扰以及研究雷击下线路型MOA的保护作用对输电线路的安全运行有着重要的意义。 本文以500kV线路型MOA为研究对象，应用“场”和“路”相结合的方法，研究了线路型MOA周围的电场环境、周围设施对线路型MOA电位分布的影响，以及雷电冲击下线路型MOA的保护特性。具体包括以下几个方面的工作： 1．应用有限元软件Ansoft建立线路型MOA及输电线路上相关设备的三维有限元模型，计算了工频下线路型MOA与周围电气元件的电场环境，分析了MOA电阻片在工频电压下的电位分布情况以及线路型MOA串联空气间隙的电场分布与间隙长度的关系。 2．采用有限元软件Ansoft，计算了绝缘子、避雷线、杆塔距线路型MOA不同距离时对MOA电阻片电位分布的影响。得到结论：随着绝缘子距MOA的距离的减小，MOA电阻片的电压升高，电压承担率增大；随着避雷线和杆塔主体距MOA的距离的减小，MOA电阻片上的电压降低，电压承担率增大。 3．应用“场”和“路”相结合的方法分析了雷击下线路型MOA的保护作用。运用电磁暂态分析软件EMTP和有限元分析软件Ansoft分别搭建雷击杆塔时的等效电路模型和三维有限元模型。计算比较有无线路型MOA对线路绝缘子表面电场强度的影响。 4．利用EMTP—ATP仿真分析线路型MOA对500kV交流输电线路反击耐雷水平的影响，通过对比未装设线路型MOA、A相装设线路型MOA以及A、B两相装设线路型MOA三种情况下的反击耐雷水平，得出装设MOA可显著改善线路的反击耐雷水平。

Keyword ：

电磁干扰 电位分布 反击耐雷水平 雷击 线路型氧化锌避雷器

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输电线路是电网中重要的生命线工程，是电力系统的大动脉，直接关系电力系统正常运行，为使我国经济持续健康发展，建立和维护一个完整健全的电网系统变得尤为迫切。由于输电线路横亘距离长，经历的地区地形复杂，荷载工况复杂，确保输电塔线体系在各类荷载作用下的安全可靠运行是电力系统正常运行的关键所在。而影响输电塔线体系安全主要有风致灾害和覆冰事故，其中导线覆冰引起的事故更令人担忧。根据输电塔线体系的类型和构成，铁塔已成为世界各国超高压输电线路中最常见的杆塔型式。但是钢结构输电杆塔线路容易发生风偏放电、污秽闪络等事故，造成输电线路中断，使供电可靠性降低。输电线路杆塔中采用玻璃钢纤维复合材料（GFRP），利用复合材料良好的绝缘性，可以有效的解决风偏放电、污秽闪络等事故，提高供电可靠性。采用转动复合横担，可以避免导线纵向的不平衡张力对横担弯矩的影响，使复合横担的构件主要承受轴心荷载，同时通过输电塔两侧导线使横担和导线组成的联动体系平衡。 本文以某实际工程输电铁塔为研究背景，采用有限元分析方法研究某输电线路的覆冰对体系的影响，主要做了以下几个方面的工作： 首先，采用已建成的六塔七线复合材料转动横担—输电塔线耦合体系模型，在了解冲击荷载的特性后，根据冲击的特点和冲击相关的文献和资料，选取冲击荷载曲线，并运用SAP2000对模型结构进行了冲击动力响应的数值模拟。 其次， 对塔线耦合体系进行的动力特性分析，并研究输电塔线体系覆冰的静力效应，通过静力分析塔线体系的位移和受力情况。 最后，对复合材料转动横担-输电塔线耦合体系的各种脱冰工况进行瞬态动力分析，以期找到位移和受力的最不利工况，具体分析几个不利工况导线覆冰脱落对塔线体系的动力效应。然后对塔线体系参数分析，系统分析了不同参数（脱冰档数、脱冰比例）对覆冰作用下塔线体系动力响应的影响。 研究结果表明：输电导线覆冰脱落冲击过程中，由于导线覆冰脱落，该档导线会向上跃起，而采用玻璃钢纤维复合材料转动横担结构，可以有效的削弱导线不平衡张力对结构的轴力、弯矩的影响。

Keyword ：

非线性 复合材料转动横担 覆冰脱落 输电塔-线体系 有限元分析

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随着电力需求的不断增长，作为生命线工程的特高压、超高压输电线路获得了快速的建设和发展，相关研究也取得了长足的进展。目前超高压变电构架的节点连接形式以连接板连接为主；与之相比，相贯节点具有受力性能更好，用钢量更节省的特点。国内外对于相贯节点的研究内容主要集中于设计强度、刚度、变形能力，以及相贯节点构造的加强措施、往复荷载作用下的疲劳损伤等，但多数仅仅是平面相贯节点的研究，并且所研究节点的尺寸较小，不能满足日益增大的结构尺寸和规模。目前，钢管格构式超高压变电构架提出了“部分相贯连接、部分连接板连接”的新型组合相贯节点型式。故此，本文结合相贯节点的这一新兴结构发展趋势以及在青海佑宁变电构架工程中的实际应用，针对六种新型相贯节点构造，进行了结构力学分析和有限元数值模拟与试验研究，得到了以下富有新意的研究成果和结论。 （1）针对具有安装方便、结构形式简单、用钢量节省、迎风面积更小的新型相贯节点进行了构造和受力分析，验证了其结构的合理性； （2）选取在结构中具有典型特征的六种新型相贯节点形式，建立了适用于工程研究的有限元数值分析模型；探索了新型相贯节点极限承载力的定义方法，研究并计算了六种不同节点形式在最不利工况条件下的极限承载力大小； （3）对新型相贯节点进行了足尺试验研究，探究了新型相贯节点在实际受荷条件下的破坏形态以及极限承载力大小。结合试验研究，验证了有限元数值分析所建模型的正确性；同时，通过对数值分析和试验研究两种结果的分析和对比，阐明了新型相贯节点的结构优势以及承载力性能的改善； （4）从焊缝、螺栓等模型细节进行考量，进一步验证新型相贯节点数值分析简化模型的正确性，并以此模型为基础，对空间新型相贯节点的构造要素与极限承载力的关系进行了初步分析； （5）依据变电构架在正常使用过程中多受到往复荷载作用的受荷状态，通过应变-寿命曲线法，提出了可用于对节点疲劳寿命进行预测的疲劳寿命验证方法。

Keyword ：

构造要素 极限承载力 疲劳分析 相贯节点 有限元法

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随着国民经济的发展，我国用电负荷增长飞快，电网建设发展迅速。在西北地区电力主网由330kV跃升为750kV，随着河西地区武胜～河西～酒泉～敦煌750kV输变电工程的建成以及敦煌～哈密750kV双回联网线路的建成，西北电网750kV主网网架基本形成,甘肃电网已成为西北电网的枢纽部分。 随着经济发展，我国西电东送的战略目标的逐步实现，甘肃这片狭长的地区输电走廊问题日益突出。在通渭和甘谷大片地域为低中山黄土丘陵，海拔在2000-2500m之间，山势较缓，山头多呈浑圆状，植被一般，局部基岩出露，大部分为旱农田，而且山上村庄密集，为输电线路走廊规划选择带来很大局限。此外随着输电线路建设的增多，公众对环境保护意识的增强，超高压输电线路的由于电磁环境问题导致引起的信访纠纷日益增多。高压输电线路建设投资主要包含：铁塔和基础、导线和金具、拆迁费用。目前随着经济发展，已建和在建的高压线路以及公路铁路的增加，房屋拆迁费用也在急剧增加，拆迁费用已经成为高压输电线路费用中不可忽视的重要部分。因此研究2000-2500m高海拔地区同塔双回路导线布置方式是必要的。 本文结合甘肃高海拔地区工程的特点，对同塔双回线路导线布置方式进行了细致的研究和比较。本论文讨论了不同塔型以及电气间隙对导线布置方式的影响，重点对对两种不同布置方式塔型时导线的表面场强、无线电干扰、可听噪音的计算研究。还讨论了不同相序排列方式对电磁环境参数的影响。 通过研究，本论文在电气间隙和电磁环境方面研究基础上结合750kV设计运行经验得到了750kV同塔双回线路布置方式研究结论：在2500m高海拔时，导线按照小鼓型、大鼓型和伞型塔的方式布置时均能满足电磁环境的限值要求，小鼓型塔在地面电场方面略为占优；在电气间隙和脱冰跳跃方面三种塔型均能满足在轻冰区时的工程要求，但在塔重方面小鼓型塔较大鼓型和伞型塔经济，所以推荐在2500m高海拔轻冰区的750kV输电线路工程中导线布置产用小鼓型方式，以降低工程造价。此外由于高海拔地区750kV线路的电晕损耗太高，同塔双回约为50kW/km左右，建议对该地区的750kV线路的电晕损耗及降耗措施开展深入研究。

Keyword ：

超高压 导线布置 电磁环境 高海拔 同塔双回

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研究基于Kirchhoff公式建立起的电晕可听噪声理论预估模型在实际中的适用性。线路自身参数及所处环境参数都对电晕可听噪声产生影响，根据已有模型，分析计算导线半径、导线架设高度、相间距、分裂子导线数目、海拔等因素的影响。结果表明，采用分裂导线和增大导线半径可以明显降低噪声，且增加分裂子导线数目有助于降低噪声，而提高导线架设高度、改变相间距或分裂圆半径不具有降噪效果，同时计算表明电晕可听噪声随海拔的升高而加剧。所得规律有助于指导输电线路的规划设计。

Keyword ：

Kirchhoff公式 超高压输电线路 电晕可听噪声 降噪 理论预估模型 声学

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超高压输电线路的绝缘配合设计，主要是防止绝缘子串及空气间隙在在操作过电压、雷电过电压及工频电压下被击穿。而绝缘子串长度和空气间隙，其数据是规划铁塔塔头规划布置和力学结构设计的重要依据，其结果影响输电线路的安全运行和工程造价。 输电线路绝缘配合失效主要表现在污闪和冰闪两个方面，污闪是超高压线路外绝缘的主要问题，严重威胁着输电线路的安全运行，而污秽闪络的根本原因是污秽。输电线路覆冰是常见的自然现象，易造成冰闪引起停电。 以750kV天水-宝鸡输电线路工程为例，经调查分析，确定设计线路沿线影响绝缘配合的主要环境影响因素，包括：海拔高度、污秽情况、风速、覆冰等。针对输电线路绝缘配合的特点，确定绝缘配合的方法和流程。 绝缘子型号及片数的选择是绝缘配合的基础。本文对各种绝缘子机电性能、厂家的生产能力、技术经济指标进行比较，选择安全、经济、合理的绝缘子形式。按工频电压确定绝缘子串片数（采用爬电比距法分析计算），然后分别按操作过电压、雷电过电压进行验算。在轻、中冰区，750kV宝鸡-天水输电线路绝缘子串被击穿主要是因污秽引起，分别针对c、d及污秽区进行绝缘子片数选择。 空气间隙选择是输电线路设计的关键问题之一，风偏后线路导线对杆塔的最小空气间隙，应分别符合工频电压要求，操作过电压要求及雷电过电压要求。本文介绍了确定空气间隙的流程，按工况分单、双回路分析确定空气间隙的计算方法，并整合了适合设计线路的最终计算成果。 轻、中冰区覆冰绝缘子串的闪络多数发生在融冰阶段，其发展过程和和污闪基本一致。试验表明重冰区线路（20mm及以上覆冰）的绝缘水平，基本受冰闪条件控制，需对重冰区线路绝缘子片数根据绝缘子串覆冰后的工频污湿耐压强度进行校核，其主要受冰水电导率及覆冰耐压梯度控制。750kV宝鸡-天水输电线路重冰区绝缘子串最大覆冰为25mm，其在工频电压下要求绝缘子片数大于爬距要求片数。

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750kV线路绝缘配合高海拔重冰区

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分级可调高压电抗器与静止无功补偿器最优协调控制方法，在装有分级可调高压电抗器和静止无功补偿器的超高压输电线路变电站内，在多运行方式下，按照电压的稳态运行要求，投入合适的可控电抗器档数，利用分级可调高压电抗器与静止无功补偿器实现无功的连续调节。在不同的无功功率需求下，站内的无功补偿设备应运行在图中粗黑线对应的状态下，即图中粗黑线为站内无功补偿设备协调运行线。此最优协调控制方法能够减少柔性交流输电设备分散控制所带来的额外功率损耗，避免多台补偿设备工作在图中b、c等可行组合方式上而投有多余档位的电抗的情况；同时在暂态过程中空出的可控高压电抗器能够留有更多的档位来抑制过电压；而且方便实现无功功率的连续可调，使得当超高压输电线路重载和轻载时，变电站母线电压均能被控制到合适的电压水平。

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