【原】10kV交流架空配电线路电场计算分析

云南电网公司红河供电局、国网四川省电力公司检修公司的研究人员耿恒、何大猛，在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，采用有限元分析软件仿真计算了10kV交流架空配电线路在：水平排列、倒三角排列、垂直排列、双回垂直排列等4种不同排列方式下的电场分布情况，为10kV交流架空配电线路设计及电磁环境安全提供了理论依据。

1 引言

随着社会经济的不断的快速发展，城市化进程的不断深入，10kV配电线路成为了城市配电网及市郊电网的主要部分，同居民的生产、生活息息相关[1]。随着人们环保意识的逐渐增强[2-5]，对输电线路电磁环境问题越来越重视[6-8]。

准确计算10kV架空配电线路下方电场分布可以为配电线路的设计和电磁环境安全分析提供理论参考。因此，进行10kV交流架空配电线路电场计算具有非常重要的研究意义。

本文采用有限元法计算10kV交流架空线路典型排列方式：水平排列、三角排列、垂直排列、双回垂直排列等4种排列方式下导线表面电场和线路下方距离地面1m水平线上的电场强度。

2 10kV输电线路的基本参数

根据《10kV及以下架空配电线路设计技术规程》规定[9]，10kV交流架空配电线路导线可以采用截面积为150~240mm2的导线，因此本文选用LGJ-150/20，档距为50m，导线最小间距为0.65m，导线与地面的最小距离为6.5m。10kV交流架空配电线路的水平排列、三角排列、垂直排列，双回垂直排列等四种方式如图1所示。

图1 10kV交流配电线路导线排列方式

3 工频电场强度计算

3.1 导线表面最大场强及对应的相角

建立二维交变电场计算有限元模型[10]，给A相导线施加激励的幅值为8.164kV，相角为0度，作为参考角度。B和C激励幅值和A相一样，相角依次滞后120度。通过有限元软件计算，可以得到各导线表面的最大场强Emax，及最大场强是导线对应的相位角，具体计算结果如表1所示。

表1 各种排列方式下各相导线表面最大电场及对应相角

相导线	水平排列		三角排列		垂直排列		双回垂直排列
	Emax(kV/cm)	θ(度)	Emax(kV/cm)	θ(度)	Emax(kV/cm)	θ(度)	Emax(kV/cm)	θ(度)
A1	2.15	0/180	2.26	0/180	2.36	0/180	2.52	0/180
B1	2.47	120/300	2.39	120/300	2.64	120/300	2.54	120/300
C1	2.16	60/240	2.25	60/240	2.38	60/240	2.63	60/240
A2	--	--	--	--	--	--	2.63	0/180
B2	--	--	--	--	--	--	2.54	120/300
C2	--	--	--	--	--	--	2.52	60/240

从表1的数据可以看出：

（1）每相导线表面的最大场强出现在此导线电压到达峰值的时刻。

（2）单回线路边相最大场强小于中间相的最大场强，即导线表面的最大场强出现在中间相导线电压到达峰值时刻。

（3）由于双回线路换位的影响，双回垂直排列导线表面的最大场强出现在最下端的两根导线表面，即C1和A2导线表面，且它们的最大电场强度值一样。

3.2 线路下方距离地面1m处电场强度分布曲线

通过表1可以知道相角分别为0、120、240等角度时A、B、C三相导线表面电场最大，因此计算了相角分别为0、120、240度时距地面1m处水平线上，以导线为中心向左右延伸20m范围内电场分布曲线如图2至图5所示。

图2 水平排列下，不同相位角时距离地面1m处电场强度分布曲线

从图2的电场分布曲线可以看出：水平排列情况下，相角为0和240度时最大场强值最大，值为65V/m，分别出现在A相和C相导线正下方位置。相角为120度时最大场强为29.5V/m，出现在B相导线正下方位置。

图3 三角排列下，不同相位角时距离地面1m处电场强度分布曲线

从图3可以看出：三角排列情况下，相角为0和240度时最大场强值最大，值为50V/m，分别出现在A相和C相导线的正下方位置。相角为120度时最大场强为48V/m，出现在B相导线的正下方位置。

图4 垂直排列下，不同相位角时距离地面1m处电场强度分布曲线

从图4可以看出：三角排列情况下，相角为0、120、240度时最大场强值分别为88V/m、36V/m、52V/m，出现在导线的正下方位置，即当C相导线电压值最大时，导线下方的场强出现最大值。

图5 双回垂直排列下，不同相位角时距离地面1m处电场强度分布曲线

从图5可以看出：双回垂直排列情况下，当相角为120度时出现最大场强为54V/m，位于双回导线的中间位置处。当相角为0、240度时的最大场强值一样，为26.4V/m，分别位于回路1和回路2的正下方。

4 结论

通过计算各种排列方式下导线表面电场及距地面1m处水平线上电场分布情况，可以得到以下结论：

（1）单回线路中间相导线的Emax比边相的Emax大，且垂直排列方式时导线表面Emax数值最大，而倒三角排列时导线表面Emax最小。

（2）单回线路各种排列方式下距地面1m处水平线上的电场都会在相角为240度时出现最大值，其中垂直排列最大场强值最大，水平排列最大场强值居中，三角排列最大场强值最小。双回垂直排列时，最大场强出现在相角为120度时，但比单回垂直排列的值降低了。

所以建议单回布线时最好采取倒三角排列方式，这样既能保证导线表面电场不会过大而损坏绝缘，同时也保证了导线下方的电场强度不会影响居民正常生活。

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主讲人及主讲题目

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清华大学电机系教授赵争鸣：现代电网中的电力电子装置与系统

内蒙古电力集团原副总工程师岳建华：利用可再生能源电解水制氢实现大规模储能与氢能综合利用

天津大学电气与自动化工程学院教授贾宏杰：智能电网及能源互联网关键技术

内蒙古电力集团调通中心副主任侯佑华：大规模新能源电站并网技术

中国电力科学研究院配电研究所博士吴鸣：中国智能微电网的近期发展情况与展望

清华大学电机系博士薛小代：非补燃压缩空气储能技术研究

北京北变微电网技术有限公司技术总监刘世民：能源互联网环境下的微电网

深圳市禾望电气股份有限公司太阳能开发部总经理曾建友：集散式逆变器及其系统设计应用

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北京人民电器厂有限公司营销技术部部长张书瑞：满足25年寿命使用期的光伏汇流箱的发展现状、问题与解决方案

福禄克测试仪器（上海）有限公司产品应用总工程师钱峰：福禄克微电网领域测试解决方案

上海良信电器股份有限公司总工程师卜浩民：光伏系统中的低压侧解决方案

上海金友金弘电线电缆股份有限公司副总经理管同平：一体化光伏智能变电站的特点及应用

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