验收报告导线电磁干扰抑制涂层材料与屏蔽网开发

1、子课题一导线电磁干扰抑制涂层材料与屏蔽网开发验收报告南方电网科学研究院清华大学电机系2012-11目录1、主要研究内容2、特高压直流线路电磁环境参数研究3、屏蔽线抑制效果及建筑物内外电磁环境参数差异研究4 、抑制直流输电线路电晕放电特性的电工材料探索研究5 、结论1 主要研究内容研究内容2、特高压直流线路电磁干扰抑制措施研究直流线路下加装屏蔽线的研究直流线路下不同建筑物内外的电磁环境特性研究抑制直流输电线路电晕特性的电工材料探索研究1、特高压直流线路电磁干扰参数指标研究南方电网已投运直流输电线路的沿线电磁环境各参数分析研究昆明特高压国家工程实验室720mm2导线电磁环境各参数测量统计分析研究2

2、 特高压直流线路电磁环境参数研究2.1 实验平台参数2.2 6x720mm2导线电磁环境参数统计特性研究2.3 导线半径对电磁环境影响研究2.4 云广实际线路电磁环境参数测试2.1 实验平台参数 试验线段全长800m，共分为3个档距，中间档410m距用于现场测试。2.1 实验平台参数 2 特高压直流线路电磁环境参数指标研究2.1 实验平台参数2.2 6x720mm2导线电磁环境参数统计特性研究2.3 导线半径对电磁环境影响研究2.4 云广实际线路电磁环境参数测试2.2 LGJ-6720/50导线电磁环境参数统计特性研究测试共进行12个月200余天，获得测试数据点近10万组2.2.1 可听噪声春

3、季夏季秋季冬季5%37.037.340.240.810%39.238.942.242.150%45.344.245.045.180%51.846.546.449.790%55.749.647.752.795%58.954.549.555.22.2.1 可听噪声2.2.2 无线电干扰统计值春季夏季秋季冬季5%50.946.545.548.010%52.149.348.049.450%57.354.454.554.080%59.558.257.356.090%61.359.859.858.495%62.061.061.060.22.2.3 地面合成场强统计值春季夏季秋季冬季10%4.61 5.69

4、 10.3319.82 50%10.71 19.54 16.8926.45 80%16.20 25.18 23.9328.57 95%24.43 28.58 26.57 29.57 2.2.4 地面离子流密度统计值离子流5%8.4910%11.6950%49.4280%94.5095%127.122.2.5 电晕损耗统计值正极负极5%2.470.9610%2.801.3550%3.682.9380%4.404.1590%5.155.2295%6.136.762 特高压直流线路电磁环境参数指标研究2.1 实验平台参数2.2 6x720mm2导线电磁环境参数统计特性研究2.3 导线半径对电磁环境影

5、响研究2.4 云广实际线路电磁环境参数测试2.3.1 电磁环境参数对比导线类型50%80%LGJ-6630/4557.058.5LGJ-6720/5054.557.3表 2- 14 两种导线下RI的统计值（dBV/m）导线类型50%LGJ-6630/4546.4LGJ-6720/5045.3表 2- 15两种导线AN的统计值（dBA）导线类型50%95%LGJ-6630/4523.1027.60LGJ-6720/5018.4026.50表 2- 16 两种导线下ES峰值的统计值（kV/m）导线类型50%LGJ-6630/455.17LGJ-6720/503.68表 2- 17 两种导线下CL的

6、统计值（W/m）2.3.2 RI及AN的经验计算方法海拔为2100m处特高压直流输电线路RI及AN计算公式如下：导线半径为1.68cm以及1.8115cm。在标准工况下极间距S=22m，最小对地高度Hmin=18m，分裂间距D=0.45m2.3.2 RI及AN的经验计算方法通过结果可以看出，6630mm2导线及6720mm2导线在双极800kV电压下，RI相差约1dBV/m，AN相差约1dBA，ES相差不超过3kV/m，JS相差不超过6nA/m2。2 特高压直流线路电磁环境参数指标研究2.1 实验平台参数2.2 6x720mm2导线电磁环境参数统计特性研究2.3 导线半径对电磁环境影响研究2.

7、4 云广实际线路电磁环境参数测试2.4.1 测点线路段选取沿线7个不同海拔地点进行了电磁环境实测2.4.2 电磁环境参数测试结果2.4.2 电磁环境参数测试结果电磁环境参数测点线路段测点高度(m)试验线段值实际线路值ES (kV/m)旧县镇2219.813.79越望镇26越州镇3012.610.04AN (dBA)旧县镇2242.847.27越望镇2638.848.37越州镇3032.347.47RI (dBV/m)旧县镇2257.660.69越望镇2651.550.64越州镇3045.753.193 屏蔽线抑制效果及建筑物内外EME参数差异研究3.1 屏蔽线缩尺模型试验3.2 屏蔽线测试方案

8、3.3 屏蔽线对直流输电线路周围电磁环境的影响研究3.4 建筑物附近电磁环境差异研究3 屏蔽线抑制效果及建筑物内外EME参数差异研究3.1 屏蔽线缩尺模型试验3.2 屏蔽线测试方案3.3 屏蔽线对直流输电线路周围电磁环境的影响研究3.4 建筑物附近电磁环境差异研究3.1.1 屏蔽线缩尺模型试验平台调整幅度以5cm为最小间隔，最高电压为100kV。绝缘支架下方安装金属板来模拟理想地面，旋转伏特计安装在金属板中，用以测量地面合成电场3.1.2 屏蔽线缩尺模型试验测试结果3.1.3 含有屏蔽线的直流线路电晕电场计算方法3.1.3 屏蔽线原理屏蔽线在导线下方形成低电位区域-降低地面标称电场屏蔽线吸收空

9、间离子流-减小离子流场形成的合成电场3 屏蔽线抑制效果及建筑物内外EME参数差异研究3.1 屏蔽线缩尺模型试验3.2 屏蔽线测试方案3.3 屏蔽线对直流输电线路周围电磁环境的影响研究3.4 建筑物附近电磁环境差异研究3.2.1 屏蔽线位置3.2.2 屏蔽线塔架及悬挂点结构杆塔上（不同高度）装有3层水平横担，横担总长7m，杆塔每侧横担长度为3m，横担上每1m距离设有屏蔽线悬挂点，设计屏蔽线在两个支撑杆塔间弧垂为6m，和上方正极导线距离保持至少6m。3.2.3 测试主要内容单根屏蔽线线路两端阻抗影响对侧极导线影响极导线电压极性的影响屏蔽线半径影响测试单根屏蔽线位置影响测试3根屏蔽线排列方式影响测试

10、变屏蔽线水平间距及位置测试屏蔽线根数测试3 屏蔽线抑制效果及建筑物内外EME参数差异研究3.1 屏蔽线缩尺模型试验3.2 屏蔽线测试方案3.3 屏蔽线对直流输电线路周围电磁环境的影响研究3.4 建筑物附近电磁环境差异研究3.3.1 屏蔽线接地阻抗影响接地方式首先考虑屏蔽线接地较为极端的三种情况：单端接地、两端接地和双端悬空。接地形式单端接地两端接地双端悬空地面离子流密度（nA/m2）26303060401003.3.1 屏蔽线接地阻抗影响平衡阻抗接地电阻（）两端接地1101001kJS（nA/m2）263030333446284539413.3.1 屏蔽线接地阻抗影响不平衡阻抗接地电阻（）两端

11、接地110JS（nA/m2）2630363931443.3.2 电压极性影响在同样尺寸和位置的屏蔽线下，分别进行双极电压800kV和单极电压+800kV以及-800kV测试。测试结果表明，双极性电压下，屏蔽线的屏蔽效能略低于单极性电压下的屏蔽线屏蔽效能。考虑比较严重的情况，后续测试中采取双极800kV的电压。3.3.3 单根屏蔽线半径对屏蔽效能的影响序号线型半径（cm）1LGJ-70/400.682LGJ-120/250.793LGJ-120/700.904LGJ-240/401.095LGJ-300/701.26参数根数位置悬挂点高度（m）弧垂（m）最小对地高度（m）值14下13763.3.

12、3 单根屏蔽线半径对屏蔽效能的影响屏蔽线70/40120/25120/70240/40300/70+1116234562223353702543-11-18-40-44-52-98-105.4-13-58-13-163.3.3 单根屏蔽线半径对屏蔽效能的影响序号屏蔽线线型极值位置（m）极值（kV/m）屏蔽效能（dB）1LGJ-70/40+2025.581.562LGJ-120/25+2025.331.643LGJ-120/70+2025.861.464LGJ-240/40+2023.662.245LGJ-300/70+2019.903.746无屏蔽线+1430.61-3.3.3 单根屏蔽线位置

13、对屏蔽效能的影响位置1下4下7下7中7上+1150602543335648554852-11-90-95-16-17-20-27-30-33-25-273.3.3 单根屏蔽线位置对屏蔽效能的影响序号屏蔽线线型极值位置（m）极值（kV/m）屏蔽效能（dB）11下+1725.421.6124下+2017.804.7137下+1720.043.6847中+1114.116.7357上+1411.378.606无屏蔽线+1430.61-3.3.4 多根屏蔽线不同布置方式对屏蔽效能的影响3.3.4 多根屏蔽线不同布置方式对屏蔽效能的影响序号屏蔽线线型极值位置（m）极值（kV/m）屏蔽效能（dB）1横向-

14、下层+1710.379.402横向-中层+2013.677.003横向-上层+1712.158.024纵向-1+1721.073.245纵向-4+1716.945.146纵向-7+89.5810.097无屏蔽线+1430.61-横向分布时最下层为好，纵向分布时7点为好。但统筹观察AN及RI可发现，7点纵向分布3根屏蔽线AN及RI过大，故认为3跟LGJ-300/70屏蔽线横向分布与最下层横担屏蔽效果最优。3.3.5 不同屏蔽线水平间距对屏蔽效能的影响3.3.5 不同屏蔽线水平间距对屏蔽效能的影响序号屏蔽线线型极值位置（m）极值（kV/m）屏蔽效能（dB）1中层-345-1m+1722.792.5

15、62中层-246-2m+2010.878.993中层-147-3m+1710.379.404无屏蔽线+1430.61-测试结果表明，屏蔽线水平间距为1m时屏蔽效能为2.56dB，2m时为8.99dB，3m时为9.40dB。2m和3m的水平间距下ES屏蔽效能相差不大，但屏蔽线水平间距为3m时AN及RI相对过大，故认为水平间距为2m时效果最优。3.3.6 不同屏蔽线根数3.3.6 不同屏蔽线根数序号屏蔽线线型极值位置（m）极值（kV/m）屏蔽效能（dB）1横向-4下+2017.804.712横向-1下4下7下+1710.379.403纵向-7中+1114.116.734纵向-7上7下7中+89.5

16、810.095无屏蔽线+1430.61-3.3.7 20m外屏蔽线的影响3.3.8 屏蔽线优化方案屏蔽线最优方案：3根水平间距为2m的LGJ-300/70屏蔽线，几何中心位于无屏蔽线时ES的极值正下方，约为14m左右，悬挂点高度为16m，弧垂7m。以与本项目相同的线路参数为例，当采用该布置方式时，线路正方向ES均不超过15kV/m的拆迁标准线，RI及AN均不超标。当无屏蔽线时，经测试得拆迁宽度为正极外27m。考虑正极外7m的强制拆迁范围，采取屏蔽线措施后拆迁宽度减少20m。3 屏蔽线抑制效果及建筑物内外EME参数差异研究3.1 屏蔽线缩尺模型试验3.2 屏蔽线测试方案3.3 屏蔽线对直流输电线

17、路周围电磁环境的影响研究3.4 建筑物附近电磁环境差异研究3.4.1 实验方案3.4.2 建筑搭建3.4.3 ES测试结果3.4.4 RI及AN测试结果建筑物外立面RI (dBV/m)AN (dBA)屋外屋内屋外屋内复合木板45.137.347.736.2水泥砖44.035.044.527.5钢板41.032.043.925.4测试结果表明，房屋的存在可以显著减小ES，较大程度上较小RI及AN水平。复合木板结构下RI在房屋内外相差7.8dBV/m，AN相差11.5dBA。水泥砖结构下RI在房屋内外相差9.0 dBV/m，AN相差17.0dBA。钢板包水泥砖结构下RI在房屋内外相差8.0 dBV

18、/m，AN相差8.5dBA。相比较而言，钢板结构对RI的衰减较大，复合木板对RI的衰减较小。水泥砖结构对AN的衰减较大，复合木板结构对AN的衰减较小。4 抑制直流输电线路电晕放电特性的电工材料探索研究4.1 ZnO非线性材料的制备方法、工艺4.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究4 抑制直流输电线路电晕放电特性的电工材料探索研究4.1 ZnO非线性材料的制备方法、工艺4.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究4.1 ZnO非线性材料的制备方法、工艺配料ZnO压敏陶瓷粉体的制备步骤与普通电子陶瓷材料的制备步骤类似，本研究所采用的制备工艺及性能测试主要包括以下几个步骤：(1) 配料(a) 球磨法根据配方计算

19、出所需各种原料粉末的质量，经分析天平称出后，加入适量无水乙醇，在聚酯罐内球磨8小时。球磨后的浆料倒入蒸发皿，在烘箱中烘干12小时后，过220目筛，得到粉料。(b) 共沉淀法通过共沉淀形成掺杂包覆和ZnO粉体，详细内容在后面介绍。4.1 ZnO非线性材料的制备方法、工艺烧结、粉碎(2) 烧结将粉料放入坩埚，在箱式炉，空气气氛中烧结即可。烧结是压敏电阻制备中最关键的一步，不同的烧结升温速度曲线、保温时间和烧结温度的选取，对压敏电阻结构和性能都将产生不同的影响。通常ZnO陶瓷的烧结温度在1200，保温时间4.5h，但是如果对粉体进行如此处理，会导致粉体结块，烧成较致密的陶瓷（相对压片后样品存在较多气

20、孔），无法粉碎成适当粒径的粉体用于和有机物基体混合。因此要适当降低烧结温度，为保证非线性晶界结构的形成，还需延长烧结时间。(3) 粉碎通过研磨，球磨等方式，将粉体粉碎，过不同目筛，得到不同粒径粉体。4 抑制直流输电线路电晕放电特性的电工材料探索研究4.1 ZnO非线性材料的制备方法、工艺4.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究4.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究为了验证材料对电场的抑制作用，观察材料对电晕放电的影响是一个可靠的实验手段，因为电晕放电是由于空间电场不均匀引起的。观测电晕放电的发光情况和可听噪声，比较不同样品对电晕放电的抑制作用，从而判断对非均匀电场的均匀作用。这一过程也可以通过ANSOFT来模拟，以便更好的分析不同形状和成分的样品的效果，见图4-10。图 4- 10 对导线表面的电场仿真4.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究导线类型半径（cm）长度（cm）光滑导线0.19236绞线0.151364.2 涂敷非线性材料的电晕特性研究测试结