随着电网建设速度加快,架空输电线电压等级提高,超高压交流输电线下方的电磁场计算分析和保证电网安全运行已经成为国内外研究的热点。输电线路弧垂作为线路设计和运行维护的重要指标之一,不仅影响输电线路下方电磁场分布,而且影响输电线路的安全运行。本文以超高压交流输电线为研究对象,计算输电线下方三维工频电磁场的大小并分析其分布特性,结合弧垂监测方法的理论研究和应用现状,在改进三维电磁场计算模型基础上,采用电磁场逆运算思想计算输电线弧垂,实现弧垂监测。首先,根据悬链线方程建立适用于悬挂点等高或不等高的输电线物理模型,在此模型基础上,分别基于模拟电荷法和Biot-Savart定律建立考虑弧垂的超高压输电线下方的三维电场和三维磁场计算模型,并仿真分析线路结构、相间距离、导线距地高度和相序等因素对电磁场值和分布的影响。计算结果表明:输电线下方电场强度主要由垂直分量决定,磁感应强度则主要由垂直分量和水平分量决定;导线的距地高度和线路结构对输电线下方工频电场和工频磁场影响显著。其次,根据电晕放电机理,建立计及电晕放电的三维电场计算模型。根据电场逆运算思想,利用粒子群算法由起晕电场值逆运算得到起晕电压,以起晕电压为分界点将输电线工频电压分起晕和不起晕两个范围。当输电线电压超过起晕电压,模拟电荷分为线路模拟电荷和空间模拟电荷两部分计算电场。以特高压输电线为例进行分析,结果表明:电晕放电会增大输电线下电场强度。最后,以实测电场或磁场值为依据,建立逆运算输电线弧垂计算模型,结合粒子群算法对输电线水平应力系数进行估计,求得输电线弧垂。其中,利用实测电场值计算弧垂时需判断输电线是否发生电晕现象以选择合适的电场计算模型。通过比较弧垂实测值与弧垂计算值证明该弧垂监测方法的有效性。超高压交流输电线的电磁场计算分析以及电晕放电对电场的影响分析对输电线工程建设具有重要指导意义。合理设计导线的距地高度、相序排列及相间距离,选用合适的杆塔结构类型均可以有效控制输电线下的电磁场值。根据现场电场强度或磁感应强度测量值逆运算计算求得输电线弧垂,对输电线弧垂监测方法研究提供了新思路。