劉文勛，趙全江，李健，馬凌，黃欲成，于躍

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市，430071)

0 引言

±800 kV特高壓直流輸電線路雙極導(dǎo)線一般采用水平方式排列，其極間距離是綜合考慮電磁環(huán)境、絕緣子串長度、絕緣子串夾角、空氣間隙等因素而確定的。我國已建成的云南—廣東±800 kV直流輸電線路、向家壩—上?！?00 kV直流輸電線路以及正在建設(shè)的錦屏—蘇南±800 kV直流輸電線路的雙極導(dǎo)線極間距均按不小于22 m設(shè)計(jì)。隨著±800 kV特高壓直流輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步深化研究以及大截面導(dǎo)線的研制和成功應(yīng)用，能否減小±800 kV線路的極間距離已成為大家所關(guān)注的主要問題之一［6］。

極間距是影響塔重指標(biāo)的重要因素，極間距越大，桿塔橫擔(dān)越長，相同導(dǎo)線荷載下對桿塔產(chǎn)生的力矩越大，塔材指標(biāo)也就越高。從極間距對塔重敏感性分析可知，極間距縮減10%，塔重減少約6%。因此，縮小極間距對降低塔重、節(jié)省工程投資具有重要意義。

本文結(jié)合±800 kV特高壓直流輸電線路的典型設(shè)計(jì)條件，研究極間距優(yōu)化的可行性和技術(shù)路線，為后續(xù)特高壓直流輸電線路的設(shè)計(jì)提供參考。

1 極間距優(yōu)化邊界條件分析

1.1 極間距變化對電磁環(huán)境的影響

電磁環(huán)境問題是特高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)的首要問題［1］，極間距越小，極導(dǎo)線表面場強(qiáng)越大，則無線電干擾、可聽噪聲越大。以6×JL/G3A－900/40導(dǎo)線為例，當(dāng)電壓為±816 kV、對地距離取18 m時(shí)，計(jì)算出不同極間距下的導(dǎo)線表面場強(qiáng)、地面合成場強(qiáng)、無線電干擾及可聽噪聲，如表1所示。

表1 不同極間距的線路電磁環(huán)境計(jì)算結(jié)果Tab.1 Results of electromagnetic environment of different polarity distances

由表1可知，隨著極間距的縮小，導(dǎo)線表面最大標(biāo)稱場強(qiáng)增大，從而無線電干擾和可聽噪聲增大，地面合成場最大值有所降低［3］。同時(shí)可以看出，采用6×JL/G3A－900/40導(dǎo)線時(shí)，滿足電磁環(huán)境要求時(shí)的最小極間距可較22 m大幅縮減，僅為16.5 m左右。

此外，通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，隨著導(dǎo)線截面的增大，相同極間距情況下的無線電干擾、可聽噪聲等指標(biāo)也會有所改善，滿足電磁環(huán)境指標(biāo)的最小極間距也會隨導(dǎo)線截面增大而減?。?］。

1.2 合成絕緣子串長優(yōu)化

特高壓直流線路合成絕緣子長度選擇一般采用污耐壓法，即根據(jù)試驗(yàn)得出的閃絡(luò)梯度，考慮污穢成分、上下表面污穢不均勻、灰密等因素的修正，并考慮絕緣配合安全裕度得出合成絕緣子長度。

由于人工污穢閃絡(luò)電壓曲線是以純NaCl為人工污穢得到的，而實(shí)際污穢有相當(dāng)多的導(dǎo)電成分是溶解度、導(dǎo)電性差很多的CaSO4。根據(jù)NGK提供的污穢成分校正經(jīng)驗(yàn)公式可知，隨著石膏的比例增大，耐污壓有所提高，當(dāng)石膏:鹽=4:1時(shí)，耐污壓提高20%;石膏:鹽 =10:1，耐污壓提高30%;石膏:鹽 =20:1，則耐污壓提高40%?？梢姡慈斯の鄯x試驗(yàn)結(jié)果選擇的絕緣子長度，在污穢成分方面，污耐壓水平是有一定的安全裕度的［4］。

計(jì)算合成絕緣子串長的另一重要參數(shù)是絕緣配合安全裕度。目前合成絕緣子污耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)都是基于合成絕緣子完全親水性的，而憎水性狀況下的污閃電壓遠(yuǎn)高于親水性的污閃電壓。實(shí)際運(yùn)行中合成絕緣子出現(xiàn)完全親水性的可能性不大。盤式絕緣子安全裕度取3σ，考慮到合成絕緣子在積污特性方面優(yōu)于盤式絕緣子，因此，建議合成絕緣子安全裕度取2σ。輕、中、重污區(qū)的合成絕緣子長度計(jì)算結(jié)果如表2所示。建議合成絕緣子長度在輕、中、重污區(qū)分別取 8.5，9.4，10.6 m。

表2 合成絕緣子長度Tab.2 Comparison of composite insulator string lengthsm

1.3 空氣間隙

±800 kV直流線路直線塔一般采用V型絕緣子串，空氣間隙主要受操作過電壓間隙控制。根據(jù)已建特高壓直流線路沿線過電壓的計(jì)算分析和現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定［5］，空氣間隙如表3所示。

表3 空氣間隙值［2］Tab.3 Different air gaps

2 主要邊界條件對極間距的敏感性分析

2.1 空氣間隙和絕緣子串長

在電磁環(huán)境滿足要求的前提下，桿塔極間距是由空氣間隙和絕緣子串長2方面控制條件決定的。綜合不同污穢條件的絕緣子串長和不同操作過電壓及海拔條件的空氣間隙，進(jìn)行塔頭布置，可以得出極間距的控制條件，如表4所示。

表4 空氣間隙和絕緣子串長對極間距的影響Tab.4 Effect of air gap and insulator string length on polarity distance

由表4可見，極間距同時(shí)受空氣間隙和絕緣子串長控制，空氣間隙越小，串長越長，極間距越可能受串長控制，相反極間距更可能受空氣間隙控制。

2.2 V型串夾角對極間距的敏感性分析

V型串夾角的取值也會影響導(dǎo)線相對塔身的位置。V型串夾角取的較大，能夠滿足較小的搖擺角系數(shù)，但極間距隨之放大，而且可能造成對上橫擔(dān)間隙不足;V型串夾角取的較小，則可以縮小極間距，但桿塔定位受到一定限制，同時(shí)也加長了等效串長，降低了導(dǎo)線對地高度。

V型串夾角受到氣象條件、導(dǎo)線型號及桿塔使用條件影響，一般來說，導(dǎo)線截面越大、搖擺角系數(shù)越大，V型串夾角越大。當(dāng)空氣間隙為6.3 m時(shí)，分析V型串夾角變化對極間距的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 V串夾角對極間距的影響Tab.5 Effect of V style insulator string angle on polarity distance

由表6可知，V型串夾角越大，極間距越大，同時(shí)等效垂直串長越短，在同樣的對地距離下，要求的桿塔呼高越低;但是當(dāng)塔頭主要由空氣間隙控制時(shí)，縮小V型串夾角對極間距影響甚微。

3 極間距優(yōu)化實(shí)例

以溪洛渡—浙西±800 kV直流輸電線路工程為例進(jìn)行極間距優(yōu)化。

氣象區(qū):風(fēng)速27 m/s，輕中冰;

海拔:1000 m以下;

導(dǎo)線型號:6×JL/G3A－900/40;

操作空氣間隙:6.3 m;

絕緣子串:V型合成絕緣子串，污穢不均勻系數(shù)取1.065，灰密校正系數(shù)取1.14，污穢成分的校正系數(shù)取1.0，安全裕度取2σ時(shí)，串長計(jì)算值為10.6 m;

V型串夾角:桿塔搖擺角系數(shù)取0.65時(shí)，夾角計(jì)算值為85°。

根據(jù)以上邊界條件對桿塔進(jìn)行塔頭設(shè)計(jì)及塔材布置，可將±800 kV直流輸電線路最小極間距從22 m縮為20 m，如圖1所示。

圖1 極間距優(yōu)化后的塔頭示意圖Fig.1 Tower head of optimized polarity distance

4 可放檔距校核

按照規(guī)程規(guī)定，直流輸電線路的水平線間距離應(yīng)符合如下要求:

式中:D為導(dǎo)線水平線間距離，m;ki為懸垂絕緣子串系數(shù)，V型絕緣子串ki=0;Lk為懸垂絕緣子串長度，m;U為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV;fc為導(dǎo)線最大弧垂，m;kf為系數(shù)，1000 m 以下檔距取0.65，1000～2000 m取0.8～1.0;A 為增大系數(shù)，10～15 mm 覆冰取 0，20～30 mm 覆冰取 0.5 m，40 mm 及以上覆冰取1.0 m。

由式(1)計(jì)算可知，極間距縮為20 m后的線路最大可放檔距大于1.3 km，可以滿足實(shí)際工程排位的檔距要求。

5 極間距優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性分析

極間距大小直接影響著桿塔的塔重及基礎(chǔ)指標(biāo)，以溪洛渡—浙西 ±800 kV直流輸電線路工程JC27152型轉(zhuǎn)角耐張塔為例進(jìn)行計(jì)算，極間距優(yōu)化后的桿塔指標(biāo)比較如表6所示。

表6 極間距優(yōu)化后的桿塔指標(biāo)Tab.6 Tower indicators of optimized polarity distance

從表6可知，極間距從22 m縮為20 m后，JC27152型轉(zhuǎn)角耐張塔質(zhì)量減少3.13 t，基礎(chǔ)鋼筋減少了0.1 t，基礎(chǔ)混凝土減少了1.4 m3，桿塔單基費(fèi)用可節(jié)約3.8萬元，本體投資可節(jié)約7.6萬元/km。對于長距離輸電的特高壓直流輸電線路來說，優(yōu)化極間距具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

本文參考已(在)建±800 kV特高壓直流輸電線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合±800 kV特高壓直流輸電線路關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步深化研究以及大截面導(dǎo)線成功應(yīng)用的成果，對極間距進(jìn)行優(yōu)化研究，主要結(jié)論如下:

(1)極間距是影響塔重指標(biāo)的重要因素，極間距縮減10%，塔重可減少約6%。

(2)電磁環(huán)境是影響極間距的重要因素，導(dǎo)線截面越大，允許的最小極間距越小，采用6×JL/G3A－900/40時(shí)，滿足電磁環(huán)境要求時(shí)的最小極間距可較22 m大幅縮減。

(3)安全裕度取2σ時(shí)，合成絕緣子在輕、中、重污區(qū)的長度分別取8.5，9.4，10.6 m。

(4)以溪洛渡—浙西±800 kV直流輸電線路工程為例進(jìn)行極間距優(yōu)化，結(jié)果表明特高壓直流線路在輕、中冰區(qū)將極間距從22 m縮小為20 m是可行的。優(yōu)化后的基本塔單基本體費(fèi)用可節(jié)約3.8萬元，本體投資可節(jié)約7.6萬元/km。對長距離輸電的特高壓直流輸電線路來說，具有較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］DL/T 1088—2008±800 kV特高壓直流線路電磁環(huán)境參數(shù)限值［S］.北京:中國電力出版社，2008.

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［3］王小鳳，周浩.±800 kV特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境研究［J］.高壓電器，2007，43(2):109-112.

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［6］萬啟發(fā).二十一世紀(jì)我國的特高壓輸電［J］.高電壓技術(shù)，2000，26(6):12-13，42.

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