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        變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境分析

        2011-06-06 06:33:52郝陽賀立齋張建華徐光
        電力建設(shè) 2011年10期
        關(guān)鍵詞:同塔根數(shù)線段

        郝陽,賀立齋,張建華,徐光

        (1.西北電力設(shè)計(jì)院,西安市,710075;2.青海省電力公司,西寧市,810100)

        0 引言

        輸電線路采用同塔雙回架設(shè)方式進(jìn)行建設(shè),可以節(jié)省有限的土地資源,還能減少房屋拆遷,是一種“資源節(jié)約型”的架設(shè)方式。同塔雙回輸電線路設(shè)計(jì)時(shí),往往是采用正常檔進(jìn)行導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)、無線電干擾、可聽噪聲等電磁參數(shù)預(yù)測(cè),選擇合理的導(dǎo)線及導(dǎo)線布置方案滿足電磁環(huán)境限值要求,一般均可以達(dá)到預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值基本一致的效果。但是對(duì)變電站同塔雙回進(jìn)出線段來說,因單、雙回路變換,相導(dǎo)線布置方式更為緊湊,其電磁環(huán)境往往較線路正常檔差。

        變電站的選址應(yīng)考慮運(yùn)行維護(hù)的方便,往往選擇在交通相對(duì)便利,人員相對(duì)集中的地方。因此改善變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境,對(duì)于改善整個(gè)變電站周邊電磁環(huán)境、實(shí)現(xiàn)工程“環(huán)境友好型”的建設(shè)目標(biāo)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        本文采用750 kV同塔雙回輸電線路進(jìn)出線段典型布置方案,研究改善變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境的方法。

        1 計(jì)算模型

        1.1 典型導(dǎo)線布置

        變電站進(jìn)出線的導(dǎo)、地線布置決定于終端塔和變電站構(gòu)架,750 kV輸電線路典型的終端塔塔頭如圖1所示(圖1~5中,尺寸單位為m)。750 kV線路終端塔轉(zhuǎn)角角度按70°考慮,簡(jiǎn)化的導(dǎo)、地線布置見圖2,門型構(gòu)架簡(jiǎn)化的導(dǎo)、地線布置示意圖見圖3。

        本文選擇同塔雙回750 kV線路普遍采用的LGJ-500/45導(dǎo)線進(jìn)行計(jì)算,地線選用JLB-180鋁包鋼地線,相導(dǎo)線布置方式采用6分裂、正六邊型布置、分裂半徑0.4 m。圖4為分裂導(dǎo)線布置圖。

        圖1 終端塔單線圖Fig.1 One-line diagram of dead end tower

        圖2 終端塔簡(jiǎn)化尺寸Fig.2 Simplified size of dead end tower

        圖3 門型簡(jiǎn)化尺寸Fig.3 Simplified size of gantry tower

        圖4 分裂導(dǎo)線布置示意圖Fig.4 Sketch of split conductors layout

        變電站進(jìn)出線段因單、雙回路變換,使得相導(dǎo)線間距離更為緊湊。進(jìn)出線段的導(dǎo)線布置可簡(jiǎn)化認(rèn)為是異面曲線,根據(jù)圖2、3的典型布置,通過計(jì)算異面曲線間的最小距離,進(jìn)而確定相導(dǎo)線最近距離處的各相導(dǎo)線坐標(biāo),從而可以求得進(jìn)出線段的導(dǎo)線典型布置(相導(dǎo)線布置與進(jìn)線方式有關(guān),本文僅給出1種典型進(jìn)線方式,因弧垂差異而不完全對(duì)稱)如圖5。

        1.2 計(jì)算方法

        (1)導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度。導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度決定于最高運(yùn)行電壓、子導(dǎo)線直徑、相導(dǎo)線分裂形式以及相間距離等。導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算方法有2種,即模擬電荷法和逐次鏡像法,二者相比逐次鏡像法計(jì)算精度更高[1-4],本文采用逐次鏡像法計(jì)算導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)。

        圖5 變電站進(jìn)出線段導(dǎo)地線典型布置Fig.5 Sketch of the layout of downlead

        (2)無線電干擾。無線電干擾(radio interference,RI),是輸電線路設(shè)計(jì)重要的電磁控制參數(shù)。國際無線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)推薦的計(jì)算輸電線路無線電干擾的方法有2種,即經(jīng)驗(yàn)法和激發(fā)函數(shù)法[1]。經(jīng)驗(yàn)法廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有電壓等級(jí)的輸電線路的無線電干擾計(jì)算評(píng)估中,適用于導(dǎo)線分裂數(shù)≤4的線路,計(jì)算結(jié)果為好天氣下的干擾場(chǎng)強(qiáng);激發(fā)函數(shù)法主要用于導(dǎo)線分裂數(shù)>4的情況,是基于試驗(yàn)線路或電暈籠測(cè)量而得的大雨條件下的激發(fā)函數(shù),通過一定的模量變換,得出各相導(dǎo)線的脈沖電流,再獲得這些電流產(chǎn)生的場(chǎng),即無線電干擾[3-6]。本文采用激發(fā)函數(shù)法計(jì)算無線電干擾。

        (3)可聽噪聲。輸電線路的可聽噪聲(audible noise,AN)。交流輸電線路因電暈產(chǎn)生的可聽噪聲由2部分組成:一種是由正極性流注放電產(chǎn)生的寬頻帶噪聲,這是交流噪聲的主要部分;另一種是由于電壓周期變化,使導(dǎo)線附近帶電離子往返運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的純音,頻率是50周的倍頻[7]。輸電線路電暈產(chǎn)生的可聽噪聲可以利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,美國電科院和博納維爾電力管理局總結(jié)出的公式比較有代表性。本文采用美國博納維爾電力管理局提供的公式計(jì)算可聽噪聲。

        2 計(jì)算結(jié)果及分析

        計(jì)算時(shí)最高運(yùn)行電壓取800 kV,門型構(gòu)架導(dǎo)線掛點(diǎn)高度34 m,地線掛點(diǎn)高度49 m;終端塔下導(dǎo)線高度42 m,地線高度89.7 m;海拔高度2.5 km。

        2.1 電磁環(huán)境參數(shù)

        根據(jù)前文所述的模型和計(jì)算方法,典型變電站進(jìn)出線檔與線路正常檔電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

        從表1可以看出,對(duì)于變電站同塔雙回進(jìn)出線段,由于相導(dǎo)線布置更加緊湊,表面場(chǎng)強(qiáng)比正常檔大4.8 kV/m,無線電干擾比正常檔大7.9 dB,可聽噪聲比正常檔大5.6 dB,大于規(guī)范允許的58 dB,因此需要采取措施改善進(jìn)出線段電磁環(huán)境。

        表1 電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.1 Computational results of the electromagnetic environment parameters

        2.2 影響電磁環(huán)境因素分析

        輸電線路電磁環(huán)境與相導(dǎo)線間距離、相導(dǎo)線分裂根數(shù)、分裂導(dǎo)線單根直徑、子導(dǎo)線分裂間距、導(dǎo)線對(duì)地高度等因素密切相關(guān)[7]。

        (1)相導(dǎo)線間距離。相導(dǎo)線間距離與無線電干擾、可聽噪聲的關(guān)系曲線見圖6。從圖6可以看出,無線電干擾和可聽噪聲隨著相導(dǎo)線間距離的增加而減小,無線電干擾的減小趨勢(shì)更明顯一些,說明相導(dǎo)線間距離對(duì)無線電干擾更敏感。

        圖6 相導(dǎo)線間距離與ERI、EAN關(guān)系曲線Fig.6 Relationship curves between the distance of phase conductor and ERI、EAN

        (2)相導(dǎo)線分裂根數(shù)。相導(dǎo)線分裂根數(shù)與無線電干擾、可聽噪聲的關(guān)系曲線見圖7。從圖7可以看出,無線電干擾和可聽噪聲隨著分裂根數(shù)的增加而減小,可聽噪聲的減小趨勢(shì)更明顯一些,說明相導(dǎo)線分裂根數(shù)對(duì)可聽噪聲更敏感。

        (3)分裂導(dǎo)線單根直徑。分裂導(dǎo)線直徑與無線電干擾、可聽噪聲的關(guān)系曲線見圖8。從圖8可以看出,無線電干擾和可聽噪聲隨著分裂導(dǎo)線直徑的增加而減小,二者的的減小趨勢(shì)基本一致。

        (4)子導(dǎo)線分裂間距。子導(dǎo)線分裂間距與無線電干擾、可聽噪聲的關(guān)系曲線見圖9。從圖9可以看出,無線電干擾和可聽噪聲隨著子導(dǎo)線分裂間距的增加先減小后增大,均存在明顯的極值點(diǎn)。

        圖7 相導(dǎo)線分裂根數(shù)與ERI、EAN關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curves between the number of split conductor and ERI、EAN

        圖8 分裂導(dǎo)線直徑與ERI、EAN關(guān)系曲線Fig.8 Relationship curves between the sub-conductor diameter and ERI、EAN

        圖9 子導(dǎo)線分裂間距與ERI、EAN關(guān)系曲線Fig.9 Relationship curves between the spacing of the split conductors and ERI、EAN

        (5)導(dǎo)線對(duì)地高度。導(dǎo)線對(duì)地高度與無線電干擾、可聽噪聲的關(guān)系曲線見圖10。從圖10可以看出,無線電干擾和可聽噪聲隨著導(dǎo)線對(duì)地高度的增加而減小,無線電干擾的減小趨勢(shì)更明顯一些,說明導(dǎo)線對(duì)地高度對(duì)無線電干擾更敏感。

        3 處理方案與措施

        圖10 導(dǎo)線對(duì)地高度與ERI、EAN關(guān)系曲線Fig.10 Relationship curves between the conductor to ground height and ERI、EAN

        一般工程中,需考慮最佳分裂間距與導(dǎo)線直徑比值在一定的范圍內(nèi)才能有效避免次檔距振蕩,因此優(yōu)化子導(dǎo)線分裂間距的方法一般不可取;此外,考慮到全線相導(dǎo)線分裂根數(shù)統(tǒng)一及配套金具的因素,一般也不宜調(diào)整導(dǎo)線分裂根數(shù)。因此,改善變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境的可取措施如下:

        (1)采用較高的終端塔,提高導(dǎo)線對(duì)地距離。

        (2)通過終端塔的布置和弧垂調(diào)整,盡可能增大相導(dǎo)線間距離。

        (3)進(jìn)出線檔采用比正常檔直徑更大的分裂導(dǎo)線。

        措施(1)和(2)與終端塔位置、轉(zhuǎn)角度數(shù)、弧垂、橫擔(dān)長(zhǎng)短等多種因素相關(guān),本文不展開分析。下面通過計(jì)算來預(yù)測(cè)采取措施(3)的改善效果。將LGJ-500/45(直徑30 mm)導(dǎo)線分別更換為ACSR-720/50(直徑 36.2 mm)和 JL/G3A -900/40(直徑 39.9 mm)導(dǎo)線,其他條件不變,典型變電站進(jìn)出線電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 改善后電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.2 Computational results of the electromagnetic environment parameters after improvement

        從表2可以看出,通過增大分裂導(dǎo)線的直徑,可以有效降低無線電干擾和可聽噪聲。對(duì)比表1可知,僅采用JL/G3A-900/40方案時(shí),即可將進(jìn)出線檔的無線電干擾和可聽噪聲基本降至線路正常檔水平;如在實(shí)際工程中綜合采用上述措施,則可以取得更好的改善效果。

        4 結(jié)論

        (1)輸電線路電磁環(huán)境與相導(dǎo)線間距離、相導(dǎo)線分裂根數(shù)、分裂導(dǎo)線單根直徑、子導(dǎo)線分裂間距、導(dǎo)線對(duì)地高度等因素密切相關(guān)。

        (2)增大相導(dǎo)線間距離、增加相導(dǎo)線分裂根數(shù)、增大分裂導(dǎo)線單根直徑、優(yōu)化子導(dǎo)線分裂間距、提高導(dǎo)線對(duì)地高度等措施均可以有效改善變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境。

        (3)建議工程中優(yōu)先采用直徑更大的分裂導(dǎo)線的方式,同時(shí)可兼顧終端塔布置、增大相導(dǎo)線間距離、提高導(dǎo)線對(duì)地距離等方法來綜合改善變電站同塔雙回進(jìn)出線段線路的電磁環(huán)境。

        [1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國電力出版社,2004.

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