胡守松，李健，馬凌，柏曉露，張益修

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

0 引言

我國(guó)地域能源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不均衡的基本國(guó)情，決定了能源必須在全國(guó)范圍內(nèi)優(yōu)化配置。對(duì)于需遠(yuǎn)距離送電的能源基地，如西藏水電、準(zhǔn)東火電外送和跨國(guó)輸電等項(xiàng)目，其遠(yuǎn)景輸電規(guī)模超過(guò)100 GW，輸電距離超過(guò)3 000 km，輸電容量大、距離長(zhǎng)。若采用±800 kV直流輸電，線損率將超過(guò)10%，經(jīng)濟(jì)性較差，客觀上要求采用更高電壓等級(jí)直流輸電。而導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離對(duì)桿塔高度及造價(jià)影響很大，對(duì)于新的電壓等級(jí)輸電線路來(lái)說(shuō)，是線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)原則之一。

1 導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離的確定原則

直流輸電線路導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離除要考慮電氣安全間隙外，還應(yīng)考慮電磁環(huán)境的影響，主要包括電場(chǎng)效應(yīng)(合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度)、可聽(tīng)噪聲、無(wú)線電干擾及磁場(chǎng)效應(yīng)，其中起決定作用的是電場(chǎng)效應(yīng)及電氣安全間隙。

1.1 電氣安全間隙

決定導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離的電氣安全間隙中，起控制作用的是操作過(guò)電壓。根據(jù)過(guò)電壓及放電間隙的初步研究成果，±1 100 kV直流輸電線路空氣間隙在不同海拔及操作沖擊過(guò)電壓下的空氣間隙如表1所示。

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在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于線路所經(jīng)地區(qū)最高海拔和操作過(guò)電壓都會(huì)有差異，從設(shè)計(jì)原則的適應(yīng)性考慮，電氣安全間隙推薦取為10.0 m。

1.2 電磁環(huán)境限值標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 電場(chǎng)效應(yīng)

參考我國(guó)±800 kV特高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)［1-2］，推薦±1 100 kV直流輸電線路電場(chǎng)效應(yīng)限值如下。

(1)一般非居民地區(qū):合成場(chǎng)強(qiáng)限定在雨天36 kV/m，晴天30 kV/m;離子流密度限定在雨天150 nA/m2，晴天 100 nA/m2。

(2)居民區(qū):合成場(chǎng)強(qiáng)限定在雨天30 kV/m，晴天25 kV/m;離子流密度限定在雨天100 nA/m2，晴天80 nA/m2。

(3)人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作地區(qū):合成場(chǎng)強(qiáng)限定在雨天42 kV/m，晴天35 kV/m;離子流密度限定在雨天 180 nA/m2，晴天 150 nA/m2。

(4)線路鄰近民房時(shí):民房所在地面的未畸變合成場(chǎng)強(qiáng)按濕導(dǎo)線條件計(jì)算不超過(guò)15 kV/m，最大值不超過(guò)25 kV/m。

1.2.2 可聽(tīng)噪聲

距直流架空輸電線路正極性導(dǎo)線對(duì)地投影外20 m處，由電暈產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲50%值不超過(guò)45 dB;海拔高度大于1 000 m且線路經(jīng)過(guò)非居民區(qū)時(shí)，不超過(guò)50 dB。鄰近民房時(shí)，民房所在地面由直流線路電暈產(chǎn)生的可聽(tīng)噪聲，按GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

1.2.3 無(wú)線電干擾

低海拔地區(qū)，距正極性導(dǎo)線對(duì)地投影外20 m處，晴天時(shí)0.5 MHz無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng)80%限值取為58 dB(μV/m)，海拔高度 1 000 m以上時(shí)不超過(guò)61 dB(μV/m)。

1.2.4 直流磁場(chǎng)

參考DL/T 1088—2008《±800 kV特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)限值》，±1 100 kV直流線路下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度推薦限值為10 mT。

2 電場(chǎng)效應(yīng)影響因素分析

依據(jù)上述原則，在導(dǎo)線不同截面及分裂數(shù)、分裂間距、極間距及對(duì)地高度時(shí)，計(jì)算分析導(dǎo)線的電場(chǎng)效應(yīng)。按照海拔為1 000 m計(jì)算，且不考慮南北差異及污穢、干燥等因素。

2.1 導(dǎo)線截面及分裂數(shù)

計(jì)算條件:對(duì)地距離為24 m，極間距為28 m。分別計(jì)算8×800 mm2、8 ×900 mm2、8 ×1 000 mm2、8 ×1 120 mm2、8 × 1 250 mm2、10 × 800 mm2、10 ×720 mm2導(dǎo)線的電場(chǎng)效應(yīng)，結(jié)果如表2所示。

表2 不同導(dǎo)線電場(chǎng)效應(yīng)Tab.2 Electric field effects of different conductors

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果可知:10分裂導(dǎo)線地面合成場(chǎng)強(qiáng)優(yōu)于8分裂導(dǎo)線;導(dǎo)線分裂數(shù)相同時(shí)，導(dǎo)線截面積越大，地面合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度越小。

2.2 分裂間距

計(jì)算條件:導(dǎo)線為8×1 000 mm2，對(duì)地距離為24 m，極間距為28 m。計(jì)算導(dǎo)線不同分裂間距時(shí)的電場(chǎng)效應(yīng)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同分裂間距時(shí)電場(chǎng)效應(yīng)Tab.3 Electric field effects of different split spacing

由表3計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，隨著分裂間距的增加，地面合成場(chǎng)強(qiáng)先減小后變大，分裂間距為300～350 mm時(shí)，地面合成場(chǎng)強(qiáng)最小。在工程設(shè)計(jì)中，綜合考慮次檔距振蕩和電磁環(huán)境影響，推薦分裂間距采用450 mm。

2.3 極間距

計(jì)算條件:導(dǎo)線為8×1 000 mm2，對(duì)地距離為24 m。計(jì)算不同極間距條件下導(dǎo)線電場(chǎng)效應(yīng)，結(jié)果如表4所示。

表4 不同極間距時(shí)電場(chǎng)效應(yīng)Tab.4 Electric field effects of different electrode spacing

從表4計(jì)算結(jié)果可以得出，隨著極間距的增加，地面合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度有所減小，但變化較小，可見(jiàn)極間距對(duì)地面電場(chǎng)效應(yīng)影響較小。

2.4 對(duì)地距離

計(jì)算條件:導(dǎo)線為 8×1 000 mm2，極間距為28 m。計(jì)算不同對(duì)地距離時(shí)導(dǎo)線的電場(chǎng)效應(yīng)，結(jié)果如表5所示。

表5 不同對(duì)地距離時(shí)電場(chǎng)效應(yīng)Tab.5 Electric field effects of different ground clearance

從表5計(jì)算結(jié)果可知:對(duì)地距離越小，地面合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度越大，且變化幅度越大;雨天電場(chǎng)效應(yīng)較晴天強(qiáng)，確定導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離時(shí)，雨天起控制作用。

3 導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離

3.1 導(dǎo)線對(duì)地距離

參考±1 100 kV導(dǎo)線及桿塔研究成果，推薦按照8×1 000 mm2導(dǎo)線、極間距為28 m(V串)、分裂間距為450 mm，確定±1 100 kV直流線路導(dǎo)線最小對(duì)地距離。根據(jù)導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離確定原則及相關(guān)計(jì)算結(jié)果［3-5］，確定居民區(qū)及非居民區(qū)的推薦導(dǎo)線最小對(duì)地距離，具體如表6所示。

表6 ±1 100 kV線路導(dǎo)線最小對(duì)地距離Tab.6 Minimum clearance to ground of±1 100 kV transmission line

在交通困難地區(qū)，按標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)為20 kV/m以及合成場(chǎng)強(qiáng)限值雨天為46 kV/m、晴天為38 kV/m，計(jì)算導(dǎo)線對(duì)地距離，推薦值為20.5 m。

在步行可達(dá)到的山坡地區(qū)，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離按電氣安全間隙為10 m，人、畜及攜帶物總高為3.5 m，再加裕度2.0 m進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)線風(fēng)偏的凈空距離推薦取為15.5 m;對(duì)于步行不可達(dá)到的山坡、峭壁、巖石，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離暫推薦取值為12 m。

3.2 交叉跨越距離

3.2.1 導(dǎo)線跨越鐵路和公路

±1 100 kV直流輸電線路跨越鐵路、公路時(shí)，交叉跨越距離按居民區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，推薦取值為28 m。±1 100 kV直流輸電線路跨越電氣化鐵路承力索或接觸線時(shí)，垂直距離由最大電氣間隙控制。電氣安全間隙為10 m，導(dǎo)線動(dòng)態(tài)范圍取2 m，裕度取3 m，則垂直距離推薦取值為15 m。導(dǎo)線至電氣化鐵路承力索或接觸線桿塔頂?shù)膱?chǎng)強(qiáng)，按合成場(chǎng)強(qiáng)雨天為50 kV/m、晴天為42 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為18 m。此時(shí)在電氣安全間隙10 m基礎(chǔ)上，有8 m裕度［6-7］。

3.2.2 導(dǎo)線跨越電力線路

±1 100 kV直流輸電線路跨越電力線路時(shí)，特高壓直流線路對(duì)被跨越導(dǎo)(地)線的最小垂直距離，按電氣安全間隙10 m、裕度3 m計(jì)算取值，推薦取值為13 m;對(duì)電力線桿塔頂?shù)淖钚〈怪本嚯x，可取交叉線路接觸網(wǎng)桿頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)及取值，推薦取值為18 m。

3.2.3 導(dǎo)線跨越弱電線路

±1 100 kV直流輸電線路跨越弱電線路時(shí)，導(dǎo)線至弱電線路的最小垂直距離，可按合成場(chǎng)強(qiáng)雨天為42 kV/m、晴天為35 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為21 m。

3.2.4 導(dǎo)線跨越樹(shù)木

±1 100 kV直流輸電線路跨越樹(shù)木時(shí)，導(dǎo)線對(duì)樹(shù)木最小垂直距離按合成場(chǎng)強(qiáng)雨天為60 kV/m、晴天為52 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為15.5 m。此時(shí)在電氣安全間隙10 m基礎(chǔ)上，有5.5 m裕度。

3.2.5 導(dǎo)線跨越河流

±1 100 kV直流輸電線路跨越通航河流時(shí)，導(dǎo)線至5年一遇洪水位的最小垂直距離按合成場(chǎng)強(qiáng)雨天為50 kV/m、晴天為42 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為18 m。導(dǎo)線至最高航行水位時(shí)的最高船桅頂?shù)淖钚〈怪本嚯x，按導(dǎo)線電氣安全間隙10 m、裕度3 m計(jì)算取值，推薦取值為13 m。

±1 100 kV直流輸電線路跨越不通航河流時(shí)，導(dǎo)線至百年一遇洪水位的最小垂直距離按電氣安全間隙為10 m，漂浮物高度為2 m，裕度為3 m進(jìn)行計(jì)算，取值為15 m。冬季導(dǎo)線至冰面的最小垂直距離按非居民區(qū)(農(nóng)業(yè)耕作區(qū))的要求取值為24 m。

3.2.6 導(dǎo)線跨越特殊管道和索道

±1 100 kV直流輸電線路跨越特殊管道時(shí)，建議交叉跨越距離與跨越弱電線路時(shí)相同，取值為21 m，或按協(xié)議要求取值。±1 100 kV直流輸電線路跨越索道時(shí)，交叉跨越距離可與跨越電力線路時(shí)相同，取值為13 m。

4 導(dǎo)線與建筑物之間距離及線路走廊寬度

4.1 導(dǎo)線與建筑物之間距離

±1 100 kV直流線路不應(yīng)跨越經(jīng)常住人或屋頂為易燃材料的建筑物。導(dǎo)線與建筑物之間的最小垂直距離，按在交通困難地區(qū)對(duì)地距離的基礎(chǔ)上再增加0.5 m計(jì)算取值，為21 m。若所跨越的建筑物為非長(zhǎng)期住人建筑，尚需滿足房屋所在位置地面處濕導(dǎo)線合成場(chǎng)強(qiáng)不超過(guò)15 kV/m的要求［8-10］。

考慮到導(dǎo)線最大風(fēng)偏工況是短時(shí)性的，導(dǎo)線在最大風(fēng)偏時(shí)對(duì)建筑物的最小凈空距離，按跨越時(shí)的垂直距離減去0.5 m計(jì)算取值，為20.5 m。

4.2 線路走廊寬度

綜合考慮合成場(chǎng)強(qiáng)、無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲等因素，±1 100 kV直流線路走廊寬度由合成場(chǎng)強(qiáng)控制。對(duì)于8×1 000 mm2導(dǎo)線，當(dāng)極間距為28 m時(shí)，計(jì)算不同導(dǎo)線對(duì)地距離的走廊寬度，結(jié)果如表7所示。由表7計(jì)算結(jié)果可知，隨著導(dǎo)線對(duì)地距離的增加，走廊寬度逐漸減小。

表7 線路走廊寬度Tab.7 Line corridor width

5 結(jié)語(yǔ)

參考我國(guó)±800 kV特高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給出了±1 100 kV特高壓直流輸電線路電場(chǎng)效應(yīng)、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲等電磁環(huán)境的限值標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地面合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度等影響因素進(jìn)行了分析計(jì)算。在此基礎(chǔ)上給出了±1 100 kV直流輸電線路導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離和線路走廊寬度。本文計(jì)算結(jié)果可供工程設(shè)計(jì)參考。

［1］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 1088—2008 ±800 kV特高壓直流線路電磁環(huán)境參數(shù)限值［S］.

［3］張殿生.電力工程高壓輸電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

［4］中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司.±800 kV級(jí)直流輸電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)研究(線路部分):對(duì)地及交叉跨越距離配合研究［R］.北京:中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，2008.

［5］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

［6］安德生J G.345千伏及以上超高壓輸電線路設(shè)計(jì)參考手冊(cè)［M］.北京:電力工業(yè)出版社，1981.

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