吳　昊，趙建文，劉　勇

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，成都　610041；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277000）

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特高壓直流輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境及對(duì)地距離探討

吳昊1，趙建文2，劉勇1

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，成都610041；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊277000）

摘要：±800 kV上海廟—山東及±800 kV錫盟—江蘇特高壓直流線(xiàn)路工程采用8×1 250 mm2導(dǎo)線(xiàn)，這在特高壓直流線(xiàn)路工程中尚屬首次。通過(guò)計(jì)算±800 kV直流線(xiàn)路在不同分裂根數(shù)和導(dǎo)線(xiàn)截面下的無(wú)線(xiàn)電干擾、可聽(tīng)噪聲、地面合成及標(biāo)稱(chēng)電場(chǎng)強(qiáng)度、離子流密度等電磁環(huán)境效應(yīng)，并對(duì)比分析電磁環(huán)境效應(yīng)隨導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)的變化規(guī)律；依據(jù)電磁環(huán)境限值要求和計(jì)算結(jié)果，結(jié)合以往工程由電磁環(huán)境決定的導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離取值，推薦±800 kV特高壓直流線(xiàn)路在采用8×1 250 mm2導(dǎo)線(xiàn)下的對(duì)地距離取值，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：直流輸電線(xiàn)路；電磁環(huán)境；對(duì)地距離

0　引言

特高壓直流輸電線(xiàn)路的電磁環(huán)境，主要包括電場(chǎng)效應(yīng)、可聽(tīng)噪聲、無(wú)線(xiàn)電干擾等。隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和民眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，輸電工程的電磁環(huán)境影響越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注，輸電工程也受到環(huán)保的嚴(yán)格制約。在對(duì)特高壓輸電線(xiàn)路極間距離、交叉跨越距離和走廊寬度的確定上，輸電線(xiàn)路周?chē)碾姶怒h(huán)境成為重要的決定因素。

確定導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離，是輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)是最基本的設(shè)計(jì)原則之一，對(duì)工程的設(shè)計(jì)和降低造價(jià)有著十分重要的意義。對(duì)于特高壓直流線(xiàn)路而言，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離的確定原則主要可分為兩大類(lèi)：一是根據(jù)地面電磁環(huán)境允許限值要求確定；二是根據(jù)電氣絕緣強(qiáng)度要求確定，按空氣間隙放電特性并計(jì)及一定的偶然因素確定線(xiàn)路對(duì)交叉跨越物的距離。

近十年間，中國(guó)相繼建成了以向上線(xiàn)、錦蘇線(xiàn)、云廣線(xiàn)、哈鄭線(xiàn)、溪浙線(xiàn)等為代表的±800 kV特高壓直流線(xiàn)路。隨著輸送容量的不斷增大，建成線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)截面由最開(kāi)始的6分裂720 mm2，不斷增大到6分裂1 000 mm2，目前開(kāi)工建設(shè)的幾條特高壓直流線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面已達(dá)到6分裂1 250 mm2，而上海廟—山東、錫盟—江蘇等兩條待建線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)則第一次采用了8分裂1 250 mm2。導(dǎo)線(xiàn)分裂數(shù)的增多，截面的增大會(huì)使線(xiàn)路電磁環(huán)境發(fā)生較大變化，而由電磁環(huán)境決定的對(duì)地距離也可能會(huì)發(fā)生變化，因此，有必要對(duì)采用8分裂1 250 mm2導(dǎo)線(xiàn)下的電磁環(huán)境和對(duì)地距離進(jìn)行研究探討。

1　直流特高壓線(xiàn)路電磁環(huán)境限值

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范［1］的相關(guān)規(guī)定，直流特高壓線(xiàn)路電磁環(huán)境限值要求如表1所示。

表1　直流特高壓線(xiàn)路電磁環(huán)境限值

2　電磁環(huán)境計(jì)算

2.1計(jì)算方法

無(wú)線(xiàn)電干擾預(yù)估采用國(guó)際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì)CISPR的公式，可聽(tīng)噪聲預(yù)估采用EPRI推薦計(jì)算公式，導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)、地面標(biāo)稱(chēng)靜電場(chǎng)強(qiáng)及地線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)采用逐次鏡像法，地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度的計(jì)算采用EPRI研究報(bào)告推薦的半經(jīng)驗(yàn)公式方法。

2.2計(jì)算結(jié)果

1）導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果

2）地線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　地線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果

3）各種極導(dǎo)線(xiàn)組合方案的無(wú)線(xiàn)電干擾計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

4）各種極導(dǎo)線(xiàn)組合方案的無(wú)線(xiàn)電干擾計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表4　導(dǎo)線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電干擾計(jì)算結(jié)果

表5　導(dǎo)線(xiàn)可聽(tīng)噪聲計(jì)算結(jié)果

5）考慮不同導(dǎo)線(xiàn)分裂數(shù)及導(dǎo)線(xiàn)截面，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地高度為15～24 m，對(duì)±800 kV直流線(xiàn)路的電磁環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，表6～9給出了地面最大離子電流密度、地面最大合成電場(chǎng)強(qiáng)度隨極導(dǎo)線(xiàn)高度變化的數(shù)值，表中結(jié)果對(duì)應(yīng)極導(dǎo)線(xiàn)間距為20 m。

計(jì)算結(jié)果標(biāo)明，導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)、地面合成場(chǎng)強(qiáng)、地面離子流密度、無(wú)線(xiàn)電干擾、可聽(tīng)噪聲等隨導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)的增大而減??；地線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)隨導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)的增大而增大；上述所有特高壓直流線(xiàn)路工程所選用的導(dǎo)線(xiàn)型式均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的電磁環(huán)境限值要求，導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)越大，主要電磁環(huán)境控制指標(biāo)越優(yōu)。

表6　6×JL/G3A-900/40濕導(dǎo)線(xiàn)不同對(duì)地距離電磁環(huán)境參數(shù)（分裂間距500 mm）

表7　6×JL/G3A-1000/45濕導(dǎo)線(xiàn)不同對(duì)地距離電磁環(huán)境參數(shù)（分裂間距500 mm）

表8　6×JL1/G2A-1250/70濕導(dǎo)線(xiàn)不同對(duì)地距離電磁環(huán)境參數(shù)（分裂間距500 mm）

表9　8×JL1/G2A-1250/70濕導(dǎo)線(xiàn)不同對(duì)地距離電磁環(huán)境參數(shù)（分裂間距550 mm）

3　對(duì)地距離取值分析

3.1對(duì)地距離的決定因素

直流輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地面的距離除要考慮正常的絕緣水平外，還要考慮靜電場(chǎng)強(qiáng)、合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度等因素的影響。一般而言，此類(lèi)距離主要由電場(chǎng)效應(yīng)決定［2］。根據(jù)國(guó)內(nèi)外直流超高壓、特高壓輸電線(xiàn)路下電場(chǎng)限制值的研究成果，確定直流特高壓架空輸電線(xiàn)下地面處電場(chǎng)強(qiáng)度、離子流密度控制值取值如表10所示。

此外，目前設(shè)計(jì)規(guī)程未對(duì)特高壓直流線(xiàn)路地面靜電場(chǎng)強(qiáng)做出相應(yīng)限值規(guī)定，依據(jù)以往工程的相關(guān)設(shè)計(jì)參考及研究成果，在居民區(qū)，靜電場(chǎng)強(qiáng)限制在12 kV/m；在非居民區(qū)，靜電場(chǎng)強(qiáng)限制在15.5 kV/m；在人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，靜電場(chǎng)強(qiáng)限制在18 kV/m。

設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的導(dǎo)線(xiàn)最小對(duì)地距離如表11所示。

表10　合成電場(chǎng)強(qiáng)度和離子流密度限值

表11　導(dǎo)線(xiàn)與地面最小距離　m

需要指出的是，設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)線(xiàn)路對(duì)地距離取值做了明確規(guī)定，但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，由于極間距、導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)、海拔高度和氣候環(huán)境等因素也會(huì)對(duì)對(duì)地距離的取值造成影響，設(shè)計(jì)規(guī)范取值僅作為最低要求。極間距離、導(dǎo)線(xiàn)截面及分裂數(shù)取值的不同會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度；中國(guó)北方與南方空氣質(zhì)量和濕度存在較大差別，將對(duì)直流線(xiàn)路的地面合成電場(chǎng)產(chǎn)生明顯影響，對(duì)于北方直流線(xiàn)路，冬季干燥，在灰塵較多的時(shí)候，地面合成電場(chǎng)較大［3］。根據(jù)中國(guó)電科院的試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析看，地面合成電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與空氣質(zhì)量較好且中等濕度下的試驗(yàn)結(jié)果比較吻合；在空氣質(zhì)量差且濕度較小時(shí)，受空中顆粒物荷電影響，地面合成電場(chǎng)將會(huì)增大。重點(diǎn)分析比較采用8×1 250 mm2導(dǎo)線(xiàn)時(shí)的對(duì)地距離取值與以往特高壓直流工程采用不同導(dǎo)線(xiàn)截面和分裂數(shù)時(shí)的差異，不再贅述各類(lèi)環(huán)境條件對(duì)其取值的差異。

3.2對(duì)地距離的取值比較

電磁環(huán)境計(jì)算結(jié)果如圖1～3所示。

圖1　不同導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離下的地面最大合成場(chǎng)強(qiáng)

圖2　不同導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離下的地面最大離子流密度

圖3　不同導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地距離下的地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)

從圖中可以看出，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的在不同條件下的對(duì)地距離取值滿(mǎn)足各項(xiàng)電磁環(huán)境限值要求。地面合成場(chǎng)強(qiáng)及離子流密度隨導(dǎo)線(xiàn)截面和分裂數(shù)的增大而減??；地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)隨導(dǎo)線(xiàn)截面和分裂數(shù)的增大而變大，導(dǎo)線(xiàn)分裂根數(shù)對(duì)其的影響更大。表12分別給出了在理論計(jì)算條件下不同導(dǎo)線(xiàn)型式滿(mǎn)足電磁環(huán)境限值要求下的最小對(duì)地距離取值和各工程結(jié)合實(shí)際環(huán)境條件選取的對(duì)地距離值。

從表12可以看出，對(duì)于南方氣候區(qū)，線(xiàn)路實(shí)際設(shè)計(jì)取值與計(jì)算值差別不大，而北方地區(qū)差別較大。主要是因?yàn)楸狈降貐^(qū)空氣濕度較南方小，粉塵較大，經(jīng)中國(guó)電科院的多次實(shí)地測(cè)試，北方地區(qū)合成場(chǎng)強(qiáng)較計(jì)算值大，因而增加了對(duì)地距離。當(dāng)采用8×JL1/ G2A-1250/70導(dǎo)線(xiàn)后，合成場(chǎng)強(qiáng)及離子流密度較以往工程更小，因而北方區(qū)域的對(duì)地距離取值相應(yīng)有所減??；地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)變大，因而對(duì)地距離最小值按滿(mǎn)足標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)要求確定。

表12　電磁環(huán)境要求的最小對(duì)地距離　m

4　結(jié)語(yǔ)

±800 kV上海廟—山東、錫盟—江蘇特高壓直流輸電線(xiàn)路采用8分裂1 250 mm2截面導(dǎo)線(xiàn)后，其各項(xiàng)電磁環(huán)境計(jì)算值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的限值要求。與以往工程采用分裂數(shù)更少，截面更小的導(dǎo)線(xiàn)型式相比，其無(wú)線(xiàn)電干擾、可聽(tīng)噪聲、地面合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度更小，地線(xiàn)表面場(chǎng)強(qiáng)和地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)更大。

導(dǎo)線(xiàn)最小對(duì)地距離主要由地面合成場(chǎng)強(qiáng)、離子流密度及地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)等電場(chǎng)效應(yīng)決定。采用8分裂1 250 mm2截面導(dǎo)線(xiàn)地面合成場(chǎng)強(qiáng)及離子流密度在規(guī)范規(guī)定的最小對(duì)地距離下遠(yuǎn)小于相應(yīng)限值條件要求，且比分裂數(shù)更少，截面更小的導(dǎo)線(xiàn)型式小，因而其最小對(duì)地距離可較以往工程減小。8分裂1 250 mm2截面導(dǎo)線(xiàn)的地面標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)有所增大，最小對(duì)地距離按滿(mǎn)足標(biāo)稱(chēng)場(chǎng)強(qiáng)要求確定。

由于目前尚無(wú)8分裂1 250 mm2截面導(dǎo)線(xiàn)電磁環(huán)境實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，工程投運(yùn)后，建議科研單位對(duì)線(xiàn)路的電磁環(huán)境水平進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間，全面的測(cè)量，找出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算值的差異，為進(jìn)一步優(yōu)化對(duì)地距離取值創(chuàng)造條件。

參考文獻(xiàn)

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［5］黃欲成，趙全江，李翔，等.±800 kV向上直流輸電線(xiàn)路對(duì)地及交叉跨越距離［J］.電力建設(shè)，2011，32（1）：15-17.

［6］姚元璽，陳鵬.三回同走廊特高壓直流輸電線(xiàn)路電磁環(huán)境研究［J］.電力建設(shè)，2011，32（12）：13-17.

Electromagnetic Environment and Line-to-ground Distance for UHV DC Transmission Lines

WU Hao1，ZHAO Jianwen2，LIU Yong1
（1. Sicuan Electric Power Design and Consult Company Ltd.，Chengdu 610041，China；2. State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China）

Abstract:The line conductor which has 8 sub-conductors with the cross-section of 1 250 mm2is first applied in±800 kV UHV DC Transmission Lines of the Shanghaimiao-Shandong and Ximeng-Jiangsu UHV DC projects. The radio interference，noise，electric field and ion current produced by the transmission line are calculated，and their change rules are analyzed. According to requirement of the electromagnetic environment limit and the calculated result and considering line-to-ground distance decided by electromagnetic environment in the past project，the line-to-ground distance of±800 kV UHV DC transmission line，which adopted 8×1 250 mm2conductor，is reco mmended.

Key words:UHV DC transmission line；electromagnetic environment；line-to-ground distance

中圖分類(lèi)號(hào)：TM723

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007－9904（2016）05－0061－05

收稿日期：2016-03-05

作者簡(jiǎn)介：

吳昊（1982），男，高級(jí)工程師，從事輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作。