±500kV同塔雙回直流線路極導線排列方式探討

江衛(wèi)華，李 健，汪 雄

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

±500kV同塔雙回直流線路極導線排列方式探討

江衛(wèi)華，李 健，汪 雄

(中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

±500kV同塔雙回直流輸電由于輸送容量大、占地少等因素在我國得到了推廣應用?！?00kV同塔雙回直流極導線排列方式應綜合考慮電磁環(huán)境、防雷性能、走廊寬度、電暈等因素并結(jié)合工程本體造價綜合考慮。本文以溪洛渡送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程為例，從導地線表面場強、地面合成場強、離子流密度、可聽噪聲、無線電干擾、導線對地最小距離及走廊寬度、防雷性能等方面，對同塔雙回直流線路幾種極導線排列方式進行了綜合比較分析。

同塔雙回；極導線排列方式；電磁環(huán)境；防雷性能。

1 工程概況及計算條件

溪洛渡送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程，起于云南鹽津縣境內(nèi)的溪洛渡右岸換流站，止于廣東從化市汾水換流站，全長約1286km，輸送容量6400MW。線路經(jīng)過地區(qū)大部分為山區(qū)，海拔50m～2000m，設計風速為27m/s。工程采用的導線型號為4×900mm2鋼芯鋁絞線，四分裂正方形布置，分裂間距500mm。地線采用100mm2鋼絞線和相當截面的OPGW。工程所采用的典型塔頭尺寸如圖1所示。

工程可能采用的四種極導線排列方式見表1。四種排列方式分別標注為方式A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)、D(--/++)。

圖1 典型塔頭尺寸

表1 極導線排列方式

2 導線和地線表面場強計算

本文根據(jù)逐次鏡像法，計算導線和地線表面場強。

導線表面場強計算結(jié)果見表2。

表2 導線表面場強計算值

從表2中可以看出，排列方式A(+-/-+)導線表面場強最大， B(-+/-+)最小，排列C(++/--)、D(--/++)導線表面場強相同。

直流極導線工作時，在其附近產(chǎn)生電場，架空地線受電場作用會在其上感應電荷，形成地線表面電場。地線表面場強計算結(jié)果見表3。

表3 地線表面場強計算值

從表3可以看出， 排列方式A(+-/-+)方式下的地線表面場強最小， C(++/--)和D(--/++)最大， B(-+/-+)介于兩者之間。根據(jù)計算，2000m海拔時100mm2地線的起暈場強為18.5 kV/cm(干)和13.8kV/cm(濕)。排列方式A(+-/-+)地線不會起暈， C(++/--)和D(--/++)地線起暈較嚴重。排列為B(--/++)時，地線在晴天(即干導線)不會起暈，但在雨天會起暈。

如極導線排列方式采用C(++/--)、D(--/++)，要使地線不起暈，要求地線的直徑必須大于17.5mm，即地線需采用185mm2截面及以上。

3 地面合成場強及離子流計算

直流線路下的空間電場是由兩部分合成的，一部分是由導線所帶電荷產(chǎn)生的靜電場，通常稱之為標稱電場，另一部分是由空間電荷產(chǎn)生的電場，這兩部分電場合成，稱為合成電場。在電場的作用下，空間電荷不斷向地面移動，地面單位面積所接收到的電流稱為離子流密度。

直流合成場強目前主要有三種計算方法：解析方法、半經(jīng)驗公式法、數(shù)值計算方法。本文采用解析方法計算，其采用Deutsch 假設，即認為空間電荷不影響電場方向，只影響場強的大小，從而將二維問題轉(zhuǎn)化為一維問題計算，計算結(jié)果精度可以滿足實際工程需求。

表3為海拔2000m，下層導線對地距離11.5m時，4×900mm2導線在四種不同極導線排列方式下的地面最大合成場強計算值。

表4 地面最大合成場強(kV/m)

從表4中可以看出，排列方式C(++/--)和D(--/++)地面最大合成場強最大， B(-+/-+)最小。各種極導線排列方式下的地面合成場強在導線對地距離11.5m時都小于30kV/m，均滿足限值要求。

表5為不考慮風的影響，在2000m海拔，下層導線對地距離11.5m時，4×900mm2導線在四種極導線排列方式下的地面離子流密度。

表5 地面離子流密度(nA/m2)

計算結(jié)果表明，排列方式B(-+/-+)地面離子流密度明顯最小， C(++/--)、D(--/++)最大。但各種極導線排列方式下的最大離子電流密度均遠小于限值要求值100nA/m2。

4 可聽噪聲和無線電干擾計算

好天氣條件下的可聽噪聲水平是衡量直流線路整體噪聲水平的一個特征量。本文可聽噪聲采用誤差較小的BPA公式進行計算，并考慮兩回可聽噪聲在能量層面上疊加。不同極導線排列方式下距正極導線20m處晴天可聽噪聲計算值見表6。

表6 可聽噪聲計算結(jié)果

從表6可以看出，各種極導線排列方式下可聽噪聲計算值均小于45dB,滿足國家環(huán)境噪聲標準中規(guī)定的一類地區(qū)夜間限制標準規(guī)定的限值。排列方式A(+-/-+)由于導線表面場強最大，因而可聽噪聲最大， B(-+/-+)的可聽噪聲最小。

對無線電干擾計算，采用CISPR推薦的單回雙極直流線路計算公式，并考慮兩個單回線路的無線電干擾在能量層面上的疊加。

不同極導線排列方式下距正極導線20m處無線電干擾計算值見表7。

表7 無線電干擾計算結(jié)果

從表7計算結(jié)果，不同極導線排列方式下，無線電干擾水平均滿足55～58dB限值要求。排列方式A(+-/-+)無線電干擾最大，B(-+/-+)最小。

可聽噪聲和無線電干擾限值對±500kV同塔雙回直流線路的應用和極導線排列方式選擇都不會起制約作用。

5 導線對地最小距離及線路走廊寬度

對于±500kV單回直流線路，DL/T 436-2005《高壓直流架空送電線路技術(shù)導則》中規(guī)定，若采用4×720mm2導線，在非居民區(qū)和居民區(qū)，極導線最小對地距離分別取11.5m和15m。表8給出了本工程采用4×900mm2導線在不同極導線排列形式時為滿足地面合成電場限值要求所確定的極導線最小對地距離。

表8 不同極導線排列最小對地距離

由表8可看出，無論采用哪種極導線排列方式，極導線最小對地距離均不比標準中對單回直流要求的高。

當±500kV同塔雙回直流中的一回發(fā)生故障時，另一回線路產(chǎn)生的地面合成場強也應滿足限值要求。因此，建議±500kV同塔雙回直流極導線對地最小距離取值與單回線路的相同。

根據(jù)直流線路臨近民房時地面合成場強限值要求，不同極導線排列方式下的線路走廊寬度計算值見表9。為便于比較，表中同時給出了單回直流采用不同導線時的走廊寬度。

表9 不同極導線排列方式的線路走廊寬度(m)

從表9可以看出，走廊寬度由窄到寬排序，對應的極導線排列方式依次為：C(++/--)或D(--/++)、A(+-/-+)、B(-+/-+)。無論哪種極導線排列方式，同塔雙回所占走廊寬度都比單回要窄。

6 防雷性能分析

6.1 反擊性能

本文采用基于雷電波過程的EMTP/ATP仿真方法計算雷擊反擊特性。

對于單回閃絡，A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)三種排列方式耐雷水平一致，均為131.3kA， D(--/++)耐雷水平稍高，為137.5kA，且各種排列方式下閃絡的均為正極導線。A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)三種導線排列方式上方均有正極性導線，因此擊穿所需要的雷電流幅值相近，而排列方式D(--/++)，兩回正極性導線都在下方，波阻抗較大，因此擊穿所需要的雷電流幅值稍大。

對于雙回閃絡， C(++/--)的耐雷水平最低，為137.5kA， B(-+/-+)的耐雷水平最高為149.9kA，A(+-/-+)和D(--/++)分別為140.5 kA和146.4 kA。這是因為C(++/--)的兩個正極均在上方，雷擊桿塔時基本上同時擊穿，因此和單回閃絡的值相同。而B(-+/-+)排列方式下，由于兩個正極性導線的均位于桿塔一側(cè)，之間距離小于A(+-/-+)種排列方式，當上方的正極性導線擊穿后，導線上的電壓急劇下降，使得下方的正極性導線電壓降低，因此，閃絡所需要的雷電流幅值最大。

6.2 繞擊性能

本文采用電氣幾何模型(EGM)對線路的繞擊跳閘率進行計算。通過計算， C(++/--)繞擊率最低，在地面傾角為15度時為0.0178(次/100公里*年)；D(--/++)繞擊率最高，在地面傾角為15度時為0.0468(次/100公里*年)。A(+-/-+)、B(-+/-+)、D(--/++)三種排列方式最高的繞擊跳閘率均相近，這主要與上下兩個極導線的屏蔽性能有關，位于上方的極導線，主要靠避雷線屏蔽，位于下方的極導線，主要靠大地屏蔽，由于本線路保護角均為負，其避雷線對上方的極導線屏蔽作用較好，而因為是同塔雙回，桿塔相對較高，地面對下方極導線的屏蔽性能稍差，綜合極導線排列情況， C(++/--)的屏蔽性能最好，D(--/++)的屏蔽性能稍差。

7 計算結(jié)果分析及結(jié)論

⑴從電磁環(huán)境角度考慮，排列方式B(-+/-+)地面合成場強、離子流密度、可聽噪聲、無線電干擾均最??； C(++/--)和D(--/++)地面最大合成場強和離子流密度最大；A(+-/-+)可聽噪聲、無線電干擾最大。但各種極導線排列方式下電磁環(huán)境計算值均滿足限值要求。

⑵從對地距離角度考慮，采用4×900mm2導線，四種排列方式要求的導線對地最小距離均不比DL/T 436-2005《高壓直流架空送電線路技術(shù)導則》中對單回直流線路要求的高。從房屋拆遷走廊寬度角度，極導線按B(-+/-+)排列時，線路下的高場強區(qū)較寬，走廊寬度較其他幾種排列方式稍大，但無論采用哪種極導線排列方式，同塔雙回直流線路所占走廊寬度都比單回要窄。

⑶從防雷特性角度考慮，在保護角為負的情況下，排列方式C(++/--)繞擊跳閘率最低，但反擊跳閘率最高； D(--/++)單回反擊跳閘率最低， B(-+/-+)雙回反擊跳閘率最低。四種排列方式全線總的雷擊跳閘率大體相當，與南方地區(qū)已投運的±500kV直流線路防雷性能也大致相當。

⑷從帶電檢修角度考慮，一邊一回的布置方式更便于運行人員事故搶修和帶電作業(yè)。

⑸從地線表面場強角度考慮，排列方式B(--/++)下地線在雨天會起暈， C(++/--)和D(--/++)不管晴天或雨天地線起暈嚴重，要使地線不起暈，要求地線的直徑必須大于17.5mm，即地線需采用185mm2截面及以上，這將增加鐵塔荷載和單基指標。從地線表面場強考慮，極導線排列方式不宜采用C(++/--)和D(--/++)以及B(--/++)。

綜上所述，四種極導線排列方式電磁環(huán)境指標和防雷性能均滿足工程設計要求。從帶電檢修角度考慮，不推薦方式B(-+/-+)，從地線表面場強角度考慮，不推薦方式C(++/--)和方式D(--/++)以及B(--/++)。因此，本文推薦溪洛渡送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程極導線排列方式采用方式A(+-/-+)。

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

Simple Analyse of Polar Conductor Arrangements of ±500kV Double Circuit DC Transmission

JIANG Wei-hua, LI Jian, WANG Xiong
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

±500kV double circuit DC transmission has wide application and dissemination in china for large transmission capacity, equipment localization and short construction period, Polar conductor arrangements of±500kV double circuit DC transmission line should consider electromagnetic environment,lightning protection performance,corridor, corona, and project construction cost. This essay takes XILUODU~GUANGDONG ±500kV double circuit DC transmission line for example, synthetically compares several polar conductor arrangements through conductor surface electric field, composite ground electric field, ion current density、audible noise、RI、least distance between conductor and ground、corridor width、lightning protection performance and other factors.

double circuit DC transmission;polar conductor arrangements;electromagnetic environment; lightning protection performance.

TM75

B

1671-9913(2010)01-0058-04

2009-12-04

江衛(wèi)華(1970-)，男，高級工程師，從事送電線路設計工作。