變電站同塔雙回進(jìn)出線電磁環(huán)境分析

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(guó)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(guó)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(guó)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。

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