±800 kV直流線路直線塔極間距的影響分析

林建營(yíng)

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司 線路設(shè)計(jì)部, 福建 福州 350108)

±800 kV直流線路直線塔極間距的影響分析

林建營(yíng)

(福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司 線路設(shè)計(jì)部, 福建 福州 350108)

合理設(shè)計(jì)直流線路的極間距對(duì)控制直流線路工程電磁環(huán)境和降低工程建設(shè)費(fèi)用意義重大.針對(duì)無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲、離子流密度和合成電場(chǎng)強(qiáng)度等電磁環(huán)境指標(biāo),分別給出了其與極間距之間量化的影響指標(biāo);分析了空氣間隙、V型串長(zhǎng)及夾角對(duì)直流線路的極間距影響;結(jié)合極間距與塔重的關(guān)系研究,給出了合理的極間距選擇方法.

極間距; 電磁環(huán)境; 空氣間隙; V型串長(zhǎng)及夾角

目前,全球經(jīng)濟(jì)正高速發(fā)展,輸電工程的電磁環(huán)境越發(fā)受到人們的廣泛關(guān)注,而輸電線路結(jié)構(gòu)則是決定電磁環(huán)境的重要因素之一.因此,應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)計(jì)輸電工程的結(jié)構(gòu)以滿足環(huán)保條例標(biāo)準(zhǔn).

直流線路正負(fù)極導(dǎo)線分裂中心間的垂直距離稱為極間距,合理選擇極間距對(duì)確保輸電工程的電磁環(huán)境、滿足環(huán)保的要求和降低工程建設(shè)費(fèi)用具有重要意義.本文根據(jù)已(在)建±800 kV直流線路工程設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),分析電磁環(huán)境、空氣間隙、V型串長(zhǎng)及夾角對(duì)極間距的影響,并計(jì)算出6×1 250 mm2截面導(dǎo)線在不同海拔、不同污穢區(qū)、不同風(fēng)速下滿足要求的直線塔極間距值.

1 電磁環(huán)境對(duì)極間距的影響分析

1.1 無(wú)線電干擾

根據(jù)直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[1],在海拔1 km以內(nèi)且在架空線路正極性導(dǎo)線對(duì)地投影附近20 m處,時(shí)間和置信度為80%的0.5 MHz電磁干擾限值為58 dB(μV/m);而在海拔超過(guò)1 km的區(qū)域,該指標(biāo)需根據(jù)海拔高度進(jìn)行適當(dāng)修正.

根據(jù)美國(guó)電力科學(xué)研究院的研究報(bào)告,導(dǎo)線表面最大場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為:

(1)

式中:U——極導(dǎo)線對(duì)地電壓,kV;N——分裂導(dǎo)線數(shù);S——極間距,cm;H——極導(dǎo)線對(duì)地距離,cm;r——子導(dǎo)線半徑,cm;Rc——子導(dǎo)線圓的半徑,cm.

根據(jù)國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)的規(guī)定[2],雙極直流線路無(wú)線電干擾(平均值)強(qiáng)度計(jì)算公式為:

E=38+1.6(gmax-24)+46lgr+

(2)

(3)

式中:E——距離為D的點(diǎn)暈無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng),dB或μV/m;

N——分裂導(dǎo)線數(shù);

D ——正極性導(dǎo)線與所求點(diǎn)之間的距離,式(2)適用于D<100m;

ΔEW——?dú)庀笮拚?xiàng),海拔500m以上按每300m增加1dB(μV/m)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行海拔高度影響修正;

ΔEf——干擾頻率修正項(xiàng);

f——測(cè)量頻率,MHz,式(3)適用于0.15～30MHz頻段.

根據(jù)以上公式,±800kV直流線路導(dǎo)線對(duì)地距離取18m時(shí),6×1 250mm2截面導(dǎo)線在不同海拔高度下線路無(wú)線電干擾滿足限值所需的最小極間距見(jiàn)表1.

表1 不同海拔高度下無(wú)線電干擾滿足限值所需的最小極間距對(duì)比 m

1.2 可聽(tīng)噪聲

根據(jù)直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[1],在海拔1 km以內(nèi)且在架空線路正極性導(dǎo)線對(duì)地投影附近20 m處,電暈導(dǎo)致的可聽(tīng)噪聲限值為48 dB(A);而對(duì)于超過(guò)1 km的人跡罕至區(qū)域,該指標(biāo)不得超過(guò)50 dB(A).

由于美國(guó)電力科學(xué)研究院推薦公式只適用于以下情況:表面場(chǎng)強(qiáng)為15～30 kV/cm,子導(dǎo)線直徑為2～5 cm且分裂導(dǎo)線數(shù)為1～6,本文選用美國(guó)邦維爾電力局推薦的公式:

AN=-133.4+86lggmax+

40lgDeq-11.4lgD

(4)

式中:AN——可聽(tīng)噪聲,dB(A); Deq——導(dǎo)線等效直徑,0.66n0.64d(n>2),mm.

式(4)適用于處于春秋晴朗時(shí)節(jié)可聽(tīng)噪聲L50值時(shí),而對(duì)于夏冬季可聽(tīng)噪聲則需適當(dāng)±2dB(A),天氣較差時(shí),則應(yīng)減去6～11dB(A).式(4)對(duì)海拔高度500m以下區(qū)域適用,對(duì)于海拔高度500m以上區(qū)域,需對(duì)可聽(tīng)噪聲進(jìn)行修正,海拔每升高1 000m,可聽(tīng)噪聲增加2.2dB(A).

根據(jù)以上公式,±800kV直流線路導(dǎo)線對(duì)地距離取18m時(shí),6×1 250mm2截面導(dǎo)線在不同海拔高度下線路可聽(tīng)噪聲滿足限值所需的最小極間距見(jiàn)表2.

表2 不同海拔高度下可聽(tīng)噪聲滿足限值所需的最小極間距對(duì)比 m

1.3 地面合成電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)以及離子流密度

根據(jù)直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[1],晴天時(shí),直流線路下地面合成電場(chǎng)強(qiáng)度限值為居民區(qū)不超過(guò)25 kV/m,一般非居民區(qū)不超過(guò)30 kV/m;當(dāng)直流線路鄰近民房時(shí),在濕導(dǎo)線情況下房屋所在地面的未畸變合成電場(chǎng)強(qiáng)度不得超過(guò)15 kV/m;當(dāng)晴天時(shí),直流線路下地面離子流密度限值為居民區(qū)不超過(guò)80 nA/m2,一般非居民區(qū)不超過(guò)100 nA/m2.

由半經(jīng)驗(yàn)公式地面某點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)Es為[3]:

(5)

(6)

(7)

式中:U0——電暈起始電壓,kV;g0——導(dǎo)線起始電暈場(chǎng)強(qiáng),kV/m;

m——導(dǎo)線表面粗糙系數(shù),晴天時(shí)取0.49,雨天時(shí)取0.38;

δ——相對(duì)空氣密度. 式(5)中Ke=f(U/U0),可根據(jù)H/r′和U/U0由圖1查曲線求得,其中r′為分裂導(dǎo)線等效直徑.由圖2查曲線求得飽和電暈時(shí)所求點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值:

圖1 起暈后的地表電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)曲線

圖2 地表歸一化電場(chǎng)強(qiáng)度的橫向分布

地面某點(diǎn)的離子電流密度為[3]:

(8)

其中Ki=f′(U/U0),由H/r′和U/U0的比值按圖3獲取,并由圖4查曲線求得飽和電暈時(shí)所求點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值:

圖3 起暈后的地表離子電流密度計(jì)算設(shè)計(jì)曲線

圖4 地表歸一化電流密度的橫向分布

經(jīng)美國(guó)電力科學(xué)研究院研究表明,地面標(biāo)稱場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為[3]:

(9)

式中:X——距線路中心線的距離,m.

根據(jù)式(9),±800 kV直流線路導(dǎo)線對(duì)地距離取18 m,極間距取19 m,6×1 250 mm2截面導(dǎo)線在不同海拔高度下的合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度值的計(jì)算結(jié)果如表3所示.

表3 導(dǎo)線合成場(chǎng)強(qiáng)和離子流密度計(jì)算結(jié)果

從表3可以看出,導(dǎo)線對(duì)地距離為18 m,極間距為19 m時(shí)在不同海拔高度下均滿足晴天地面合成場(chǎng)強(qiáng)(30 kV/m)、離子流(100 nA/m2)的限值要求.

2 空氣間隙對(duì)極間距的影響分析

與電磁環(huán)境一樣,塔頭空氣間隙也是影響±800 kV直流輸電線路極導(dǎo)線間距的重要因素,最小極間距需要的空氣間隙及串長(zhǎng)與V串夾角示意圖見(jiàn)圖5.

注:R—空氣間隙距離,m;D0—聯(lián)板懸掛點(diǎn)至聯(lián)版中心距離,取0.25 m;D1—均壓環(huán)至分裂導(dǎo)線中心距離,取1.3 m;D2—塔身寬度,取3.6 m;L—V串單肢串長(zhǎng),m;α—V串夾角,m.

圖5 最小極間距需要的空氣間隙及串長(zhǎng)與V串夾角示意

具體控制參數(shù)如下:

(10)

±800 kV直流輸電線路操作過(guò)電壓間隙如表4所示[4],6×1 250 mm2截面導(dǎo)線空氣間隙最小極間距如表5所示.

表5 導(dǎo)線空氣間隙最小極間距 m

3 V型串長(zhǎng)及夾角對(duì)極間距的影響分析

±800 kV直流輸電線路極導(dǎo)線間距除受電磁環(huán)境和空氣間隙制約外,還受絕緣子串長(zhǎng)和V串夾角的影響,具體控制參數(shù)為:

(11)

各污區(qū)復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)高度如表6所示[4].

表6 復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)高度推薦值

考慮金具的長(zhǎng)度為0.9 m,絕緣子V串角度為85°～95°時(shí),6×1 250 mm2截面導(dǎo)線最小極間距如表7所示.

表7 不同V型串長(zhǎng)及夾角要求的最小極間距 m

4 極間距與塔重的關(guān)系研究

塔頭大小由直線塔極間距決定,因此極間距也是決定鐵塔的耗材需求和走廊寬度的重要因素.根據(jù)已(在)建±800 kV直流線路工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),直線塔極間距與塔重的關(guān)系如下:

(1) 輕中冰區(qū)直流線路,直線塔的塔重增幅約為極間距增幅的1/2;

(2) 重冰區(qū)直流線路,直線塔的塔重增幅約為極間距增幅的2/3.

5 結(jié) 論

(1) 直線塔極間距由電磁環(huán)境、最小空氣間隙和V型串長(zhǎng)及夾角控制;

(2) 影響直線塔極間距的主要因素是V型串長(zhǎng)及夾角,電磁環(huán)境和空氣間隙對(duì)極間距的影響較小;

(3) V型串夾角對(duì)極間距的影響明顯,風(fēng)速越大要求的絕緣子V串夾角越大,相應(yīng)的極間距也要增加;

(4) V型串長(zhǎng)對(duì)極間距的影響明顯,海拔越高、污染越嚴(yán)重要求的絕緣子V串越長(zhǎng),相應(yīng)的極間距也要增加;

(5) 極間距的大小對(duì)塔重的影響很大,如何減小極間距是控制鐵塔技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一.

[1] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50790—2013 ±800 kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.

[2] 全國(guó)電力線、高壓設(shè)備和電力牽引系統(tǒng)的無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì).DL/T691—1999 高壓架空送電線路無(wú)線電干擾計(jì)算方法[S].北京:中國(guó)電力出版社,1999.

[3] 李本良.靈州～紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程1 250 mm2導(dǎo)線電磁環(huán)境影響及極間距優(yōu)化研究[R].北京:國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,2013.

[4] 周剛.靈州～紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程絕緣配合及空氣間隙深化研究[R].成都:西南電力設(shè)計(jì)院,2013.

(編輯 桂金星)

Analysis of Influence of Polar Pitch on Straight Line of ±800 kV DC Transmission Line

LIN Jianying

(LineDesignDepartment,FujianYongfuPowerEngineeringCo.,Ltd,Fuzhou350108,China)

It is very important to select the pole spacing reasonably to control the electromagnetic environment and reduce the construction cost of the DC line project.Aiming at such electromagenetic environment index as radio interference audible noise,ion flux density and eletric field strength,analysis centers around eletromagnetic environment,air gap,V-type length and angle on the pole spacing,offering the quantitative influence index of polar pitch.In combination with the study on the relationship between polar spacing and tower weight,and a reasonable choice of pole spacing is discussed.

pole spacing; electromagnetic environment; air gap; v-shaped string length and angle

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.02.006

2017-03-09

林建營(yíng)(1977-),男,高級(jí)工程師,福建福州人.主要研究方向?yàn)檩斉潆姺较蚓€路設(shè)計(jì).E-mail:1959696904@qq.com.

TN713.8;TP273

A

1006-4729(2017)02-0134-04