500kV垂直排列雙回緊湊型輸電線路電磁環(huán)境研究

梁盼望，楊 力，徐志鴻，唐春林

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 ，長(zhǎng)沙 410007）

隨著社會(huì)各行業(yè)發(fā)展所需的土地資源，如高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)園、房地產(chǎn)等項(xiàng)目的用地需求快速增加；同時(shí)伴隨著人們生活水平的提高，政府及公眾環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，眾多自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、生態(tài)紅線的出現(xiàn)也使得輸電線路路徑選擇越發(fā)困難。因此，如何提高輸電線路單位走廊的輸送容量，以相對(duì)較少的土地資源滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的電能需求，是當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展所急需解決的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)某些電網(wǎng)采用上下布置的雙回緊湊型輸電線路方案，兩回導(dǎo)線均為倒三角布置、回路間上下垂直布置，線路走廊可較常規(guī)雙回線路節(jié)約40%。導(dǎo)線相間距離接近后，有必要對(duì)其電磁環(huán)境開(kāi)展相關(guān)研究，確保線路電磁環(huán)境符合相關(guān)規(guī)范要求，因此，本文特針對(duì)500kV垂直排列雙回緊湊型輸電線路的工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)、無(wú)線電干擾和可聽(tīng)噪聲等電磁環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行研究。

1 工程概況

本文以500kV垂直排列雙回緊湊型線路為例，導(dǎo)線采用4×JL／G2A-720／50鋼芯鋁絞線，分裂間距500mm，地線采用JLB35-150鋁包鋼絞線，平均土壤電阻率為500Ω·m，運(yùn)行電壓為525kV，正常輸送容量2 260MVA（經(jīng)濟(jì)電流密度0.9 A／mm2），環(huán)境溫度35℃，風(fēng)速0.5m／s，太陽(yáng)輻射功率密度1 000W／m2。垂直排列雙回緊湊型輸電線路懸垂塔模型見(jiàn)圖1，兩相導(dǎo)線水平距離為7.5 m，兩相導(dǎo)線水平距離為6.7m，上下層導(dǎo)線間距7.7m，呈倒三角布置，回路間層間距離18.6m，耐張塔導(dǎo)線空間布置與懸垂塔一致。

我國(guó)現(xiàn)有500kV線路建設(shè)電磁環(huán)境限值如下：非居民區(qū)農(nóng)業(yè)耕作區(qū)地面最大電場(chǎng)強(qiáng)度10 kV／m，地面最大的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1mT，線路邊導(dǎo)線外20m處、頻率為0.5MHz，無(wú)線電干擾雙80%限值為55dB，濕導(dǎo)線情況下的寬頻帶可聽(tīng)噪聲不超過(guò)55dB。

圖1 垂直排列雙回緊湊型輸電線路懸垂塔模型

2 輸電線路模型計(jì)算

2.1 地面場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算

輸電線路下方的電場(chǎng)計(jì)算一般采用等效電荷法，主要由兩部分組成：計(jì)算單位長(zhǎng)度導(dǎo)線上的電荷；計(jì)算由這些電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。

2.2 地面磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算

采用鏡像法計(jì)算地下等值反向電流所施加的影響，其鏡像深度d近似可按公式（1）計(jì)算：

式中：ρ為大地電阻率；f為頻率。

如果ρ取500Ω·m，f為50Hz，則d為2 087 m，d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線對(duì)地距離。事實(shí)上，許多地區(qū)的土壤電阻率要遠(yuǎn)大于此值，所以，忽略導(dǎo)線的鏡像電流進(jìn)行計(jì)算所得到的計(jì)算結(jié)果已足夠準(zhǔn)確。忽略導(dǎo)線的大地鏡像時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H=I／（2π）。其中I為電流，h為導(dǎo)線到計(jì)算點(diǎn)的垂直方向高度差，L為計(jì)算點(diǎn)到導(dǎo)線對(duì)地投影的水平距離。

2.3 無(wú)線電干擾計(jì)算

目前，我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL／T 691—1999《高壓架空送電線路無(wú)線電干擾計(jì)算方法》及中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15707—1995《高壓交流架空送電線無(wú)線電干擾限值》均推薦采用同樣的單相導(dǎo)線0.5MHz無(wú)線電干擾的估算公式，見(jiàn)公式（1）。我國(guó)電力行標(biāo)推薦的公式與國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）推薦的公式一致。雖然世界上由各個(gè)機(jī)構(gòu)推薦的無(wú)線電干擾計(jì)算公式有多種，但是CIS-PR推薦的計(jì)算公式是在世界范圍內(nèi)進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)研的基礎(chǔ)上得到的，具有廣泛的適應(yīng)性。此外，在我國(guó)數(shù)十年500kV高壓輸電線路的設(shè)計(jì)、建造經(jīng)驗(yàn)中，采用該公式指導(dǎo)建設(shè)的高壓交流架空輸電線路均運(yùn)行良好，較少在無(wú)線電干擾方面受到投訴，因此，本文采用公式（2）計(jì)算四分裂及以下輸電線路的無(wú)線電干擾值。

式中：E為無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng)；gmax為導(dǎo)線最大表面電場(chǎng)強(qiáng)度；r為子導(dǎo)線半徑；D為被干擾點(diǎn)距導(dǎo)線的距離。

根據(jù)公式（2）計(jì)算出每相導(dǎo)線的干擾場(chǎng)強(qiáng)，若其中一相大于其他兩相3dB以上，則取這個(gè)最大的值為輸電線路的無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng)；否則，按下式計(jì)算：

式中E1、E2代表ABC三相的無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng)中最大的兩個(gè)值。

上述計(jì)算結(jié)果為晴天的50%值，根據(jù)我國(guó)的研究經(jīng)驗(yàn)，晴天值加上6～10dB，即得到無(wú)線電干擾雙80%值。對(duì)于同塔雙回輸電線路，按照上述方法計(jì)算出各回線路各自產(chǎn)生的無(wú)線電干擾后，按照

2.4 可聽(tīng)噪聲計(jì)算

美國(guó)邦納維爾電力公司（BPA）推薦的預(yù)測(cè)公式是根據(jù)各種不同的電壓等級(jí)、分裂方式的實(shí)際試驗(yàn)段上的長(zhǎng)期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來(lái)的，計(jì)算得到的濕導(dǎo)線條件（降雨強(qiáng)度1mm／h）下的可聽(tīng)噪聲。利用這些預(yù)測(cè)公式的結(jié)果與其他輸電線路的實(shí)測(cè)結(jié)果作比較，結(jié)果表明，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的誤差絕大多數(shù)僅1 dB左右。

美國(guó)BPA推薦的可聽(tīng)噪聲計(jì)算公式為：式中：S為A計(jì)權(quán)聲級(jí)；P（i）為i相導(dǎo)線的聲功率級(jí)；Ri為測(cè)點(diǎn)至被測(cè)i相導(dǎo)線的距離；Z為相數(shù)。其中P=-164.6+120lgE′+55lgdeq，E′為導(dǎo)線的最大表面梯度；deq為等效直徑，deq=0.58n0.48d′，n為分裂數(shù)，d′為子導(dǎo)線直徑。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 按常規(guī)雙回500 kV線路最小對(duì)地距離計(jì)算

導(dǎo)線最小對(duì)地距離按11.0m（與常規(guī)線路最小距離對(duì)應(yīng)）考慮，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，每回輸電線路三相導(dǎo)線的排列方式共計(jì)有6種，因此同塔雙回輸電線路的相序排列方式共計(jì)有36種。其中部分相序情況下的電磁環(huán)境見(jiàn)表1，36種相序排列中電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲的最大值分別為8.84kV／m、29.00μT、49.17dB、49.16dB，電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲的最小值分別為8.49kV／m、23.78μT、47.97dB、47.87 dB，相排列方式從左至右為：左上、中、右上。

表1 部分不同相序組合下普通500 kV雙回線路的電磁環(huán)境

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：在各種不同的相序排列方式中，計(jì)算結(jié)果每隔6次就重復(fù)一次，雖然計(jì)算種類有36種，但是計(jì)算結(jié)果卻只有6組；即便是不同相序排列方式下的電磁環(huán)境最大值，地面電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲分別為8.84kV／m、29.00μT、49.17dB、49.16dB，均滿足相關(guān)限值要求且具有較大裕度。

3.2 按常規(guī)500 kV緊湊型線路最小對(duì)地距離計(jì)算

導(dǎo)線最小對(duì)地距離按10.0m（與緊湊型線路最小距離對(duì)應(yīng)）考慮，部分相序情況下的電磁環(huán)境見(jiàn)表2，36種相序排列中電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲的最大值分別為9.15kV／m、29.52 μT、50.59dB、52.16dB，電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲的最小值分別為8.79kV／m、24.21μT、49.36dB、50.79dB。

表2 部分不同相序組合下緊縮型500 kV雙回線路的電磁環(huán)境

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：在各種不同的相序排列方式中，計(jì)算結(jié)果每隔6次就重復(fù)一次，雖然計(jì)算種類有36種，但是計(jì)算結(jié)果卻只有6組；導(dǎo)線離地距離10m時(shí)即便是不同相序排列方式下的電磁環(huán)境最大值，地面電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲分別為9.15kV／m、29.52 μT、50.59dB、52.16dB，較導(dǎo)線離地距離11.0m時(shí)略有增加，但仍較規(guī)范的限值要求有一定裕度，滿足電磁環(huán)境要求，但工程應(yīng)用時(shí)，為改善電磁環(huán)境，建議雙回垂直排列緊湊型線路最小離地距離仍按不小于11.0m考慮。

4 結(jié)論

本文研究了垂直排列雙回緊縮性線路的電磁環(huán)境，包括地面電場(chǎng)、地面磁場(chǎng)、無(wú)線電干擾與可聽(tīng)噪聲。500kV同塔雙回緊湊型線路在線路最小離地距離11.0m時(shí)各項(xiàng)電磁環(huán)境指標(biāo)均滿足要求，且仍有一定裕度，采用500kV垂直排列雙回緊湊型輸電線路方案，線路走廊可較常規(guī)雙回線路節(jié)約40%，可大幅降低沿線房屋拆遷費(fèi)用及工程建設(shè)難度。