變電站同塔雙回進出線電磁環(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)計時，往往是采用正常檔進行導(dǎo)線表面場強、無線電干擾、可聽噪聲等電磁參數(shù)預(yù)測，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，一般均可以達到預(yù)測值和實測值基本一致的效果。但是對變電站同塔雙回進出線段來說，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)考慮運行維護的方便，往往選擇在交通相對便利，人員相對集中的地方。因此改善變電站同塔雙回進出線電磁環(huán)境，對于改善整個變電站周邊電磁環(huán)境、實現(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)實意義。

本文采用750 kV同塔雙回輸電線路進出線段典型布置方案，研究改善變電站同塔雙回進出線電磁環(huán)境的方法。

1 計算模型

1.1 典型導(dǎo)線布置

變電站進出線的導(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，簡化的導(dǎo)、地線布置見圖2，門型構(gòu)架簡化的導(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)線進行計算，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 終端塔簡化尺寸Fig.2 Simplified size of dead end tower

圖3 門型簡化尺寸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

變電站進出線段因單、雙回路變換，使得相導(dǎo)線間距離更為緊湊。進出線段的導(dǎo)線布置可簡化認(rèn)為是異面曲線，根據(jù)圖2、3的典型布置，通過計算異面曲線間的最小距離，進而確定相導(dǎo)線最近距離處的各相導(dǎo)線坐標(biāo)，從而可以求得進出線段的導(dǎo)線典型布置(相導(dǎo)線布置與進線方式有關(guān)，本文僅給出1種典型進線方式，因弧垂差異而不完全對稱)如圖5。

1.2 計算方法

(1)導(dǎo)線表面電場強度。導(dǎo)線表面電場強度決定于最高運行電壓、子導(dǎo)線直徑、相導(dǎo)線分裂形式以及相間距離等。導(dǎo)線表面場強的計算方法有2種，即模擬電荷法和逐次鏡像法，二者相比逐次鏡像法計算精度更高［1-4］，本文采用逐次鏡像法計算導(dǎo)線表面場強。

圖5 變電站進出線段導(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)計重要的電磁控制參數(shù)。國際無線電干擾特別委員會(CISPR)推薦的計算輸電線路無線電干擾的方法有2種，即經(jīng)驗法和激發(fā)函數(shù)法［1］。經(jīng)驗法廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有電壓等級的輸電線路的無線電干擾計算評估中，適用于導(dǎo)線分裂數(shù)≤4的線路，計算結(jié)果為好天氣下的干擾場強;激發(fā)函數(shù)法主要用于導(dǎo)線分裂數(shù)＞4的情況，是基于試驗線路或電暈籠測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，即無線電干擾［3-6］。本文采用激發(fā)函數(shù)法計算無線電干擾。

(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動產(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)驗公式計算，美國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。本文采用美國博納維爾電力管理局提供的公式計算可聽噪聲。

2 計算結(jié)果及分析

計算時最高運行電壓取800 kV，門型構(gòu)架導(dǎo)線掛點高度34 m，地線掛點高度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算方法，典型變電站進出線檔與線路正常檔電磁環(huán)境參數(shù)計算結(jié)果見表1。

從表1可以看出，對于變電站同塔雙回進出線段，由于相導(dǎo)線布置更加緊湊，表面場強比正常檔大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出線段電磁環(huán)境。

表1 電磁環(huán)境參數(shù)計算結(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更明顯一些，說明相導(dǎo)線間距離對無線電干擾更敏感。

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更明顯一些，說明相導(dǎo)線分裂根數(shù)對可聽噪聲更敏感。

(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。

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)線對地高度。導(dǎo)線對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)線對地高度的增加而減小，無線電干擾的減小趨勢更明顯一些，說明導(dǎo)線對地高度對無線電干擾更敏感。

3 處理方案與措施

圖10 導(dǎo)線對地高度與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)長短等多種因素相關(guān)，本文不展開分析。下面通過計算來預(yù)測采取措施(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，典型變電站進出線電磁環(huán)境參數(shù)計算結(jié)果見表2。

表2 改善后電磁環(huán)境參數(shù)計算結(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。對比表1可知，僅采用JL/G3A－900/40方案時，即可將進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)線對地高度等措施均可以有效改善變電站同塔雙回進出線電磁環(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，同時可兼顧終端塔布置、增大相導(dǎo)線間距離、提高導(dǎo)線對地距離等方法來綜合改善變電站同塔雙回進出線段線路的電磁環(huán)境。

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