特高壓直流輸電線路電磁環境及對地距離探討

吳　昊，趙建文，劉　勇

（1.四川電力設計咨詢有限公司，成都　610041；2.國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277000）

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特高壓直流輸電線路電磁環境及對地距離探討

吳昊1，趙建文2，劉勇1

（1.四川電力設計咨詢有限公司，成都610041；2.國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東棗莊277000）

摘要：±800 kV上海廟—山東及±800 kV錫盟—江蘇特高壓直流線路工程采用8×1 250 mm2導線，這在特高壓直流線路工程中尚屬首次。通過計算±800 kV直流線路在不同分裂根數和導線截面下的無線電干擾、可聽噪聲、地面合成及標稱電場強度、離子流密度等電磁環境效應，并對比分析電磁環境效應隨導線截面及分裂數的變化規律；依據電磁環境限值要求和計算結果，結合以往工程由電磁環境決定的導線對地距離取值，推薦±800 kV特高壓直流線路在采用8×1 250 mm2導線下的對地距離取值，為工程設計提供依據。

關鍵詞：直流輸電線路；電磁環境；對地距離

0　引言

特高壓直流輸電線路的電磁環境，主要包括電場效應、可聽噪聲、無線電干擾等。隨著全球經濟的不斷發展和民眾環境意識的增強，輸電工程的電磁環境影響越來越受到人們的廣泛關注，輸電工程也受到環保的嚴格制約。在對特高壓輸電線路極間距離、交叉跨越距離和走廊寬度的確定上，輸電線路周圍的電磁環境成為重要的決定因素。

確定導線對地距離，是輸電線路設計是最基本的設計原則之一，對工程的設計和降低造價有著十分重要的意義。對于特高壓直流線路而言，導線對地距離的確定原則主要可分為兩大類：一是根據地面電磁環境允許限值要求確定；二是根據電氣絕緣強度要求確定，按空氣間隙放電特性并計及一定的偶然因素確定線路對交叉跨越物的距離。

近十年間，中國相繼建成了以向上線、錦蘇線、云廣線、哈鄭線、溪浙線等為代表的±800 kV特高壓直流線路。隨著輸送容量的不斷增大，建成線路的導線截面由最開始的6分裂720 mm2，不斷增大到6分裂1 000 mm2，目前開工建設的幾條特高壓直流線路導線截面已達到6分裂1 250 mm2，而上海廟—山東、錫盟—江蘇等兩條待建線路的導線則第一次采用了8分裂1 250 mm2。導線分裂數的增多，截面的增大會使線路電磁環境發生較大變化，而由電磁環境決定的對地距離也可能會發生變化，因此，有必要對采用8分裂1 250 mm2導線下的電磁環境和對地距離進行研究探討。

1　直流特高壓線路電磁環境限值

根據設計規范［1］的相關規定，直流特高壓線路電磁環境限值要求如表1所示。

表1　直流特高壓線路電磁環境限值

2　電磁環境計算

2.1計算方法

無線電干擾預估采用國際無線電干擾特別委員會CISPR的公式，可聽噪聲預估采用EPRI推薦計算公式，導線表面場強、地面標稱靜電場強及地線表面場強采用逐次鏡像法，地面合成場強和離子流密度的計算采用EPRI研究報告推薦的半經驗公式方法。

2.2計算結果

1）導線表面場強計算結果見表2。

表2　導線表面場強計算結果

2）地線表面場強計算結果見表3。

表3　地線表面場強計算結果

3）各種極導線組合方案的無線電干擾計算結果見表4。

4）各種極導線組合方案的無線電干擾計算結果見表5。

表4　導線無線電干擾計算結果

表5　導線可聽噪聲計算結果

5）考慮不同導線分裂數及導線截面，導線對地高度為15～24 m，對±800 kV直流線路的電磁環境參數進行了計算，表6～9給出了地面最大離子電流密度、地面最大合成電場強度隨極導線高度變化的數值，表中結果對應極導線間距為20 m。

計算結果標明，導線表面場強、地面合成場強、地面離子流密度、無線電干擾、可聽噪聲等隨導線截面及分裂數的增大而減小；地線表面場強隨導線截面及分裂數的增大而增大；上述所有特高壓直流線路工程所選用的導線型式均滿足現行規程規定的電磁環境限值要求，導線截面及分裂數越大，主要電磁環境控制指標越優。

表6　6×JL/G3A-900/40濕導線不同對地距離電磁環境參數（分裂間距500 mm）

表7　6×JL/G3A-1000/45濕導線不同對地距離電磁環境參數（分裂間距500 mm）

表8　6×JL1/G2A-1250/70濕導線不同對地距離電磁環境參數（分裂間距500 mm）

表9　8×JL1/G2A-1250/70濕導線不同對地距離電磁環境參數（分裂間距550 mm）

3　對地距離取值分析

3.1對地距離的決定因素

直流輸電線路導線對地面的距離除要考慮正常的絕緣水平外，還要考慮靜電場強、合成場強、離子流密度等因素的影響。一般而言，此類距離主要由電場效應決定［2］。根據國內外直流超高壓、特高壓輸電線路下電場限制值的研究成果，確定直流特高壓架空輸電線下地面處電場強度、離子流密度控制值取值如表10所示。

此外，目前設計規程未對特高壓直流線路地面靜電場強做出相應限值規定，依據以往工程的相關設計參考及研究成果，在居民區，靜電場強限制在12 kV/m；在非居民區，靜電場強限制在15.5 kV/m；在人煙稀少的非農業耕作區，靜電場強限制在18 kV/m。

設計規范規定的導線最小對地距離如表11所示。

表10　合成電場強度和離子流密度限值

表11　導線與地面最小距離　m

需要指出的是，設計規范對線路對地距離取值做了明確規定，但在實際工程設計時，由于極間距、導線截面及分裂數、海拔高度和氣候環境等因素也會對對地距離的取值造成影響，設計規范取值僅作為最低要求。極間距離、導線截面及分裂數取值的不同會使導線表面場強發生變化，進而影響地面合成場強和離子流密度；中國北方與南方空氣質量和濕度存在較大差別，將對直流線路的地面合成電場產生明顯影響，對于北方直流線路，冬季干燥，在灰塵較多的時候，地面合成電場較大［3］。根據中國電科院的試驗與計算結果對比分析看，地面合成電場計算結果與空氣質量較好且中等濕度下的試驗結果比較吻合；在空氣質量差且濕度較小時，受空中顆粒物荷電影響，地面合成電場將會增大。重點分析比較采用8×1 250 mm2導線時的對地距離取值與以往特高壓直流工程采用不同導線截面和分裂數時的差異，不再贅述各類環境條件對其取值的差異。

3.2對地距離的取值比較

電磁環境計算結果如圖1～3所示。

圖1　不同導線對地距離下的地面最大合成場強

圖2　不同導線對地距離下的地面最大離子流密度

圖3　不同導線對地距離下的地面標稱場強

從圖中可以看出，設計規范規定的在不同條件下的對地距離取值滿足各項電磁環境限值要求。地面合成場強及離子流密度隨導線截面和分裂數的增大而減小；地面標稱場強隨導線截面和分裂數的增大而變大，導線分裂根數對其的影響更大。表12分別給出了在理論計算條件下不同導線型式滿足電磁環境限值要求下的最小對地距離取值和各工程結合實際環境條件選取的對地距離值。

從表12可以看出，對于南方氣候區，線路實際設計取值與計算值差別不大，而北方地區差別較大。主要是因為北方地區空氣濕度較南方小，粉塵較大，經中國電科院的多次實地測試，北方地區合成場強較計算值大，因而增加了對地距離。當采用8×JL1/ G2A-1250/70導線后，合成場強及離子流密度較以往工程更小，因而北方區域的對地距離取值相應有所減小；地面標稱場強變大，因而對地距離最小值按滿足標稱場強要求確定。

表12　電磁環境要求的最小對地距離　m

4　結語

±800 kV上海廟—山東、錫盟—江蘇特高壓直流輸電線路采用8分裂1 250 mm2截面導線后，其各項電磁環境計算值滿足設計規范規定的限值要求。與以往工程采用分裂數更少，截面更小的導線型式相比，其無線電干擾、可聽噪聲、地面合成場強和離子流密度更小，地線表面場強和地面標稱場強更大。

導線最小對地距離主要由地面合成場強、離子流密度及地面標稱場強等電場效應決定。采用8分裂1 250 mm2截面導線地面合成場強及離子流密度在規范規定的最小對地距離下遠小于相應限值條件要求，且比分裂數更少，截面更小的導線型式小，因而其最小對地距離可較以往工程減小。8分裂1 250 mm2截面導線的地面標稱場強有所增大，最小對地距離按滿足標稱場強要求確定。

由于目前尚無8分裂1 250 mm2截面導線電磁環境實測數據，工程投運后，建議科研單位對線路的電磁環境水平進行長時間，全面的測量，找出實測數據與計算值的差異，為進一步優化對地距離取值創造條件。

參考文獻

［1］GB 50790—2013±800 kV直流架空輸電線路設計規范［S］.

［2］張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［3］中國電力科學研究院.錫盟—江蘇±800 kV直流線路最小對地高度研究［R］.2015.

［4］DL/T 1088—2008±800 kV直流線路電磁環境參數限值［S］.

［5］黃欲成，趙全江，李翔，等.±800 kV向上直流輸電線路對地及交叉跨越距離［J］.電力建設，2011，32（1）：15-17.

［6］姚元璽，陳鵬.三回同走廊特高壓直流輸電線路電磁環境研究［J］.電力建設，2011，32（12）：13-17.

Electromagnetic Environment and Line-to-ground Distance for UHV DC Transmission Lines

WU Hao1，ZHAO Jianwen2，LIU Yong1
（1. Sicuan Electric Power Design and Consult Company Ltd.，Chengdu 610041，China；2. State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China）

Abstract:The line conductor which has 8 sub-conductors with the cross-section of 1 250 mm2is first applied in±800 kV UHV DC Transmission Lines of the Shanghaimiao-Shandong and Ximeng-Jiangsu UHV DC projects. The radio interference，noise，electric field and ion current produced by the transmission line are calculated，and their change rules are analyzed. According to requirement of the electromagnetic environment limit and the calculated result and considering line-to-ground distance decided by electromagnetic environment in the past project，the line-to-ground distance of±800 kV UHV DC transmission line，which adopted 8×1 250 mm2conductor，is reco mmended.

Key words:UHV DC transmission line；electromagnetic environment；line-to-ground distance

中圖分類號：TM723

文獻標志碼：A

文章編號：1007－9904（2016）05－0061－05

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：

吳昊（1982），男，高級工程師，從事輸電線路設計工作。