110 kV架空輸電線路導(dǎo)線選型的環(huán)境效應(yīng)探討

尹建軍，叢 俊，潘 葳

(江蘇輻環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210019)

0 引言

高壓輸電線路中的110 kV線路主要起著保障區(qū)域供電的作用，因其直接對(duì)接用戶的特點(diǎn)，建設(shè)數(shù)量較多、距離用戶較近，周圍環(huán)境敏感目標(biāo)相對(duì)較多，公眾的關(guān)注度較高。高壓輸電線路周圍公眾主要關(guān)心點(diǎn)是線路投運(yùn)后引起的電磁環(huán)境問題和噪聲問題，而這些主要取決于輸電線路的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線的型號(hào)。因此高壓輸電線路建設(shè)對(duì)周圍電磁環(huán)境和聲環(huán)境的影響也逐漸成為項(xiàng)目建設(shè)前期需要重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。一般輸電線路的路徑都較長(zhǎng)，導(dǎo)線的選型成為影響輸電線路建設(shè)成本的重要因素之一[1]。近年來隨著各地用電需求的增加，對(duì)輸電線路導(dǎo)線的輸送容量要求也越來越高，實(shí)際建設(shè)過程中，110 kV架空線路也越來越多地采用分裂導(dǎo)線[2]。對(duì)于輸電線路而言，大輸送容量的導(dǎo)線存在2種選擇，一是選擇大截面的單根導(dǎo)線，二是選擇分裂導(dǎo)線。通過選取經(jīng)濟(jì)輸送容量大致相當(dāng)?shù)膯胃鶎?dǎo)線LGJ-500/45與雙分裂導(dǎo)線2×JL/G1A-240/30進(jìn)行比較，分別分析這2種導(dǎo)線對(duì)周圍電磁環(huán)境和噪聲的影響，從而推薦環(huán)保性能優(yōu)的導(dǎo)線選型，為工程前期工作提供參考。

1 預(yù)測(cè)方法

1.1 工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)預(yù)測(cè)方法

采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程》(HJ 24—2014)中的推薦模式[3]對(duì)110 kV輸電線路產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(1)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法

空間任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算得出，在預(yù)測(cè)點(diǎn)(x，y)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分量Ex和Ey可表示為：

(1)

(2)

式中：xi，yi為導(dǎo)線i的坐標(biāo)i=1、2、3,…，m；m為導(dǎo)線數(shù)目；Li，L′i分別為導(dǎo)線i及其鏡像至計(jì)算點(diǎn)的距離，m。

對(duì)于三相交流線路，可根據(jù)求得的電荷計(jì)算空間任一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的水平和垂直分量為：

(3)

(4)

式中：ExR為由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量；ExI為由各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量；EyR為由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量；EyI為由各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量。

在(x，y)點(diǎn)的合成的電場(chǎng)強(qiáng)度則為：

(5)

(2)工頻磁場(chǎng)預(yù)測(cè)方法

由于工頻情況下電磁性能具有準(zhǔn)靜態(tài)特性，線路的磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生。應(yīng)用安培定律，將計(jì)算結(jié)果按矢量疊加，可得出導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度。不考慮導(dǎo)線i的鏡像時(shí)，可計(jì)算在A點(diǎn)其產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度：

(6)

式中：I為導(dǎo)線i中的電流值，A；H為導(dǎo)線與預(yù)測(cè)點(diǎn)的高差，m；L為導(dǎo)線與預(yù)測(cè)點(diǎn)水平距離，m。

1.2 噪聲預(yù)測(cè)方法

采用《110 kV～750 kV交流架空輸電線路可聽噪聲控制技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 1727—2017)推薦的預(yù)測(cè)模式[4]對(duì)輸電線路周圍產(chǎn)生的可聽噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)，該預(yù)測(cè)模式適用于110～750 kV交流架空線路。

(7)

單相導(dǎo)線產(chǎn)生的可聽噪聲AN的計(jì)算方法為

AN=120logE+klogn+55logd-11.4logD+AN0

(8)

式中：E為導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度的平均值，kV/cm；AN為單項(xiàng)A計(jì)權(quán)聲級(jí)，dB(A)；D為測(cè)點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，m；d為子導(dǎo)線直徑，cm；n為導(dǎo)線分裂數(shù)；AN0為A計(jì)權(quán)聲級(jí)校正常數(shù)，n<3時(shí)，k=0；AN0=-115.4。

2 預(yù)測(cè)參數(shù)的選取

在導(dǎo)線的各種相序組合中，同相序架設(shè)的導(dǎo)線對(duì)110 kV交流架空輸電線路周圍的電磁環(huán)境影響最大[5]。因此，為了便于分析比較，采用最不利的同相序架設(shè)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，文中計(jì)算2種導(dǎo)線的電磁環(huán)境影響時(shí)，選取的載流量參數(shù)相同。導(dǎo)線的具體預(yù)測(cè)參數(shù)如表1中所示。

表1 預(yù)測(cè)導(dǎo)線相關(guān)參數(shù)

輸電線路桿塔的結(jié)構(gòu)對(duì)于預(yù)測(cè)導(dǎo)線周圍的電磁環(huán)境影響較大，文中選取了比較典型的雙回路桿塔來作為預(yù)測(cè)對(duì)象，預(yù)測(cè)桿塔的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果

LGJ-500/45和2×JL/G1A-240/30這2種導(dǎo)線在同塔雙回架設(shè)情況下，其對(duì)周圍地面1.5 m高處的工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和噪聲的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2～圖4所示。

從圖2中可以看出，2種導(dǎo)線周圍地面1.5 m高處的電場(chǎng)強(qiáng)度的衰減趨勢(shì)一致，其中LGJ-500/45導(dǎo)線周圍的地面最大工頻電場(chǎng)強(qiáng)度約為0.74 kV/m，2×JL/G1A-240/30導(dǎo)線周圍的地面最大工頻電場(chǎng)強(qiáng)度約為0.96 kV/m。在距離線路走廊中心0～30 m范圍內(nèi)，LGJ-500/45導(dǎo)線周圍的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)值要明顯低于2×JL/G1A-240/30導(dǎo)線。因影響架空導(dǎo)線周圍電場(chǎng)強(qiáng)度的因素包括導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線分裂數(shù)量等[6]，而其中分裂導(dǎo)線的數(shù)量對(duì)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響較為顯著。由于2×JL/G1A-240/30導(dǎo)線為雙分裂導(dǎo)線，而LGJ-500/45導(dǎo)線為單根導(dǎo)線，因此2×JL/G1A-240/30周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度要高于LGJ-500/45。當(dāng)距離線路走廊中心大于30 m時(shí)，2種導(dǎo)線的預(yù)測(cè)值相差不大，主要是因?yàn)榫嚯x較大，輸電線路對(duì)周圍工頻電場(chǎng)的影響很小。

由圖3中可以看出，本文中的2種導(dǎo)線在相同電壓等級(jí)和輸送電流的前提下，采用單根導(dǎo)線與分裂導(dǎo)線時(shí)，其地面磁場(chǎng)強(qiáng)度基本一致，導(dǎo)線型號(hào)對(duì)地面的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度基本沒影響，由于影響工頻磁場(chǎng)的因素主要為導(dǎo)線對(duì)地高度和塔型[7]，而文中對(duì)于兩種導(dǎo)線的計(jì)算采用的是相同的對(duì)地高度和塔型，因此在這種情況下，兩種導(dǎo)線周圍的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果基本一致。

從圖4中可以看出，LGJ-500/45導(dǎo)線要比2×JL/G1A-240/30導(dǎo)線周圍預(yù)測(cè)噪聲值高2 dB(A)左右，這是因?yàn)閷?duì)于交流輸電線路，適當(dāng)增加分裂數(shù)可以減小導(dǎo)線的表面電場(chǎng)強(qiáng)度[8]，而導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)線路周圍噪聲的影響較大。但是從預(yù)測(cè)結(jié)果可知，因110 kV輸電線路運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲值都比較低，不超過18 dB(A)，這相對(duì)于環(huán)境背景噪聲來說很小，根據(jù)噪聲的疊加原理，110 kV輸電線路運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲對(duì)周圍環(huán)境影響較小，幾乎接近噪聲背景水平。所以這2種導(dǎo)線對(duì)周圍環(huán)境噪聲的影響相差不大。

4 結(jié)論

文中選取了經(jīng)濟(jì)輸送容量大致相當(dāng)?shù)?種110 kV架空輸電線路導(dǎo)線，采用國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中推薦的預(yù)測(cè)公式，計(jì)算了其投運(yùn)后對(duì)周圍工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和噪聲的環(huán)境影響。根據(jù)研究結(jié)果，雙分裂導(dǎo)線周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度要顯著高于單根導(dǎo)線；在采用相同桿塔的情況下，雙分裂導(dǎo)線和單根導(dǎo)線周圍的工頻磁場(chǎng)強(qiáng)度基本一致；雙分裂導(dǎo)線產(chǎn)生的噪聲要略高于單根導(dǎo)線，但是相對(duì)于背景噪聲來說，這種差別基本上可以忽略。綜上所述，在電壓和輸送電流相同的條件下，單根導(dǎo)線LGJ-500/45比雙分裂導(dǎo)線2×JL/G1A-240/30的環(huán)保性能更優(yōu)。