布置方式對500kV同塔雙回線路電磁環境影響及優化建議

中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司 王 輝 周 攀 廣東電網有限責任公司廣州供電局 洪煒平

電力是關系國計民生的基礎產業，電力供應事關國家安全戰略和經濟社會發展全局。我國的電網主網架結構以500kV 和750kV電網為基礎，作為底層骨干網絡基礎的500kV 輸電線路具有長度最長、與周圍環境最密切的特點。隨著人們環保意識的不斷提高，公眾對輸變電工程建設項目的電磁環境影響的關注度越來越高，如何做到電網建設與成本控制、環境達標成為一個合理權衡的課題[1]。本文主要從500kV 同塔雙回線路的相序排列、相同相序條件下導線在桿塔上的布置方式方面來探討輸電線路工程的電磁環境影響情況及桿塔優化的可能性。

1 計算方法、參數及方案

計算方法：交流輸電線路運行期的電磁環境影響因子主要為工頻電場和工頻磁場。相關工程經驗和理論計算結果均表明，常規交流輸電線路運行期產生的工頻磁場遠小于國家電磁環境標準限值，一般不會成為電磁環境影響的限制性因素，因此本文主要對工頻電場情況進行研究。輸電線路工頻電場強度大小采用《環境影響評價技術導則——輸變電工程》(HJ24--2014)附錄C 推薦的計算模式進行。具體方法為在MATLAB 軟件系統下對相關計算公式進行編程，然后根據需要輸入相關參數運行后得到相關電磁環境影響計算結果。

計算參數：本文選取常規區域骨干網架結構采用的500kV 電壓等級的輸電線路進行計算。線路導線選取常用的子導線直徑33.6mm、截面積為630mm2鋼芯鋁絞線，導線采用4分裂方式組合，分裂間距500mm。線路對地高度按線路通過居民區導線最小對地低高度14m 進行取值。

計算組合設計方案：本文主要從線路相序排列、導線在空間的布局型式（桿塔型式）變化情況設計相關計算組合，計算和分析相關參數變化對工頻電場強度的影響及電磁環境影響達標時的導線最小對地高度要求。對于導線相序對電磁環境的影響，根據相序排列組合原理篩選出6個有效相序排列方式進行計算；根據導線在空間的布局方案，篩選了5種桿塔布局型式進行計算；具體計算方案及相關參數選用情況如下：

相序排列影響計算組合：桿塔型式為鼓型排列，層高為上層、下層各12m，線間距為上層12m、中層14m、下層13m，相序組合分別為A1（Ⅰ回相位、Ⅱ回相位均為A/B/C,同相序）、A2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位A/C/B，異相序）、B1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/A/C，異相序）、B2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/C/A，異相序）、C1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/A/B，異相序）、C2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/B/A，逆相序）；線路桿塔型式影響計算組合：相序為逆相序，層高為上層、下層各12m，桿塔型式為垂直型（Ⅰ回線間距（m）、Ⅱ回線間距（m）分別為10/10/10）、鼓型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為9/10/9）、反鼓型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為10/9/10）、梯型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為8/9/10）、反梯型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為10/9/8）。

2 計算結果及分析

不同相序組合的電磁環境計算結果及分析：桿塔型式、層高和線間距相同的條件下，導線最小對地高度為14m 時，不同相序組合條件下500kV同塔雙回線路下方距離地面1.5m 高度處的工頻電場分布情況見圖1，邊導線外5m 及以外區域工頻電場達標的最小架線對地高度情況見圖2。上述計算結果表明，在桿塔型式、層高及線間距均相同的情況下，導線采用同相序及底層相位相同的異相序排列時輸電線路的電磁環境影響最大，逆相序線路的電磁環境影響最小，底層相位不同的異相序電磁環境影響程度居中，且異化程度越高的電磁環境影響越小。邊導線外5m 及以外區域工頻電場達標所需的最小架線高度結果圖也清楚的表明了上述規律。

圖1 不同相序組合的工頻電場分布情況示意圖

圖2 不同相序組合工頻電場達標最小架線高度示意圖

不同桿塔型式電磁環境計算結果及分析：在相序和層高相同、導線最小對地高度為14m 時，輸電線路采用不同桿塔型式時，500kV 同塔雙回線路下方距離地面1.5m 高度處的工頻電場分布情況見圖3，邊導線外5m 及以外區域工頻電場達標的最小架線高度情況見圖4。

圖3 不同桿塔型式線路工頻電場分布示意圖

圖4 不同桿塔型式工頻電場達標最小架線高度示意圖

上述計算結果表明，在相序和層高相同、輸電線路桿塔線間距最大寬度為10m 的情況下，梯形、反鼓型和垂直型布置桿塔的電磁環境影響水平最大，鼓型排列的影響次之，反梯型布置方案的電磁環境影響最小。同時梯形、反鼓型和垂直型布置型式的桿塔底層導線線間距一致且數值最大，鼓型桿塔底層導線線間距大小次之，反梯型布置桿塔底層導線間距最小。可得出如下結論：就桿塔型式的電磁環境影響因素來說，底層導線間距越小的桿塔電磁環境影響越小[2]。

3 輸電線路優化設計改進措施

為降低因電磁環境因素制約而必須抬升導線對地高度的建設成本，或在造價相同的情況下進一步降低工程建設的電磁環境影響，可考慮從以下幾個方面優化桿塔設計：導線相序排列方式方面。同塔雙回線路或兩回線路近距離并行時，應優先考慮采用逆相序的導線排列方式，因線路運行其它因素考慮確實無法采用逆相序時，應盡量采用異化程度較高的異相序排列方式，盡量避免采用同相序排列；桿塔選型設計方面。理論上反梯型布置的桿塔電磁環境影響最小，但反梯型布置塔型存在力學結構不合理、視覺美觀方面等因素，不具備廣泛應用的基礎。目前實際應用的鼓型排列桿塔從電磁環境影響角度分析是較為合理的塔型。

4 結語

為控制或降低同塔雙回輸電線路工程的電磁環境影響，建議盡量采用逆相序排列的相序；此外，采用緊湊型桿塔不僅可以減少輸電線路走廊對沿線土地利用功能的影響，而且能夠降低桿塔高度和材料用量，從而減少工程投資，同時采用緊湊型桿塔的線路能夠有效降低工程建設造成的電磁環境影響。目前，緊湊型桿塔輸電線路工程在實際工程中尚不普遍，建議相關主體建設單位和設計院在輸變電工程設計和實踐中對緊湊型桿塔進行深入研究和探討，為建設環境友好型、資源節約型社會做出貢獻。