500 kV交流單回緊湊型輸電線路與常規線路電磁環境比較研究

李嘉文 朱偉俊 梁盼望

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙 410007）

隨著我國社會經濟快速發展，資源節約和環境友好成為輸電技術領域的重要目標。緊湊型架空輸電線路通過對導線的優化排列，可提高自然輸送功率，大幅度壓縮輸電線路走廊，提高單位線路走廊輸電容量，在輸送功率大、走廊困難的地區具有明顯的社會效益和經濟效益[1-2]。

本文針對導線水平排列、正三角排列、倒三角排列三種布置方式的500 kV單回路輸電線路的電磁環境進行了系統研究。采用工程中廣泛應用的計算方法，開展表面場強、工頻電場、磁感應強度、無線電干擾、可聽噪聲的計算分析，得到了三種形式輸電線路電磁環境的比較結論。

1 電磁環境限值

根據《環境影響評價技術導則輸變電工程》（HJ 24—2014）、《110～750 kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545—2010）、《電磁環境控制限值》（GB 8702—2014）等標準[3-5]，進行電磁環境控制限值取值。

工頻電場：居民區地面場強限值取7 kV/m；非民區地面場強限值取10 kV/m；臨近民房時，房屋所在位置地面1.5 m處未畸變電場不大于4 kV/m。

工頻磁場：線下工頻磁感應強度不大于100 μT。

無線電干擾：距輸電線路邊相導線投影外20 m處且離地2 m高且頻率為0.5 MHz的無線電干擾不大于55 dB。

可聽噪聲：距輸電線路邊相導線投影外20 m處，濕導線條件下的可聽噪聲不大于55 dB。

2 研究初始條件

導線水平排列、正三角排列的鐵塔模型采用國家電網公司通用設計酒杯塔、貓頭塔形式，酒杯塔中相與邊相之間的相間距取11.0 m，貓頭塔采用等腰三角形布置，下相間距離取14.2 m，上下相間距離取12.3 m。導線倒三角排列的鐵塔采用湖南地區較多使用的緊湊型鐵塔形式，三相導線采用倒等腰三角形布置布置，上相間距離取6.7 m，上下相間距離取7.2 m。

導線截面和分裂方式直接影響輸電線路的電磁環境，特別是可聽噪聲和無線電干擾水平。本文在研究500 kV單回線路的電磁環境時，導線截面和分裂間距均取現階段應用較多的典型值[6]，酒杯形和貓頭形鐵塔導線采用4×JL/G1A-630/45鋼芯鋁絞線、分裂間距取500 mm，緊湊型鐵塔導線采用6×JL/G1A-400/35鋼芯鋁絞線、分裂間距取375 mm，子導線均采用對稱均勻布置。

海拔高度取1 000 m內；計算電壓取額定電壓的1.05倍，即取525 kV；導線對地距離取500 kV架空線路非居民區最小距離～居民區最小距離，即11.0～14 m[5]；計算磁感應強度時導線相電流取允許溫度70 ℃下相應導線的允許載流量。

鐵塔模型如圖1所示。

圖1 三種排列方式的500 kV單回路鐵塔模型

3 計算方法

采用馬克特-門得爾法計算導線表面場強，皮克公式計算導線電暈臨界電場強度，等效電荷法計算地面電場強度，電流法計算磁感應強度，比較法計算無線電干擾水平，邦納維爾電力局（BPA）公式計算可聽噪聲[2-3]。電場強度和磁場強度均為計算離地1.5 m高處值，可聽噪聲和無線電干擾均為計算邊導線投影外20 m且離地高2 m處的值。

4 電磁環境計算及分析

4.1 導線表面最大場強

為了預計輸電線路的電暈放電現象，需要掌握導線表面的電場分布。通常要求導線表面電場強度最大值Em不超過導線電暈臨界電場強度Eo的0.85倍，即Em/Eo<0.85。

導線表面最大場強/電暈臨界場強計算如表1所示。

表1 導線表面最大場強/電暈臨界場強計算值

由表1可知，三種形式線路Em/Eo比值相近，均小于0.85。

4.2 地面電場強度

地面電場強度計算值如表2所示。

表2 地面電場強度計算值

由表2可知，下導線對地距離H為11.0 m時，三種形式線路地面最大電場強度均小于10 kV/cm的限值，水平排列和正三角排列線路邊導線外5 m處的電場強度均大于4 kV/cm、不滿足電場強度限制要求的區域較大，倒三角排列線路導線外5 m處的電場強度小于4 kV/cm。

采用三種形式線路地面電場強度分布如圖2所示。

圖2 地面電場強度（H=11.0 m）

下導線對地距離H為14.0 m時，三種形式線路地面最大電場強度均小于7 kV/cm的限值，僅有倒三角排列線路邊導線外5 m處的電場強度小于4 kV/cm的限值。

導線倒三角排列的緊湊型線路不會因電場強度要求擴大房屋拆遷范圍，水平排列和正三角排列線路需要將導線對地高度分別提高至19 m和18 m，才能使邊導線外5 m處地面電場強度滿足限制要求。

4.3 磁感應強度

磁感應強度計算值如表3所示。

表3 磁感應強度計算值（H=11.0 m）

由表3可知，水平排列線路磁感應強度最大，倒三角排列線路磁感應強度最小，三種形式線路磁感應強度均小于100 μT限值，滿足限值要求。

4.4 無線電干擾水平

無限的干擾水平計算值如表4所示。

表4 無線電干擾水平計算值（H=11.0 m）單位：dB

由表4可知，三種形式線路無線電干擾水平預估值接近，倒三角排列線路預估值略大，均不超出55 dB限值。

4.5 可聽噪聲

可聽噪聲計算值如表5所示。

表5 可聽噪聲計算值（H=11.0 m）單位：dB

由表5可知，三種形式線路可聽噪聲計算值水平排列線路最小、倒三角排列線路略大，可聽噪聲均小于55 dB，滿足限制要求。

5 結語

（1）當導線對地面距離滿足《110～750 kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545—2010）規定在非居民區和居民區的最小值，即11 m和14 m時，三種形式線路均滿足地面最大電場強度10 kV/cm和7 kV/cm的限值要求。導線倒三角排列的緊湊型線路不會因電場強度要求擴大房屋拆遷范圍，水平排列和正三角排列線路需要將導線對地高度分別提高至19 m和18 m，才能使邊導線外5 m處房屋地面電場強度滿足限制要求。

（2）水平排列線路磁感應強度最大，倒三角排列線路磁感應強度最小，三種形式線路磁感應強度均小于100 μT限值，滿足限值要求。

（3）三種形式線路無線電干擾水平預估值接近，倒三角排列線路預估值略大，均不超出55 dB限值。

（4）三種形式線路可聽噪聲計算值水平排列線路最小，倒三角排列線路略大，可聽噪聲均小于55 dB，滿足限制的要求。