500 kV双回路垂直排列紧凑型线路应用分析

罗映波，侯为

(中国能源建设集团湖南省电力勘测设计院，湖南 长沙 410007)

500 kV双回路垂直排列紧凑型线路应用分析

罗映波，侯为

(中国能源建设集团湖南省电力勘测设计院，湖南 长沙 410007)

通过500 kV双回路垂直排列紧凑型线路电气性能计算分析，提出在城镇规划地区和房屋密集地区采用垂直排紧凑型线路的建议。该措施可有效降低地面电场强度，缩小线路走廊宽度，减少房屋拆迁面积，提高线路输送容量，利于保护环境，具有良好的经济效益和社会效益。

输电线路；走廊；双回路；垂直排列；紧凑型线路

目前国内500 kV双回路大多采用垂直排列鼓型塔 (图1(a))，少量采用水平排列紧凑型塔(图1(b))。考虑到垂直排列能够减少占地面积，紧凑型能够缩小相间距离的优点，建议在城镇规划地区和房屋密集地区采用垂直排列紧凑型塔(图1(c))，可以有效减少房屋拆迁面积。2014年500 kV双回路垂直排列紧凑型线路在湖南长沙地区得到首次应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

文献〔1〕指出，紧凑型线路直线塔相同回路的三相导线应布置在同一塔窗内，三相导线宜采用等边倒三角对称布置，500 kV紧凑型导线相间距离不宜小于6.7 m，分裂导线宜采用等边对称布置，分裂导线外接圆直径不宜小于0.75 m。由于紧凑型线路相间距离远小于常规线路，因此需要通过电气性能、风偏摆动、脱冰跳跃、覆冰舞动等计算分析，使其满足电磁环境规定要求，合理确定其适应范围和使用条件。

图1 3种塔不同排列型式

1 线路走廊宽度分析

500 kV常规双回路两则导线水平距离为24 m，其走廊宽度为34 m，水平排列紧凑型线路的走廊宽度与其基本相同。以湖南长沙地区星沙—星城500 kV双回路垂直排列紧凑型线路为例，线路长度22.84 km，设计覆冰15 mm，设计风速30 m/s，由于双回路V型绝缘子串长度增加，相间距离取7.5 m，走廊宽度为17.5 m，比常规线路减少16.5 m。该地区拆房单价为3 100元/m2，按常规双回路架设，拆房面积为2 800 m2/km。按垂直排列紧凑型架设，拆房面积为1650 m2/km，可以减少拆房费用356万元/km。

常规双回路导线采用4×LGJ－500/45，铁塔重量为189.59 t/km。垂直排列紧凑型导线采用6× LGJ－300/40，铁塔重量为228.73 t/km。两者技术经济比较见表1，可知垂直排列紧凑型线路可以降低工程造价316.66万元/km，具有明显的经济效益和社会效益。

表1 3种塔型技术经济性比较

由于紧凑型线路铁塔费用超过常规线路约40万元/km，因此当紧凑型线路减少拆房费用约达40万元/km时，为了保护环境，减少房屋拆迁，采用紧凑型线路是合理的。

2 风偏摆动距离计算

导线在风力的作用下处于摆动状态，简称风偏摆动。文献〔2〕指出，紧凑型线路档距中央相对相最小空气间隙工频过电压为2.2 m，操作过电压为4.6 m。当不能满足相间电气间隙要求时，需要在档距中央安装相间间隔棒。

当采用V型绝缘子串时，可以限制导线在铁塔窗口中的风偏摆动，但在档距中间仍会发生摆动，其最大风偏摆动发生在导线弧垂最大处。由于水平两相导线受风作用时间不同，风力先吹到一侧的导线，然后经过一段时间吹到另一侧导线，由此造成导线之间靠近，简称单相风偏摆动，当风力同时吹到两相导线时，会造成两相导线不同期摆动，简称异相风偏摆动，如图2所示。理论和实测证明，异相风偏摆动小于单相风偏摆动，导线风偏摆动围绕平均风偏角震荡，采用不同期风偏角表示。根据国内外广泛采用的德国霍尼斯格林(Homisgrinde)试验基地长期测量的风偏角数据〔3〕，不同风速的实测风偏角度见表2。

图2 风偏不同期摆动

表2 导线风偏摆动角度测量数据

平均风偏角为φm＝(101°－83°)/4＝4.5°，风偏角与风速的关系为φi＝(Vi/Vm)/φm。

导线风偏摆动计算结果见表3和表4，可知档距在700 m及以下时，要求的相间距离均小于7.5 m，可以满足电气间隙规定要求。当档距大于700 m时需在档距中央装设相间间隔棒。

设计大风 (风速30 m/s)时单相风偏摆动计算公式:

风速15 m/s时操作过电压时单相风偏摆动计算公式:D＝fmsin2.3°＋4.6＋0.75

表3 风速30 m/s时单相风偏摆动 m

表4 风速15 m/s时单相风偏摆动 m

3 脱冰跳跃距离计算

导线在覆冰脱落时处于跳跃状态，简称脱冰跳跃。设计规程指出，设计覆冰大于10 mm地区的紧凑型线路，应验算导线不同期脱冰对线间距离的影响，以满足工频运行电压对相间绝缘的要求，相对相间隙取2.2 m。

脱冰跳跃计算模型如图3所示，上导线各档均覆冰，下导线中间档脱冰，相临档全部覆冰。考虑连续五档，各档400 m，上导线覆冰100% ，下导线脱冰50%。在发生脱冰跳跃时，各档导线应力各不相同，需要采用迭代法〔4〕计算如下。

图3 脱冰跳跃多档导线计算模型

导线脱冰跳跃高度计算式:

式中 σ为导线水平应力 (MPa)；r为导线比载(N/m·mm2)；l为档距 (m)；h为导线悬挂点高差 (m)；β为导线悬挂点高差角 (°)；λ为悬垂绝缘子串长度 (m)；G为悬垂绝缘子串重量(N)；S为导线截面 (mm2)；Δf为脱冰前后导线弧垂差 (m)。

紧凑型每相导线采用7.5-7.5-7.5 m等边倒三角型排列，相导线水平距离为3.75 m，相导线垂直距离为6.5 m，导线脱冰率取50%，脱冰跳跃静态距离和动态距离计算结果见表5和表6，能够满足2.2 m的电气间隙要求。

不同期脱冰导线相间静态距离计算公式:

表5 不同期脱冰导线相间静态距离 m

不同期脱冰导线相间动态距离计算公式:

表6 不同期脱冰导线相间动态距离 m

4 覆冰舞动距离计算

湖南省的覆冰舞动记录表明，大跨越舞动幅值较大，一般线路舞动幅值较小，舞动幅值为导线弧垂的20%左右，冰厚为5 mm，气温为－5℃，风速为10 m/s。导线舞动运动轨迹为椭圆形，如图4所示，椭圆形长轴A为舞动幅值，短轴B为长轴的0.4倍，椭圆形夹角取5°，向上舞动幅值为长轴的0.8倍，向下舞动幅值为长轴的0.2倍。通过作图法测出覆冰舞动相间距离见表7，可知当档距在500 m及以下时可以满足2.2 m的电气间隙要求，大于500 m需在档距中央安装相间间隔棒。

表7 覆冰舞动导线相间距离 m

5 电磁环境计算分析

根据文献 〔5〕可知，500 kV交流线路要求房屋位置离地1.5m处的地面电场强度不超过4kV/m，距离线路边相导线20 m处的可听噪声不超过55 dB (A)，距离边相导线20 m处频率0.5 MHz时的无线电干扰限值不超过55 dB。电磁环境计算方法如下，计算结果见表8，可知垂直排列紧凑型线路的电场环境指标优于常规线路，特别是地面电场强度远小于常规线路，更加适合城市规划地区或房屋密集地区。

采用电位系数法计算导线电荷，根据麦克斯韦方程[ui]＝[aij]×[qi]，其中[ui]为对地电压矩阵 (kV)，[αij]为电位系数矩阵 (F/m)，[qi]为等效电荷矩阵 (C/m)。

导线表面最大场强Em(kV/cm):

导线电晕临界场强Eo(kV/cm):

地面合成电场强度Em(kV/m):

水平方向地面场强:

垂直方向地面场强:

无线电干扰:

可听噪声:

表8 电磁环境计算结果

6 耐雷水平比较

雷击杆塔时耐雷水平计算方法如下，计算结果如表9所示，可知垂直排列紧凑型线路的耐雷水平高于常规线路，有利线路运行安全。

表9 耐雷水平计算结果

7 结论

对于500kV双回同塔输电线路，在城市规划区和房屋密集区，采用垂直排列紧凑型线路是合理的，其相间距离为7.5 m，线路走廊宽度为17.5 m，减小线路走廊宽度48%，可以有效减少房屋拆迁面积。垂直排列紧凑型线路直线塔重量大于常规线路约40 t/km，当常规线路拆房费用高于垂直排列紧凑型线路拆除费用40万元/km时，建议优先采用垂直排列紧凑型线路。

垂直排列紧凑型线路的环境保护指标和耐雷水平均优于常规线路，2014年首次在湖南长沙地区500 kV星沙—星城线路应用，降低工程造价316.66万元/km，具有良好的经济效益和社会效益。由于紧凑型线路相间距离远小于常规线路，对于15 mm覆冰地区，当档距大于700 m时需在档距中央安装相间间隔棒；对于覆冰舞动地区，当档距超过500 m时需在档距中央安装相间间隔棒。

〔1〕DL/T5217—2005 220 kV～500 kV紧凑型架空送电线路设计技术规定 〔S〕.北京:中国电力出版社，2005.

〔2〕中国电力企业联合会.GB50545—2010 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范 〔S〕.北京:中国计划出版社，2010.

〔3〕刘继.电气装置的过电压保护 〔M〕.北京:电力工业出版社，1982.

〔4〕张殿生.电力工程高压送电线路设计手册 〔M〕.北京:中国电力出版社，2003.

〔5〕中华人民共和国环境保护部.HJ24—2014环境影响评价导则(输变电工程)〔S〕.北京:中国环境科学出版社，2014.

Application analysis of 500 kV double circuit vertical arrangement compact transmission line

LUO Ying-bo，HOU Wei
(China Energy Engineering Group Co.Ltd，Hunan Electric Power Design Institute，Changsha 410007，China)

The calculation result of electrical properties for the 500kV double circuit vertical arrangement compact transmission line is analyzed in this paper.The suggestion of using vertical arrangement compact line in the town planning area and the housing concentrated area is presented，which can effectively reduce the electric field intensity on ground surface，narrow the line corridor width，decrease the demolition of housing area， improve the line transmission capacity.The measure is conductive to environmental protection with good economic efficiency and social benefits.

transmission line；corridor；double circuit；vertical arrangement；compact transmission line

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.003

TM726

B

1008-0198(2015)01-0011-04

2014-11-14