特高压直流输电线路电磁环境及对地距离探讨

吴　昊，赵建文，刘　勇

（1.四川电力设计咨询有限公司，成都　610041；2.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东　枣庄　277000）



特高压直流输电线路电磁环境及对地距离探讨

吴昊1，赵建文2，刘勇1

（1.四川电力设计咨询有限公司，成都610041；2.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东枣庄277000）

摘要：±800 kV上海庙—山东及±800 kV锡盟—江苏特高压直流线路工程采用8×1 250 mm2导线，这在特高压直流线路工程中尚属首次。通过计算±800 kV直流线路在不同分裂根数和导线截面下的无线电干扰、可听噪声、地面合成及标称电场强度、离子流密度等电磁环境效应，并对比分析电磁环境效应随导线截面及分裂数的变化规律；依据电磁环境限值要求和计算结果，结合以往工程由电磁环境决定的导线对地距离取值，推荐±800 kV特高压直流线路在采用8×1 250 mm2导线下的对地距离取值，为工程设计提供依据。

关键词：直流输电线路；电磁环境；对地距离

0　引言

特高压直流输电线路的电磁环境，主要包括电场效应、可听噪声、无线电干扰等。随着全球经济的不断发展和民众环境意识的增强，输电工程的电磁环境影响越来越受到人们的广泛关注，输电工程也受到环保的严格制约。在对特高压输电线路极间距离、交叉跨越距离和走廊宽度的确定上，输电线路周围的电磁环境成为重要的决定因素。

确定导线对地距离，是输电线路设计是最基本的设计原则之一，对工程的设计和降低造价有着十分重要的意义。对于特高压直流线路而言，导线对地距离的确定原则主要可分为两大类：一是根据地面电磁环境允许限值要求确定；二是根据电气绝缘强度要求确定，按空气间隙放电特性并计及一定的偶然因素确定线路对交叉跨越物的距离。

近十年间，中国相继建成了以向上线、锦苏线、云广线、哈郑线、溪浙线等为代表的±800 kV特高压直流线路。随着输送容量的不断增大，建成线路的导线截面由最开始的6分裂720 mm2，不断增大到6分裂1 000 mm2，目前开工建设的几条特高压直流线路导线截面已达到6分裂1 250 mm2，而上海庙—山东、锡盟—江苏等两条待建线路的导线则第一次采用了8分裂1 250 mm2。导线分裂数的增多，截面的增大会使线路电磁环境发生较大变化，而由电磁环境决定的对地距离也可能会发生变化，因此，有必要对采用8分裂1 250 mm2导线下的电磁环境和对地距离进行研究探讨。

1　直流特高压线路电磁环境限值

根据设计规范［1］的相关规定，直流特高压线路电磁环境限值要求如表1所示。

表1　直流特高压线路电磁环境限值

2　电磁环境计算

2.1计算方法

无线电干扰预估采用国际无线电干扰特别委员会CISPR的公式，可听噪声预估采用EPRI推荐计算公式，导线表面场强、地面标称静电场强及地线表面场强采用逐次镜像法，地面合成场强和离子流密度的计算采用EPRI研究报告推荐的半经验公式方法。

2.2计算结果

1）导线表面场强计算结果见表2。

表2　导线表面场强计算结果

2）地线表面场强计算结果见表3。

表3　地线表面场强计算结果

3）各种极导线组合方案的无线电干扰计算结果见表4。

4）各种极导线组合方案的无线电干扰计算结果见表5。

表4　导线无线电干扰计算结果

表5　导线可听噪声计算结果

5）考虑不同导线分裂数及导线截面，导线对地高度为15～24 m，对±800 kV直流线路的电磁环境参数进行了计算，表6～9给出了地面最大离子电流密度、地面最大合成电场强度随极导线高度变化的数值，表中结果对应极导线间距为20 m。

计算结果标明，导线表面场强、地面合成场强、地面离子流密度、无线电干扰、可听噪声等随导线截面及分裂数的增大而减小；地线表面场强随导线截面及分裂数的增大而增大；上述所有特高压直流线路工程所选用的导线型式均满足现行规程规定的电磁环境限值要求，导线截面及分裂数越大，主要电磁环境控制指标越优。

表6　6×JL/G3A-900/40湿导线不同对地距离电磁环境参数（分裂间距500 mm）

表7　6×JL/G3A-1000/45湿导线不同对地距离电磁环境参数（分裂间距500 mm）

表8　6×JL1/G2A-1250/70湿导线不同对地距离电磁环境参数（分裂间距500 mm）

表9　8×JL1/G2A-1250/70湿导线不同对地距离电磁环境参数（分裂间距550 mm）

3　对地距离取值分析

3.1对地距离的决定因素

直流输电线路导线对地面的距离除要考虑正常的绝缘水平外，还要考虑静电场强、合成场强、离子流密度等因素的影响。一般而言，此类距离主要由电场效应决定［2］。根据国内外直流超高压、特高压输电线路下电场限制值的研究成果，确定直流特高压架空输电线下地面处电场强度、离子流密度控制值取值如表10所示。

此外，目前设计规程未对特高压直流线路地面静电场强做出相应限值规定，依据以往工程的相关设计参考及研究成果，在居民区，静电场强限制在12 kV/m；在非居民区，静电场强限制在15.5 kV/m；在人烟稀少的非农业耕作区，静电场强限制在18 kV/m。

设计规范规定的导线最小对地距离如表11所示。

表10　合成电场强度和离子流密度限值

表11　导线与地面最小距离　m

需要指出的是，设计规范对线路对地距离取值做了明确规定，但在实际工程设计时，由于极间距、导线截面及分裂数、海拔高度和气候环境等因素也会对对地距离的取值造成影响，设计规范取值仅作为最低要求。极间距离、导线截面及分裂数取值的不同会使导线表面场强发生变化，进而影响地面合成场强和离子流密度；中国北方与南方空气质量和湿度存在较大差别，将对直流线路的地面合成电场产生明显影响，对于北方直流线路，冬季干燥，在灰尘较多的时候，地面合成电场较大［3］。根据中国电科院的试验与计算结果对比分析看，地面合成电场计算结果与空气质量较好且中等湿度下的试验结果比较吻合；在空气质量差且湿度较小时，受空中颗粒物荷电影响，地面合成电场将会增大。重点分析比较采用8×1 250 mm2导线时的对地距离取值与以往特高压直流工程采用不同导线截面和分裂数时的差异，不再赘述各类环境条件对其取值的差异。

3.2对地距离的取值比较

电磁环境计算结果如图1～3所示。

图1　不同导线对地距离下的地面最大合成场强

图2　不同导线对地距离下的地面最大离子流密度

图3　不同导线对地距离下的地面标称场强

从图中可以看出，设计规范规定的在不同条件下的对地距离取值满足各项电磁环境限值要求。地面合成场强及离子流密度随导线截面和分裂数的增大而减小；地面标称场强随导线截面和分裂数的增大而变大，导线分裂根数对其的影响更大。表12分别给出了在理论计算条件下不同导线型式满足电磁环境限值要求下的最小对地距离取值和各工程结合实际环境条件选取的对地距离值。

从表12可以看出，对于南方气候区，线路实际设计取值与计算值差别不大，而北方地区差别较大。主要是因为北方地区空气湿度较南方小，粉尘较大，经中国电科院的多次实地测试，北方地区合成场强较计算值大，因而增加了对地距离。当采用8×JL1/ G2A-1250/70导线后，合成场强及离子流密度较以往工程更小，因而北方区域的对地距离取值相应有所减小；地面标称场强变大，因而对地距离最小值按满足标称场强要求确定。

表12　电磁环境要求的最小对地距离　m

4　结语

±800 kV上海庙—山东、锡盟—江苏特高压直流输电线路采用8分裂1 250 mm2截面导线后，其各项电磁环境计算值满足设计规范规定的限值要求。与以往工程采用分裂数更少，截面更小的导线型式相比，其无线电干扰、可听噪声、地面合成场强和离子流密度更小，地线表面场强和地面标称场强更大。

导线最小对地距离主要由地面合成场强、离子流密度及地面标称场强等电场效应决定。采用8分裂1 250 mm2截面导线地面合成场强及离子流密度在规范规定的最小对地距离下远小于相应限值条件要求，且比分裂数更少，截面更小的导线型式小，因而其最小对地距离可较以往工程减小。8分裂1 250 mm2截面导线的地面标称场强有所增大，最小对地距离按满足标称场强要求确定。

由于目前尚无8分裂1 250 mm2截面导线电磁环境实测数据，工程投运后，建议科研单位对线路的电磁环境水平进行长时间，全面的测量，找出实测数据与计算值的差异，为进一步优化对地距离取值创造条件。

参考文献

［1］GB 50790—2013±800 kV直流架空输电线路设计规范［S］.

［2］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，1999.

［3］中国电力科学研究院.锡盟—江苏±800 kV直流线路最小对地高度研究［R］.2015.

［4］DL/T 1088—2008±800 kV直流线路电磁环境参数限值［S］.

［5］黄欲成，赵全江，李翔，等.±800 kV向上直流输电线路对地及交叉跨越距离［J］.电力建设，2011，32（1）：15-17.

［6］姚元玺，陈鹏.三回同走廊特高压直流输电线路电磁环境研究［J］.电力建设，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

中图分类号：TM723

文献标志码：A

文章编号：1007－9904（2016）05－0061－05

收稿日期：2016-03-05

作者简介：

吴昊（1982），男，高级工程师，从事输电线路设计工作。