±800 kV直流线路直线塔极间距的影响分析

林建营

(福建永福电力设计股份有限公司 线路设计部, 福建 福州 350108)

±800 kV直流线路直线塔极间距的影响分析

林建营

(福建永福电力设计股份有限公司 线路设计部, 福建 福州 350108)

合理设计直流线路的极间距对控制直流线路工程电磁环境和降低工程建设费用意义重大.针对无线电干扰、可听噪声、离子流密度和合成电场强度等电磁环境指标,分别给出了其与极间距之间量化的影响指标;分析了空气间隙、V型串长及夹角对直流线路的极间距影响;结合极间距与塔重的关系研究,给出了合理的极间距选择方法.

极间距; 电磁环境; 空气间隙; V型串长及夹角

目前,全球经济正高速发展,输电工程的电磁环境越发受到人们的广泛关注,而输电线路结构则是决定电磁环境的重要因素之一.因此,应当合理地设计输电工程的结构以满足环保条例标准.

直流线路正负极导线分裂中心间的垂直距离称为极间距,合理选择极间距对确保输电工程的电磁环境、满足环保的要求和降低工程建设费用具有重要意义.本文根据已(在)建±800 kV直流线路工程设计运行经验,分析电磁环境、空气间隙、V型串长及夹角对极间距的影响,并计算出6×1 250 mm2截面导线在不同海拔、不同污秽区、不同风速下满足要求的直线塔极间距值.

1 电磁环境对极间距的影响分析

1.1 无线电干扰

根据直流架空输电线路设计规范[1],在海拔1 km以内且在架空线路正极性导线对地投影附近20 m处,时间和置信度为80%的0.5 MHz电磁干扰限值为58 dB(μV/m);而在海拔超过1 km的区域,该指标需根据海拔高度进行适当修正.

根据美国电力科学研究院的研究报告,导线表面最大场强计算公式为:

(1)

式中:U——极导线对地电压,kV;N——分裂导线数;S——极间距,cm;H——极导线对地距离,cm;r——子导线半径,cm;Rc——子导线圆的半径,cm.

根据国际无线电干扰特别委员会的规定[2],双极直流线路无线电干扰(平均值)强度计算公式为:

E=38+1.6(gmax-24)+46lgr+

(2)

(3)

式中:E——距离为D的点晕无线电干扰场强,dB或μV/m;

N——分裂导线数;

D ——正极性导线与所求点之间的距离,式(2)适用于D<100m;

ΔEW——气象修正项,海拔500m以上按每300m增加1dB(μV/m)的标准进行海拔高度影响修正;

ΔEf——干扰频率修正项;

f——测量频率,MHz,式(3)适用于0.15～30MHz频段.

根据以上公式,±800kV直流线路导线对地距离取18m时,6×1 250mm2截面导线在不同海拔高度下线路无线电干扰满足限值所需的最小极间距见表1.

表1 不同海拔高度下无线电干扰满足限值所需的最小极间距对比 m

1.2 可听噪声

根据直流架空输电线路设计规范[1],在海拔1 km以内且在架空线路正极性导线对地投影附近20 m处,电晕导致的可听噪声限值为48 dB(A);而对于超过1 km的人迹罕至区域,该指标不得超过50 dB(A).

由于美国电力科学研究院推荐公式只适用于以下情况:表面场强为15～30 kV/cm,子导线直径为2～5 cm且分裂导线数为1～6,本文选用美国邦维尔电力局推荐的公式:

AN=-133.4+86lggmax+

40lgDeq-11.4lgD

(4)

式中:AN——可听噪声,dB(A); Deq——导线等效直径,0.66n0.64d(n>2),mm.

式(4)适用于处于春秋晴朗时节可听噪声L50值时,而对于夏冬季可听噪声则需适当±2dB(A),天气较差时,则应减去6～11dB(A).式(4)对海拔高度500m以下区域适用,对于海拔高度500m以上区域,需对可听噪声进行修正,海拔每升高1 000m,可听噪声增加2.2dB(A).

根据以上公式,±800kV直流线路导线对地距离取18m时,6×1 250mm2截面导线在不同海拔高度下线路可听噪声满足限值所需的最小极间距见表2.

表2 不同海拔高度下可听噪声满足限值所需的最小极间距对比 m

1.3 地面合成电场场强以及离子流密度

根据直流架空输电线路设计规范[1],晴天时,直流线路下地面合成电场强度限值为居民区不超过25 kV/m,一般非居民区不超过30 kV/m;当直流线路邻近民房时,在湿导线情况下房屋所在地面的未畸变合成电场强度不得超过15 kV/m;当晴天时,直流线路下地面离子流密度限值为居民区不超过80 nA/m2,一般非居民区不超过100 nA/m2.

由半经验公式地面某点的合成场强Es为[3]:

(5)

(6)

(7)

式中:U0——电晕起始电压,kV;g0——导线起始电晕场强,kV/m;

m——导线表面粗糙系数,晴天时取0.49,雨天时取0.38;

δ——相对空气密度. 式(5)中Ke=f(U/U0),可根据H/r′和U/U0由图1查曲线求得,其中r′为分裂导线等效直径.由图2查曲线求得饱和电晕时所求点对应的值:

图1 起晕后的地表电场强度计算设计曲线

图2 地表归一化电场强度的横向分布

地面某点的离子电流密度为[3]:

(8)

其中Ki=f′(U/U0),由H/r′和U/U0的比值按图3获取,并由图4查曲线求得饱和电晕时所求点对应的值:

图3 起晕后的地表离子电流密度计算设计曲线

图4 地表归一化电流密度的横向分布

经美国电力科学研究院研究表明,地面标称场强计算公式为[3]:

(9)

式中:X——距线路中心线的距离,m.

根据式(9),±800 kV直流线路导线对地距离取18 m,极间距取19 m,6×1 250 mm2截面导线在不同海拔高度下的合成场强和离子流密度值的计算结果如表3所示.

表3 导线合成场强和离子流密度计算结果

从表3可以看出,导线对地距离为18 m,极间距为19 m时在不同海拔高度下均满足晴天地面合成场强(30 kV/m)、离子流(100 nA/m2)的限值要求.

2 空气间隙对极间距的影响分析

与电磁环境一样,塔头空气间隙也是影响±800 kV直流输电线路极导线间距的重要因素,最小极间距需要的空气间隙及串长与V串夹角示意图见图5.

注:R—空气间隙距离,m;D0—联板悬挂点至联版中心距离,取0.25 m;D1—均压环至分裂导线中心距离,取1.3 m;D2—塔身宽度,取3.6 m;L—V串单肢串长,m;α—V串夹角,m.

图5 最小极间距需要的空气间隙及串长与V串夹角示意

具体控制参数如下:

(10)

±800 kV直流输电线路操作过电压间隙如表4所示[4],6×1 250 mm2截面导线空气间隙最小极间距如表5所示.

表5 导线空气间隙最小极间距 m

3 V型串长及夹角对极间距的影响分析

±800 kV直流输电线路极导线间距除受电磁环境和空气间隙制约外,还受绝缘子串长和V串夹角的影响,具体控制参数为:

(11)

各污区复合绝缘子结构高度如表6所示[4].

表6 复合绝缘子结构高度推荐值

考虑金具的长度为0.9 m,绝缘子V串角度为85°～95°时,6×1 250 mm2截面导线最小极间距如表7所示.

表7 不同V型串长及夹角要求的最小极间距 m

4 极间距与塔重的关系研究

塔头大小由直线塔极间距决定,因此极间距也是决定铁塔的耗材需求和走廊宽度的重要因素.根据已(在)建±800 kV直流线路工程设计经验,直线塔极间距与塔重的关系如下:

(1) 轻中冰区直流线路,直线塔的塔重增幅约为极间距增幅的1/2;

(2) 重冰区直流线路,直线塔的塔重增幅约为极间距增幅的2/3.

5 结 论

(1) 直线塔极间距由电磁环境、最小空气间隙和V型串长及夹角控制;

(2) 影响直线塔极间距的主要因素是V型串长及夹角,电磁环境和空气间隙对极间距的影响较小;

(3) V型串夹角对极间距的影响明显,风速越大要求的绝缘子V串夹角越大,相应的极间距也要增加;

(4) V型串长对极间距的影响明显,海拔越高、污染越严重要求的绝缘子V串越长,相应的极间距也要增加;

(5) 极间距的大小对塔重的影响很大,如何减小极间距是控制铁塔技术指标的关键因素之一.

[1] 中国电力企业联合会.GB 50790—2013 ±800 kV直流架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

[2] 全国电力线、高压设备和电力牵引系统的无线电干扰标准化分技术委员会.DL/T691—1999 高压架空送电线路无线电干扰计算方法[S].北京:中国电力出版社,1999.

[3] 李本良.灵州～绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程1 250 mm2导线电磁环境影响及极间距优化研究[R].北京:国网北京经济技术研究院,2013.

[4] 周刚.灵州～绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程绝缘配合及空气间隙深化研究[R].成都:西南电力设计院,2013.

(编辑 桂金星)

Analysis of Influence of Polar Pitch on Straight Line of ±800 kV DC Transmission Line

LIN Jianying

(LineDesignDepartment,FujianYongfuPowerEngineeringCo.,Ltd,Fuzhou350108,China)

It is very important to select the pole spacing reasonably to control the electromagnetic environment and reduce the construction cost of the DC line project.Aiming at such electromagenetic environment index as radio interference audible noise,ion flux density and eletric field strength,analysis centers around eletromagnetic environment,air gap,V-type length and angle on the pole spacing,offering the quantitative influence index of polar pitch.In combination with the study on the relationship between polar spacing and tower weight,and a reasonable choice of pole spacing is discussed.

pole spacing; electromagnetic environment; air gap; v-shaped string length and angle

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.02.006

2017-03-09

林建营(1977-),男,高级工程师,福建福州人.主要研究方向为输配电方向线路设计.E-mail:1959696904@qq.com.

TN713.8;TP273

A

1006-4729(2017)02-0134-04