變電站同塔雙回進出線電磁環境分析

郝陽，賀立齋，張建華，徐光

(1.西北電力設計院，西安市，710075;2.青海省電力公司，西寧市，810100)

0 引言

輸電線路采用同塔雙回架設方式進行建設，可以節省有限的土地資源，還能減少房屋拆遷，是一種“資源節約型”的架設方式。同塔雙回輸電線路設計時，往往是采用正常檔進行導線表面場強、無線電干擾、可聽噪聲等電磁參數預測，選擇合理的導線及導線布置方案滿足電磁環境限值要求，一般均可以達到預測值和實測值基本一致的效果。但是對變電站同塔雙回進出線段來說，因單、雙回路變換，相導線布置方式更為緊湊，其電磁環境往往較線路正常檔差。

變電站的選址應考慮運行維護的方便，往往選擇在交通相對便利，人員相對集中的地方。因此改善變電站同塔雙回進出線電磁環境，對于改善整個變電站周邊電磁環境、實現工程“環境友好型”的建設目標都具有非常重要的現實意義。

本文采用750 kV同塔雙回輸電線路進出線段典型布置方案，研究改善變電站同塔雙回進出線電磁環境的方法。

1 計算模型

1.1 典型導線布置

變電站進出線的導、地線布置決定于終端塔和變電站構架，750 kV輸電線路典型的終端塔塔頭如圖1所示(圖1～5中，尺寸單位為m)。750 kV線路終端塔轉角角度按70°考慮，簡化的導、地線布置見圖2，門型構架簡化的導、地線布置示意圖見圖3。

本文選擇同塔雙回750 kV線路普遍采用的LGJ－500/45導線進行計算，地線選用JLB－180鋁包鋼地線，相導線布置方式采用6分裂、正六邊型布置、分裂半徑0.4 m。圖4為分裂導線布置圖。

圖1 終端塔單線圖Fig.1 One-line diagram of dead end tower

圖2 終端塔簡化尺寸Fig.2 Simplified size of dead end tower

圖3 門型簡化尺寸Fig.3 Simplified size of gantry tower

圖4 分裂導線布置示意圖Fig.4 Sketch of split conductors layout

變電站進出線段因單、雙回路變換，使得相導線間距離更為緊湊。進出線段的導線布置可簡化認為是異面曲線，根據圖2、3的典型布置，通過計算異面曲線間的最小距離，進而確定相導線最近距離處的各相導線坐標，從而可以求得進出線段的導線典型布置(相導線布置與進線方式有關，本文僅給出1種典型進線方式，因弧垂差異而不完全對稱)如圖5。

1.2 計算方法

(1)導線表面電場強度。導線表面電場強度決定于最高運行電壓、子導線直徑、相導線分裂形式以及相間距離等。導線表面場強的計算方法有2種，即模擬電荷法和逐次鏡像法，二者相比逐次鏡像法計算精度更高［1-4］，本文采用逐次鏡像法計算導線表面場強。

圖5 變電站進出線段導地線典型布置Fig.5 Sketch of the layout of downlead

(2)無線電干擾。無線電干擾(radio interference，RI)，是輸電線路設計重要的電磁控制參數。國際無線電干擾特別委員會(CISPR)推薦的計算輸電線路無線電干擾的方法有2種，即經驗法和激發函數法［1］。經驗法廣泛應用于現有電壓等級的輸電線路的無線電干擾計算評估中，適用于導線分裂數≤4的線路，計算結果為好天氣下的干擾場強;激發函數法主要用于導線分裂數＞4的情況，是基于試驗線路或電暈籠測量而得的大雨條件下的激發函數，通過一定的模量變換，得出各相導線的脈沖電流，再獲得這些電流產生的場，即無線電干擾［3-6］。本文采用激發函數法計算無線電干擾。

(3)可聽噪聲。輸電線路的可聽噪聲(audible noise，AN)。交流輸電線路因電暈產生的可聽噪聲由2部分組成:一種是由正極性流注放電產生的寬頻帶噪聲，這是交流噪聲的主要部分;另一種是由于電壓周期變化，使導線附近帶電離子往返運動產生的純音，頻率是50周的倍頻［7］。輸電線路電暈產生的可聽噪聲可以利用經驗公式計算，美國電科院和博納維爾電力管理局總結出的公式比較有代表性。本文采用美國博納維爾電力管理局提供的公式計算可聽噪聲。

2 計算結果及分析

計算時最高運行電壓取800 kV，門型構架導線掛點高度34 m，地線掛點高度49 m;終端塔下導線高度42 m，地線高度89.7 m;海拔高度2.5 km。

2.1 電磁環境參數

根據前文所述的模型和計算方法，典型變電站進出線檔與線路正常檔電磁環境參數計算結果見表1。

從表1可以看出，對于變電站同塔雙回進出線段，由于相導線布置更加緊湊，表面場強比正常檔大4.8 kV/m，無線電干擾比正常檔大7.9 dB，可聽噪聲比正常檔大5.6 dB，大于規范允許的58 dB，因此需要采取措施改善進出線段電磁環境。

表1 電磁環境參數計算結果Tab.1 Computational results of the electromagnetic environment parameters

2.2 影響電磁環境因素分析

輸電線路電磁環境與相導線間距離、相導線分裂根數、分裂導線單根直徑、子導線分裂間距、導線對地高度等因素密切相關［7］。

(1)相導線間距離。相導線間距離與無線電干擾、可聽噪聲的關系曲線見圖6。從圖6可以看出，無線電干擾和可聽噪聲隨著相導線間距離的增加而減小，無線電干擾的減小趨勢更明顯一些，說明相導線間距離對無線電干擾更敏感。

圖6 相導線間距離與ERI、EAN關系曲線Fig.6 Relationship curves between the distance of phase conductor and ERI、EAN

(2)相導線分裂根數。相導線分裂根數與無線電干擾、可聽噪聲的關系曲線見圖7。從圖7可以看出，無線電干擾和可聽噪聲隨著分裂根數的增加而減小，可聽噪聲的減小趨勢更明顯一些，說明相導線分裂根數對可聽噪聲更敏感。

(3)分裂導線單根直徑。分裂導線直徑與無線電干擾、可聽噪聲的關系曲線見圖8。從圖8可以看出，無線電干擾和可聽噪聲隨著分裂導線直徑的增加而減小，二者的的減小趨勢基本一致。

(4)子導線分裂間距。子導線分裂間距與無線電干擾、可聽噪聲的關系曲線見圖9。從圖9可以看出，無線電干擾和可聽噪聲隨著子導線分裂間距的增加先減小后增大，均存在明顯的極值點。

圖7 相導線分裂根數與ERI、EAN關系曲線Fig.7 Relationship curves between the number of split conductor and ERI、EAN

圖8 分裂導線直徑與ERI、EAN關系曲線Fig.8 Relationship curves between the sub-conductor diameter and ERI、EAN

圖9 子導線分裂間距與ERI、EAN關系曲線Fig.9 Relationship curves between the spacing of the split conductors and ERI、EAN

(5)導線對地高度。導線對地高度與無線電干擾、可聽噪聲的關系曲線見圖10。從圖10可以看出，無線電干擾和可聽噪聲隨著導線對地高度的增加而減小，無線電干擾的減小趨勢更明顯一些，說明導線對地高度對無線電干擾更敏感。

3 處理方案與措施

圖10 導線對地高度與ERI、EAN關系曲線Fig.10 Relationship curves between the conductor to ground height and ERI、EAN

一般工程中，需考慮最佳分裂間距與導線直徑比值在一定的范圍內才能有效避免次檔距振蕩，因此優化子導線分裂間距的方法一般不可取;此外，考慮到全線相導線分裂根數統一及配套金具的因素，一般也不宜調整導線分裂根數。因此，改善變電站同塔雙回進出線電磁環境的可取措施如下:

(1)采用較高的終端塔，提高導線對地距離。

(2)通過終端塔的布置和弧垂調整，盡可能增大相導線間距離。

(3)進出線檔采用比正常檔直徑更大的分裂導線。

措施(1)和(2)與終端塔位置、轉角度數、弧垂、橫擔長短等多種因素相關，本文不展開分析。下面通過計算來預測采取措施(3)的改善效果。將LGJ－500/45(直徑30 mm)導線分別更換為ACSR－720/50(直徑 36.2 mm)和 JL/G3A －900/40(直徑 39.9 mm)導線，其他條件不變，典型變電站進出線電磁環境參數計算結果見表2。

表2 改善后電磁環境參數計算結果Tab.2 Computational results of the electromagnetic environment parameters after improvement

從表2可以看出，通過增大分裂導線的直徑，可以有效降低無線電干擾和可聽噪聲。對比表1可知，僅采用JL/G3A－900/40方案時，即可將進出線檔的無線電干擾和可聽噪聲基本降至線路正常檔水平;如在實際工程中綜合采用上述措施，則可以取得更好的改善效果。

4 結論

(1)輸電線路電磁環境與相導線間距離、相導線分裂根數、分裂導線單根直徑、子導線分裂間距、導線對地高度等因素密切相關。

(2)增大相導線間距離、增加相導線分裂根數、增大分裂導線單根直徑、優化子導線分裂間距、提高導線對地高度等措施均可以有效改善變電站同塔雙回進出線電磁環境。

(3)建議工程中優先采用直徑更大的分裂導線的方式，同時可兼顧終端塔布置、增大相導線間距離、提高導線對地距離等方法來綜合改善變電站同塔雙回進出線段線路的電磁環境。

［1］張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］萬保權，鄔雄，劉滌塵，等.西北750 kV輸電線路的無線電干擾研究［J］.高電壓技術，2003，29(3):41-42.

［3］楊光，呂英華.交流特高壓輸電線路無線電干擾特性［J］.電網技術，2008，32(2):26-28.

［4］莊池杰，曾嶸，龔有軍，等.交流輸電線路的無線電干擾計算方法［J］.電網技術，2008，32(2):56-60.

［5］GB 15707—1995高壓交流架空送電線無線電干擾限值［S］.北京:中國標準出版社，1996.

［6］DL/T 691—1999高壓架空送電線無線電干擾計算方法［S］.北京:中國電力出版社，2000.

［7］張曉，陳稼苗，周浩，等.750 kV超高壓交流輸電線路電磁環境研究［J］.華東電力，2008，36(3):34-38.