三回同走廊特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境研究

姚元璽，陳鵬

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆瑵?jì)南市，250013)

0 引言

為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，我國(guó)近期將實(shí)施“疆電外送”方案的哈密—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程。由于輸電線路走廊資源的日益緊缺，為減小對(duì)地方規(guī)劃、設(shè)施、居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、壓覆礦藏等影響，該直流線路在部分地段需與規(guī)劃的另外2條特高壓直流線路平行架設(shè)［1-2］。根據(jù)規(guī)劃，該工程線路與擬建的準(zhǔn)東—重慶±1 100 kV、酒泉—湖南±800 kV線路在部分地段平行走線，其中哈密—鄭州±800 kV直流線路、酒泉—湖南±800 kV直流線路分別位于準(zhǔn)東—重慶±1 100 kV線路兩側(cè)。

對(duì)于上述3條特高壓直流線路，其平行距離長(zhǎng)達(dá)上百km，因此，對(duì)三回特高壓直流線路走廊的電磁環(huán)境進(jìn)行研究，以確定多回線路的走廊寬度及鄰近房屋拆遷范圍，對(duì)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)具有積極的指導(dǎo)意義。

1 電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值

我國(guó)輸電線路走廊寬度的確定或處理，目前問(wèn)題仍多集中在鄰近建筑物的處理，一般由地面合成場(chǎng)強(qiáng)滿足要求來(lái)確定。

特高壓直流線路的電磁環(huán)境，必須滿足國(guó)家和行業(yè)的有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)［3］、［4］中對(duì)電磁環(huán)境的限值如表1所示。

表1 電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值Tab.1 Standard limits of electromagnetic environment

2 計(jì)算工具及計(jì)算模型

CDEGS軟件中的SES-Enviroplus模塊，可用于架空交、直流輸電線路的電磁環(huán)境的計(jì)算，可精確計(jì)算與任意結(jié)構(gòu)平行的輸電線路、任意數(shù)目和類(lèi)型的架空線路有關(guān)線參數(shù)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、標(biāo)量電勢(shì)、電損耗、可聽(tīng)噪聲、無(wú)線電干擾等［5-7］。

根據(jù)哈密—鄭州特高壓直流線路走廊的實(shí)際情況，建立的計(jì)算模型如圖1所示。

模型的計(jì)算參數(shù)如下:

圖1 計(jì)算模型Fig.1 Computation model

(1)哈密—鄭州±800 kV直流線路、酒泉—湖南±800 kV直流線路。導(dǎo)線型號(hào)JL/G3A-900/40鋼芯鋁絞線;導(dǎo)線布置方式6分裂子導(dǎo)線按正六邊形排列，分裂間距450 mm;一根地線采用LBGJ-180-20 AC型鋁包鋼絞線，另一根地線采用OPGW 光纜;海拔高度2 km。

(2)準(zhǔn)東—重慶±1 100 kV直流線路。導(dǎo)線型號(hào)8×JL/G2A-1000/45鋼芯鋁絞線;導(dǎo)線布置方式8分裂，子導(dǎo)線按正八邊形排列，分裂間距450 mm;一根地線采用LBGJ-180-20 AC型鋁包鋼絞線，另一根地線采用OPGW光纜;海拔高度2 km。

3 導(dǎo)線對(duì)地距離對(duì)地面合成場(chǎng)強(qiáng)的影響

圖2為±800 kV直流輸電線路極導(dǎo)線不同對(duì)地距離時(shí)地面上0 m處和地面上1 m處的合成電場(chǎng)橫向分布。圖中從上到下的曲線依次對(duì)應(yīng)極導(dǎo)線高度為18，21，23，25 m;圖中虛線為地面上0 m 處的合成電場(chǎng)，實(shí)線為地面上1 m處的合成電場(chǎng)。圖2給出了對(duì)應(yīng)不同極導(dǎo)線對(duì)地距離，地面上0 m處和地面上1 m處的最大合成電場(chǎng)。

圖2 ±800 kV直流線路合成電場(chǎng)橫向分布曲線(導(dǎo)線對(duì)地距離18～25 m)Fig.2 Lateral distribution of synthesis electric field in±800 kV DC transmission line where the ground clearance of conductors is 18～25 m

由圖2可知，對(duì)于直流±800 kV單回線路，當(dāng)與直流線路中心相距50 m時(shí)，不同對(duì)地距離下的地面合成電場(chǎng)分布基本趨于一致，極導(dǎo)線對(duì)地距離變化對(duì)地面合成電場(chǎng)的影響較小，且合成電場(chǎng)隨極導(dǎo)線高度增加而減小。

4 地面合成場(chǎng)強(qiáng)控制下的多回特高壓直流線路最小接近距離與走廊寬度

4.1 未考慮電場(chǎng)效應(yīng)時(shí)，直流線路同走廊時(shí)的最小接近距離

當(dāng)多回直流線路同走廊，直流線路首先要滿足單獨(dú)存在時(shí)的導(dǎo)線對(duì)地距離要求。參考文獻(xiàn)［3］中，對(duì)地距離要求如表2、3所示。±800 kV直流線路與其他架空線路同走廊時(shí)，邊導(dǎo)線之間的最小水平距離最大風(fēng)偏時(shí)取20 m。

表2 ±800 kV直流線路導(dǎo)線最小對(duì)地距離表Tab.2 Minimum ground clearance of conductors for±800 kV DC transmission line

表3 ±800 kV直流線路與架空線路水平接近距離要求Tab.3 Requirements for horizontal distance between±800 kV DC transmission line and overhead line

4.2 考慮電場(chǎng)效應(yīng)時(shí)，直流線路同走廊最小接近距離

考慮多條線路同走廊時(shí)的電場(chǎng)效應(yīng)，主要為多條線路地面合成場(chǎng)強(qiáng)的疊加［8-11］。三回特高壓直流線路電場(chǎng)互相疊加，分別計(jì)算(-+、-+、-+)與(-+、+-、-+)2種典型極導(dǎo)線排列方式下的地面合成場(chǎng)強(qiáng)。

初步計(jì)算條件為:

(1)兩回±800 kV線路對(duì)地距離20 m;

(2)一回±1 100 kV線路對(duì)地距離29 m;

(3)±1 100 kV線路在中間位置，與左右2條±800 kV線路的距離均為150 m。

當(dāng)初始條件下的計(jì)算結(jié)果不滿足合成場(chǎng)強(qiáng)限值的要求時(shí)，采取增加走廊寬度或加大對(duì)地距離的方式重新計(jì)算，以找到滿足要求的走廊寬度及對(duì)應(yīng)的對(duì)地距離。

4.2.1 (-+、-+、-+)排列方式下地面合成場(chǎng)強(qiáng)

三回特高壓直流極導(dǎo)線排列方式為(-+、-+、-+)時(shí)的合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3，圖中計(jì)算條件:晴天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);兩回±800 kV的極間距20 m，對(duì)地距離19 m;一回±1 100 kV的極間距34 m，對(duì)地距離28 m;接近距離150 m。

圖3 (－+、－+、－+)排列時(shí)的地面合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果Fig.3 Total electric field strength in the ground for(－+，－+，－+)pattern

不同對(duì)地距離及線路接近距離所對(duì)應(yīng)的走廊寬度計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 (－+、－+、－+)排列線下三回特高壓直流線路接近距離及走廊寬度(非居民區(qū))Tab.4 Corridor width and approach distance for(－+，－+，－+)pattern of three-circuit UHVDC transmission line outside residential areas

4.2.2 (-+、+-、-+)排列方式下地面合成場(chǎng)強(qiáng)

三回特高壓直流極導(dǎo)線排列方式為(-+、+-、-+)時(shí)的合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4，圖中計(jì)算條件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、+-、-+);兩回±800 kV極間距20 m，對(duì)地距離20 m;一回±1 100 kV極間距34 m，對(duì)地距離29 m;接近距離135 m。。

不同對(duì)地距離及線路接近距離所對(duì)應(yīng)的走廊寬度計(jì)算結(jié)果如表5所示。

由表4和表5可以得出結(jié)論:

(1)同等條件下，三回特高壓直流線路采用(-+、-+、-+)排列方式時(shí)，走廊寬度最小。

圖4 (－+、+－、－+)排列時(shí)的地面合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果Fig.4 Total electric field strength in the ground for( －+，+－，－+)pattern

表5 (－+、+－、－+)排列方式下三回特高壓直流線路接近距離及走廊寬度(非居民區(qū))Tab.5 Corridor width and approach distance for( －+，+－，－+)pattern of three-circuit UHVDC transmission line outside residential areas

(2)不滿足地面合成場(chǎng)強(qiáng)的要求時(shí)，可采取增加不同回路的線間距離或提高導(dǎo)線對(duì)地距離2種方式解決，但提高導(dǎo)線對(duì)地距離效果顯著，可明顯減少同走廊寬度。因此，在局部走廊要求嚴(yán)格的地帶，可采取適當(dāng)提高對(duì)地距離的措施，來(lái)縮小多回線路的走廊寬度。

5 地面合成場(chǎng)強(qiáng)對(duì)房屋拆遷范圍的影響

以三回直流平行為例，分別計(jì)算2種極導(dǎo)線排列方式下的房屋拆遷范圍。

(-+、-+、-+)極導(dǎo)線排列方式下，三回直流線路平行時(shí)的走廊寬度如圖5所示，圖中計(jì)算條件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);兩回±800 kV極間距20 m，對(duì)地距離20 m;一回±1 100 kV極間距34 m，對(duì)地距離29 m;接近距離130 m。由圖5可以看出，以哈密—鄭州±800 kV線路中心為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，準(zhǔn)東—重慶±1 100 kV直流線路中心坐標(biāo)為(130，0)，酒泉—湖南±800 kV線路中心坐標(biāo)為(260，0)，各線路附近濕導(dǎo)線下地面未畸變電場(chǎng)強(qiáng)度大于15 kV/m的坐標(biāo)范圍為［-47，29］，［81，179］，［231，307］，以各自線路中心為原點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)控制范圍分別為［-47，29］，［-49，49］，［-29，47］。

圖5 (－+、－+、－+)排列時(shí)的拆遷范圍計(jì)算結(jié)果Fig.5 Demolition range for －+，－+and －+pattern

(-+、+-、-+)極導(dǎo)線排列方式下，三回直流線路平行時(shí)的走廊寬度如圖6所示，圖中計(jì)算條件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、+-、-+);兩回±800 kV極間距20 m，對(duì)地距離20 m;一回±1 100 kV極間距34 m，對(duì)地距離29 m;接近距離135 m。。

圖6 (－+、+－、－+)排列時(shí)的拆遷范圍計(jì)算結(jié)果Fig.6 Demolition range for －+，+－ and －+pattern

由圖6可以看出，以哈密—鄭州±800 kV線路中心為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，準(zhǔn)東—重慶±1 100 kV直流線路中心坐標(biāo)為(135，0)，酒泉—湖南±800 kV線路中心坐標(biāo)為(270，0)，因三回線路互相影響，場(chǎng)強(qiáng)疊加，導(dǎo)致線路之間的區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)均大于15 kV/m，因此，合成場(chǎng)強(qiáng)控制的走廊范圍為［-36，296］，即最左側(cè)線路中心和最右側(cè)線路中心線外各36 m內(nèi)，均為地面合成場(chǎng)強(qiáng)控制的走廊范圍。

按照上述計(jì)算方法，分別計(jì)算了單回、兩回及三回特高壓直流線路，地面合成場(chǎng)強(qiáng)限值下，不同對(duì)地距離所對(duì)應(yīng)的走廊寬度及拆遷范圍，計(jì)算結(jié)果如表6、7 所示。

6 無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲對(duì)房屋拆遷范圍的影響

除電場(chǎng)外，無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲也是影響走廊寬度的因素。以三回直流線路平行為例，無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲計(jì)算如圖7、8所示，圖中計(jì)算條件為:晴天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);兩回±800 kV極間距20 m，對(duì)地距離20 m(圖8為19 m);一回±1 100 kV極間距34 m，對(duì)地距離29 m(圖8為28 m);接近距離90 m。

表6 單回線路不同對(duì)地距離下的拆遷范圍Tab.6 Demolition range for single circuit under various ground clearances of conductors

表7 兩回及三回線路不同對(duì)地距離下的最小接近距離、走廊寬度及拆遷范圍Tab.7 Minimum distance，corridor width and demolition range for two-and three-circuit under various ground clearances of conductors

由圖7、8可以看出，兩回 ±800 kV與一回±1 100 kV平行，其最小對(duì)地距離分別為19，28 m，接近距離為90 m時(shí)，滿足無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲限值要求，且隨著對(duì)地距離的提高及接近距離的增大，無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲水平逐步降低，因此無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲不是制約接近距離的因素。

圖7 兩回±800 kV與一回±1 100 kV線路同走廊時(shí)的無(wú)線電干擾分布Fig.7 Radio interference for two-circuit ±800 kV and single circuit±1 100 kV transmission line in the same corridor

圖8 兩回±800 kV與一回±1 100 kV線路同走廊時(shí)可聽(tīng)噪聲分布Fig.8 Audible noise for two-circuit ±800 kV and single circuit±1 100 kV transmission line in the same corridor

兩回及三回直流線路的無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲分布，計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8 無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲最大值Tab.8 Maximum of radio interference and audible noise

7 結(jié)論

(1)±800 kV、±1 100 kV直流輸電線路下地面最大合成電場(chǎng)隨極導(dǎo)線對(duì)地距離增加而減小。

(2)±800 kV、±1 100 kV直流架空輸電線路的對(duì)地距離、線路走廊寬度由地面合成場(chǎng)強(qiáng)決定，可聽(tīng)噪聲、無(wú)線電干擾不起控制作用。

(3)推薦兩回特高壓直流輸電線路極導(dǎo)線采用(-+，-+)的排列方式。

(4)推薦三回特高壓直流輸電線路極導(dǎo)線采用(-+，-+，-+)的排列方式。

(5)導(dǎo)線最小對(duì)地距離為19 m時(shí)，單回±800 kV直流線路滿足限值要求。

(6)導(dǎo)線最小對(duì)地距離為28 m時(shí)，單回±1 100 kV直流線路滿足限值要求。

(7)兩回及三回特高壓線路同走廊對(duì)應(yīng)最小導(dǎo)線對(duì)地距離時(shí)，無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲最大值滿足限值要求，無(wú)線電干擾及可聽(tīng)噪聲分布對(duì)走廊寬度及拆遷范圍不起控制作用。

［1］能源部東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:水利電力出版社，1991:10-11.

［2］劉振亞.特高壓電網(wǎng)［M］.北京:中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2005:25-26.

［3］黃欲成，趙金江，李翔，等.±800 kV向上直流輸電線路對(duì)地及交叉跨越距離［J］.電力建設(shè)，2011，32(1):15-17.

［4］Q/GDW 145—2006±800 kV直流架空輸電線路電磁環(huán)境控制值［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［5］張文亮.人居電力電磁環(huán)境［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009:1，30.

［6］劉澤洪，陸家榆，余軍，等.同走廊兩回±800 kV直流線路地面合成電場(chǎng)研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(6):121-130.

［7］王小鳳，周浩.±800 kV特高壓直流輸電線路的電磁環(huán)境研究［J］. 高壓電器，2007，43(2):109-112.

［8］吳桂芳，袁春峰，陸家榆，等.特高壓直流線路與交流線路同走廊時(shí)混合電磁環(huán)境的計(jì)算［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(2):14-19.

［9］吳桂芳，余軍，郭賢珊，等.±800 kV直流和1 000 kV交流線路同走廊時(shí)最小接近距離研究［J］.中國(guó)電力，2007，40(12)，22-26.

［10］姚元璽，張慧，竇婷婷.輸電線路設(shè)計(jì)中的電磁環(huán)境要求［J］.山東電力技術(shù)，2011(1):22-27.

［11］黃一鳴，任巍巍，趙玥.特高壓直流線路同走廊時(shí)的電磁環(huán)境研究［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2009，38(11):83-86.