±1 100 kV特高壓直流輸電線路對地及交叉跨越距離

胡守松，李健，馬凌，柏曉露，張益修

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

0 引言

我國地域能源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不均衡的基本國情，決定了能源必須在全國范圍內(nèi)優(yōu)化配置。對于需遠(yuǎn)距離送電的能源基地，如西藏水電、準(zhǔn)東火電外送和跨國輸電等項(xiàng)目，其遠(yuǎn)景輸電規(guī)模超過100 GW，輸電距離超過3 000 km，輸電容量大、距離長。若采用±800 kV直流輸電，線損率將超過10%，經(jīng)濟(jì)性較差，客觀上要求采用更高電壓等級直流輸電。而導(dǎo)線對地及交叉跨越距離對桿塔高度及造價(jià)影響很大，對于新的電壓等級輸電線路來說，是線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)原則之一。

1 導(dǎo)線對地及交叉跨越距離的確定原則

直流輸電線路導(dǎo)線對地及交叉跨越距離除要考慮電氣安全間隙外，還應(yīng)考慮電磁環(huán)境的影響，主要包括電場效應(yīng)(合成場強(qiáng)、離子流密度)、可聽噪聲、無線電干擾及磁場效應(yīng)，其中起決定作用的是電場效應(yīng)及電氣安全間隙。

1.1 電氣安全間隙

決定導(dǎo)線對地及交叉跨越距離的電氣安全間隙中，起控制作用的是操作過電壓。根據(jù)過電壓及放電間隙的初步研究成果，±1 100 kV直流輸電線路空氣間隙在不同海拔及操作沖擊過電壓下的空氣間隙如表1所示。

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在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于線路所經(jīng)地區(qū)最高海拔和操作過電壓都會(huì)有差異，從設(shè)計(jì)原則的適應(yīng)性考慮，電氣安全間隙推薦取為10.0 m。

1.2 電磁環(huán)境限值標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 電場效應(yīng)

參考我國±800 kV特高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)［1-2］，推薦±1 100 kV直流輸電線路電場效應(yīng)限值如下。

(1)一般非居民地區(qū):合成場強(qiáng)限定在雨天36 kV/m，晴天30 kV/m;離子流密度限定在雨天150 nA/m2，晴天 100 nA/m2。

(2)居民區(qū):合成場強(qiáng)限定在雨天30 kV/m，晴天25 kV/m;離子流密度限定在雨天100 nA/m2，晴天80 nA/m2。

(3)人煙稀少的非農(nóng)業(yè)耕作地區(qū):合成場強(qiáng)限定在雨天42 kV/m，晴天35 kV/m;離子流密度限定在雨天 180 nA/m2，晴天 150 nA/m2。

(4)線路鄰近民房時(shí):民房所在地面的未畸變合成場強(qiáng)按濕導(dǎo)線條件計(jì)算不超過15 kV/m，最大值不超過25 kV/m。

1.2.2 可聽噪聲

距直流架空輸電線路正極性導(dǎo)線對地投影外20 m處，由電暈產(chǎn)生的可聽噪聲50%值不超過45 dB;海拔高度大于1 000 m且線路經(jīng)過非居民區(qū)時(shí)，不超過50 dB。鄰近民房時(shí)，民房所在地面由直流線路電暈產(chǎn)生的可聽噪聲，按GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

1.2.3 無線電干擾

低海拔地區(qū)，距正極性導(dǎo)線對地投影外20 m處，晴天時(shí)0.5 MHz無線電干擾場強(qiáng)80%限值取為58 dB(μV/m)，海拔高度 1 000 m以上時(shí)不超過61 dB(μV/m)。

1.2.4 直流磁場

參考DL/T 1088—2008《±800 kV特高壓直流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)限值》，±1 100 kV直流線路下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度推薦限值為10 mT。

2 電場效應(yīng)影響因素分析

依據(jù)上述原則，在導(dǎo)線不同截面及分裂數(shù)、分裂間距、極間距及對地高度時(shí)，計(jì)算分析導(dǎo)線的電場效應(yīng)。按照海拔為1 000 m計(jì)算，且不考慮南北差異及污穢、干燥等因素。

2.1 導(dǎo)線截面及分裂數(shù)

計(jì)算條件:對地距離為24 m，極間距為28 m。分別計(jì)算8×800 mm2、8 ×900 mm2、8 ×1 000 mm2、8 ×1 120 mm2、8 × 1 250 mm2、10 × 800 mm2、10 ×720 mm2導(dǎo)線的電場效應(yīng)，結(jié)果如表2所示。

表2 不同導(dǎo)線電場效應(yīng)Tab.2 Electric field effects of different conductors

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果可知:10分裂導(dǎo)線地面合成場強(qiáng)優(yōu)于8分裂導(dǎo)線;導(dǎo)線分裂數(shù)相同時(shí)，導(dǎo)線截面積越大，地面合成場強(qiáng)、離子流密度越小。

2.2 分裂間距

計(jì)算條件:導(dǎo)線為8×1 000 mm2，對地距離為24 m，極間距為28 m。計(jì)算導(dǎo)線不同分裂間距時(shí)的電場效應(yīng)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同分裂間距時(shí)電場效應(yīng)Tab.3 Electric field effects of different split spacing

由表3計(jì)算結(jié)果可見，隨著分裂間距的增加，地面合成場強(qiáng)先減小后變大，分裂間距為300～350 mm時(shí)，地面合成場強(qiáng)最小。在工程設(shè)計(jì)中，綜合考慮次檔距振蕩和電磁環(huán)境影響，推薦分裂間距采用450 mm。

2.3 極間距

計(jì)算條件:導(dǎo)線為8×1 000 mm2，對地距離為24 m。計(jì)算不同極間距條件下導(dǎo)線電場效應(yīng)，結(jié)果如表4所示。

表4 不同極間距時(shí)電場效應(yīng)Tab.4 Electric field effects of different electrode spacing

從表4計(jì)算結(jié)果可以得出，隨著極間距的增加，地面合成場強(qiáng)、離子流密度有所減小，但變化較小，可見極間距對地面電場效應(yīng)影響較小。

2.4 對地距離

計(jì)算條件:導(dǎo)線為 8×1 000 mm2，極間距為28 m。計(jì)算不同對地距離時(shí)導(dǎo)線的電場效應(yīng)，結(jié)果如表5所示。

表5 不同對地距離時(shí)電場效應(yīng)Tab.5 Electric field effects of different ground clearance

從表5計(jì)算結(jié)果可知:對地距離越小，地面合成場強(qiáng)、離子流密度越大，且變化幅度越大;雨天電場效應(yīng)較晴天強(qiáng)，確定導(dǎo)線對地及交叉跨越距離時(shí)，雨天起控制作用。

3 導(dǎo)線對地及交叉跨越距離

3.1 導(dǎo)線對地距離

參考±1 100 kV導(dǎo)線及桿塔研究成果，推薦按照8×1 000 mm2導(dǎo)線、極間距為28 m(V串)、分裂間距為450 mm，確定±1 100 kV直流線路導(dǎo)線最小對地距離。根據(jù)導(dǎo)線對地及交叉跨越距離確定原則及相關(guān)計(jì)算結(jié)果［3-5］，確定居民區(qū)及非居民區(qū)的推薦導(dǎo)線最小對地距離，具體如表6所示。

表6 ±1 100 kV線路導(dǎo)線最小對地距離Tab.6 Minimum clearance to ground of±1 100 kV transmission line

在交通困難地區(qū)，按標(biāo)稱場強(qiáng)為20 kV/m以及合成場強(qiáng)限值雨天為46 kV/m、晴天為38 kV/m，計(jì)算導(dǎo)線對地距離，推薦值為20.5 m。

在步行可達(dá)到的山坡地區(qū)，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離按電氣安全間隙為10 m，人、畜及攜帶物總高為3.5 m，再加裕度2.0 m進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)線風(fēng)偏的凈空距離推薦取為15.5 m;對于步行不可達(dá)到的山坡、峭壁、巖石，導(dǎo)線風(fēng)偏后的凈空距離暫推薦取值為12 m。

3.2 交叉跨越距離

3.2.1 導(dǎo)線跨越鐵路和公路

±1 100 kV直流輸電線路跨越鐵路、公路時(shí)，交叉跨越距離按居民區(qū)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，推薦取值為28 m。±1 100 kV直流輸電線路跨越電氣化鐵路承力索或接觸線時(shí)，垂直距離由最大電氣間隙控制。電氣安全間隙為10 m，導(dǎo)線動(dòng)態(tài)范圍取2 m，裕度取3 m，則垂直距離推薦取值為15 m。導(dǎo)線至電氣化鐵路承力索或接觸線桿塔頂?shù)膱鰪?qiáng)，按合成場強(qiáng)雨天為50 kV/m、晴天為42 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為18 m。此時(shí)在電氣安全間隙10 m基礎(chǔ)上，有8 m裕度［6-7］。

3.2.2 導(dǎo)線跨越電力線路

±1 100 kV直流輸電線路跨越電力線路時(shí)，特高壓直流線路對被跨越導(dǎo)(地)線的最小垂直距離，按電氣安全間隙10 m、裕度3 m計(jì)算取值，推薦取值為13 m;對電力線桿塔頂?shù)淖钚〈怪本嚯x，可取交叉線路接觸網(wǎng)桿頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)及取值，推薦取值為18 m。

3.2.3 導(dǎo)線跨越弱電線路

±1 100 kV直流輸電線路跨越弱電線路時(shí)，導(dǎo)線至弱電線路的最小垂直距離，可按合成場強(qiáng)雨天為42 kV/m、晴天為35 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為21 m。

3.2.4 導(dǎo)線跨越樹木

±1 100 kV直流輸電線路跨越樹木時(shí)，導(dǎo)線對樹木最小垂直距離按合成場強(qiáng)雨天為60 kV/m、晴天為52 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為15.5 m。此時(shí)在電氣安全間隙10 m基礎(chǔ)上，有5.5 m裕度。

3.2.5 導(dǎo)線跨越河流

±1 100 kV直流輸電線路跨越通航河流時(shí)，導(dǎo)線至5年一遇洪水位的最小垂直距離按合成場強(qiáng)雨天為50 kV/m、晴天為42 kV/m計(jì)算取值，推薦取值為18 m。導(dǎo)線至最高航行水位時(shí)的最高船桅頂?shù)淖钚〈怪本嚯x，按導(dǎo)線電氣安全間隙10 m、裕度3 m計(jì)算取值，推薦取值為13 m。

±1 100 kV直流輸電線路跨越不通航河流時(shí)，導(dǎo)線至百年一遇洪水位的最小垂直距離按電氣安全間隙為10 m，漂浮物高度為2 m，裕度為3 m進(jìn)行計(jì)算，取值為15 m。冬季導(dǎo)線至冰面的最小垂直距離按非居民區(qū)(農(nóng)業(yè)耕作區(qū))的要求取值為24 m。

3.2.6 導(dǎo)線跨越特殊管道和索道

±1 100 kV直流輸電線路跨越特殊管道時(shí)，建議交叉跨越距離與跨越弱電線路時(shí)相同，取值為21 m，或按協(xié)議要求取值。±1 100 kV直流輸電線路跨越索道時(shí)，交叉跨越距離可與跨越電力線路時(shí)相同，取值為13 m。

4 導(dǎo)線與建筑物之間距離及線路走廊寬度

4.1 導(dǎo)線與建筑物之間距離

±1 100 kV直流線路不應(yīng)跨越經(jīng)常住人或屋頂為易燃材料的建筑物。導(dǎo)線與建筑物之間的最小垂直距離，按在交通困難地區(qū)對地距離的基礎(chǔ)上再增加0.5 m計(jì)算取值，為21 m。若所跨越的建筑物為非長期住人建筑，尚需滿足房屋所在位置地面處濕導(dǎo)線合成場強(qiáng)不超過15 kV/m的要求［8-10］。

考慮到導(dǎo)線最大風(fēng)偏工況是短時(shí)性的，導(dǎo)線在最大風(fēng)偏時(shí)對建筑物的最小凈空距離，按跨越時(shí)的垂直距離減去0.5 m計(jì)算取值，為20.5 m。

4.2 線路走廊寬度

綜合考慮合成場強(qiáng)、無線電干擾及可聽噪聲等因素，±1 100 kV直流線路走廊寬度由合成場強(qiáng)控制。對于8×1 000 mm2導(dǎo)線，當(dāng)極間距為28 m時(shí)，計(jì)算不同導(dǎo)線對地距離的走廊寬度，結(jié)果如表7所示。由表7計(jì)算結(jié)果可知，隨著導(dǎo)線對地距離的增加，走廊寬度逐漸減小。

表7 線路走廊寬度Tab.7 Line corridor width

5 結(jié)語

參考我國±800 kV特高壓直流輸電線路設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給出了±1 100 kV特高壓直流輸電線路電場效應(yīng)、無線電干擾、可聽噪聲等電磁環(huán)境的限值標(biāo)準(zhǔn)，對地面合成場強(qiáng)、離子流密度等影響因素進(jìn)行了分析計(jì)算。在此基礎(chǔ)上給出了±1 100 kV直流輸電線路導(dǎo)線對地及交叉跨越距離和線路走廊寬度。本文計(jì)算結(jié)果可供工程設(shè)計(jì)參考。

［1］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DL/T 1088—2008 ±800 kV特高壓直流線路電磁環(huán)境參數(shù)限值［S］.

［3］張殿生.電力工程高壓輸電線路設(shè)計(jì)手冊［M］.2版.北京:中國電力出版社，2003.

［4］中國電力工程顧問集團(tuán)公司.±800 kV級直流輸電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)研究(線路部分):對地及交叉跨越距離配合研究［R］.北京:中國電力工程顧問集團(tuán)公司，2008.

［5］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［6］安德生J G.345千伏及以上超高壓輸電線路設(shè)計(jì)參考手冊［M］.北京:電力工業(yè)出版社，1981.

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

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［10］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.