相序排列對1000kV/500kV同塔四回交流輸電線路電磁環(huán)境影響研究

雷小舟，劉 陽，溫靈長

(1.陜西省電力設計院，陜西 西安 710054；2.新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學)，北京 102206)

1 概述

目前我國輸電線路走廊資源日益緊張，特高壓電網(wǎng)正在考慮架設一個桿塔上包含特高壓和超高壓兩個電壓等級的同塔混壓多回輸電線路。關于不同相序排列方式對同塔多回輸電線路電磁環(huán)境的影響，已有文獻都是基于500kV及以下電壓等級的同塔四回線路進行分析，針對1000kV/500kV特、超高壓同塔四回輸電線路的情形還未有文獻提及。由于1000kV/500kV同塔四回線路的塔型結構與同塔500kV及以下電壓等級線路的塔型結構存在差異，且隨著電壓等級的提高，無線電干擾計算方法亦會有所不同，因此已有結論對于1000kV/500kV同塔混壓四回線路是否適用，是值得進一步研究的。

本文分析了適用于1000kV/500kV同塔四回輸電線路無線電干擾計算方法，基于典型桿塔模型計算了所有不同相序排列方式下的電磁環(huán)境參數(shù)，對比結果獲得6種最優(yōu)相序、6種最差相序，并詳細討論了最優(yōu)相序的適用性。

2 典型桿塔計算模型

本文采用的1000kV/500kV同塔混壓四回輸電線路典型桿塔模型見圖1，其中標示高度均為導線最低點高度。回路Ⅰ、Ⅱ為1000kV回路，回路Ⅲ、Ⅳ為500kV回路。

圖1 1000kV/500kV同塔四回線路塔型示意圖

3 無線電干擾計算方法

對于無線電干擾的計算，CISPR給出了適用于導線分裂數(shù)不超過4的輸電線路的經(jīng)驗公式法和適用于導線分裂數(shù)大于4的輸電線路的激發(fā)函數(shù)法。由于1000kV/500kV同塔混壓四回輸電工程同時涉及到4分裂500kV線路和8分裂1000kV線路，本文提出兩種計算方法：

方法(1)考慮1000kV、500kV回路之間的耦合，統(tǒng)一按激發(fā)函數(shù)法進行計算，即500kV回路也采用激發(fā)函數(shù)法，然后統(tǒng)一修正。

方法(2)忽略1000kV、500kV回路之間的耦合，用經(jīng)驗公式法計算500kV回路、用激發(fā)函數(shù)法計算1000kV回路，僅對后者1000kV回路的計算結果進行修正。

遍歷四回線路所有1296種(64)相序排列方式，方法(1)與方法(2)的計算結果偏差見圖2。

圖2 方法(1)與方法(2)的計算結果偏差

從圖2可以看出，兩種方法計算結果偏差均在10dB以內。偏差的來源有三個方面：

(1)經(jīng)驗公式法和激發(fā)函數(shù)法的不統(tǒng)一。

(2)兩種方法在是否考慮1000kV、500kV回路之間耦合上的差異。

(3)500kV回路應用激發(fā)函數(shù)法時的天氣修正值(方法(1)中500kV回路計算結果需要修正)。

激發(fā)函數(shù)法是基于大量實驗數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗公式法，對于4分裂線路也具有一定可行性。方法(1)對1000kV與500kV回路統(tǒng)一采用激發(fā)函數(shù)法，考慮了兩者之間的耦合，其與方法(2)不超過10dB的結果偏差相對于500kV回路應用激發(fā)函數(shù)法時天氣修正值(16dB～25dB的修正范圍)最大可帶來9dB的差異而言是相當?shù)摹９时疚牟捎梅椒?1)進行無線電干擾計算。

4 計算結果及分析

4.1 電磁環(huán)境參數(shù)計算及分析

為了研究相序排列對1000kV/500kV同塔混壓四回輸電線路電磁環(huán)境的影響，本文對圖1桿塔模型所有1296種(64)相序排列方式下的電磁環(huán)境參數(shù)進行了計算，列出各電磁環(huán)境指標最大和最小時對應的相序排列，見表1。其中Emax表示地面工頻電場最大值；S表示場強大于4kV/m的區(qū)域寬，即走廊寬度；AN表示可聽噪聲；RI表示無線電干擾值；相序排列方式對應圖1所示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回路的相序，各回路中導線按照從上到下、順時針的順序設定。

表1 電磁環(huán)境各量的最大最小情形

從表1中可以看出，任意相序排列方式下，可聽噪聲與無線電干擾均離限值還有一定裕度，工頻電場決定了導線對地高度和線路走廊寬度的確定，成為電磁環(huán)境的主要限制因素。

在所有相序排列中，共可找到6種Emax、S最小情況與6種Emax、S最大情況的相序排列形式，本文稱之為最優(yōu)相序、最差相序，其中最優(yōu)相序由表2列出。6種最優(yōu)相序下的Emax、S、AN、RI完全一致，說明這6種最優(yōu)相序具有重復性；最差相序同樣具有重復性。

表2 6種最優(yōu)相序

最優(yōu)相序和最差相序情況下的工頻電場橫向分布對比見圖3。從圖3中可以看出，相比最差相序，最優(yōu)相序下的工頻電場明顯減小，說明最優(yōu)相序在抑制工頻電場、減小線路走廊方面具有明顯的優(yōu)越性。此外，最優(yōu)相序相比最差相序，可聽噪聲和無線電干擾均有一定程度的減小，說明其不僅在抑制工頻電場方面，在降低可聽噪聲和無線電干擾方面也具有最優(yōu)的特性。

圖3 最優(yōu)相序與最差相序工頻電場橫向分布

4.2 最優(yōu)相序適用性分析

在圖1桿塔模型基礎上，分別將水平間距、層間距、導線對地高度在-4m～6m、-4m～6m、1m～6m之間以1m的間隔進行調整。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，當水平間距、層間距、導線對地高度分別發(fā)生變化時，表2所示6種最優(yōu)相序依然能使工頻電場最優(yōu)，且其他環(huán)境指標RI、AN也都沒有超過限值。

分別采用最優(yōu)相序、最差相序布置導線，Emax隨水平間距、層間距、導線對地高度變化的計算結果見圖4。從圖4可以看出，當導線空間布置(水平間距、層間距、導線對地高度)發(fā)生變化時，最優(yōu)相序相比最差相序，Emax減小了2kV/m～3kV/m，始終保持在電磁環(huán)境方面的優(yōu)越性。

圖4 工頻電場最大值Emax隨間距變化情況

5 結論

(1)基于本文桿塔計算模型，所有相序排列方式下的可聽噪聲與無線電干擾均滿足限值要求，工頻電場是電磁環(huán)境的主要限制因素。

(2)在所有相序排列方式中存在6種使得Emax、S最小的最優(yōu)相序，按最優(yōu)相序布置導線可以明顯改善線路電磁環(huán)境，尤其是抑制工頻電場、減小線路走廊。

(3)當水平間距、層間距、導線對地高度發(fā)生變化時，最優(yōu)相序始終不變，并保持在電磁環(huán)境方面的優(yōu)越性。

[1]吳健，等．不同電壓等級同塔四回架設線下工頻電場分布研究[J]．華東電力，2011，39(8)．

[2]馬文超．500kV同塔四回輸電線路的電磁環(huán)境分析[J]．電力建設，2010，31(2)．

[3]張曉，等．500/220kV混壓同塔四回線路電磁環(huán)境的仿真分析[J]．電網(wǎng)技術，2010，34(5)．

[4]張曉．同塔四回輸電線路電磁環(huán)境研究[D]．杭州：浙江大學電氣學院，2010．

[5]張曉，等．500kV同塔四回輸電線路最優(yōu)相序布置[J]．中國電力，2010，43(2)．

[6]陳稼苗．500kV同塔四回輸電線路電磁環(huán)境問題研究[D]．保定：華北電力大學，2010．

[7]莊池杰，等．交流輸電線路的無線電干擾計算方法[J]．電網(wǎng)技術，2008，32(2)．