布置方式對500kV同塔雙回線路電磁環(huán)境影響及優(yōu)化建議

中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司 王 輝 周 攀 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局 洪煒平

電力是關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電力供應(yīng)事關(guān)國家安全戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全局。我國的電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以500kV 和750kV電網(wǎng)為基礎(chǔ)，作為底層骨干網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的500kV 輸電線路具有長度最長、與周圍環(huán)境最密切的特點。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，公眾對輸變電工程建設(shè)項目的電磁環(huán)境影響的關(guān)注度越來越高，如何做到電網(wǎng)建設(shè)與成本控制、環(huán)境達(dá)標(biāo)成為一個合理權(quán)衡的課題[1]。本文主要從500kV 同塔雙回線路的相序排列、相同相序條件下導(dǎo)線在桿塔上的布置方式方面來探討輸電線路工程的電磁環(huán)境影響情況及桿塔優(yōu)化的可能性。

1 計算方法、參數(shù)及方案

計算方法：交流輸電線路運行期的電磁環(huán)境影響因子主要為工頻電場和工頻磁場。相關(guān)工程經(jīng)驗和理論計算結(jié)果均表明，常規(guī)交流輸電線路運行期產(chǎn)生的工頻磁場遠(yuǎn)小于國家電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)限值，一般不會成為電磁環(huán)境影響的限制性因素，因此本文主要對工頻電場情況進(jìn)行研究。輸電線路工頻電場強度大小采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——輸變電工程》(HJ24--2014)附錄C 推薦的計算模式進(jìn)行。具體方法為在MATLAB 軟件系統(tǒng)下對相關(guān)計算公式進(jìn)行編程，然后根據(jù)需要輸入相關(guān)參數(shù)運行后得到相關(guān)電磁環(huán)境影響計算結(jié)果。

計算參數(shù)：本文選取常規(guī)區(qū)域骨干網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用的500kV 電壓等級的輸電線路進(jìn)行計算。線路導(dǎo)線選取常用的子導(dǎo)線直徑33.6mm、截面積為630mm2鋼芯鋁絞線，導(dǎo)線采用4分裂方式組合，分裂間距500mm。線路對地高度按線路通過居民區(qū)導(dǎo)線最小對地低高度14m 進(jìn)行取值。

計算組合設(shè)計方案：本文主要從線路相序排列、導(dǎo)線在空間的布局型式（桿塔型式）變化情況設(shè)計相關(guān)計算組合，計算和分析相關(guān)參數(shù)變化對工頻電場強度的影響及電磁環(huán)境影響達(dá)標(biāo)時的導(dǎo)線最小對地高度要求。對于導(dǎo)線相序?qū)﹄姶怒h(huán)境的影響，根據(jù)相序排列組合原理篩選出6個有效相序排列方式進(jìn)行計算；根據(jù)導(dǎo)線在空間的布局方案，篩選了5種桿塔布局型式進(jìn)行計算；具體計算方案及相關(guān)參數(shù)選用情況如下：

相序排列影響計算組合：桿塔型式為鼓型排列，層高為上層、下層各12m，線間距為上層12m、中層14m、下層13m，相序組合分別為A1（Ⅰ回相位、Ⅱ回相位均為A/B/C,同相序）、A2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位A/C/B，異相序）、B1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/A/C，異相序）、B2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/C/A，異相序）、C1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/A/B，異相序）、C2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/B/A，逆相序）；線路桿塔型式影響計算組合：相序為逆相序，層高為上層、下層各12m，桿塔型式為垂直型（Ⅰ回線間距（m）、Ⅱ回線間距（m）分別為10/10/10）、鼓型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為9/10/9）、反鼓型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為10/9/10）、梯型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為8/9/10）、反梯型（Ⅰ、Ⅱ回線間距（m）分別為10/9/8）。

2 計算結(jié)果及分析

不同相序組合的電磁環(huán)境計算結(jié)果及分析：桿塔型式、層高和線間距相同的條件下，導(dǎo)線最小對地高度為14m 時，不同相序組合條件下500kV同塔雙回線路下方距離地面1.5m 高度處的工頻電場分布情況見圖1，邊導(dǎo)線外5m 及以外區(qū)域工頻電場達(dá)標(biāo)的最小架線對地高度情況見圖2。上述計算結(jié)果表明，在桿塔型式、層高及線間距均相同的情況下，導(dǎo)線采用同相序及底層相位相同的異相序排列時輸電線路的電磁環(huán)境影響最大，逆相序線路的電磁環(huán)境影響最小，底層相位不同的異相序電磁環(huán)境影響程度居中，且異化程度越高的電磁環(huán)境影響越小。邊導(dǎo)線外5m 及以外區(qū)域工頻電場達(dá)標(biāo)所需的最小架線高度結(jié)果圖也清楚的表明了上述規(guī)律。

圖1 不同相序組合的工頻電場分布情況示意圖

圖2 不同相序組合工頻電場達(dá)標(biāo)最小架線高度示意圖

不同桿塔型式電磁環(huán)境計算結(jié)果及分析：在相序和層高相同、導(dǎo)線最小對地高度為14m 時，輸電線路采用不同桿塔型式時，500kV 同塔雙回線路下方距離地面1.5m 高度處的工頻電場分布情況見圖3，邊導(dǎo)線外5m 及以外區(qū)域工頻電場達(dá)標(biāo)的最小架線高度情況見圖4。

圖3 不同桿塔型式線路工頻電場分布示意圖

圖4 不同桿塔型式工頻電場達(dá)標(biāo)最小架線高度示意圖

上述計算結(jié)果表明，在相序和層高相同、輸電線路桿塔線間距最大寬度為10m 的情況下，梯形、反鼓型和垂直型布置桿塔的電磁環(huán)境影響水平最大，鼓型排列的影響次之，反梯型布置方案的電磁環(huán)境影響最小。同時梯形、反鼓型和垂直型布置型式的桿塔底層導(dǎo)線線間距一致且數(shù)值最大，鼓型桿塔底層導(dǎo)線線間距大小次之，反梯型布置桿塔底層導(dǎo)線間距最小。可得出如下結(jié)論：就桿塔型式的電磁環(huán)境影響因素來說，底層導(dǎo)線間距越小的桿塔電磁環(huán)境影響越小[2]。

3 輸電線路優(yōu)化設(shè)計改進(jìn)措施

為降低因電磁環(huán)境因素制約而必須抬升導(dǎo)線對地高度的建設(shè)成本，或在造價相同的情況下進(jìn)一步降低工程建設(shè)的電磁環(huán)境影響，可考慮從以下幾個方面優(yōu)化桿塔設(shè)計：導(dǎo)線相序排列方式方面。同塔雙回線路或兩回線路近距離并行時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用逆相序的導(dǎo)線排列方式，因線路運行其它因素考慮確實無法采用逆相序時，應(yīng)盡量采用異化程度較高的異相序排列方式，盡量避免采用同相序排列；桿塔選型設(shè)計方面。理論上反梯型布置的桿塔電磁環(huán)境影響最小，但反梯型布置塔型存在力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理、視覺美觀方面等因素，不具備廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前實際應(yīng)用的鼓型排列桿塔從電磁環(huán)境影響角度分析是較為合理的塔型。

4 結(jié)語

為控制或降低同塔雙回輸電線路工程的電磁環(huán)境影響，建議盡量采用逆相序排列的相序；此外，采用緊湊型桿塔不僅可以減少輸電線路走廊對沿線土地利用功能的影響，而且能夠降低桿塔高度和材料用量，從而減少工程投資，同時采用緊湊型桿塔的線路能夠有效降低工程建設(shè)造成的電磁環(huán)境影響。目前，緊湊型桿塔輸電線路工程在實際工程中尚不普遍，建議相關(guān)主體建設(shè)單位和設(shè)計院在輸變電工程設(shè)計和實踐中對緊湊型桿塔進(jìn)行深入研究和探討，為建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會做出貢獻(xiàn)。