变电站同塔双回进出线电磁环境分析

2011-06-06郝阳贺立斋张建华徐光

电力建设 2011年10期

郝阳，贺立斋，张建华，徐光

(1.西北电力设计院，西安市，710075;2.青海省电力公司，西宁市，810100)

0 引言

输电线路采用同塔双回架设方式进行建设，可以节省有限的土地资源，还能减少房屋拆迁，是一种“资源节约型”的架设方式。同塔双回输电线路设计时，往往是采用正常档进行导线表面场强、无线电干扰、可听噪声等电磁参数预测，选择合理的导线及导线布置方案满足电磁环境限值要求，一般均可以达到预测值和实测值基本一致的效果。但是对变电站同塔双回进出线段来说，因单、双回路变换，相导线布置方式更为紧凑，其电磁环境往往较线路正常档差。

变电站的选址应考虑运行维护的方便，往往选择在交通相对便利，人员相对集中的地方。因此改善变电站同塔双回进出线电磁环境，对于改善整个变电站周边电磁环境、实现工程“环境友好型”的建设目标都具有非常重要的现实意义。

本文采用750 kV同塔双回输电线路进出线段典型布置方案，研究改善变电站同塔双回进出线电磁环境的方法。

1 计算模型

1.1 典型导线布置

变电站进出线的导、地线布置决定于终端塔和变电站构架，750 kV输电线路典型的终端塔塔头如图1所示(图1～5中，尺寸单位为m)。750 kV线路终端塔转角角度按70°考虑，简化的导、地线布置见图2，门型构架简化的导、地线布置示意图见图3。

本文选择同塔双回750 kV线路普遍采用的LGJ－500/45导线进行计算，地线选用JLB－180铝包钢地线，相导线布置方式采用6分裂、正六边型布置、分裂半径0.4 m。图4为分裂导线布置图。

图1 终端塔单线图Fig.1 One-line diagram of dead end tower

图2 终端塔简化尺寸Fig.2 Simplified size of dead end tower

图3 门型简化尺寸Fig.3 Simplified size of gantry tower

图4 分裂导线布置示意图Fig.4 Sketch of split conductors layout

变电站进出线段因单、双回路变换，使得相导线间距离更为紧凑。进出线段的导线布置可简化认为是异面曲线，根据图2、3的典型布置，通过计算异面曲线间的最小距离，进而确定相导线最近距离处的各相导线坐标，从而可以求得进出线段的导线典型布置(相导线布置与进线方式有关，本文仅给出1种典型进线方式，因弧垂差异而不完全对称)如图5。

1.2 计算方法

(1)导线表面电场强度。导线表面电场强度决定于最高运行电压、子导线直径、相导线分裂形式以及相间距离等。导线表面场强的计算方法有2种，即模拟电荷法和逐次镜像法，二者相比逐次镜像法计算精度更高［1-4］，本文采用逐次镜像法计算导线表面场强。

图5 变电站进出线段导地线典型布置Fig.5 Sketch of the layout of downlead

(2)无线电干扰。无线电干扰(radio interference，RI)，是输电线路设计重要的电磁控制参数。国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐的计算输电线路无线电干扰的方法有2种，即经验法和激发函数法［1］。经验法广泛应用于现有电压等级的输电线路的无线电干扰计算评估中，适用于导线分裂数≤4的线路，计算结果为好天气下的干扰场强;激发函数法主要用于导线分裂数＞4的情况，是基于试验线路或电晕笼测量而得的大雨条件下的激发函数，通过一定的模量变换，得出各相导线的脉冲电流，再获得这些电流产生的场，即无线电干扰［3-6］。本文采用激发函数法计算无线电干扰。

(3)可听噪声。输电线路的可听噪声(audible noise，AN)。交流输电线路因电晕产生的可听噪声由2部分组成:一种是由正极性流注放电产生的宽频带噪声，这是交流噪声的主要部分;另一种是由于电压周期变化，使导线附近带电离子往返运动产生的纯音，频率是50周的倍频［7］。输电线路电晕产生的可听噪声可以利用经验公式计算，美国电科院和博纳维尔电力管理局总结出的公式比较有代表性。本文采用美国博纳维尔电力管理局提供的公式计算可听噪声。

2 计算结果及分析

计算时最高运行电压取800 kV，门型构架导线挂点高度34 m，地线挂点高度49 m;终端塔下导线高度42 m，地线高度89.7 m;海拔高度2.5 km。

2.1 电磁环境参数

根据前文所述的模型和计算方法，典型变电站进出线档与线路正常档电磁环境参数计算结果见表1。

从表1可以看出，对于变电站同塔双回进出线段，由于相导线布置更加紧凑，表面场强比正常档大4.8 kV/m，无线电干扰比正常档大7.9 dB，可听噪声比正常档大5.6 dB，大于规范允许的58 dB，因此需要采取措施改善进出线段电磁环境。

表1 电磁环境参数计算结果Tab.1 Computational results of the electromagnetic environment parameters

2.2 影响电磁环境因素分析

输电线路电磁环境与相导线间距离、相导线分裂根数、分裂导线单根直径、子导线分裂间距、导线对地高度等因素密切相关［7］。

(1)相导线间距离。相导线间距离与无线电干扰、可听噪声的关系曲线见图6。从图6可以看出，无线电干扰和可听噪声随着相导线间距离的增加而减小，无线电干扰的减小趋势更明显一些，说明相导线间距离对无线电干扰更敏感。

图6 相导线间距离与ERI、EAN关系曲线Fig.6 Relationship curves between the distance of phase conductor and ERI、EAN

(2)相导线分裂根数。相导线分裂根数与无线电干扰、可听噪声的关系曲线见图7。从图7可以看出，无线电干扰和可听噪声随着分裂根数的增加而减小，可听噪声的减小趋势更明显一些，说明相导线分裂根数对可听噪声更敏感。

(3)分裂导线单根直径。分裂导线直径与无线电干扰、可听噪声的关系曲线见图8。从图8可以看出，无线电干扰和可听噪声随着分裂导线直径的增加而减小，二者的的减小趋势基本一致。

(4)子导线分裂间距。子导线分裂间距与无线电干扰、可听噪声的关系曲线见图9。从图9可以看出，无线电干扰和可听噪声随着子导线分裂间距的增加先减小后增大，均存在明显的极值点。

图7 相导线分裂根数与ERI、EAN关系曲线Fig.7 Relationship curves between the number of split conductor and ERI、EAN

图8 分裂导线直径与ERI、EAN关系曲线Fig.8 Relationship curves between the sub-conductor diameter and ERI、EAN

图9 子导线分裂间距与ERI、EAN关系曲线Fig.9 Relationship curves between the spacing of the split conductors and ERI、EAN

(5)导线对地高度。导线对地高度与无线电干扰、可听噪声的关系曲线见图10。从图10可以看出，无线电干扰和可听噪声随着导线对地高度的增加而减小，无线电干扰的减小趋势更明显一些，说明导线对地高度对无线电干扰更敏感。

3 处理方案与措施

图10 导线对地高度与ERI、EAN关系曲线Fig.10 Relationship curves between the conductor to ground height and ERI、EAN

一般工程中，需考虑最佳分裂间距与导线直径比值在一定的范围内才能有效避免次档距振荡，因此优化子导线分裂间距的方法一般不可取;此外，考虑到全线相导线分裂根数统一及配套金具的因素，一般也不宜调整导线分裂根数。因此，改善变电站同塔双回进出线电磁环境的可取措施如下:

(1)采用较高的终端塔，提高导线对地距离。

(2)通过终端塔的布置和弧垂调整，尽可能增大相导线间距离。

(3)进出线档采用比正常档直径更大的分裂导线。

措施(1)和(2)与终端塔位置、转角度数、弧垂、横担长短等多种因素相关，本文不展开分析。下面通过计算来预测采取措施(3)的改善效果。将LGJ－500/45(直径30 mm)导线分别更换为ACSR－720/50(直径 36.2 mm)和 JL/G3A －900/40(直径 39.9 mm)导线，其他条件不变，典型变电站进出线电磁环境参数计算结果见表2。