±500kV同塔双回直流线路极导线排列方式探讨

江卫华，李 健，汪 雄

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

±500kV同塔双回直流线路极导线排列方式探讨

江卫华，李 健，汪 雄

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

±500kV同塔双回直流输电由于输送容量大、占地少等因素在我国得到了推广应用。±500kV同塔双回直流极导线排列方式应综合考虑电磁环境、防雷性能、走廊宽度、电晕等因素并结合工程本体造价综合考虑。本文以溪洛渡送电广东±500kV同塔双回直流输电工程为例，从导地线表面场强、地面合成场强、离子流密度、可听噪声、无线电干扰、导线对地最小距离及走廊宽度、防雷性能等方面，对同塔双回直流线路几种极导线排列方式进行了综合比较分析。

同塔双回；极导线排列方式；电磁环境；防雷性能。

1 工程概况及计算条件

溪洛渡送电广东±500kV同塔双回直流输电工程，起于云南盐津县境内的溪洛渡右岸换流站，止于广东从化市汾水换流站，全长约1286km，输送容量6400MW。线路经过地区大部分为山区，海拔50m～2000m，设计风速为27m/s。工程采用的导线型号为4×900mm2钢芯铝绞线，四分裂正方形布置，分裂间距500mm。地线采用100mm2钢绞线和相当截面的OPGW。工程所采用的典型塔头尺寸如图1所示。

工程可能采用的四种极导线排列方式见表1。四种排列方式分别标注为方式A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)、D(--/++)。

图1 典型塔头尺寸

表1 极导线排列方式

2 导线和地线表面场强计算

本文根据逐次镜像法，计算导线和地线表面场强。

导线表面场强计算结果见表2。

表2 导线表面场强计算值

从表2中可以看出，排列方式A(+-/-+)导线表面场强最大， B(-+/-+)最小，排列C(++/--)、D(--/++)导线表面场强相同。

直流极导线工作时，在其附近产生电场，架空地线受电场作用会在其上感应电荷，形成地线表面电场。地线表面场强计算结果见表3。

表3 地线表面场强计算值

从表3可以看出， 排列方式A(+-/-+)方式下的地线表面场强最小， C(++/--)和D(--/++)最大， B(-+/-+)介于两者之间。根据计算，2000m海拔时100mm2地线的起晕场强为18.5 kV/cm(干)和13.8kV/cm(湿)。排列方式A(+-/-+)地线不会起晕， C(++/--)和D(--/++)地线起晕较严重。排列为B(--/++)时，地线在晴天(即干导线)不会起晕，但在雨天会起晕。

如极导线排列方式采用C(++/--)、D(--/++)，要使地线不起晕，要求地线的直径必须大于17.5mm，即地线需采用185mm2截面及以上。

3 地面合成场强及离子流计算

直流线路下的空间电场是由两部分合成的，一部分是由导线所带电荷产生的静电场，通常称之为标称电场，另一部分是由空间电荷产生的电场，这两部分电场合成，称为合成电场。在电场的作用下，空间电荷不断向地面移动，地面单位面积所接收到的电流称为离子流密度。

直流合成场强目前主要有三种计算方法：解析方法、半经验公式法、数值计算方法。本文采用解析方法计算，其采用Deutsch 假设，即认为空间电荷不影响电场方向，只影响场强的大小，从而将二维问题转化为一维问题计算，计算结果精度可以满足实际工程需求。

表3为海拔2000m，下层导线对地距离11.5m时，4×900mm2导线在四种不同极导线排列方式下的地面最大合成场强计算值。

表4 地面最大合成场强(kV/m)

从表4中可以看出，排列方式C(++/--)和D(--/++)地面最大合成场强最大， B(-+/-+)最小。各种极导线排列方式下的地面合成场强在导线对地距离11.5m时都小于30kV/m，均满足限值要求。

表5为不考虑风的影响，在2000m海拔，下层导线对地距离11.5m时，4×900mm2导线在四种极导线排列方式下的地面离子流密度。

表5 地面离子流密度(nA/m2)

计算结果表明，排列方式B(-+/-+)地面离子流密度明显最小， C(++/--)、D(--/++)最大。但各种极导线排列方式下的最大离子电流密度均远小于限值要求值100nA/m2。

4 可听噪声和无线电干扰计算

好天气条件下的可听噪声水平是衡量直流线路整体噪声水平的一个特征量。本文可听噪声采用误差较小的BPA公式进行计算，并考虑两回可听噪声在能量层面上叠加。不同极导线排列方式下距正极导线20m处晴天可听噪声计算值见表6。

表6 可听噪声计算结果

从表6可以看出，各种极导线排列方式下可听噪声计算值均小于45dB,满足国家环境噪声标准中规定的一类地区夜间限制标准规定的限值。排列方式A(+-/-+)由于导线表面场强最大，因而可听噪声最大， B(-+/-+)的可听噪声最小。

对无线电干扰计算，采用CISPR推荐的单回双极直流线路计算公式，并考虑两个单回线路的无线电干扰在能量层面上的叠加。

不同极导线排列方式下距正极导线20m处无线电干扰计算值见表7。

表7 无线电干扰计算结果

从表7计算结果，不同极导线排列方式下，无线电干扰水平均满足55～58dB限值要求。排列方式A(+-/-+)无线电干扰最大，B(-+/-+)最小。

可听噪声和无线电干扰限值对±500kV同塔双回直流线路的应用和极导线排列方式选择都不会起制约作用。

5 导线对地最小距离及线路走廊宽度

对于±500kV单回直流线路，DL/T 436-2005《高压直流架空送电线路技术导则》中规定，若采用4×720mm2导线，在非居民区和居民区，极导线最小对地距离分别取11.5m和15m。表8给出了本工程采用4×900mm2导线在不同极导线排列形式时为满足地面合成电场限值要求所确定的极导线最小对地距离。

表8 不同极导线排列最小对地距离

由表8可看出，无论采用哪种极导线排列方式，极导线最小对地距离均不比标准中对单回直流要求的高。

当±500kV同塔双回直流中的一回发生故障时，另一回线路产生的地面合成场强也应满足限值要求。因此，建议±500kV同塔双回直流极导线对地最小距离取值与单回线路的相同。

根据直流线路临近民房时地面合成场强限值要求，不同极导线排列方式下的线路走廊宽度计算值见表9。为便于比较，表中同时给出了单回直流采用不同导线时的走廊宽度。

表9 不同极导线排列方式的线路走廊宽度(m)

从表9可以看出，走廊宽度由窄到宽排序，对应的极导线排列方式依次为：C(++/--)或D(--/++)、A(+-/-+)、B(-+/-+)。无论哪种极导线排列方式，同塔双回所占走廊宽度都比单回要窄。

6 防雷性能分析

6.1 反击性能

本文采用基于雷电波过程的EMTP/ATP仿真方法计算雷击反击特性。

对于单回闪络，A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)三种排列方式耐雷水平一致，均为131.3kA， D(--/++)耐雷水平稍高，为137.5kA，且各种排列方式下闪络的均为正极导线。A(+-/-+)、B(-+/-+)、C(++/--)三种导线排列方式上方均有正极性导线，因此击穿所需要的雷电流幅值相近，而排列方式D(--/++)，两回正极性导线都在下方，波阻抗较大，因此击穿所需要的雷电流幅值稍大。

对于双回闪络， C(++/--)的耐雷水平最低，为137.5kA， B(-+/-+)的耐雷水平最高为149.9kA，A(+-/-+)和D(--/++)分别为140.5 kA和146.4 kA。这是因为C(++/--)的两个正极均在上方，雷击杆塔时基本上同时击穿，因此和单回闪络的值相同。而B(-+/-+)排列方式下，由于两个正极性导线的均位于杆塔一侧，之间距离小于A(+-/-+)种排列方式，当上方的正极性导线击穿后，导线上的电压急剧下降，使得下方的正极性导线电压降低，因此，闪络所需要的雷电流幅值最大。

6.2 绕击性能

本文采用电气几何模型(EGM)对线路的绕击跳闸率进行计算。通过计算， C(++/--)绕击率最低，在地面倾角为15度时为0.0178(次/100公里*年)；D(--/++)绕击率最高，在地面倾角为15度时为0.0468(次/100公里*年)。A(+-/-+)、B(-+/-+)、D(--/++)三种排列方式最高的绕击跳闸率均相近，这主要与上下两个极导线的屏蔽性能有关，位于上方的极导线，主要靠避雷线屏蔽，位于下方的极导线，主要靠大地屏蔽，由于本线路保护角均为负，其避雷线对上方的极导线屏蔽作用较好，而因为是同塔双回，杆塔相对较高，地面对下方极导线的屏蔽性能稍差，综合极导线排列情况， C(++/--)的屏蔽性能最好，D(--/++)的屏蔽性能稍差。

7 计算结果分析及结论

⑴从电磁环境角度考虑，排列方式B(-+/-+)地面合成场强、离子流密度、可听噪声、无线电干扰均最小； C(++/--)和D(--/++)地面最大合成场强和离子流密度最大；A(+-/-+)可听噪声、无线电干扰最大。但各种极导线排列方式下电磁环境计算值均满足限值要求。

⑵从对地距离角度考虑，采用4×900mm2导线，四种排列方式要求的导线对地最小距离均不比DL/T 436-2005《高压直流架空送电线路技术导则》中对单回直流线路要求的高。从房屋拆迁走廊宽度角度，极导线按B(-+/-+)排列时，线路下的高场强区较宽，走廊宽度较其他几种排列方式稍大，但无论采用哪种极导线排列方式，同塔双回直流线路所占走廊宽度都比单回要窄。

⑶从防雷特性角度考虑，在保护角为负的情况下，排列方式C(++/--)绕击跳闸率最低，但反击跳闸率最高； D(--/++)单回反击跳闸率最低， B(-+/-+)双回反击跳闸率最低。四种排列方式全线总的雷击跳闸率大体相当，与南方地区已投运的±500kV直流线路防雷性能也大致相当。

⑷从带电检修角度考虑，一边一回的布置方式更便于运行人员事故抢修和带电作业。

⑸从地线表面场强角度考虑，排列方式B(--/++)下地线在雨天会起晕， C(++/--)和D(--/++)不管晴天或雨天地线起晕严重，要使地线不起晕，要求地线的直径必须大于17.5mm，即地线需采用185mm2截面及以上，这将增加铁塔荷载和单基指标。从地线表面场强考虑，极导线排列方式不宜采用C(++/--)和D(--/++)以及B(--/++)。

综上所述，四种极导线排列方式电磁环境指标和防雷性能均满足工程设计要求。从带电检修角度考虑，不推荐方式B(-+/-+)，从地线表面场强角度考虑，不推荐方式C(++/--)和方式D(--/++)以及B(--/++)。因此，本文推荐溪洛渡送电广东±500kV同塔双回直流输电工程极导线排列方式采用方式A(+-/-+)。

[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004。

Simple Analyse of Polar Conductor Arrangements of ±500kV Double Circuit DC Transmission

JIANG Wei-hua, LI Jian, WANG Xiong
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

±500kV double circuit DC transmission has wide application and dissemination in china for large transmission capacity, equipment localization and short construction period, Polar conductor arrangements of±500kV double circuit DC transmission line should consider electromagnetic environment,lightning protection performance,corridor, corona, and project construction cost. This essay takes XILUODU~GUANGDONG ±500kV double circuit DC transmission line for example, synthetically compares several polar conductor arrangements through conductor surface electric field, composite ground electric field, ion current density、audible noise、RI、least distance between conductor and ground、corridor width、lightning protection performance and other factors.

double circuit DC transmission;polar conductor arrangements;electromagnetic environment; lightning protection performance.

TM75

B

1671-9913(2010)01-0058-04

2009-12-04

江卫华(1970-)，男，高级工程师，从事送电线路设计工作。