±800 kV特高压直流输电线路极间距优化

2011-06-06刘文勋赵全江李健马凌黄欲成于跃

电力建设 2011年11期

刘文勋，赵全江，李健，马凌，黄欲成，于跃

(中南电力设计院，武汉市，430071)

0 引言

±800 kV特高压直流输电线路双极导线一般采用水平方式排列，其极间距离是综合考虑电磁环境、绝缘子串长度、绝缘子串夹角、空气间隙等因素而确定的。我国已建成的云南—广东±800 kV直流输电线路、向家坝—上海±800 kV直流输电线路以及正在建设的锦屏—苏南±800 kV直流输电线路的双极导线极间距均按不小于22 m设计。随着±800 kV特高压直流输电线路关键技术的进一步深化研究以及大截面导线的研制和成功应用，能否减小±800 kV线路的极间距离已成为大家所关注的主要问题之一［6］。

极间距是影响塔重指标的重要因素，极间距越大，杆塔横担越长，相同导线荷载下对杆塔产生的力矩越大，塔材指标也就越高。从极间距对塔重敏感性分析可知，极间距缩减10%，塔重减少约6%。因此，缩小极间距对降低塔重、节省工程投资具有重要意义。

本文结合±800 kV特高压直流输电线路的典型设计条件，研究极间距优化的可行性和技术路线，为后续特高压直流输电线路的设计提供参考。

1 极间距优化边界条件分析

1.1 极间距变化对电磁环境的影响

电磁环境问题是特高压直流输电线路设计的首要问题［1］，极间距越小，极导线表面场强越大，则无线电干扰、可听噪声越大。以6×JL/G3A－900/40导线为例，当电压为±816 kV、对地距离取18 m时，计算出不同极间距下的导线表面场强、地面合成场强、无线电干扰及可听噪声，如表1所示。

表1 不同极间距的线路电磁环境计算结果Tab.1 Results of electromagnetic environment of different polarity distances

由表1可知，随着极间距的缩小，导线表面最大标称场强增大，从而无线电干扰和可听噪声增大，地面合成场最大值有所降低［3］。同时可以看出，采用6×JL/G3A－900/40导线时，满足电磁环境要求时的最小极间距可较22 m大幅缩减，仅为16.5 m左右。

此外，通过计算可以发现，随着导线截面的增大，相同极间距情况下的无线电干扰、可听噪声等指标也会有所改善，满足电磁环境指标的最小极间距也会随导线截面增大而减小［7］。

1.2 合成绝缘子串长优化

特高压直流线路合成绝缘子长度选择一般采用污耐压法，即根据试验得出的闪络梯度，考虑污秽成分、上下表面污秽不均匀、灰密等因素的修正，并考虑绝缘配合安全裕度得出合成绝缘子长度。

由于人工污秽闪络电压曲线是以纯NaCl为人工污秽得到的，而实际污秽有相当多的导电成分是溶解度、导电性差很多的CaSO4。根据NGK提供的污秽成分校正经验公式可知，随着石膏的比例增大，耐污压有所提高，当石膏:盐=4:1时，耐污压提高20%;石膏:盐 =10:1，耐污压提高30%;石膏:盐 =20:1，则耐污压提高40%。可见，按人工污秽试验结果选择的绝缘子长度，在污秽成分方面，污耐压水平是有一定的安全裕度的［4］。

计算合成绝缘子串长的另一重要参数是绝缘配合安全裕度。目前合成绝缘子污耐压试验数据都是基于合成绝缘子完全亲水性的，而憎水性状况下的污闪电压远高于亲水性的污闪电压。实际运行中合成绝缘子出现完全亲水性的可能性不大。盘式绝缘子安全裕度取3σ，考虑到合成绝缘子在积污特性方面优于盘式绝缘子，因此，建议合成绝缘子安全裕度取2σ。轻、中、重污区的合成绝缘子长度计算结果如表2所示。建议合成绝缘子长度在轻、中、重污区分别取 8.5，9.4，10.6 m。

表2 合成绝缘子长度Tab.2 Comparison of composite insulator string lengthsm

1.3 空气间隙

±800 kV直流线路直线塔一般采用V型绝缘子串，空气间隙主要受操作过电压间隙控制。根据已建特高压直流线路沿线过电压的计算分析和现行规程规定［5］，空气间隙如表3所示。

表3 空气间隙值［2］Tab.3 Different air gaps

2 主要边界条件对极间距的敏感性分析

2.1 空气间隙和绝缘子串长

在电磁环境满足要求的前提下，杆塔极间距是由空气间隙和绝缘子串长2方面控制条件决定的。综合不同污秽条件的绝缘子串长和不同操作过电压及海拔条件的空气间隙，进行塔头布置，可以得出极间距的控制条件，如表4所示。

表4 空气间隙和绝缘子串长对极间距的影响Tab.4 Effect of air gap and insulator string length on polarity distance

由表4可见，极间距同时受空气间隙和绝缘子串长控制，空气间隙越小，串长越长，极间距越可能受串长控制，相反极间距更可能受空气间隙控制。

2.2 V型串夹角对极间距的敏感性分析

V型串夹角的取值也会影响导线相对塔身的位置。V型串夹角取的较大，能够满足较小的摇摆角系数，但极间距随之放大，而且可能造成对上横担间隙不足;V型串夹角取的较小，则可以缩小极间距，但杆塔定位受到一定限制，同时也加长了等效串长，降低了导线对地高度。

V型串夹角受到气象条件、导线型号及杆塔使用条件影响，一般来说，导线截面越大、摇摆角系数越大，V型串夹角越大。当空气间隙为6.3 m时，分析V型串夹角变化对极间距的影响，结果如表5所示。

表5 V串夹角对极间距的影响Tab.5 Effect of V style insulator string angle on polarity distance

由表6可知，V型串夹角越大，极间距越大，同时等效垂直串长越短，在同样的对地距离下，要求的杆塔呼高越低;但是当塔头主要由空气间隙控制时，缩小V型串夹角对极间距影响甚微。

3 极间距优化实例

以溪洛渡—浙西±800 kV直流输电线路工程为例进行极间距优化。

气象区:风速27 m/s，轻中冰;

海拔:1000 m以下;

导线型号:6×JL/G3A－900/40;

操作空气间隙:6.3 m;

绝缘子串:V型合成绝缘子串，污秽不均匀系数取1.065，灰密校正系数取1.14，污秽成分的校正系数取1.0，安全裕度取2σ时，串长计算值为10.6 m;

V型串夹角:杆塔摇摆角系数取0.65时，夹角计算值为85°。

根据以上边界条件对杆塔进行塔头设计及塔材布置，可将±800 kV直流输电线路最小极间距从22 m缩为20 m，如图1所示。

图1 极间距优化后的塔头示意图Fig.1 Tower head of optimized polarity distance

4 可放档距校核

按照规程规定，直流输电线路的水平线间距离应符合如下要求:

式中:D为导线水平线间距离，m;ki为悬垂绝缘子串系数，V型绝缘子串ki=0;Lk为悬垂绝缘子串长度，m;U为系统标称电压，kV;fc为导线最大弧垂，m;kf为系数，1000 m 以下档距取0.65，1000～2000 m取0.8～1.0;A 为增大系数，10～15 mm 覆冰取 0，20～30 mm 覆冰取 0.5 m，40 mm 及以上覆冰取1.0 m。

由式(1)计算可知，极间距缩为20 m后的线路最大可放档距大于1.3 km，可以满足实际工程排位的档距要求。