三回同走廊特高压直流输电线路电磁环境研究

姚元玺，陈鹏

(山东电力工程咨询院有限公司，济南市，250013)

0 引言

为优化能源结构，我国近期将实施“疆电外送”方案的哈密—郑州±800 kV特高压直流输电工程。由于输电线路走廊资源的日益紧缺，为减小对地方规划、设施、居民区、风景区、自然保护区、压覆矿藏等影响，该直流线路在部分地段需与规划的另外2条特高压直流线路平行架设［1-2］。根据规划，该工程线路与拟建的准东—重庆±1 100 kV、酒泉—湖南±800 kV线路在部分地段平行走线，其中哈密—郑州±800 kV直流线路、酒泉—湖南±800 kV直流线路分别位于准东—重庆±1 100 kV线路两侧。

对于上述3条特高压直流线路，其平行距离长达上百km，因此，对三回特高压直流线路走廊的电磁环境进行研究，以确定多回线路的走廊宽度及邻近房屋拆迁范围，对实际的工程设计具有积极的指导意义。

1 电磁环境标准限值

我国输电线路走廊宽度的确定或处理，目前问题仍多集中在邻近建筑物的处理，一般由地面合成场强满足要求来确定。

特高压直流线路的电磁环境，必须满足国家和行业的有关法规和标准。参考文献［3］、［4］中对电磁环境的限值如表1所示。

表1 电磁环境标准限值Tab.1 Standard limits of electromagnetic environment

2 计算工具及计算模型

CDEGS软件中的SES-Enviroplus模块，可用于架空交、直流输电线路的电磁环境的计算，可精确计算与任意结构平行的输电线路、任意数目和类型的架空线路有关线参数、电场、磁场、标量电势、电损耗、可听噪声、无线电干扰等［5-7］。

根据哈密—郑州特高压直流线路走廊的实际情况，建立的计算模型如图1所示。

模型的计算参数如下:

图1 计算模型Fig.1 Computation model

(1)哈密—郑州±800 kV直流线路、酒泉—湖南±800 kV直流线路。导线型号JL/G3A-900/40钢芯铝绞线;导线布置方式6分裂子导线按正六边形排列，分裂间距450 mm;一根地线采用LBGJ-180-20 AC型铝包钢绞线，另一根地线采用OPGW 光缆;海拔高度2 km。

(2)准东—重庆±1 100 kV直流线路。导线型号8×JL/G2A-1000/45钢芯铝绞线;导线布置方式8分裂，子导线按正八边形排列，分裂间距450 mm;一根地线采用LBGJ-180-20 AC型铝包钢绞线，另一根地线采用OPGW光缆;海拔高度2 km。

3 导线对地距离对地面合成场强的影响

图2为±800 kV直流输电线路极导线不同对地距离时地面上0 m处和地面上1 m处的合成电场横向分布。图中从上到下的曲线依次对应极导线高度为18，21，23，25 m;图中虚线为地面上0 m 处的合成电场，实线为地面上1 m处的合成电场。图2给出了对应不同极导线对地距离，地面上0 m处和地面上1 m处的最大合成电场。

图2 ±800 kV直流线路合成电场横向分布曲线(导线对地距离18～25 m)Fig.2 Lateral distribution of synthesis electric field in±800 kV DC transmission line where the ground clearance of conductors is 18～25 m

由图2可知，对于直流±800 kV单回线路，当与直流线路中心相距50 m时，不同对地距离下的地面合成电场分布基本趋于一致，极导线对地距离变化对地面合成电场的影响较小，且合成电场随极导线高度增加而减小。

4 地面合成场强控制下的多回特高压直流线路最小接近距离与走廊宽度

4.1 未考虑电场效应时，直流线路同走廊时的最小接近距离

当多回直流线路同走廊，直流线路首先要满足单独存在时的导线对地距离要求。参考文献［3］中，对地距离要求如表2、3所示。±800 kV直流线路与其他架空线路同走廊时，边导线之间的最小水平距离最大风偏时取20 m。

表2 ±800 kV直流线路导线最小对地距离表Tab.2 Minimum ground clearance of conductors for±800 kV DC transmission line

表3 ±800 kV直流线路与架空线路水平接近距离要求Tab.3 Requirements for horizontal distance between±800 kV DC transmission line and overhead line

4.2 考虑电场效应时，直流线路同走廊最小接近距离

考虑多条线路同走廊时的电场效应，主要为多条线路地面合成场强的叠加［8-11］。三回特高压直流线路电场互相叠加，分别计算(-+、-+、-+)与(-+、+-、-+)2种典型极导线排列方式下的地面合成场强。

初步计算条件为:

(1)两回±800 kV线路对地距离20 m;

(2)一回±1 100 kV线路对地距离29 m;

(3)±1 100 kV线路在中间位置，与左右2条±800 kV线路的距离均为150 m。

当初始条件下的计算结果不满足合成场强限值的要求时，采取增加走廊宽度或加大对地距离的方式重新计算，以找到满足要求的走廊宽度及对应的对地距离。

4.2.1 (-+、-+、-+)排列方式下地面合成场强

三回特高压直流极导线排列方式为(-+、-+、-+)时的合成场强计算结果见图3，图中计算条件:晴天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);两回±800 kV的极间距20 m，对地距离19 m;一回±1 100 kV的极间距34 m，对地距离28 m;接近距离150 m。

图3 (－+、－+、－+)排列时的地面合成场强计算结果Fig.3 Total electric field strength in the ground for(－+，－+，－+)pattern

不同对地距离及线路接近距离所对应的走廊宽度计算结果如表4所示。

表4 (－+、－+、－+)排列线下三回特高压直流线路接近距离及走廊宽度(非居民区)Tab.4 Corridor width and approach distance for(－+，－+，－+)pattern of three-circuit UHVDC transmission line outside residential areas

4.2.2 (-+、+-、-+)排列方式下地面合成场强

三回特高压直流极导线排列方式为(-+、+-、-+)时的合成场强计算结果见图4，图中计算条件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、+-、-+);两回±800 kV极间距20 m，对地距离20 m;一回±1 100 kV极间距34 m，对地距离29 m;接近距离135 m。。

不同对地距离及线路接近距离所对应的走廊宽度计算结果如表5所示。

由表4和表5可以得出结论:

(1)同等条件下，三回特高压直流线路采用(-+、-+、-+)排列方式时，走廊宽度最小。

图4 (－+、+－、－+)排列时的地面合成场强计算结果Fig.4 Total electric field strength in the ground for( －+，+－，－+)pattern

表5 (－+、+－、－+)排列方式下三回特高压直流线路接近距离及走廊宽度(非居民区)Tab.5 Corridor width and approach distance for( －+，+－，－+)pattern of three-circuit UHVDC transmission line outside residential areas

(2)不满足地面合成场强的要求时，可采取增加不同回路的线间距离或提高导线对地距离2种方式解决，但提高导线对地距离效果显著，可明显减少同走廊宽度。因此，在局部走廊要求严格的地带，可采取适当提高对地距离的措施，来缩小多回线路的走廊宽度。

5 地面合成场强对房屋拆迁范围的影响

以三回直流平行为例，分别计算2种极导线排列方式下的房屋拆迁范围。

(-+、-+、-+)极导线排列方式下，三回直流线路平行时的走廊宽度如图5所示，图中计算条件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);两回±800 kV极间距20 m，对地距离20 m;一回±1 100 kV极间距34 m，对地距离29 m;接近距离130 m。由图5可以看出，以哈密—郑州±800 kV线路中心为坐标原点(0，0)，准东—重庆±1 100 kV直流线路中心坐标为(130，0)，酒泉—湖南±800 kV线路中心坐标为(260，0)，各线路附近湿导线下地面未畸变电场强度大于15 kV/m的坐标范围为［-47，29］，［81，179］，［231，307］，以各自线路中心为原点的合成场强控制范围分别为［-47，29］，［-49，49］，［-29，47］。

图5 (－+、－+、－+)排列时的拆迁范围计算结果Fig.5 Demolition range for －+，－+and －+pattern

(-+、+-、-+)极导线排列方式下，三回直流线路平行时的走廊宽度如图6所示，图中计算条件:雨天，海拔2 km，排列方式(-+、+-、-+);两回±800 kV极间距20 m，对地距离20 m;一回±1 100 kV极间距34 m，对地距离29 m;接近距离135 m。。

图6 (－+、+－、－+)排列时的拆迁范围计算结果Fig.6 Demolition range for －+，+－ and －+pattern

由图6可以看出，以哈密—郑州±800 kV线路中心为坐标原点(0，0)，准东—重庆±1 100 kV直流线路中心坐标为(135，0)，酒泉—湖南±800 kV线路中心坐标为(270，0)，因三回线路互相影响，场强叠加，导致线路之间的区域场强均大于15 kV/m，因此，合成场强控制的走廊范围为［-36，296］，即最左侧线路中心和最右侧线路中心线外各36 m内，均为地面合成场强控制的走廊范围。

按照上述计算方法，分别计算了单回、两回及三回特高压直流线路，地面合成场强限值下，不同对地距离所对应的走廊宽度及拆迁范围，计算结果如表6、7 所示。

6 无线电干扰及可听噪声对房屋拆迁范围的影响

除电场外，无线电干扰及可听噪声也是影响走廊宽度的因素。以三回直流线路平行为例，无线电干扰及可听噪声计算如图7、8所示，图中计算条件为:晴天，海拔2 km，排列方式(-+、-+、-+);两回±800 kV极间距20 m，对地距离20 m(图8为19 m);一回±1 100 kV极间距34 m，对地距离29 m(图8为28 m);接近距离90 m。

表6 单回线路不同对地距离下的拆迁范围Tab.6 Demolition range for single circuit under various ground clearances of conductors

表7 两回及三回线路不同对地距离下的最小接近距离、走廊宽度及拆迁范围Tab.7 Minimum distance，corridor width and demolition range for two-and three-circuit under various ground clearances of conductors

由图7、8可以看出，两回 ±800 kV与一回±1 100 kV平行，其最小对地距离分别为19，28 m，接近距离为90 m时，满足无线电干扰及可听噪声限值要求，且随着对地距离的提高及接近距离的增大，无线电干扰及可听噪声水平逐步降低，因此无线电干扰及可听噪声不是制约接近距离的因素。

图7 两回±800 kV与一回±1 100 kV线路同走廊时的无线电干扰分布Fig.7 Radio interference for two-circuit ±800 kV and single circuit±1 100 kV transmission line in the same corridor

图8 两回±800 kV与一回±1 100 kV线路同走廊时可听噪声分布Fig.8 Audible noise for two-circuit ±800 kV and single circuit±1 100 kV transmission line in the same corridor

两回及三回直流线路的无线电干扰及可听噪声分布，计算结果如表8所示。

表8 无线电干扰及可听噪声最大值Tab.8 Maximum of radio interference and audible noise

7 结论

(1)±800 kV、±1 100 kV直流输电线路下地面最大合成电场随极导线对地距离增加而减小。

(2)±800 kV、±1 100 kV直流架空输电线路的对地距离、线路走廊宽度由地面合成场强决定，可听噪声、无线电干扰不起控制作用。

(3)推荐两回特高压直流输电线路极导线采用(-+，-+)的排列方式。

(4)推荐三回特高压直流输电线路极导线采用(-+，-+，-+)的排列方式。

(5)导线最小对地距离为19 m时，单回±800 kV直流线路满足限值要求。

(6)导线最小对地距离为28 m时，单回±1 100 kV直流线路满足限值要求。

(7)两回及三回特高压线路同走廊对应最小导线对地距离时，无线电干扰及可听噪声最大值满足限值要求，无线电干扰及可听噪声分布对走廊宽度及拆迁范围不起控制作用。

［1］能源部东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京:水利电力出版社，1991:10-11.

［2］刘振亚.特高压电网［M］.北京:中国经济出版社，2005:25-26.

［3］黄欲成，赵金江，李翔，等.±800 kV向上直流输电线路对地及交叉跨越距离［J］.电力建设，2011，32(1):15-17.

［4］Q/GDW 145—2006±800 kV直流架空输电线路电磁环境控制值［S］.北京:中国电力出版社，2006.

［5］张文亮.人居电力电磁环境［M］.北京:中国电力出版社，2009:1，30.

［6］刘泽洪，陆家榆，余军，等.同走廊两回±800 kV直流线路地面合成电场研究［J］.中国电机工程学报，2011，31(6):121-130.

［7］王小凤，周浩.±800 kV特高压直流输电线路的电磁环境研究［J］. 高压电器，2007，43(2):109-112.

［8］吴桂芳，袁春峰，陆家榆，等.特高压直流线路与交流线路同走廊时混合电磁环境的计算［J］.电网技术，2010，34(2):14-19.

［9］吴桂芳，余军，郭贤珊，等.±800 kV直流和1 000 kV交流线路同走廊时最小接近距离研究［J］.中国电力，2007，40(12)，22-26.

［10］姚元玺，张慧，窦婷婷.输电线路设计中的电磁环境要求［J］.山东电力技术，2011(1):22-27.

［11］黄一鸣，任巍巍，赵玥.特高压直流线路同走廊时的电磁环境研究［J］.机电工程技术，2009，38(11):83-86.