±1 100 kV特高压直流输电线路导线结构参数研究

李晓丽，李先志(.国网成都供电公司，四川 成都 600；.西南电力设计院，四川 成都 600)

±1 100 kV特高压直流输电线路导线结构参数研究

李晓丽1，李先志2
(1.国网成都供电公司，四川 成都 610021；2.西南电力设计院，四川 成都 610021)

导线选型及分裂方式的确定是发展±1 100 kV特高压直流输电工程的关键技术之一，对线路的可靠运行、环境保护和控制工程投资至关重要。采用国际公认的、经过实际工程验证且广泛使用的计算分析方法，研究了±1 100 kV直流输电线路的结构参数(导线分裂数、子导线截面、导线分裂间距、极导线对地高度和极导线间距)对合成电场、可听噪声和无线电干扰场强的影响；对不同的导线方案进行了经济性比较。根据电磁环境预测分析及经济比较结果，确定了±1 100 kV直流输电线路的导线结构。

±1 100 kV特高压直流；电磁环境；导线选型

导线选择是特高压直流输电工程的关键技术之一，对线路可靠运行、环境保护和控制工程投资至关重要。而±1 100 kV特高压线路在工程实践中属新的电压等级，目前尚无标准、规范、设计运行经验可供参考。但根据现有±800 kV输电线路研究结论[1,2]，并进行合理类推发现，决定±1 100 kV特高压线路导线选择的因素是电磁环境要求。因此，下面将主要从电磁环境要求出发，对采用不同结构导线时的电场、离子流密度、可听噪声和无线电干扰进行分析，并结合年费用计算等经济性比较。提出±1 100 kV直流输电线路导线分裂数和子导线截面选择建议。

1 电磁环境限值

±1 100 kV特高压线路的电磁环境要求尚无规程规范可以执行，本工程仍参照《±800 kV直流架空输电线路设计规范》(报批稿)规定，电磁环境主要控制指标为[3]：①一般非居民区线路下方最大地面合成场强的控制指标为30 kV/m；邻近民房的最大合成场强的控制指标为25 kV/m。②线路下方离子流密度的控制指标为一般地区：100 nA/m2；居民区：80 nA/m2。③直流磁场的控制指标为10 mT。

表1 导线型号及特性一览表

表2 导线分裂数组合一览表

④无线电干扰的控制指标：海拔1 000 m及以下地区，距直流架空输电线路正极性导线对地投影外20 m处，80%时间，80%置信度，0.5 MHz频率的无线电干扰不超过58 dB(μV/m)。⑤电晕可听噪声的控制指标：海拔1 000 m及以下地区，距直流架空输电线路正极性导线对地投影外20m处由电晕产生的可听噪声(L 50)不超过45 dB(A)；海拔高度大于1 000 m且线路经过人烟稀少地区时，控制在50 dB(A)以下。

其中直流线路的磁场与地磁相当，远小于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)建议的公众暴露限值[4,5]；地面离子流密度计算值也远小于限值。 在导线选型时，磁场和离子流密度两个指标不会起制约作用。

2 导线及分裂方式的初选

2.1 总截面的选取

特高压直流线路所采用的导线，一般应符合有效的国家电线产品技术标准。需要采用非标准产品或国外产品时，应符合国际或生产国相同产品的技术标准。根据现行导线标准《圆线同心绞架空导线》[6]，基于以上要求和系统确定的总截面等条件，按照中国现有导线生产的情况，选择以下钢芯铝绞线导线进行比较，其特性如表1，各导线的分裂数组合列入表2。

2.2 分裂间距

本文考察近25年来政府机构改革研究的成果情况，统计了历年的CSSCI和核心期刊论文数量，其逐年变化趋势如图1所示。我国政府机构改革的研究大致兴起于20世纪末，第一篇以“政府机构改革”为主题发表的文章是杨伯亚、孙明、陈春生（1992）的《在机构改革中优化政府行政协调职能》。本文通过分析改革与政府机构的相应配置和政府管理经济职能转变之间的关系，探究了如何在改革中优化政府的行政协调职能。[2]这与在当时第三次机构改革即将开始，并且将重点放在政府机构改革为了适应社会主义市场经济体制上的大背景相契合。

导线分裂间距S的选取与子导线直径d有关，并需考虑分裂导线的次档距振荡和电气两个方面的特性。然而两者要求却是矛盾的，防止次档距振荡要求分裂间距尽量大(S/d>13.80～18.0)，而电气方面，对本项目而言则要求分裂间距尽量小，以降低表面场强进而降低电磁环境参数值(如图1)。

图1 分裂间距与导线表面场强的关系

由于±1 100 kV直流线路电磁环境影响较大，分裂间距选取时应更多考虑电气因素而取较小的值，次档距振荡则通过合理安装阻尼间隔棒来解决。从运行经验来看，中国皖电东送、锡盟—南京等1 000 kV交流特高压线路选择的分裂间距为400 mm(8×630 mm2导线)，但由于本工程参选导线截面更大，大截面导线时分裂间距应适当增加。对大截面导线来说，宁东—山东±660 kV输电线路分裂间距为450 mm(4×1 000 mm2导线)。基于以上考虑，本工程导线分裂间距按表3选取。

3 电磁环境计算

在本节的各种计算中，导线采用双极水平排列，绝缘子串为V串布置，为深入研究不同导线方案对技术经济的影响，挂线尺寸在合理范围内选取多种数值参与计算，极间距取24、26、28 m，一般地区最小对地高度按25、27、29 m(计算地面合成场强用)，对应导线平均高取30、32、34 m(计算可听噪声和无线电干扰)。

表3 导线分裂间距及S/d值一览表

3.1 地面合成场强计算

地面合成场强关系到线路附近居民的人身安全问题。美国Dalles试验中心曾经做过相关人体试验，试验表明，人在22 kV/m(±400 kV)电场下，头皮有轻微刺痛感觉；在27 kV/m(±500 kV)电场下，头发有刺激感，耳朵和毛发有轻微感觉；人体在32 kV/m(±600 kV)电场下，头皮有强烈的刺痛感觉。因此，将合成场强和离子流密度限定在一定的范围内对环保具有重要的意义。

最小对地距离分别取25、27、29 m，极间距取24、26、28 m，计算各种导线的地面合成场强Es的计算结果见表4。

由表4可知，参选导线在海拔为0晴天条件下,合成场强小于30 kV/m，满足限值要求。尽管海拔高度对合成场强、离子流密度的影响较大，但根据研究，合成电场强度随海拔高度每升高1 000 m最大增加约4～5 kV/m，因此参选导线的合成场强，在海拔1 000 m也基本控制在30 kV/m。海拔1 000 m时，合成场强可能超过30 kV/m限值的，主要存在于表4中25 kV/m以上的导线方案，由于这些导线方案的导线表面场强也比较大，在满足可听噪声限值方面也可能存在困难。

3.2 无线电干扰和可听噪声

3.2.1 无线电干扰计算方法

《±800 kV直流架空输电线路设计规范》(报批稿)推荐的无线电干扰场强的计算方法是国际无线电干扰特别委员会CISPR的公式，试验结果表明，CISPR计算方法具有较高的准确度，采用CISPR公式进行无线电干扰场强的预估计算。

RI=38+1.6(gmax-24)+46logr+5logn+33log20D

(1)

式中，RI为输电线路的无线电干扰水平值，dB；gmax为导线表面最大电位梯度，kV/cm；r为子导线的半径，cm；D为距正极性导线的距离(适应小于100 m)，m；n为分裂导线根数。

式(1)适用于0～500 m海拔，其后海拔每升高300 m，无线电干扰增加1 dB。式(1)计算值为好天气，50%概率无线电干扰电平，换算至无线电干扰双80%值还应增加3 dB。

3.2.2 可听噪声计算方法

表4 地面合成场强计算结果(海拔0，晴天)

表5 海拔1 000 m时不同导线的可听噪声预估值/dB(A)

注：表中的数值为距正极导线对地投影外20 m处的值，下划线加黑表示海拔修正后满足要求的值。

关于导线电晕引起的可听噪声的计算方法，国际上有许多研究机构进行过深入的研究，提出了各自的预测公式，但由于各自的实验环境和条件不同，其预测公式的计算结果也存在差异。《±800 kV直流架空输电线路设计规范》(报批稿)推荐采用BPA及EPRI的两种计算公式，这里采用EPRI计算公式。PdB=56.9+124logE25+25logd4.45+18logn2-

10logRp-0.02Rp+Kn

(2)

式中，PdB为输电线路的可听噪声，dB(A)；E为导线表面最大场强，kV/cm；n为次导线分裂根数；Rp为距正极性导线的距离，m；n≥3时，Kn=0。

对于高海拔修正，按照采用中国电力科学研究院的最新研究结论推荐的0～4 300 m按0～5 dB线性修正方法进行高海拔修正所得计算值作为判据。

3.2.3 计算及比较

按照上述计算方法，各种导线的可听噪声(AN)及无线电干扰值(RI)计算结果列入表5、表6。

表5、表6中的计算结果表明，所有参选方案的无线电干扰均小于58 dB(μV/m)，而可听噪声值是否满足45 dB(A)的要求，则随导线和布置尺寸的不同存在显著差异。故决定导线型式的因素是可听噪声。

各种导线方案的可听噪声值随极间距和线高不同而变化，且极间距的影响比线高的影响更大。10×630和10×720在表中所有排列尺寸下均满足可听噪声限值要求，而8×JL/G1A-800/55与9×JL/G1A-630/45两方案在满足可听噪声要求下，极间距达28m，对地均高达34m，明显不经济，因此，这两种导线方案首先被淘汰。在其余导线方案中，按最经济原则，选取满足可听噪声条件下极间距和线高最小的布置尺寸(列入表6)，再进行年费用比较。

表6 按最经济原则确定的导线型式及其布置尺寸

4 年费用比较

表6中的导线均满足电气特性要求，要确定最优的导线方案只能再通过经济性进行比较。年费用法为财务评价方法之一，能反映工程投资的合理性、经济性。年费用比较法是将参加比较的诸多方案在计算期内的全部支出费用折算成等额年费用比较，年费用低的方案在经济上最优。年费用包含初投资年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的时间价值(即利息)。年费用计算中难点在于估计各种导线方案对应的本体投资。这里充分考虑了各种导线对铁塔的外负荷，以及表6中不同导线对应的极间距和塔高的不同对造价的影响，以便更为准确地估计不同导线方案的本体投资。以10 mm冰区典型线段为例，各导线方案的年费用比较如图2、图3。 年损耗在3 500 h，年费用较低的导线方案是8×JL/G3A-1000/45、9×JL/G1A-800/55、9×JL/G2A-720/50导线等方案，最高的是8×JL/G1A-1120/90，9×JL/G2A-900/75导线。年损耗在4500h，年费用最低的导线方案是8×JL/G3A-1000/45，最高的是9×JL/G2A-900/75和10×JL/G1A-630/45导线。总体来看，年费用最低的是8×JL/G3A-1000/45。

图2 导线年费用比较图(3 500 h)

图3 导线年费用比较图(4 500 h)

5 结 论

±1 100 kV特高压直流线路导线选择的主要控制因素是可听噪声，按海拔1 000 m时45 dB(A)限值控制，有6种导线型式可供选择。最终结合经济性比较，建议选择8×JL/G3A-1000/45导线方式，分裂间距450 mm。

[1] 张文亮，陆家榆，鞠勇,等.±800 kV直流输电线路的导线选型研究.中国电机工程学报[J].2007,27(27)：1-6.

[2] 梁明, 王永刚,周刚.±800 kV输电线路按电晕条件的导线选择.高电压技术[J].2008,34(9)：1875-1879.

[3] 中华人民共和国国家标准.±800 kV直流架空输电线路设计规范(报批稿) [S].

[4] 陆家榆，鞠勇．±800 kV直流输电线路电磁环境限值研究[J]．中国电力，2006，39(10)：37-42．

[5] 中华人民共和国国家电网公司企业标准.Q/GDW 145-2006，±800 kV直流架空输电线路电磁环境控制值[S].

[6] GB/T 1179-2008，圆线同心绞架空导线[S].

Determination of conductor type selection and bundle structure is one of the key technologies for developing ±1 100 kV UHVDC transmission line projects, which is of vital importance to the reliable operation of transmission lines, the environmental protection and the control of project investment. Employing the internationally recognized, practically verified and widely used calculation and analysis methods, the influence of the structure parameters of ±1 100 kV UHVDC transmission lines, such as splitting number, sectional area of sub-conductors, splitting-wire spacing, conductor elevation to the ground and pole conductor distance, on total electric fields, audible noise and radio interference filed intensity is studied. The economic comparison is carried out with regard to different conductor schemes. Finally, the conductor structure of ±1 100 kV UHVDC transmission lines is determined on the basis of electromagnetic environment forecast analysis and economic comparison results.

±1 100 kV UHVDC；electromagnetic environment；conductor type selection

TM751

A

1003-6954(2015)02-0006-04

2014-10-27)

李晓丽(1983)，硕士，工程师，主要从事电力系统过电压与接地研究；

李先志(1982)，硕士，工程师，主要从事送变电线路设计与研究。