500 kV交流单回紧凑型输电线路四分裂导线方案电磁环境研究

李嘉文 梁盼望 朱伟俊

（中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙 410007）

以往对500 kV单回紧凑型线路的研究认为，受电磁环境限制，导线分裂数不宜低于六根[1-2]。实际应用中，多采用六分裂240、300 mm2导线。500 kV单回紧凑型线路四分裂导线方案的研究，主要限于四分裂400 mm2导线及相近输送容量的导线组合[3-6]。

文章针对四分裂导线的500 kV单回紧凑型线路电磁环境进行系统性研究，对6种四分裂导线方案进行计算分析，得到满足电磁环境要求的四分裂导线可行性方案。

1 电磁环境限值

工频电场：居民区以及非民区地面场强限值分别取7、10 kV/m；房屋所在位置地面1.5 m处未畸变电场≤4 kV/m；工频磁场：不大于100 μT；无线电干扰：边相导线投影外20 m处、离地2 m高且频率为0.5 MHz的无线电干扰不大于55 dB；可听噪声：边相导线投影外20 m处，湿导线条件下的可听噪声不大于55 dB。

2 研究初始条件

根据15 mm冰区500 kV单回紧凑型线路的研究成果和设计经验，三相导线采用倒等腰三角形布置布置，上相间距离取6.7 m，上下相间距离取7.2 m。

铁塔模型如图1所示。

图1 500 kV单回路紧凑型线路悬垂塔模型

主要针对4×JL/G1A-300/40（以下简称4×300，其他导线类似）、4×JL/G1A-400/50、4×JL/G1A-500/45、4×JL/G1A-630/45、4×JL/G1A-720/50、4×JL/G1A-800/55共6种导线进行计算分析，其分裂间距依次取400、450、450、500、550、600 mm，子导线采用对称均匀布置。

海拔高度取1 000 m以内，计算电压取525 kV，计算磁感应强度时，导线相电流取70 ℃下相应导线的允许载流量。

3 计算方法

采用马克特-门得尔法计算导线表面场强；采用皮克公式计算导线电晕临界电场强度；使用等效电荷法计算地面电场强度；使用电流法计算磁感应强度；采用比较法计算无线电干扰水平；采用邦纳维尔电力局（BPA）公式计算可听噪声[2，7]。

4 电磁环境计算及分析

4.1 导线表面最大场强

为了预计输电线路的电晕放电现象，需要掌握导线表面的电场分布。通常要求导线表面电场强度最大值Em不超过导线电晕临界电场强度Eo的0.85倍，即Em/Eo<0.85。

导线表面最大场强/电晕临界场强计算值如表1所示。

表1 导线表面最大场强/电晕临界场强计算值

由表1可知，随着导线截面增大，导线表面最大场强及电晕临界场强减小，比值逐渐减小，4×500及以上截面导线Em/Eo<0.85。

4.2 地面电场强度

地面电场强度（H=10.5 m）计算值如表2所示。

表2 地面电场强度计算值（H=10.5 m）

导线截面增大，地面最大电场强度增大，场强>4 kV/cm区域宽度增大。下导线对地距离H为10.5 m时，6种导线地面最大电场强度均小于10 kV/cm的限值，6种导线边导线外5 m处的电场强度均小于4 kV/cm的限值，4×800导线电场强度大于4 kV/cm区域接近边导线外5 m处，采用不同截面四分裂导线地面电场强度如图2所示。

图2 地面电场强度（H=10.5 m）

地面电场强度计算值（H=14.0 m）如表3所示。

表3 地面电场强度计算值（H=14.0 m）

下导线对地距离H为14 m时，6种导线地面最大电场强度均小于7 kV/cm的限值，边导线外5 m处的电场强度均小于4 kV/cm的限值。

当导线对地面距离分别为10.5 m和14 m时，6种导线分别满足非居民区和居民区地面最大电场强度的限值要求，边导线外5 m以外的区域地面电场强度均小于4 kV/cm，不会因电场强度要求扩大房屋拆迁范围。

4.3 磁感应强度

随着导线截面增大磁感应强度增大，6种导线磁感应强度均小于100 μT限值，满足限值要求。

磁感应强度、无线电干扰、可听噪声计算如表4所示。

表4 磁感应强度、无线电干扰、可听噪声值

4.4 无线电干扰水平

随着导线截面增加，无线电干扰水平降低。导线对地距离为10.5 m时，4×300、4×400导线无线电干扰水平预估值超出限值较多，4×500导线无线电干扰水平略微超出限值，而4×630、4×720及4×800导线无线电干扰水平小于限值。

不同导线对地距离无线电干扰水平如图3所示。

图3 不同导线对地距离下无线电干扰水平

随着导线对地距离增加，无线电干扰水平有所改善。导线对地距离达到11 m时，4×500导线无线电干扰水平满足55 dB限值要求，4×300及4×400截面导线对地距离增加到14 m时，无线电干扰水平仍大于限值。

4.5 可听噪声

随着导线截面增加，可听噪声降低，6种截面导线可听噪声均小于55 dB，满足限值的要求。

5 结语

导线对地距离为10.5 m时，6种导线地面最大电场强度、磁感应强度均小于限值；4×300、4×400截面导线无线电干扰水平超出限值较多，4×500导线无线电干扰水平略大于限值，4×630及4×720、4×800截面导线无线电干扰水平小于限值；6种导线可听噪声均小于限值。4×300、4×400截面导线受无线电干扰水平控制，电磁环境难以满足要求，导线对地距增大至14 m时，无线电干扰水平仍大于限值。

4×500截面导线在对地距离提高到至11 m时，各项电磁环境均满足要求；导线对地距离为10.5 m时，4×630、4×720及4×800截面导线各项电磁环境均符合要求，且不会因电磁环境要求扩大房屋拆迁范围。500 kV单回紧凑型线路并不局限于采用六分裂及以上的导线方案，采用四分裂大截面导线是可行的，4×630、4×720及4×800截面导线在500 kV单回紧凑型线路中具备工程应用的基础。