相序排列对1000kV/500kV同塔四回交流输电线路电磁环境影响研究

雷小舟，刘 阳，温灵长

(1.陕西省电力设计院，陕西 西安 710054；2.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京 102206)

1 概述

目前我国输电线路走廊资源日益紧张，特高压电网正在考虑架设一个杆塔上包含特高压和超高压两个电压等级的同塔混压多回输电线路。关于不同相序排列方式对同塔多回输电线路电磁环境的影响，已有文献都是基于500kV及以下电压等级的同塔四回线路进行分析，针对1000kV/500kV特、超高压同塔四回输电线路的情形还未有文献提及。由于1000kV/500kV同塔四回线路的塔型结构与同塔500kV及以下电压等级线路的塔型结构存在差异，且随着电压等级的提高，无线电干扰计算方法亦会有所不同，因此已有结论对于1000kV/500kV同塔混压四回线路是否适用，是值得进一步研究的。

本文分析了适用于1000kV/500kV同塔四回输电线路无线电干扰计算方法，基于典型杆塔模型计算了所有不同相序排列方式下的电磁环境参数，对比结果获得6种最优相序、6种最差相序，并详细讨论了最优相序的适用性。

2 典型杆塔计算模型

本文采用的1000kV/500kV同塔混压四回输电线路典型杆塔模型见图1，其中标示高度均为导线最低点高度。回路Ⅰ、Ⅱ为1000kV回路，回路Ⅲ、Ⅳ为500kV回路。

图1 1000kV/500kV同塔四回线路塔型示意图

3 无线电干扰计算方法

对于无线电干扰的计算，CISPR给出了适用于导线分裂数不超过4的输电线路的经验公式法和适用于导线分裂数大于4的输电线路的激发函数法。由于1000kV/500kV同塔混压四回输电工程同时涉及到4分裂500kV线路和8分裂1000kV线路，本文提出两种计算方法：

方法(1)考虑1000kV、500kV回路之间的耦合，统一按激发函数法进行计算，即500kV回路也采用激发函数法，然后统一修正。

方法(2)忽略1000kV、500kV回路之间的耦合，用经验公式法计算500kV回路、用激发函数法计算1000kV回路，仅对后者1000kV回路的计算结果进行修正。

遍历四回线路所有1296种(64)相序排列方式，方法(1)与方法(2)的计算结果偏差见图2。

图2 方法(1)与方法(2)的计算结果偏差

从图2可以看出，两种方法计算结果偏差均在10dB以内。偏差的来源有三个方面：

(1)经验公式法和激发函数法的不统一。

(2)两种方法在是否考虑1000kV、500kV回路之间耦合上的差异。

(3)500kV回路应用激发函数法时的天气修正值(方法(1)中500kV回路计算结果需要修正)。

激发函数法是基于大量实验数据的半经验公式法，对于4分裂线路也具有一定可行性。方法(1)对1000kV与500kV回路统一采用激发函数法，考虑了两者之间的耦合，其与方法(2)不超过10dB的结果偏差相对于500kV回路应用激发函数法时天气修正值(16dB～25dB的修正范围)最大可带来9dB的差异而言是相当的。故本文采用方法(1)进行无线电干扰计算。

4 计算结果及分析

4.1 电磁环境参数计算及分析

为了研究相序排列对1000kV/500kV同塔混压四回输电线路电磁环境的影响，本文对图1杆塔模型所有1296种(64)相序排列方式下的电磁环境参数进行了计算，列出各电磁环境指标最大和最小时对应的相序排列，见表1。其中Emax表示地面工频电场最大值；S表示场强大于4kV/m的区域宽，即走廊宽度；AN表示可听噪声；RI表示无线电干扰值；相序排列方式对应图1所示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回路的相序，各回路中导线按照从上到下、顺时针的顺序设定。

表1 电磁环境各量的最大最小情形

从表1中可以看出，任意相序排列方式下，可听噪声与无线电干扰均离限值还有一定裕度，工频电场决定了导线对地高度和线路走廊宽度的确定，成为电磁环境的主要限制因素。

在所有相序排列中，共可找到6种Emax、S最小情况与6种Emax、S最大情况的相序排列形式，本文称之为最优相序、最差相序，其中最优相序由表2列出。6种最优相序下的Emax、S、AN、RI完全一致，说明这6种最优相序具有重复性；最差相序同样具有重复性。

表2 6种最优相序

最优相序和最差相序情况下的工频电场横向分布对比见图3。从图3中可以看出，相比最差相序，最优相序下的工频电场明显减小，说明最优相序在抑制工频电场、减小线路走廊方面具有明显的优越性。此外，最优相序相比最差相序，可听噪声和无线电干扰均有一定程度的减小，说明其不仅在抑制工频电场方面，在降低可听噪声和无线电干扰方面也具有最优的特性。

图3 最优相序与最差相序工频电场横向分布

4.2 最优相序适用性分析

在图1杆塔模型基础上，分别将水平间距、层间距、导线对地高度在-4m～6m、-4m～6m、1m～6m之间以1m的间隔进行调整。经过计算发现，当水平间距、层间距、导线对地高度分别发生变化时，表2所示6种最优相序依然能使工频电场最优，且其他环境指标RI、AN也都没有超过限值。

分别采用最优相序、最差相序布置导线，Emax随水平间距、层间距、导线对地高度变化的计算结果见图4。从图4可以看出，当导线空间布置(水平间距、层间距、导线对地高度)发生变化时，最优相序相比最差相序，Emax减小了2kV/m～3kV/m，始终保持在电磁环境方面的优越性。

图4 工频电场最大值Emax随间距变化情况

5 结论

(1)基于本文杆塔计算模型，所有相序排列方式下的可听噪声与无线电干扰均满足限值要求，工频电场是电磁环境的主要限制因素。

(2)在所有相序排列方式中存在6种使得Emax、S最小的最优相序，按最优相序布置导线可以明显改善线路电磁环境，尤其是抑制工频电场、减小线路走廊。

(3)当水平间距、层间距、导线对地高度发生变化时，最优相序始终不变，并保持在电磁环境方面的优越性。

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