布置方式对500kV同塔双回线路电磁环境影响及优化建议

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 王 辉 周 攀 广东电网有限责任公司广州供电局 洪炜平

电力是关系国计民生的基础产业，电力供应事关国家安全战略和经济社会发展全局。我国的电网主网架结构以500kV 和750kV电网为基础，作为底层骨干网络基础的500kV 输电线路具有长度最长、与周围环境最密切的特点。随着人们环保意识的不断提高，公众对输变电工程建设项目的电磁环境影响的关注度越来越高，如何做到电网建设与成本控制、环境达标成为一个合理权衡的课题[1]。本文主要从500kV 同塔双回线路的相序排列、相同相序条件下导线在杆塔上的布置方式方面来探讨输电线路工程的电磁环境影响情况及杆塔优化的可能性。

1 计算方法、参数及方案

计算方法：交流输电线路运行期的电磁环境影响因子主要为工频电场和工频磁场。相关工程经验和理论计算结果均表明，常规交流输电线路运行期产生的工频磁场远小于国家电磁环境标准限值，一般不会成为电磁环境影响的限制性因素，因此本文主要对工频电场情况进行研究。输电线路工频电场强度大小采用《环境影响评价技术导则——输变电工程》(HJ24--2014)附录C 推荐的计算模式进行。具体方法为在MATLAB 软件系统下对相关计算公式进行编程，然后根据需要输入相关参数运行后得到相关电磁环境影响计算结果。

计算参数：本文选取常规区域骨干网架结构采用的500kV 电压等级的输电线路进行计算。线路导线选取常用的子导线直径33.6mm、截面积为630mm2钢芯铝绞线，导线采用4分裂方式组合，分裂间距500mm。线路对地高度按线路通过居民区导线最小对地低高度14m 进行取值。

计算组合设计方案：本文主要从线路相序排列、导线在空间的布局型式（杆塔型式）变化情况设计相关计算组合，计算和分析相关参数变化对工频电场强度的影响及电磁环境影响达标时的导线最小对地高度要求。对于导线相序对电磁环境的影响，根据相序排列组合原理筛选出6个有效相序排列方式进行计算；根据导线在空间的布局方案，筛选了5种杆塔布局型式进行计算；具体计算方案及相关参数选用情况如下：

相序排列影响计算组合：杆塔型式为鼓型排列，层高为上层、下层各12m，线间距为上层12m、中层14m、下层13m，相序组合分别为A1（Ⅰ回相位、Ⅱ回相位均为A/B/C,同相序）、A2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位A/C/B，异相序）、B1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/A/C，异相序）、B2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位B/C/A，异相序）、C1（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/A/B，异相序）、C2（Ⅰ回相位A/B/C、Ⅱ回相位C/B/A，逆相序）；线路杆塔型式影响计算组合：相序为逆相序，层高为上层、下层各12m，杆塔型式为垂直型（Ⅰ回线间距（m）、Ⅱ回线间距（m）分别为10/10/10）、鼓型（Ⅰ、Ⅱ回线间距（m）分别为9/10/9）、反鼓型（Ⅰ、Ⅱ回线间距（m）分别为10/9/10）、梯型（Ⅰ、Ⅱ回线间距（m）分别为8/9/10）、反梯型（Ⅰ、Ⅱ回线间距（m）分别为10/9/8）。

2 计算结果及分析

不同相序组合的电磁环境计算结果及分析：杆塔型式、层高和线间距相同的条件下，导线最小对地高度为14m 时，不同相序组合条件下500kV同塔双回线路下方距离地面1.5m 高度处的工频电场分布情况见图1，边导线外5m 及以外区域工频电场达标的最小架线对地高度情况见图2。上述计算结果表明，在杆塔型式、层高及线间距均相同的情况下，导线采用同相序及底层相位相同的异相序排列时输电线路的电磁环境影响最大，逆相序线路的电磁环境影响最小，底层相位不同的异相序电磁环境影响程度居中，且异化程度越高的电磁环境影响越小。边导线外5m 及以外区域工频电场达标所需的最小架线高度结果图也清楚的表明了上述规律。

图1 不同相序组合的工频电场分布情况示意图

图2 不同相序组合工频电场达标最小架线高度示意图

不同杆塔型式电磁环境计算结果及分析：在相序和层高相同、导线最小对地高度为14m 时，输电线路采用不同杆塔型式时，500kV 同塔双回线路下方距离地面1.5m 高度处的工频电场分布情况见图3，边导线外5m 及以外区域工频电场达标的最小架线高度情况见图4。

图3 不同杆塔型式线路工频电场分布示意图

图4 不同杆塔型式工频电场达标最小架线高度示意图

上述计算结果表明，在相序和层高相同、输电线路杆塔线间距最大宽度为10m 的情况下，梯形、反鼓型和垂直型布置杆塔的电磁环境影响水平最大，鼓型排列的影响次之，反梯型布置方案的电磁环境影响最小。同时梯形、反鼓型和垂直型布置型式的杆塔底层导线线间距一致且数值最大，鼓型杆塔底层导线线间距大小次之，反梯型布置杆塔底层导线间距最小。可得出如下结论：就杆塔型式的电磁环境影响因素来说，底层导线间距越小的杆塔电磁环境影响越小[2]。

3 输电线路优化设计改进措施

为降低因电磁环境因素制约而必须抬升导线对地高度的建设成本，或在造价相同的情况下进一步降低工程建设的电磁环境影响，可考虑从以下几个方面优化杆塔设计：导线相序排列方式方面。同塔双回线路或两回线路近距离并行时，应优先考虑采用逆相序的导线排列方式，因线路运行其它因素考虑确实无法采用逆相序时，应尽量采用异化程度较高的异相序排列方式，尽量避免采用同相序排列；杆塔选型设计方面。理论上反梯型布置的杆塔电磁环境影响最小，但反梯型布置塔型存在力学结构不合理、视觉美观方面等因素，不具备广泛应用的基础。目前实际应用的鼓型排列杆塔从电磁环境影响角度分析是较为合理的塔型。

4 结语

为控制或降低同塔双回输电线路工程的电磁环境影响，建议尽量采用逆相序排列的相序；此外，采用紧凑型杆塔不仅可以减少输电线路走廊对沿线土地利用功能的影响，而且能够降低杆塔高度和材料用量，从而减少工程投资，同时采用紧凑型杆塔的线路能够有效降低工程建设造成的电磁环境影响。目前，紧凑型杆塔输电线路工程在实际工程中尚不普遍，建议相关主体建设单位和设计院在输变电工程设计和实践中对紧凑型杆塔进行深入研究和探讨，为建设环境友好型、资源节约型社会做出贡献。