在正常输送功率下,1000kV线路导线选择主要决定于电晕条件,以及由电晕效应派生的无线电干扰和可听噪声,其中无线电干扰和可听噪声是导线最小截面选择的主要控制条件[2]。
27.4.1.1 常用的导线型号
在进行导线型号的选取时,首先应立足于国内已有成熟制造经验的导线型式,几种常用的大截面导线型号及特性如下表27-1所示。
表27-1 常用导线型号及特性
27.4.1.2 导线电流密度
在输电线路设计中,各国均根据各个时期的导线价格、电能成本及线路工程特点等因素分析确定,提出了一个最为经济的导线单位截面的输送电流,称之为经济电流密度。中国架空输电线路主要采用钢芯铝绞线,当最大负荷利用小时数在5000小时以上时,以铝为导电材料的经济电流密度取0.9A/mm2,特高压线路工程设计中也取此电流密度作为导线初选的参考值。
27.4.1.3 导线最高允许温度
导线最高允许温度是控制导线载流量的主要因素,主要根据导线经过长期运行后的强度损失和连接金具的发热情况决定,工作温度越高、高温持续时间越长,导线的强度损失越大。
中国《设计规范》规定:在验算导线允许载流量时,钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线宜采用70℃,必要时可采用+80℃,大跨越宜采用90℃。但根据国外的运行经验和研究数据,其采用的允许温度更高,钢芯铝绞线可采用150℃,主要考虑导线接头的氧化和连接金具的发热情况。
27.4.1.4 导线表面电场强度
导线表面电场强度是导线选择的最基本条件,导线表面电场强度过高将会引起导线全面电晕,不但电晕损耗急剧增加,而且会带来其他电磁环境方面的问题,所以特高压线路必须限制导线表面电场强度。
导线表面最大工作场强取决于最高运行电压、子导线直径、相导线分裂方式及相间距离等,其计算方法较多,工程设计可采用计算精度较高的逐次镜像法进行计算。导线表面电场强度不应大于全面电晕临界电场强度的80%~85%,以避免导线出现全面电晕。
采用皮克(peek)公式计算的各种导线临界电场强度结果如表27-2所示。(www.xing528.com)
表27-2 导线的临界电场强度E0(海拔1000m以下)
27.4.1.5 无线电干扰
输电线路的无线电干扰主要是由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电产生,《设计规范》对1000kV架空输电线路的无线电干扰限值作了如下规定:“海拔500m及以下地区,在距离边相导线地面投影外侧20m、对地2m高度处,且频率为0.5MHz时,无线电干扰设计控制值应不大于58dB(μV/m)”[2],上述值是按湿导线计算的,按此控制,可以满足在好天气条件下,因导线电晕产生的无线电干扰不大于55dB(μV/m)的限值要求。
国家环境保护总局对皖电东送1000kV输变电工程环境影响报告书的批复中,要求该1000kV输电线路的无线电干扰限值按“在距边相导线投影20m处,测试频率为0.5MHz时的晴天条件下不大于55dB(μV/m)控制”。
工程设计中,对于海拔超过500米的线路,其无线电干扰限值应进行高海拔修正。修正因数为:以500m海拔为基准,海拔高度每增加300m,无线电干扰限值增加1dB。
特高压输电线路的无线电干扰值除与分裂导线形式(子导线直径和分裂间距)有关外,还与相导线的空间布置有关。当同塔双回特高压线路采用逆相序布置时,导线悬垂串采用“I”串或“V”串时的无线电干扰值将有所差异,会影响到导线的选型结果。为满足无线电干扰水平不大于55dB的限值要求,采用Ⅰ串布置,导线最小截面可选8×630mm2,其无线电干扰水平为54.88dB;采用V串布置后,两回线路边相导线水平间距减小,导线最小截面须选8×720mm2,其无线电干扰水平为54.65dB,无线电干扰水平已经成为导线选择的控制条件。从降低投资和减小无线电干扰方面而言,也可考虑采用扩径导线。扩径导线在铝截面基本不变的情况下,通过增大导线直径,减小无线电干扰值,同时导线张力较同直径的导线张力大大减小,能节约线路投资。
27.4.1.6 可听噪声
从超高压发展到特高压,随着电压的升高和导线分裂根数的增加,输电线路导线电晕引起的噪声问题越显得突出,必须重点关注,其限值标准将直接影响子导线截面和分裂方式的选取。
国际上特高压线路的可听噪声设计目标值,基本上在50~58dB(A)之间,大多数为53dB(A),其实际运行的超高压输电线路可听噪声也大都控制在该范围内。
特高压线路路径主要是农业地区,为中国环境噪声限制标准的1类地区,参考该标准,特高压输电线路的可听噪声不宜超过55dB(A)。
《设计规范》要求“海拔500m及以下地区,距线路边相导线投影外20m处、湿导线的可听噪声设计控制值不应大于55dB(A)”[2]。考虑到1000kV交流输电线路也会经过经济较发达、人口密集的区域,为尽可能减小线路通过时对环境带来的不利影响,并兼顾工程建设的经济性,工程设计中按湿导线条件下的可听噪声不大于55dB(A)控制比较合适。对于人烟稀少的高海拔地区,其噪声限值应进行高海拔修正,以500m海拔为起点,海拔高度每增加300m可听噪声限值增加1dB(A)。
国际上有许多国家的研究机构对超高压和特高压输电线路的可听噪声进行过深入的研究,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。目前工程设计中较常用的是美国BPA电力公司根据实验研究结果推荐的可听噪声计算预测公式。
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