紧凑型线路档距中央线相间距离的选取.docx
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紧凑型线路档距中央线相间距离的选取
紧凑型线路档距中央线（相）间距离的选取
摘要：
目前国内采用的单回路紧凑型线路相导线分裂根数多，线（相）间距离小，因而档距中央线（相）间距离的选取就成为决定紧凑型线路技术参数的关键问题之一。
文中根据国内外有关资料对500kV紧凑型线路档距中央线（相）间距离的选取进行了综合论述与验证，并结合工程情况提出相间间隔棒的安装建议，如按操作冲击耐压强度的要求，其不应小于4.85m。
文章认为，500kV紧凑型线路线（相）间距离采用6.7m时，档距在600m及以下的可不必安装相间间隔棒；档距大于700m时需安装相间间隔棒；档距在600～700m之间时，在风口等特殊地段需安装相间间隔棒。
关键词：
紧凑型线路；线（相）间距离；操作过电压；导线风偏摆动；相间间隔棒1 各国推荐的线间距离计算公式
架空送电线路线（相）间距离与电气安全距离及导线因风产生不同步摆动而互相接近等气象状况有关，是一个非常复杂的问题。
目前各国对此间距的选取均无完整的理论和充分的实践依据，一般采用经验公式进行计算。
现将一些国家的经验公式列于表1，图1是按各国公式计算的线间距离曲线。
表1 各国选取紧凑型线路档距中央线（相）间距离的经验公式
序 号
国 别
计 算 公 式
1
瑞典
2
德国、比利时
3
西班牙
4
波兰
5
美国（轻冰区）
6
美国（中冰区）
7
荷兰
8
意大利
9
奥地利
10
中国
11
前苏联
12
捷克
注：
D为线（相）间距离，m；U为工作电压，kV；Lk为绝缘子串长，m；f为导线最大弧垂，m；α为风偏角。
目前500kV紧凑型线路的线（相）间距离选为6.7m，由图1可以看出，仅公式1至公式6计算的线（相）间距离允许档距达500m以上。
图中曲线号为表1中的计算公式序号
图1 各国线间距离计算曲线
2 档距中央操作过电压情况下所需电气间隙距离的确定
档距中央所需的线（相）间距离与导线因风产生不同步摆动而互相接近后需要保持的最小电气距离有关。
由表1所列各国经验计算公式中与电压U有关的项可以看出，500kV线路要求的最小空气间隙在3.33～5.0m之间，由此可知，各国经验计算公式所要求的空气间隙基本上是操作过电压（加适当裕度）时的空气间隙。
美国能源部1980DOE/RA12133－10《超高压特高压架空输电线路电气与机械设计规范》第4.2.3款指出：
“在正常情况下最小相间空气间隙是由操作过电压决定的”。
日本东京电力公司编写的《500kV输电线路设计导则》指出：
“导线摆动时的绝缘应能耐受相间操作冲击”。
由此可见，档距中央线（相）间距离应满足的最小电气间隙距离是由操作过电压确定的。
现根据以上所述，选择档距中央操作过电压所要求的最小空气间隙距离如下：
（1）按美标1980DOE/RA12133－10《超高压特高压输电线线路电气与机械设计规范》选择。
现将按美标所要求档距中央相间操作冲击临界闪络电压（U50%）与所要求的线（相）间距离的关系如图2所示，图中P表示闪络概率。
图2 操作冲击临界闪络电压与线（相）间距离的关系曲线
该曲线对相间操作过电压的标准偏差按2.5%选取，对间隙的操作冲击闪络电压的标准偏差按5%选取。
美标1980DOE/RA12133－10所列相间操作过电压幅值
相对应的塔头相间空气间隙操作冲击50%放电电压为1870kV。
档距中央所要求的相间操作冲击50%放电电压可比塔头处低10%，即档距中央所要求的相间操作冲击50%放电电压为1870kV/1.1=1700kV。
现根据图2所示，在相间操作冲击50%放电电压为1700kV下选择的紧凑型线路按美标所要求的线（相）间距离：
①当P=0.01时，为3.9m；②当P=0.001时，为4.1m。
（2）按日本东京电力公司所编《500kV输电线路设计导则》选择。
该导则列出的线（相）间操作冲击耐压间隙见表2所示。
表2 线（相）间操作冲击耐压间隙
工作电
压/kV
相应风速
/m·s-1
要求的操作冲击
放电电压U50%/kV
要求的线（相）
间间隙/m
海拔
<800m
海拔
≥800m
海拔
<800m
海拔
≥800m
525
≤20
1690
1850
3.9
4.4
550
≤20
1770
1930
4.1
4.8
由表2可以看出，对于工作电压550kV线路，当海拔小于800m时，操作冲击耐压强度要求的线（相）间距离为4.1m，与按美国标准要求的基本相同。
综上所述，500kV紧凑型线路档距中央线（相）间距离，按操作冲击耐压强度的要求最小应不小于4.1m。
3 档距中央导线风偏摆动要求的线（相）间距离
导线因风吹而摆动的问题非常复杂。
风往往不是均匀地吹向导线，而是每时每刻都会发生变化的。
这种现象称作风的脉动。
在风的脉动情况下，需要考虑导线因惯性而不能随风的瞬时变化而变化的状况。
特别是两相导线，有可能同时受到不同的风压，此时需考虑导线在不同的风压下产生的惯性作用所带来的影响。
在各国当前的设计中，均等价看作两相导线受到反方向风的作用来考虑。
计算方法有2种：
静态等价换算法和统计分析计算法。
前者是传统的计算方法，后者则是较新的计算方法。
统计分析计算法是根据对风的统计分析，研究导线风偏角的变化。
假定在风的作用下，导线的风偏角以平均风偏角为中心，按照正态分布的规律在其周围变动，求出它的标准偏差，以校核在档距中央的最小接近距离。
计算图如图3所示。
图3 档距中央导线风偏摆动后的相间距离计算图
图3中，A、B分别表示两相导线，f1、θ1及σ1和f2、θ2及σ2分别表示A、B相导线的弧垂、风偏角和由风的脉动而产生的导线风偏角的偏差（即正态分布的标准偏差），n表示概率可靠性的标准偏差倍数，S表示两相导线风偏摆动（考虑脉动）后的相间最小接近距离。
据图3计算相间最小接近距离S如下
式
（1）可以看出，欲确定相间最小接近距离S，关键是先求出风脉动影响的导线风偏角的标准偏差σ。
日本送电线路绝缘设计纲要调查专门委员会提出的《日本架空送电线路绝缘设计纲要》，列出了导线风偏角脉动的标准偏差σ的求取公式为
经计算，6×LGJ－240/30导线的σ值列于表3。
表3 6×LGJ－240/30导线的σ值
档 距/m
400
600
800
σ平均值
操作过电压时的导线弧垂/m
11.45
25.8
45.8
σ%
5.68
5.4
5.06
5.4
中国电力科学研究院曾于1980~1982年在锦州220kV青锦π接线上进行了2年的导线风偏角实测。
按实测数据。
推算导线风偏角波动的标准偏差情况如下：
根据实测数据，绘制出10min风速与风偏角θ的关系，如图4所示。
图4 10minVsinФ与θ的关系曲线
由图4所显示的实测数据轨迹，算得导线风偏角的标准偏差σ列于表4所示。
表4 根据实测数据轨迹算得的σ值
风速/m·s-1
10
10.5
11
12
13
14
σ平均值
σ%
9.7
8.6
2.26
14.2
3.4
4.7
7.14
由上可知，按《日本架空送电线路绝缘设计纲要》所推荐的计算公式，算得σ%=5.4%;按中国电科院实测数据计算，σ%=7.14%。
二者相差不多，因此，可以认为，其数据是可信的。
据此，紧凑型线路计算中取σ%=5.4%～7.14%。
导线风偏角标准偏差σ的数值选定后，即可按公式计算两相导线风偏摆动后的相间最小接近距离S的数值，并可将该数值与要求的最小相间电气距离（4.1m）相比较，从而可确定出不装相间间隔棒所允许的最大档距值。
这里应特别注意的是，最小相间电气距离（4.1m）实际上是指两相相邻子导线间的距离，因此，与最小接近距离S值相比较的数值应是4.1m加上子导线分裂直径0.75m，即4.1m+0.75m=4.85m。
500kV紧凑型线路相间距离按6.7m考虑，现将按公式
（1）计算的结果列于表5。
表5 相间距为6.7m时的相间最小距离
档 距/m
500
600
700
800
按式
（1）计算的相间最小
接近距离S/m
n=1
6.1
5.84
5.54
5.19
n=2
5.51
5.0
4.39
3.75
按操作过电压间隔要求的相间距离/m
4.85
4.85
4.85
4.85
表中数值n为表示概率可靠性的标准偏差的倍数。
n=1时可靠性达84%；n=2时可靠性达97.7%。
由表5可以看出，即使按n=2考虑，档距600m以下因风摆动的导线相间最小接近距离也大于电气要求的4.85m，因此档距600m以下，可以不必安装相间间隔棒。
这里还应指出的是，4.85m的间距数值也有概率问题，因为，这一数值是按操作过电压要求选取的，而操作过电压倍数是按规程规定的发生概率为2%选取的，因此4.85m发生相间闪络的概率只有2%，加上上面提到的导线风偏摆动的发生概率为2.3%（按n=2可靠性为97.7%考虑），则2种情况同时出现的概率为导线发生在风速16m/s下的产生风偏摆动并产生波动与操作过电压同时发生的概率仅为0.0456%。
由此可见，按档距600m及以下不装相间间隔棒的方案，其供电安全性是非常高的。
4 结论
（1）档距中央线（相）间距离所应满足的电气间隙距离是由操作过电压确定的。
500kV紧凑型线路档距中央线（相）间距离按操作冲击耐压强度的要求不应小于4.85m。
（2）500kV紧凑型线路线（相）间距离采用6.7m时，档距在600m及以下时因风作用的不同步摆动的导线相间最小接近距离满足美标的要求，可不必安装相间间隔棒；档距大于700m时需安装相间间隔棒；档距为600～700m时，在风口等特殊地段需安装相间间隔棒。
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