1000kV与500kV同塔四回输电线路杆塔型式研究排版.docx
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1000kV与500kV同塔四回输电线路杆塔型式研究排版
中国电力工程顾问集团公司技术成果
项目编号：
DG1-T01-2010
特高压交直流与500kV交流同塔多回
输电线路研究
双回1000kV与双回500kV同塔四回交流输电线路研究
第五分册杆塔型式研究
2012年3月
双回1000kV与双回500kV同塔四回交流输电线路研究
第五分册
杆塔型式研究
批准：
李喜来
审核：
李永双
校核：
贾江波
双回1000kV与双回500kV同塔四回交流输电线路研究
第五分册
杆塔型式研究
批准：
杨林
审核：
王虎长、朱永平
校核：
郝阳、王学明
编写：
张禄琦、文凡、魏鹏
中国电力工程顾问集团西北电力设计院
2012年3月
双回1000kV与双回500kV同塔四回交流输电线路研究
第五分册
杆塔型式研究
批准：
王劲
审核：
梁明、肖洪伟
校核：
李澄宇、黄兴
编写：
胡全、刘祥云
中国电力工程顾问集团西南电力设计院
2012年目录
1概述1
1.1研究内容1
1.2塔型及导线布置2
2电磁环境研究5
2.1特高压输电线路限值的确定5
2.2计算条件7
2.3不同塔型电磁环境指标的比较9
2.41000kV线路相序排列对电磁环境的影响10
2.5500kV双回相序排列对电磁环境指标的影响12
2.6不同导线型号对电磁环境指标的影响14
2.7相间距离对电磁环境指标的影响15
2.8不同地线截面对地线表面场强的影响19
2.9上导线与地线垂直距离对地线表面场强的影响21
2.10电磁环境控制下双回1000kV与500kV的最小间距21
2.11最小对地高度对电磁环境指标的影响23
2.12不同运行方式对电磁环境指标的影响25
2.13小结28
3防雷保护研究31
3.1关于档距中央的导地线间距31
3.2绝缘配合方案31
3.3相序排列31
3.4耐雷水平31
3.5绕击率32
3.6反击率32
3.7与特高压交流和500kV交流双回线路的对比32
4导线布置的不均匀覆冰静态接近、脱冰跳跃和舞动动态接近校核38
4.1按导线不均匀覆冰分析档距中的静态接近38
4.2按导线脱冰跳跃分析中的动态接近40
4.3按导线舞动分析档距中的动态接近42
4.4小结45
5杆塔布置研究46
5.1直线塔塔头型式研究46
5.2耐张塔选型53
5.3小结54
6总结55
7参考文献57
8附录58
1概述
我国地域辽阔，能源资源和消费分布不均衡。
水力资源三分之二以上分布在在西南部地区，煤炭资源三分之二以上分布在北部和西北部地区，而负荷分布正好与能源分布相反，三分之二的电力需求分布在中部和东部经济相对发达的地区。
我国一次能源资源分布的特点决定了北煤（电）南运（送）、西电东送。
通过实施“一特四大”（特高压、大煤电、大水电、大核电、大可再生能源）发展战略，更加经济、有效地促进大规模煤电就地转化和水电、风电等开发，将洁净的电能从西、北部大规模输送到中东部地区，实施跨大区、跨流域、长距离、大规模输电，在全国范围优化能源资源配置。
随着我国经济的持续快速发展，经济社会对电力的需求不断攀升，但我国能源分布不平衡，由此带动了近年来我国电力建设的新一轮高峰。
但另一方面，经济的持续发展将造成我国部分地区的土地资源更加趋于紧张，难以保证充足的输电线路走廊资源。
因此，随着经济的进一步发展，势必引发电力需求增大和输电走廊资源紧缺的矛盾。
我们已开展了特高压输电技术和同塔多回输电技术的研究，取得了良好的效果，节约了输电线路走廊，节省了大量的土地资源，在一定程度上缓解了线路走廊资源紧缺问题。
目前，我国电网最高运行电压已发展至交流1000kV、直流±800kV的特高压等级。
随着特高压电网的不断建设，特高压输电线路经过人口密集地区的情况将会越来越多，线路走廊矛盾将会更加突出。
为进一步提高现有输电走廊的利用效率，有必要研究特高压线路与超高压线路的同塔多回输电技术，突破现有同塔多回线路的应用限制，使同塔多回输电技术上升到一个新的水平。
1.1研究内容
输电线路铁塔型式选择是线路工程设计最体现线路设计水平的主体部分。
铁塔设计水平的高低、质量的优劣将直接影响到整个工程的质量和造价，影响到电网的安全，也影响到铁塔的制造加工和施工安装的顺利进行。
因此有必要结合线路电磁环境、绝缘配合和防雷保护的要求对两回1000kV与两回500kV同塔的交流输电线路导地线布置方式进行研究，根据导地线布置的研究结果确定杆塔型式，包括塔头形状的确定、塔头尺寸的优化等。
为两回1000kV与两回500kV同塔四回输电线路塔型设计提供理论基础。
本文主要研究内容主要有：
1、介绍了前期关于两回1000kV与两回500kV同塔四回输电线路电磁环境研究的成果，包括导线表面及空间电场的计算方法，无线电干扰、可听噪声的限值，相关电磁环境参数的计算结果及满足电磁环境要求的“交流同塔多回”输电线路导地线规格、型式与布置方式
2、根据确定的杆塔型式、导地线类型、布置方式等，进行导线不均匀覆冰静态接近、脱冰跳跃和舞动动态接近等情况进行校验。
3、结合规范相关规定，介绍了与杆塔型式相关的防雷保护研究的相关成果，包括档距中央的导地线间距、绝缘配合方案、相序排列，耐雷水平，反击率和绕击率等。
4、根据满足线路电磁环境要求的导地线规格、型式与布置方式，按照导线不均匀覆冰静态接近、脱冰跳跃和舞动动态接近的要求，结合塔型结构一和塔型结构二进行杆塔型式的研究。
1.2塔型及导线布置
武汉大学报告和华北电力大学的塔型具体的导线排列图如图1和图1.2所示，塔型图见附录。
下图编号1～6为双回500kV线路，编号7～12为1000kV线路，编号13、14为地线。
塔型一塔型二
图11000kV与500kV同塔四回输电线路塔型导线布置示意图
图21000kV与500kV同塔四回输电线路塔型导线布置示意图
2电磁环境研究
2.1特高压输电线路限值的确定
1、无线电干扰控制值
我国现行国家标准《高压交流架空送电线无线电干扰限值》（GB15707-1995）规定500kV交流架空输电线路无线电干扰的限值（0.5MHz）为在距边相投影20m处无线电干扰不超过55dB。
《110-500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）也规定在距边相投影20m处，无雨、无雪、无雾天气，频率0.5MHz时的无线电干扰值不超过55dB。
《1000kV架空送电线路设计规范》规定，海拔500m及以下地区，1000kV架空交流送电线路无线电干扰限值，在距离边相导线地面投影外侧20m、对地2m高处、好天气下频率为0.5MHz时无线电干扰值不大于55dB。
也有相关研究文献建议1000kV特高压交流输电线路无线电干扰限值不超过58dB。
对于两回1000kV与两回500kV同塔交流架空输电线路，在导线布置时将1000kV导线位于500kV线路上方，对1000kV线路产生的无线电干扰具有一定的衰减，因而，建议1000kV与500kV同塔多回输电线路无线电干扰的限值为：
在距离边相导线地面投影外侧20m、对地2m高处、好天气下频率为0.5MHz时无线电干扰值不大于55dB。
2、可听噪声控制值
在我国相应的环境噪声标准有：
GB3096-93《城市区域环境噪声标准》，GB12348-90《工业企业厂界噪声标准》，GB12523-90《建筑施工场界噪声限值》，城市区域环境噪声和工业企业厂界噪声这两个标准，都划分了不同标准以适用于不同的区域，标准如表2.2-1。
表2.2-1中国噪声标准（等效声级Laeq：
dB（A））
类别
昼间
夜间
0
50
40
1
55
45
2
60
50
3
65
55
4
70
55
0类适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域（工业企业厂界噪声无此类标准）。
1类适用于以居住、文教机关为主的区域。
乡村居住环境可参照执行该类标准。
2类适用于居住、商业、工业混杂区
3类适用于工业区。
4类适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。
《1000kV架空送电线路设计规范》规定海拔500m及以下地区，在距离边相导线地面投影外侧20m，湿导线可听噪声的限值为55dB。
结合我国环境噪声的控制值及《1000kV架空送电线路设计规范》相关规定，建议1000kV与500kV同塔多回输电线路可听噪声的限值为：
距离边相导线地面投影外侧20m，湿导线可听噪声的限值为55dB。
3、导线对地高度及线路走廊宽度
根据国内外交流特高压输电线路下电场限制值的研究成果，建议1000kV与500kV同塔多回输电线路按以下方法确定线路的最小对地高度：
架空输电线下1.5m处工频电场强度控制值：
对于一般非居民地区（如跨越农田），场强限定在10kV/m，以避免由放电引起的不适应感觉和避免超过允许摆脱的电流值；对于居民区，场强限定在7kV/m；
对于人烟稀少的非农业耕作地区，场强限值放宽至12kV/m。
按以下方式确定线路的走廊宽度：
邻近民房时房屋所在位置离地1.5m处最大未畸变电场仍保持与500kV线路相同，即不超过4kV/m。
2.2计算条件
1、导、地线参数
本报告所用导线、地线的参数分别表2.2-1、表2.2-2如所示。
表2.2-1导线参数
电压等级
分裂
根数
导线型号
外径
（mm）
截面
（mm2）
分裂间距
（mm）
500kV交流
4
LGJ-400/35
26.8
425.24
450
4
LGJ-500/35
30.1
534.6
450
4
LGJ-630/45
33.60
666.55
450
4
ACSR-720/50
36.23
775.41
500
1000kV交流
8
LGJ-500/35
30.1
534.6
400
8
LGJ-630/45
33.60
666.55
400
8
ACSR-720/50
36.23
775.41
400
表2.2-2地线参数
地线型号
外径（mm）
截面（mm2）
LBGJ-185-20AC
17.5
182.8
LBGJ-210-20AC
18.75
209.85
LBGJ-240-20AC
20.0
238.76
表2.2-3导线对地高度
最下层导线平均高度
最小对地高度
20m
11m
2、相序说明
1000kV双回交流：
同相序/逆相序/异相序排列。
500kV双回交流：
三角排列时，约定每一回路的从上到下顺时针顺序。
如果不进行相序比较，1000kV双回交流按异相序，500kV双回交流三角排列时，两回分别为ABC、CBA；不进行相角比较时，认为同电压等级所有回路的同名相相位相同。
3、系统条件
1000kV交流正常每回2250MW、4000MW和6000MW；一回极限容量9000MW～12000MW；
500kV交流每回1850MW；
交流功率因数：
0.95；
1000kV线路计算电压按1050kV、1080kV和1100kV分别计算。
进行塔型比较时，需对三种电压都进行计算，其余计算时运行电压按1080kV。
500kV线路取525kV。
导线弧垂取29m。
电场强度取距地面高度1.5m处的值。
无线电干扰、可听噪声取距地面高度2米处的值。
4、环境条件
海拔高度小于500m；
土壤电阻率：
100Ωm。
5、导线最小对地高度及走廊宽度计算
输电线路最小对地高度的确定是按距地面1.5m高处最大场强不超过10kV/m的标准来确定的。
线路走廊宽度的划定方法是送电线路下距地面1.5m高处的电场强度不超过4kV/m。
6、可听噪声及无线电干扰计算
可听噪声的计算：
BPA公式结果减去2dB。
无线电干扰的计算：
采用激发函数法计算好天气RI时，在雨天计算结果基础上减少20.5dB。
2.3不同塔型电磁环境指标的比较
按照要求，选择铁塔结构一和铁塔结构二进行电磁环境的计算。
500kV交流线路选择4×LGJ-630/45的导线，分裂间距450mm；1000kV交流线路选择8×LGJ-630/45的导线，分裂间距400mm；地线为LBGJ-240-20AC。
线路的最低导线高度相同。
1000kV双回交流线路相序分别为ABC/BCA，500kV两回交流线路相序分别为ABC/CBA。
1000kV线路计算电压按1050kV、1080kV和1100kV分别计算，500kV线路取525kV。
1、不同塔型电磁环境的比较
表2.3-1不同运行电压下电磁环境两种塔型的比较
塔型
运行电压
可听噪声（dB）
无线电干扰水平（好天气）（dB）
走廊宽度（m）
7kV/m控制居民区最小对地高度（m）
10kV/m控制非居民区最小对地高度（m）
塔型一
U=1050
51.31
49.25
46.87
14.62
11.48
U=1080
52.65
49.76
46.96
14.65
11.49
U=1100
53.53
50.11
47.02
14.66
11.50
塔型二
U=1050
51.42
49.29
46.29
14.59
11.47
U=1080
52.79
49.94
46.38
14.62
11.45
U=1100
53.65
50.18
46.44
14.63
11.49
注：
该计算结果来源于1000kV与500kV同塔多回输电线路导线选型与电磁环境研究报告
表2.3-2不同运行电压下电磁环境两种塔型的比较
计算项
1050kV
1080kV
1100kV
塔1
塔2
塔1
塔2
塔1
塔2
地面最大场强（kV/m）
10.64
10.62
10.66
10.64
10.67
10.65
可听噪声（dB（A））
51.37
51.46
52.64
52.74
53.49
53.60
无线电干扰（dB（μV/m））
52.61
53.35
53.63
54.37
54.28
55.03
10kV/m控制的最小对地高度（m）
11.48
11.47
11.50
11.48
11.51
11.49
7kV/m控制的最小对地高度（m）
14.63
14.60
14.65
14.62
14.67
14.64
走廊宽度（m）
46.54
45.97
46.64
46.06
46.69
46.11
地线1Em/E0
0.61
0.73
0.62
0.75
0.63
0.76
地线2Em/E0
0.64
0.78
0.65
0.81
0.67
0.82
注：
该计算结果来源于1000kV与500kV同塔多回输电线路导线选型与电磁环境研究报告
2、不同塔型电磁环境的分析
由武汉大学研究报告计算结果可知：
1）、在同一运行电压下，塔型一的可听噪声和无线电干扰水平均小于塔型二；且都满足限值要求；
2）、在同一运行电压下，塔型二的走廊宽度均小于塔型一；
3）、从电磁环境角度考虑，塔型一优于塔型二，但都未超过限值；
4）、从经济性角度考虑，塔型二优于塔型一。
由华北电力大学研究报告计算结果可知：
1）、对于同一种塔型，计算电压升高，导线表面的最大电场强度会相应的增加。
而在相同计算电压下，由于导线位置的不同，两种塔型之间的导线表面场强存在差别，其中相导线表面场强差异较小，地线表面场强差异较大。
2）、无线电干扰的计算结果均满足电磁环境要求。
同一计算电压情况下，塔二线路产生的无线电干扰大于塔一线路产生的无线电干扰；针对同一塔型，较高计算电压情况下线路产生的无线电干扰也较大。
3）、在三种不同的运行方式下，可听噪声满足电磁环境的要求。
2.41000kV线路相序排列对电磁环境的影响
在塔型二的基础上，武汉大学报告设1000kV线路分别按同相序、逆相序、异相序排列，线路运行电压为1080kV；500kV线路相序按ABC/CBA排列，运行电压为525kV，计算1000kV线路的相序对电磁环境的影响。
华北电力大学报告进行相序比较时，500kV双回线路相序为ABC/CBA；而1000kV双回线路分别为同相序ABC/ABC、逆相序ABC/CBA和四种异相序：
（1）ABC/BAC、
（2）ABC/ACB、（3）ABC/BCA、（4）ABC/CAB。
1、不同排列方式下电磁环境的比较
表2.4-11000kV线路不同相序下电磁环境的比较
1000kV线路相序
排列方式
可听噪声（dB）
无线电干扰水平（好天气）（dB）
走廊宽度（m）
7kV/m控制居民区最小对地高度（m）
10kV/m控制非居民区最小对地高度（m）
同相序
ABCABC
49.80
48.38
44.12
15.11
11.80
逆相序
ABCCBA
52.61
48.70
46.48
14.45
11.38
CBA
ABC
51.36
48.20
42.36
13.77
10.94
异相序
ABCBCA
52.79
49.94
46.38
14.62
11.45
BCA
ABC
51.67
48.67
43.24
14.10
11.13
注：
该计算结果来源于1000kV与500kV同塔多回输电线路导线选型与电磁环境研究报告
表2.4-21000kV线路不同相序下电磁环境的比较
计算项
1000kV相序排列
同相序
逆相序
异相序1
异相序2
异相序3
异相序4
地面最大场强（kV/m）
11.04
10.51
11.04
10.63
10.64
10.50
可听噪声（dB（A））
49.99
52.56
51.20
51.26
52.74
52.19
无线电干扰（dB（μV/m））
63.81
65.25
64.41
65.65
65.60
65.15
10kV/m控制的最小对地高度（m）
11.80
11.38
11.81
11.47
11.48
11.38
7kV/m控制的最小对地高度（m）
15.12
14.46
15.13
14.57
14.62
14.42
走廊宽度（m）
43.75
46.14
44.31
43.69
46.06
44.31
地线1表面场强Em/E0
1.10
0.67
0.89
1.08
0.75
0.80
地线2表面场强Em/E0
1.09
0.65
0.90
1.06
0.81
0.72
注：
该计算结果来源于1000kV与500kV同塔多回输电线路导线选型与电磁环境研究报告
2、不同排列方式下电磁环境的分析
由武汉大学计算结果可知：
1）在1000kV双回同相序排列时，1000kV线路导线表面电场强度小于逆相序和异相序排列方式，但地线表面电场强度大于临界电场强度，地线电晕现象严重，应加大地线的载面积；
2）1000kV双回三种相序排列方式下的可听噪声、无线电干扰均在限值内满足要求；
由华北电力大学计算结果可知：
1）1000kV相序变化时，各导线表面的最大电场强度有较大的变化。
2）同相序无线电干扰最小，然后是异相序1、异相序2、异相序4、逆相序，最后是异相序3无线电干扰最大；
3）导线相序变化时，可听噪声会发生变化，但是可听噪声的计算结果均满足电磁环境的要求，其中ABC/BCA和ABC/CBA的可听噪声较高，ABC/ABC时可听噪声最低。
3）1000kV线路相序不同，工频电场的分布也不一样，采用同相序和ABC/BAC时地面电场最大，采用逆相序时所需走廊最宽。
2.5500kV双回相序排列对电磁环境指标的影响
在塔型二的基础上，武汉大学研究结果设1000kV双回线路按异相序（ABC/BCA）排列不变，线路运行电压为1080kV；双回500kV线路的相序分别为：
①ABC/CBA、②ABC/BAC、③ABC/ABC、④ABC/BCA、⑤ABC/CAB，线路运行电压为525kV，计算500kV线路的相序对电磁环境的影响。
华北电力大学研究结果1000kV双回交流选用了异相序ABC/BCA，500kV双回交流线路选用了五种相序：
（1）ABC/CBA、
（2）ABC/BAC、（3）ABC/ABC、（4）ABC/BCA、（5）ABC/CAB。
1000kV线路计算电压为1080kV，500kV线路计算电压为525kV。
1、不同排列方式下电磁环境的比较
表2.5-1不同运行方式下电磁环境的比较
500kV线路
相序排列方式
可听噪声（dB）
无线电干扰水平（好天气）（dB）
走廊宽度
（m）
7kV/m控制居民区最小对地高度（m）
10kV/m控制非居民区最小对地高度（m）
1
ABC/CBA
52.79
49.94
46.38
14.62
11.45
2
ABC/BAC
52.19
47.00
45.43
15.52
11.58
3
ABC/ABC
52.27
49.45
44.96
15.53
11.66
4
ABC/BCA
52.80
49.15
46.10
13.82
10.87
5
ABC/CAB
51.95
47.09
44.61
14.60
11.46
注：
该计算结果来源于1000kV与500kV同塔多回输电线路导线选型与电磁环境研究报告
表2.5-2不同运行方式下电磁环境的比较
计算项
500kV相序排列
ABC/CBA
ABC/BAC
ABC/ABC
ABC/BCA
ABC/CAB
地面最大场强（kV/m）
10.64
10.85
10.85
9.99
10.64
可听噪声（dB（A））
52.74
52.11
52.24
52.70
51.93
无线电干扰（dB（μV/m））
54.37
53.77
53.81
54.48
53.56
10kV/m控制的最小对地高度（m）
11.48
11.72
11.72
11.00
11.48
7kV/m控制的最小对地高度（m）
14.62
15.61
15.61
13.83
14.60
走廊宽度（m）
46.06
45.02
44.60
45.76
44.21
地线1表面场强Em/E0
0.75
0.76
0.76
0.75
0.76
地线2表面场强Em/E0
0.81
0.79
0.81
0.79
0.78
注：
该计算结果来源于1000kV与50
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