作者：郑晓敏
目前常用于分析电磁环境的计算方法有基于deutsch假设的解析计算方法和抛弃了deutsch假设的上流有限元法，后者对于复杂线路的计算更精确但在收敛稳定性方面存在一定缺陷。文献提出了一种新型的迭代收敛控制技术并得到了很好的验证。本文采用改进迭代控制的上流有限元法计算±800 kV与±500 kV同塔双回路直流输电线路的离子流场，分别对不同塔型布置情况下的电磁环境指标、导线最小对地高度及线路走廊宽度进行了计算比较，对电磁环境限值要求的各塔头临界尺寸进行了对比分析，给m了±800 kV
与±500 kV同塔双回直流线路塔型的选择建议。
1 塔型设计基本条件
1.1 塔型布置方案
本工程同塔双同线路有4种基本塔型方案，其中塔型一、二、三为2层布置，塔型四为1层布置，如图1所示。表1给出了各塔型及对应的导线布置方式，共8种布置方案。
考虑不同塔型的线路布置情况，当±500 kV位于杆塔下层时，导线对地高度取11.5 m：当±800 kV位于杆塔下层时，导线对地高度取18 n1：本文±800 kV线路导线采用6xjL/GIA -630,/-45，+500 kV线路导线采用4xLGJ-720/50 地线采黾LBGJ-150-20AC铝包钢绞线。
1,2电磁环境限值
参考对+800kV直流输电线路电磁指标限值的相关规定，本文采用±800 kV与±500 kV同塔双回直流输电线路的电磁环境限值如下：(1)地面合成场强晴天时不超过30 kV/m．雨天时不超过36 kV/m，最大离子流密度限值晴天不超过100nA／m2，雨天不超过150 nA/m2; (2)当线路邻近民房时，民房所在地面的未畸变合成电场强度按湿导线条件计算，不超过15 kV/m; (3)在海拔1 000 m及以下地区，距线路正极性导线对地投影外20 m处由电晕产生的可听噪声(L50)不超过45 dB(A)；海拔高度大于1 000 m且线路经过非居民区时，不超过50 dB(A); (4)在海拔1 000 m及以下地区，距线路正极性导线对地投影外20m处800/0时间、80%置信度的0.5 MHz无线电干扰不应超过58 dB（μV/m）。
2不同塔型电磁环境比较
2.1 地面电场和离子流密度对比分析
依据上流有限元理论，编制计算混压同塔双回直流输电线路离子流场的计算程序，设风速为0．将正负离子迁移率分别设为1.5xl0-4 m2／(V·s)和1.7xl0-4 m2／(V·S)，收敛控制因子设为1/6以保证迭代过程收敛。考虑不同的塔头布置形式，典型尺寸下的导线极间距如表2所示。为保证所有导线完全起晕，本文计算雨天条件下各塔型布置方式的地面电场和离子流密度，其横向分布曲线如图2所示，地面标称电场、合成电场和离子流密度的最大值如表3所示。
由表3可见，除塔型三和塔型二A方式以外．其余各塔型布置方式均能满足雨天时地面最大合成场强和离子流密度的限值要求。总体来看，塔型一B方式的地面最大合成场强和离子流密度最小，塔型四、塔型二次之，塔型三最大。
由图2可看出，除塔型三外，各塔型布置方式下的地面标称电场、合成电场和离子流密度分布均相对线路中心对称，且在不同导线布置方式下的分布规律有所差异。(1)所有方案中，塔型一A方式下地面标称电场最低，但由于同极性导线间距离较远使相互间的屏蔽作用减弱，增大了导线表面场强，导线电晕产生的空间电荷作用增强．从而使地面合成场强较其他方案偏高：B方式的地面标称场强最高，但是由于其不同回路之间同极性的导线距离较近，相互间的屏蔽增强，降低了导线的表面场强，从而改善了地面离子流密度和合成电场分布。可看出塔型四D方式与E方式存在类似差别，也是由以上原因造成的。(2)塔型一A方式下地面合成场强在距线路中心较远处衰减较快，且出现正负符号反转，这是线路同侧正负极性导线共同作用的结果，而B方式则变化较平缓，线路同侧场强方向不变。(3)塔型二由
于±800 kV导线离地较近，其对地面场强变化起主导作用，A、B布置方式下地面合成场强分布趋势较接近。
2.2 无线电干扰和可听噪声对比分析
采用美国BPA推荐的公式计算可得距线路正极性导线对地投影外20 m处由电晕产生的可听噪声( L50)。采用国际无线电干扰特别委员会(CISPR)推荐的公式计算可得到晴天距正极导线20 m处50%概率的0.5 MHz无线电干扰值，增加3 dB后即80%时间、80%置信度的无线电干扰值。±800 kV与+500 kV双回路的无线电干扰和可听噪声值可由分别由两回双极线路的结果在能量层面上进行几何叠加得到。各塔型0 ni海拔下无线电干扰和可听噪声计算结果如表4所示。
由表4可看出：(1)在Om海拔时，除塔型三的A方式和塔型四的E方式外，各导线布置方式的可听噪声和无线电干扰均满足限值要求；(2)塔型一和塔型二在B布置方式下的可听噪声和无线电干扰均明显小于A方式；(3)总体来看，塔型一的B方式和塔型四的E方式下的可听噪声和无线电干扰较小，距限值有较大裕度，更易满足高海拔地区的限值要求。
3 电磁环境对设计参数的影响
3.1 最小对地距离和走廊宽度
计算各方案地面最大标称场强、最大合成场强和离子流密度随极导线对地高度变化的。情况，得到电磁环境限值控制的导线最小对地高度。线路走廊宽度按极导线邻近民房时房屋所在位置地面处最大未畸变电场不超过15 kV/m的标准确定。各塔型电磁环境限值控制的导线最小对地高度及线路走廊宽度如表5所示。
由表5可知：(1)塔型一在不同导线布置方式下的线路走廊宽度差别较大，A方式约为B方式的一半，这主要是A方式下线路一侧的地面合成场强衰减较快造成的。(2)对于塔型二，由于其地面电磁环境受下层±800 kV导线影响较大，其A、B方式下的最小对地高度和相应的走廊宽度都较大，其中走廊宽度最大均超过70 m。(3)塔型三在C方式下的走廊宽度不大，但最小对地距离要求较高。(4)塔型四采用了1层布置方式，其横担较长．最大走廊宽度达到了65 m。(5)总体来看，塔型一对地高度要求最小，在A方式下线路走廊宽度最小，可最大限度上节省杆塔建造材料和走廊资源，降低工程造价。
3.2导线极间距
极间距尺寸设计与电磁环境、合成绝缘子串长、空气间隙、V型绝缘子串夹角等多种因素有关．表3所示的导线极间距典型尺寸已考虑各塔型的杆塔空气间隙及V型绝缘子串长布置的要求。本文主要根据电磁环境限值计算了各塔型要求的临界极间距，并在工程允许范围内比较其合理性与经济性，为后续线路设计提供参考。
对于塔型一、二、四，保持其他条件不变，在典型尺寸基础上改变+800 kV导线水平间距，计算1 000 m海拔下的各电磁环境指标，得到恰好满足限值时的+800 kV导线临界问距：对于塔型三，保持其他条件不变，改变下层800 kV导线与500 kV导线的水平间距并计算得到其临界值。结果如表6所示。
由表6可知：(1)一般无线电干扰在工程允许的较大极间距尺寸范围内均能满足限值要求，故其不控制导线临界极间距。(2)塔型三的地面合成场强对下层导线间距的变化不敏感，难以在工程允许尺寸范围内满足限值要求，同时其可听噪声所控制的极间距临界尺寸相对较大，且其塔头两侧横担不对称，机械强度要求更高，故工程上一般不考虑该塔型布置方式。另外塔型四E方式也存在类似问题。(3)对于塔型一和塔型二的B方式以及塔型四D方式，其采用典型尺寸下的极间距即可满足电磁环境要求。对于塔型一和塔型二的A布置方式，电磁环境控制的临界极间距主要由可听噪声决定，要求的尺寸均比典型尺寸大。
考虑到增大导线截面可有效降低可听噪声，图3给出了±800 kV导线采用不同截面型式时可听噪声随极间距的变化情况。
由图3可见，塔型-A方式下±800 kV导线采用6x LGJ - 900/75型式，以及塔型JB方式下±800 kV导线采用6xLGJ-720/50型式时，典型尺寸下的导线极间距均刚好能满足可听噪声限值要求。故适当增大导线截面型式能有效减小电磁环境控制的导线临界极间距。
3.3地线支架高度
极导线在地线表面感应的电场过大会导致地线电晕放电．影响电磁环境。一般将地线表面场强控制在18 kV/cm以下，按此标准各塔型所需的导地线最小垂直距离及地线支架高度如表7所示。结果表明．A布置方式在对地线的电晕控制上比B方式有优势，且塔型三的C方式和塔型四的D方式在正常尺寸范围内均难以控制地线电晕。
4不同运行方式的电磁环境比较
基于塔型一计算并比较±800 kV与±500 kV同塔双回线路在不同运行方式下的电磁环境，各指标如表8所示。
由表8可知：(1)从两回不同电压等级线路的影响来看，与正常运行时相比，±500 kV线路停运时地面合成电场和离子流密度明显减小，而±800 kV线路停运时地面合成场强变化不大，可见±500 kV线路是否带电运行对地面合成电场和离子流密度的影响更显著。(2)从导线布置方式来看，B方式下非正常工况的地面合成场和离子流密度变化程度略大于A方式，但均能控制在限值范围以内。(3)与正常运行时相比，非正常工况下可听噪声和无线电干扰均减小，而±800 kV线路是否带电运行对可听噪声和无线电干扰的影响更为显著。总体来看，塔型一在各运行方式下的可听噪声和无线电干扰均满足限值要求。
5结论
(1)从电磁环境上看，塔型四的E方式和塔型三的可听噪声和无线电干扰相对较大，基本接近或已超出了限值。塔型三和塔型四的A方式的地面合成场强均超出了限值标准。塔型一的地面合成场强在所有塔型布置方式中最小，且塔型一在B方式下可听噪声和无线电干扰距限值还有较大裕度，在高海拔地区也容易满足限值要求，而A方式的可听噪声接近限值，不宜用在高海拔地区。整体上看塔型一的电磁环境较优。
(2)从电磁环境对设计参数的影响上看，塔型三采用不对称线路布置，对线路高度、极间距和地线支架高度均要求较高，工程上难以实现塔型四的D方式和塔型二的线路走廊宽度很大，比较浪费走廊资源。而塔型一在较小的线路高度和适当的极间距下即可满足电磁环境控制要求，工程建造上具有良好经济性。且塔型一在A方式下可最大程度节省走廊资源，B方式则不宜用在土地资源紧缺地区。
(3）从线路在不同运行工况下的电磁环境来看，塔型一在非正常工况时的各电磁环境指标与正常运行时相比有一定波动，但多数情况下呈减小趋势，且均能控制在限值范围以内。
(4)综合考虑电磁环境、经济性及技术可行性，推荐塔型一布置型式用于±800 kV与±500 kV同塔双回路直流输电线路。其中A布置方式适用于低海拔处房屋密集或人口较稠密地区，B布置方式适用于较高海拔处或人炯稀少的非居民区。
6摘要：±800 kV与+500 kV同塔混压双回直流输电线路可有效解决日益增长的电力需求和输电走廊资源紧缺的矛盾．但该输电线路目前尚无设计与运行经验，研究其塔型布置型式对线路设计至关重要。采用上流有限元等方法研究了4种基本塔型在相应导线布置方式下的电磁环境，计算了地面电场和离子流密度、可听噪声和无线电干扰以及线路最小对地距离和走廊宽度，并基于电磁环境限值要求对各塔头临界尺寸进行了对比分析。根据综合比较结果，推荐了±800 kV与±500 kV同塔双回直流线路的最优塔型布置方案，并在推荐塔型布置下研究了线路在不同运行工况下的电磁环境，可为工程实际提供参考。
