专题-包20-11对地距离和交叉跨越研究

13 国家综合甲级证书号:A144004317 准东-华东±1100千伏特高压直流输电工程线路工程勘察设计投标文件包20大荆镇-庙沟村段第二卷工程技术文件第三册专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 (十一)对地距离研究和交叉跨越研究 投标人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院 法定代表人或其委托代理人：（签字） 2015年5月(十一)对地距离研究和交叉跨越研究0摘要一主要研究内容根据本包段线路的工程特点，对线路的导线对地及交叉跨越距离、线路走廊宽度等进行详细的分析研究，以便合理控制±1100kV直流输电线路的电场效应，减少对线路附近环境、人员的影响，满足安全及环保要求。二研究方法本专题参考现有 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 规范，综合理论计算及实验结果，相互验证，并结合已有±500kV、±800kV等工程的设计运行经验及成果，提出±1100kV直流特高压输电线路对地及交叉跨越距离值和线路走廊宽度。三输入条件3.1路径 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及断面数据根据本包段招标文件推荐路径方案，结合我院现阶段路径优化情况，采用卫片和断面数据进行优化排位。3.2气象组合根据本包投标文件及对气象条件的研究结果，气象组合如下：1)基本设计风速为27m/s，设计覆冰厚度为10mm。2)基本设计风速为30m/s，设计覆冰厚度为10mm。3)基本设计风速为30m/s，设计覆冰厚度为15mm。3.3海拔本包海拔在1000～1600m之间3.4导地线根据本包的地形划分，本包为轻冰区山地地形，采用8分裂JL/G2A－1250/100钢芯铝绞线，导线采用双极水平排列，子导线分裂间距均取550mm，地线采用一根LBGJ－240－20AC铝包钢绞线，另一根采用OPGW-240。3.5极间距及绝缘子串型式本报告中各种计算极间距取28m，绝缘子串为V串。3.6空气间隙参见本包投标文件专题九《绝缘配合及空气间隙研究》。四主要结论及建议本专题研究主要结论如下：(1)确定±1100kV直流特高压架空输电线下地面处电场强度、离子流密度控制值取值如下：a)对于居民区，合成场强限定在雨天30kV/m，晴天25kV/m，离子流密度限定在雨天100nA/m2，晴天80nA/m2。b)对于一般非居民地区(如跨越农田)，合成场强限定在雨天36kV/m，晴天30kV/m，离子流密度限定在雨天150nA/m2，晴天100nA/m2。c)对于人烟稀少的非农业耕作地区，合成场强限定在雨天42kV/m，晴天35kV/m，离子流密度限定在雨天180nA/m2，晴天150nA/m2。(2)海拔1000m及以下地区，距直流架空输电线路正极性导线对地投影外20m处由电晕产生的可听噪声（L50）不超过45dB(A)；海拔高度大于1000m且线路经过人烟稀少地区时，控制在50dB(A)以下。(3)距正极性导线对地投影外20m处由电晕产生的0.5MHz无线电干扰场强80%//80%值，一般地区不超过58dB(μV/m)，海拔超过1000m时，按相关标准进行修正。(4)导线对地最小距离的决定因素为合成场强、离子流密度，按8×1250导线，极间距28m，分裂间距550mm，海拔小于1000m时，非居民区，南方取为26m，北方28m；居民区，南方取为30m，北方取32m。当海拔高度超过1000m，海拔升高1000m，线路对地距离增加1m。(5)直流输电线路邻近民房时，民房所在地面未畸变合成电场(湿导线情况下)应不超过15kV/m。(6)±1100kV直流线路走廊宽度由合成场强控制，导线为8×1250导线，极间距28m时，一般非居民区（农业耕作区）的走廊宽度为108m，居民区为106m。(7)直流线路可不考虑直流磁场影响。(8)±1100kV直流线路跨越铁路、公路按居民区考虑，距离为32m，其它交叉跨越距离见表0.1-1。±1100kV特高压直流输电线路交叉跨越距离汇总 交叉跨越物 ±1100kV距离(m) 公路 32 铁路 轨顶 32 承力索（杆顶） 15（20） 弱电线及杆顶 23 电力线（塔顶） 13（20） 跨树 18 特殊管道 23 索道 13 通航河道 水面距离（桅高） 20 最高航行水位桅顶 13 不通航河道 百年一遇洪水位 15 冬季至冰面 28 建筑 22.5目录i(十一)对地距离研究和交叉跨越研究0摘要i1概述-1-1.1工程概况-1-1.2电力系统条件-1-2国内外高压直流线路建设情况-3-2.1国内高压直流线路建设情况-3-2.2国外高压直流线路建设情况-4-3确定导线对地及交叉跨越距离基本要素及主要原则-5-3.1确定导线对地及交叉跨越距离基本要素-5-3.2确定导线对地及交叉跨越距离主要原则-6-4电气绝缘强度-9-4.1工作电压下空气间隙的确定-9-4.2操作过电压下的空气间隙的确定-9-4.3空气间隙及其取值原则-11-5电磁环境-11-5.1国内外直流电场效应研究-11-5.2导线表面电场强度-18-5.3地面标称场强、合成场强与离子流密度-19-5.4可听噪声-31-5.5无线电干扰-38-5.6电视干扰-43-5.7直流磁场-44-5.8小结-44-6对地及交叉跨越最小距离-45-6.1居民区、非居民区、交通困难地区最小对地距离取值-45-6.2山坡、峭壁、岩石之间的最小净空距离-49-6.3导线对公路交叉跨越距离-50-6.4导线对铁路交叉跨越距离-52-6.5对城际轨道交通的交叉跨越距离-55-6.6导线对弱电线的交叉跨越距离-56-6.7导线对电力线的交叉跨越距离-56-6.8对特殊管道的交叉跨越距离-58-6.9对河流的交叉跨越距离-62-6.10与建筑物之间的交叉跨越距离-63-6.11对树木之间的交叉跨越距离-64-7房屋拆迁原则与线路走廊宽度-67-7.1邻近民房时合成场强限值的确定-67-7.2房屋拆迁原则-67-7.3线路走廊宽度-68-8对地距离及交叉跨越距离汇总表-68-8.1对地距离汇总表-68-8.2交叉跨越距离汇总表-69-9结论-69-1工程概述1.1工程概况为推进新疆经济发展，加快准东地区煤电基地开发和外送，减轻铁路运输压力和东部地区的环保压力，解决华东地区电力匮乏的问题，规划建设准东～华东±1100kV特高压直流输电工程。准东-华东（皖南）±1100kV特高压直流输电工程线路工程起于新疆准东五彩湾换流站，终点为安徽皖南换流站，沿线途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽六省，线路全长约3339.143km（含长江大跨越3.143km），航空线长度为2997.1km，海拔10～2300m之间，线路曲折系数1.11，全线按单回双极架设，输送容量为12000MW。本工程轻冰区平丘地形采用8分裂JL1/G3A－1250/70钢芯铝绞线，轻冰区山地、15mm、20mm冰区采用8分裂JL1/G2A－1250/100钢芯铝绞线，子导线分裂间距均取550mm。全线地线推荐采用一根LBGJ－240－20AC铝包钢绞线，一根OPGW－240光缆。一般线路段基本风速划分为27m/s～43m/s。全线共划分为四个冰区，覆冰厚度分别为5mm（轻冰区）、10mm（轻冰区）、15mm（中冰区）、20mm（重冰区）。国家电网公司准东-华东±1100kV特高压直流输电工程线路工程勘察设计招标文件共分27个标包。本册为包20设计投标专题报告之十一。本标包全线经过陕西省商州区、丹凤县、商南县。线路起点位于商州区大荆镇，终点位于富水镇南侧庙沟村。线路长度131.8km，沿线海拔在1000～1600m之间。沿线地形比例为：山地94.8%，高山5.2%。设计冰厚10mm和15mm，设计风速27m/s及30m/s，最高气温40℃，最低气温-20℃，年平气温15℃。±1100kV特高压线路在工程实践中属新的电压等级，目前尚无标准规范、设计运行经验可供参考。目前，国家电网建设的向家坝-上海、锦屏-苏南、哈密-郑州、溪洛渡-浙西±800kV特高压直流输电工程已正式投产，宁东-绍兴±800kV直流工程正在开工建设，酒泉-湖南、锡盟-泰州、上海庙-山东、山西-江苏±800kV直流工程正在施工图设计，因此本专题的研究可参考我国已有±800kV特高压直流输电线路的设计、运行经验。1.2　电力系统条件系统额定电压：±1100kV额定输送功率：12000MW本报告的各种计算中，导线采用双极水平排列，绝缘子串为V串布置塔型见图1.2-1，极间距为28m。图1.2-1计算用塔型本工程线路纵贯南北，存在着较大的气候差异，如空气湿度、粉尘等等，比较本工程沿线主要城市的年平均相对湿度如下表1.2-2所示，可以看出南北地区的相对湿度相差较大。表1.2-1本工程沿线主要城市的年平均相对湿度 城市 乌鲁木齐 西宁 西安 郑州 合肥 年平均温度/℃ 6.9 6.1 13.7 15.1 16.3 年平均相对湿度/% 58 55 70 56 70根据相关统计资料，南方地区降尘量平均值为10.16吨/平方公里·月，北方地区平均值为24.73吨/平方公里·月，北方地区的粉尘大约为南方地区的2倍多。较大的气候差异如空气湿度、粉尘等，会引起地面合成场强有所不同，因此，本工程对地距离建议分南北地区差异化设计，本工程南北地区以豫陕边界为分界点。导线对地及交叉跨越距离，是线路设计最基本的原则之一，它涉及线路的环境影响（包括场强、可听噪声、无线电干扰等）、走廊宽度与房屋拆迁范围等技术指标，对工程的设计及造价有着十分重要的意义。本专题的主要目的是推荐合理的导线对地及交叉跨越距离、线路走廊宽度，以便合理控制±1100kV直流输电线路的电场效应，减少对线路附近环境、人员的影响，满足安全及环保要求。2国内外高压直流线路建设情况2.1国内高压直流线路建设情况葛上±500kV直流线路是我国的第一个直流输电工程，此后我国相关部门结合葛上直流工程情况开展了对直流输电线路的设计研究。到2012年已有数10项电压等级为±400kV、±500kV、±660kV、±800kV的直流输电工程相继投运，包括天广、云广、向上等长距离直流线路，另外还有多条直流工程正处于设计中，部分如表2-1所示。表2.1-1国内直流输电线路工程 序号 工程名称 电压(kV) 输送容量(MW) 距离(km) 投运时间 1 葛洲坝—上海 ±500 1200 1045 1989 2 天生桥—广州 ±500 1800 960 2000 3 三峡—常州 ±500 3000 860 2002 4 三峡—广东 ±500 3000 960 2004 5 贵州—广东 ±500 3000 880 2004 6 三峡—上海 ±500 3000 1075 2006 7 贵州-广东直流II回 ±500 3000 1194 2007 8 荆门-枫泾 ±500 6000 1018 2010 9 宝鸡-德阳 ±500 3000 534 2009 10 呼伦贝尔-辽宁 ±500 3000 908 2010 11 溪洛渡-广东 ±500 6400 2×1251 2013 12 宁东-山东 ±660 4000 1335 2011 13 格尔木-拉萨 ±400 1200 1038 2011 14 云南—广东 ±800 5000 1417 2010 15 糯扎渡-广东 ±800 5000 1451 2013 16 向家坝-上海 ±800 6400 1907 2010 17 锦屏-苏南 ±800 7200 2090 2012 18 哈密南-郑州 ±800 8000 2210 2014 19 溪洛渡-浙江 ±800 8000 1653 20142.2国外高压直流线路建设情况为了满足长距离、大容量输电和联网的要求，二十世纪六十年代中期，国际上开始了特高压输电技术的研究，并已经取得了很大进展。迄今为止，美国、意大利、巴西、加拿大、前苏联等国都进行了特高压输电的研究。国际大电网委员会（CIGRE）和美国电气工程师协会（IEEE）对±800kV、±1000kV、±1200kV等较高电压等级的直流输电进行了研究，认为采用这一等级的直流输电是可行的。目前国外已经建成的±500kV及以上的特高压直流线路超过20多条，部分如表2-2所示。表2.2-2国外直流输电线路工程 序号 工程名称 电压（kV） 输送容量（MW） 距离（km） 投运时间 备注 架空线 电　缆 1 英法海峡2（英/法） 2×±270 2000 72 1985 2 伏尔加－顿巴斯（俄罗斯） ±400 720 470 1965 3 新西兰南北岛（新西兰） ±250 600 570 39 1965 ＋270/－350 992 575 42 1991 4 太平洋联络线（美国） ±400 1440 1362 1970 ±500 3100 1362 1989 扩建 5 纳尔逊河1（加拿大） ±450 1620 930 1972 ±500 2000 930 1992 扩建 6 纳尔逊河2（加拿大） ±500 2000 940 1978 7 金斯诺斯（英国） ±266 640 82 1974 8 斯卡捷拉克（挪威/丹麦） ±250 500 113 127 1977 9 斯夸尔比尤特（美国） ±250 500 749 1977 10 卡布拉－巴萨（南非） ±533 1920 1420 1979 11 CU工程（美国） ±400 1000 710 1979 12 北海道－本洲（日本） ±250 600 124 44 1993 13 英加－沙巴（南非） ±500 560 1700 1982 14 得斯堪顿－卡麦尔福德（美/加） ±450 690 172 1986 15 英特尔蒙顿（美国） ±500 1600 787 1986 16 伊泰普（巴西） ±600 3150 785 1986 ±600 3150 805 1990 17 芬挪－斯堪（瑞典/芬兰） 400 500 33 200 1989 18 里汉德－德里（印度） ±500 1500 910 1990 19 魁北克－新英格兰（美/加） ±500 2250 1480 1990 20 波罗的海电缆（瑞典/德国） 450 600 12 250 1994 21 康特克（丹麦/德国） 400 600 170 1995 22 里特－鲁扎（菲律宾） 350 440 433 19 1997 23 强德拉普尔－波德海（印度） ±500 1500 743 1998 24 纪伊工程（日本） ±250 1400 51 51 2000 ±500 2800 51 51 25 温哥华（加拿大） 260 312 69 1968 280 370 77 1977 3确定导线对地及交叉跨越距离基本要素及主要原则3.1确定导线对地及交叉跨越距离基本要素输电线路导线必须保持对地及交叉跨越物安全距离，除满足线路输送电能的主要功能外，同时要求安全可靠运行，环境友好，经济合理。确定导线对地及交叉跨越距离基本要素的关键点如下：根据系统输送容量及《导地线选型专题研究》、《绝缘配合及空气间隙研究》、《电磁环境影响研究》等专题成果确定导线型式、分裂间距、极间距等基本参数。根据《电磁环境影响研究》等成果，参考《±800kV直流架空输电线路设计规范》（GB50790-2013），确定对地距离电磁环境限值，确定导线最小对地距离。根据系统确定的操作过电压倍数及《绝缘配合及空气间隙研究》确定的电气绝缘强度（空气间隙）确定在人不宜到达的地方的最小对地距离及交叉跨越距离。3.2确定导线对地及交叉跨越距离主要原则通过对国内外超特高压输电线路的对地距离及场强要求的分析可知，对地及交叉跨越距离要求是按公众及交通工具可能到达的频繁程度分类的。在不同的分类场所，有不同的场强要求和标准，一般可分为以下四类：1)公众及交通工具经常活动的场所：如工业企业地区、港口、码头、火车站、城镇等人口密集场所。2)公众及交通工具可以到达的场所：如非居民区，也就是时常有人，有车辆或农业机械到达，但未建民屋或房屋稀少的场所。3)人可以到达的场所：如交通困难地区，建筑物顶等。即车辆、农业机械不能到达的场所。4)人不可以到达的场所：如峭壁、树木、被跨架空电线等。根据国内外线路设计与运行经验，前两类一般由场强控制，后两类一般由电气绝缘强度控制，但还应根据人在该场所受电场影响引起的后果情况进行场强验算，限制一个合理的场强，以确定对地及交叉跨越距离。不属于以上地区的交叉跨越距离，可参照以上分类确定的原则来确定。为了简洁清晰的分析理解各种交叉跨越距离，本报告按以下三类控制条件分节分析研究。3.2.1地面场强允许值要求确定的对地及交叉跨越距离1)居民区的导线对地距离2)非居民区的导线对地距离3)交通困难地区的导线对地距离4)邻近或跨越住人建筑物的场强限值5)导线至公路路面的垂直距离6)导线至铁路轨顶的垂直距离7)对城际轨道交通的最小距离8)导线至电气化铁路承力索或接触线杆顶的垂直距离9)导线对弱电线的最小垂直距离10)导线对电力线杆塔顶的垂直距离11)导线与建筑物之间的最小垂直距离12)导线与林区树木之间的垂直距离13)导线与果树、经济作物、城市绿化灌木及街道树之间的垂直距离14)跨越不通航河流冬季至冰面的最小垂直距离15)跨越通航河流至五年一遇洪水位的最小垂直距离16)对特殊管道的最小垂直距离3.2.2电气绝缘强度要求确定的对地及交叉跨越距离1)导线对步行可达山坡的最小净空距离2)导线对步行不可达山坡、峭壁、岩石的最小净空距离3)导线在最大计算风偏时对建筑物的最小净空距离4)导线最大风偏时与公园、绿化区、防护林带树木之间的净空距离5)导线至电气化铁路承力索或接触线的最小垂直距离6)跨越不通航河至百年一遇洪水位的最小垂直距离7)跨越通航河道至最高航行水位桅杆顶的最小垂直距离8)对电力线路导（地）线的最小垂直距离9)在路径受限制地区对电力线的最小水平距离10)在路径受限地区对弱电线的最小水平距离11)在路径受限地区对特殊管道的最小水平距离12)对索道的最小垂直距离13)在路径受限地区对索道的最小水平距离3.2.3其它因素决定的距离1)交叉铁路的最小水平距离2)与铁路平等的水平距离3)交叉公路的最小水平距离4)与公路平等的水平距离5)与河流平等的水平距离6)在开阔地区与各种架空线、管道、索道平等的水平距离7)边导线与不在规划范围内城市建筑物之间的水平距离4电气绝缘强度电气绝缘强度主要是考虑工频电压、操作过电压、大气过电压控制的相应绝缘强度。操作过电压间隙与最高运行电压、操作过电压倍数有关。根据本工程系统的初步研究，目前本工程最高运行电压为±1122kV，操作过电压倍数暂定为1.55倍。大气过电压间隙可按绝缘子串的50%雷电冲击放电电压的80%确定。但对于确定本直流线路导线叉跨越距离而言，有实际意义的是操作过电压。4.1工作电压下空气间隙的确定参照《±800kV直流架空输电线路设计规范》（GB50790-2013）中的公式，工作电压下绝缘子串风偏后导线对杆塔空气间隙的直流50%放电电压应符合下式的要求：式中：-额定工作电压，1100kV;，-电流电压下间隙放电电压的空气密度、湿度校正系数；-安全系数，1.1～1.15;-空气间隙直流放电电压的变异系数，可取0.9%。计算直流电压下风偏角的风速取线路最大设计风速，计算得出工作电压下空气间隙。4.2操作过电压下的空气间隙的确定直流线路的操作过电压，其产生机理及出现的频度，与交流系统有一定的不同，主要波形为直流分量上叠加一冲击波。参照GB50790-2013，绝缘子串风偏后导线对杆塔空气间隙的正极性50%操作冲击放电电压应符合下式的要求：式中：-最高运行电压，±1122kV;，-操作冲击电压下间隙放电电压的空气密度、湿度校正系数；-操作过电压倍数;-空气间隙在操作电压下放电电压的变异系数，5%。计算操作冲击电压下的风偏角取线路设计最大风速的0.5倍，绝缘子串以及导线对杆塔空气间隙放电电压均按标准气象条件给出，当因海拔高度引起气象条件变化异于标准状态时，应予以校正。根据中国电科院目前对±1100kV直流线路过电压的研究结果，线路的最高运行电压为1122kV，线路的最大操作过电压倍数分别按1.4p.u.、1.5p.u.、1.55p.u.、1.6p.u.和1.7p.u.考虑。考虑到塔头采用V形绝缘子串，式中取σS＝5%，按3σS算，则相应的U50分别为1980kV、2112kV和2244kV。用插值法得出的不同海拔时的操作冲击放电电压曲线，可算得±1100kV直流线路直至3500m海拔下线路杆塔空气间隙操作冲击放电电压的海拔校正因数和最小间隙距离，见表4.2-1所示。表4.2-1±1100kV直流输电线路杆塔间隙操作冲击放电电压的海拔校正因数和最小空气间隙距离（m） 过电压 海拔（m） 0 1000 2000 3000 3500 1.4p.u.1571kV 海拔校正因数 1 1.054 1.1 1.139 1.155 操作冲击U50kV 1848 1948 2032 2104 2135 最小间隙距离m 6.6 7.3 7.9 8.4 8.6 1.5p.u.1683kV 海拔校正因数 1 1.046 1.084 1.116 1.131 操作冲击U50kV 1980 2072 2147 2210 2239 最小间隙距离m 7.5 8.1 8.7 9.2 9.4 1.55p.u.1739kV 海拔校正因数 1 1.043 1.078 1.106 1.119 操作冲击U50kV 2046 2134 2206 2263 2290 最小间隙距离m 7.9 8.5 9.1 9.5 9.8 1.6p.u.1795kV 海拔校正因数 1 1.039 1.071 1.097 1.108 操作冲击U50kV 2112 2194 2261 2316 2341 最小间隙距离m 8.5 9.1 9.6 10 10.2 1.7p.u.1904kV 海拔校正因数 1 1.033 1.057 1.078 1.088 操作冲击U50kV 2244 2318 2372 2419 2441 最小间隙距离m 9.5 10 10.5 10.9 11.14.3空气间隙及其取值原则根据中国电科院对准东～华东±1100kV线路沿线过电压仿真分析，最大过电压出现在线路中段，过电压倍数为1.66倍，线路中部加装线路4柱并联避雷器时，线路中部最大过电压降至到1.55p.u.以下。本工程海拔高度一般3000m以下，出于设计安全考虑，在确定电气绝缘强度要求确定交叉跨越距离时，操作过电压倍数按1.55倍考虑，对应空气间隙如表4.3-1所示。表4.3-1准东—华东±1100kV直流线路空气间隙表 海拔高度（m） 1000 2000 3000 操作过电压空气间隙（m） 8.5 9.1 9.5±1100kV直流架空线路在不同海拔地区的电气绝缘强度均由操作过电压间隙控制，当线路所经地区海拔高度增加，与电气绝缘强度有关的距离需相应进行修正。基于希望本结论也能适用于国内将来±1100kV单回直流架空送电线路，使同样电压等级的送电线路工程采用统一的交叉跨越距离值，考虑到线路所经地区最高海拔高度和操作过电压倍数的差异，取最大操作过电压间隙9.5m计算导线交叉跨越距离。空气间隙控制的导线对地及交叉跨越距离，参考我国500kV、±500kV、750kV、±800kV、1000kV线路的经验，在满足电气间隙的基础上，增加2～3米裕度，对某些高度不易准确确定的被跨越物（如树木），则适当增加裕度。5电磁环境直流输电线路的电磁环境影响包括标称场强、合成场强、离子流密度、可听噪声、无线电干扰、电视干扰及磁场效应等。5.1国内外直流电场效应研究5.1.1地面合成场强(Es)制定合理的场强标准，使线路既满足生物效应的要求，即减少对输电线下人体和牲畜的静电感应影响，以及可能出现的稳态电击和暂态电击现象，同时避免不必要的增加线路建设的投资，使输电线路的造价控制在合理的水平。对于特高压直流线路，其电场效应问题更加突出。直流输电线路电场强度的限值通常用两种方式表示：（1）在一定数量空间电荷下合成场强的限值；（2）标称场强和离子流密度的限值。目前，对直流输电线路下电场强度的限值一般根据人体感受试验确定。为了研究高压直流电场对人的感觉，美国Delles试验中心曾邀请一些人在高压直流线下进行直流感受试验。母线直径较大，不产生电晕，线下电场是没有空间电荷的纯直流电场，被试人员站在对地绝缘的橡皮垫（绝缘电压>30），其试验的综合评价如表5.1-1所示。表5.1-1直流母线下受试者的综合评价 母线电压（kV） 相应场强（kV/m） 人体感受程度 400 22 头皮有较轻微刺激感 500 27 头皮有刺激感，耳朵和毛发有轻微感觉 600 32 头皮有强烈刺痛感 750 40 脸和腿有感觉穿普通鞋的人在高压直流母线下，当电场为30kV/m时，毛发有刺激感，头皮有轻微刺痛感。基于以上情况，直流输电线路下可能有人员活动的地方，合成场强应小于30kV/m。中国电力科学研究院在天广直流工程调试期间，曾进行过人在直流输电线下的直接感受试验。毛发和皮肤对直流电场最敏感，在地面电场强度小于30kV/m的地方，皮肤感觉不明显，在地面场强为30kV/m左右的地方，皮肤有微弱刺痛感，在地面场强为35kV/m的地方，皮肤有强烈的刺痛感。直流电场强度普遍高于同一电压等级交流线下所测得的场强，然而不能把直流场和交流场等同起来。对于交流电场达7kV/m时，手上汗毛有感觉，20kV/m时身体和衣服之间有刺痛感觉。5.1.2离子流密度(J)在电场的作用下，空间电荷不断向地面移动，地面单位面积所接收到的电流称为离子流密度。5.1.3截获电流(Ip)人或物体在输电线下，空间的带电离子将会通过物体流入大地。所截获电流的大小与物体几何和离子流密度有关。根据IEEE工作组对离子电流的研究，人体电流和电击电流对人体生态效应的影响如表5.1-2所示。表5.1-2电流大小对人体生态效应影响表 电流(mA) 直流电流 交流电流(60Hz) 男人 女人 男人 女人 1估算的直流截获电流和交流感应电流 0.0025 / 0.3(注) / 2手无感觉 1.0 0.6 0.4 0.3 3轻微的刺痛“感觉的临界值” 5.2 3.5 1.1 1.2 4不舒服的“电击”但不疼、肌肉没有失控 9.0 6.0 1.8 1.2 5疼痛的电击，肌肉没有失控，99.5%接受试验的人能安全摆脱 62 41 9.0 6.0注：假设60Hz交流地面场强为5kV/m。由上表可见，同样的感受，直流允许值比交流高，因此在稳态电击方面直流线路比交流轻得多。5.1.4人和物体的感应电压(U)EPRI的研究结果表明：1)由离子电流传送的电荷可以积聚在位于直流线路附近的人体或物体上。积累的电荷量直流取决于人或物体的尺寸，相对线路的位置，特别是它的对地电阻。实际情况是人或物体的对地电阻总是很低，足以把电荷积累限制在很低水平.2)如果对地电阻足够高，物体（或人）对地将有电压。该电压和积累的电荷成正比，和它对地电容成反比，亦即V=Q/C。3)接触绝缘物体时释放的能量正比于该物体的对地电容和电压的平方，即。在一个大物体上（如带施车的卡车）很少可能存储足够给出大于“脉冲型”电压所需的能量即5至10mJ。4)虽然已经知道在能控制的试验条件下，1.2～2.5mJ能量能使汽油引燃，而在实际试验条件下引燃所需能量要超过100mJ。直流输电线路下对人体或物体的感应电压及其稳态电压或瞬态电击是没有任何危险的。在DL/T436-91《高压直流架空送电线路技术导则》中规定：±500kV直流输电线路下地面的合成电场强度限值取30kV/m；线下离子流密度限值为100nA/m2；邻近民房的地面标称电场强度限值为3kV/m。这是在建设葛上直流工程时确定的。当时，中国电力科学研究院就直流合成电场对人的影响进行过大量的试验研究，在晴天，当地面合成电场达到11kV/m时，人在该电场下打伞，手触摸金属柄，会感受到明显但比较轻微的暂态电击；在雨天，同一地点的地面合成电场达到约15kV/m，暂态电击更强烈，具有刺痛感。随着电场增加，暂态电击程度增加。为了防止人在民房所在地打伞时出现较强的暂态电击，民房所在地面的合成电场应不超过15kV/m(对应于湿导线)。为慎重确定直流线路临近民房时民房所在地地面合成电场的限值，2005年7月，中国电力科学研究院会同湖北超高压局武汉分局，组织老中青男女人员，在直流输电线路下进行了感受试验。试验时人体所在位置的地面合成电场范围为6.1kV/m～15.1kV/m。试验内容为：人触摸接地金属体、人打伞触摸金属柄和人触摸架设在空中对地绝缘的13m长金属线时的感受。感受 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 见表5.1-3。试验结果为:(1)穿普通鞋的人触摸接地金属体时无感觉；穿电工绝缘鞋的人触摸接地金属体，在15kV/m的场强下时有明显但轻微的暂态电击感觉，在小于12kV/m的场强下无感觉。(2)人触摸架设在空中对地绝缘的13m长金属线时无感觉。(3)人打伞触摸金属柄，在地面合成电场小于9.6kV/m时，无感觉；在地面合成电场为11kV/m～13kV/m时，有明显但轻微的暂态电击感觉；在地面合成电场为14.6kV/m～15.1kV/m时，放电很明显，放电声较大，有明显刺痛感，与人在干燥的地板上走动后再触摸水龙头的感觉类似。这与建设葛－上直流工程时所做的感受试验结果一致。表5.1-3人在直流电场下接触接地和绝缘物体的感受试验 内容 人员编号 感受 测点1(9.6kV/m) 测点2(13.1kV/m) 测点3(15.1kV/m) 测点4(－14.6kV/m) 测点5(－12.3kV/m) 测点6(－6.1kV/m) 人触摸接地体 1 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 2 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 3 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 4 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 人打伞 1 无感觉 轻微感觉 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 有轻微感觉 无感觉 2 无感觉 轻微感觉 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 有轻微感觉 无感觉 3 无感觉 轻微感觉 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 有轻微感觉 无感觉 4 无感觉 轻微感觉 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 明显放电、刺痛感、有声音响声较大 有轻微感觉 无感觉 人触摸接地绝缘架空金属线(13m长) 1 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 2 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 3 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 4 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉 无感觉5.1.5电场效应限值标准对直流输电线路而言，考虑电场效应的影响就是要把地面附近的电场、离子电流和空间电荷密度限制在一定的范围内，减小对线下人体和牲畜的静电感应影响，以及可能出现的稳态电击和暂态电击现象，使人在线路下面活动不会受到很大影响。表5.1-4列出了国内外具有代表性的地面合成场强、标称场强、及离子流限值标准。表5.1-4地面标称场强、合成场强及离子流限值标准 规范及标准 限值内容 备注 美国80版DOE规范 线下最大允许标称场强Ee为15kV/m 日本环境部规范 线下最大允许标称场强Ee为9kV/m 加拿大 线下最大Es＝25kV/m，J＝100nA/m2，走廊边缘Ee＝2kV/m 巴西 地面最大合成场强Es＝40kV/m 伊泰普 前苏联规范 线下Ee＝15kV/m，J＝20nA/m2 8小时 线下Ee＝15－20kV/m，J＝25nA/m2 5小时 线下Em＝60kV/m 1小时 无人居住Es＝25kV/m，有人居住Es＝10kV/m ±750kV 泰西蒙咨询葛南标准 线下5%概率的合成电场Es为30kV/m DL436-2005(直流导则) 线下Es＝30kV/m，J＝100nA/m2，民房Ee＝3kV/m 龙政、三广等直流 线下Es＝30kV/m，J＝100nA/m2，民房Ee＝5kV/m 注：Es为合成电场；Ee为标称场强。DL/T436-2005《高压直流架空送电线路技术导则》中规定，线下地面合成电场强度和离子流密度限值仍分别为30kV/m和100nA/m2；邻近民房的地面电场强度改为以合成电场强度控制，限值为15kV/m。合成电场不好计算，葛上直流设计时以合成电场对应的标称电场作为限值，便于设计。葛上直流线路采用的导线为4×300mm2，取导线对地最小距离为12.5m，晴天11kV/m(或雨天15kV/m)地面合成电场对应的标称电场约为3kV/m。直流输电线路的合成电场与标称电场之间的量值关系与所采用的导线有关。如果导线电压、导线分裂数、分裂间距和导线对地距离一样，子导线直径越大，导线表面电场越小，离子流对合成电场的贡献就越小，地面合成电场也越小。如三常直流线路，导线为4×720mm2，导线对地距离为12.5m时，地面标称电场为3kV/m的点对应的合成电场只有约4.5kV/m～7kV/m，比葛上直流线路的小很多。由此可见，对于采用不同导线的直流线路，都采用同一量值的标称电场作为民房所在地的控制值不太合适。对人的影响实质上是合成场强，标称场强只是合成场强的一部分，因此，直流输电线路的电场对人的影响原则上应以合成电场衡量。从前苏联的规定和我国直流线路运行经验看，直流线路临近民房时，地面合成场强没有必要小于10kV/m，从美国和前苏联的规定看，不应大于15kV/m。我国第一条直流线路葛上线设计时，通过咨询泰西蒙公司以及电科院试验线路下的实际试验，确定合成场强的限值为30kV/m，离子电流密度的限值为100nA/m2。泰西蒙公司在为葛上直流所作的研究报告中计算合成场强和离子电离密度时，取电晕起始电场为14kV/cm，此时为满足地面合成场强30kV/m的限值，导线采用4×LGJQ-300时对地最低距离需14.4米。如对地距离取为12.5m，据泰西蒙计算地面最大场强达36.2kV/m，后来考虑到最大合成场强仅指最大弧垂下正极导线档距中央外侧2～3米处5%的概率值，出现机率少，范围小，因此葛上直流最小对比距离还是取12.5米。实际上在电科院的±500kV直流试验线路(导线为LGJQ-300)下的场强实测证明，导线对地最小距离12.5m就可满足30kV/m的限值要求，它相当于电晕起始场强为18kV/cm左右时的计算结果。泰西蒙公司也认为，为计算地面场强及其他电效应对电晕起始电场的取值(14kV/cm)是很保守的(即偏低)，实际电晕起始电场在此值以上。葛上直流已投运多年，曾对地面场强进行实测。从实测结果看，实际场强均小于其设计标准30千伏/米，且实际运行中未得到任何不良反映；天广直流导线为4×LGJ-400，根据葛上直流设计运行经验并通过有关计算，导线对地最小距离也是取12.5m；三常直流、三广直流、贵广直流等导线都是采用大截面导线LGJ-720，地面合成场强以及离子流密度较葛上和天广直流小许多，为节省投资，对地距离取11.5m，即使如此，地面合成场强及离子流密度仍比葛上直流小，具体数值见表5.2-2。已建±500kV直流线路离子流密度都以100nA/m2为限值，线下人体最大截获电流约为530nA，该值和交流500kV线下人体感应电流相比小一个数量级，又比直流感觉的临界值小2个数量级，人一般不会有任何感觉。表5.1-5为部分已建直流工程合成场强和离子流密度计算值（导线起晕场强取18kV/cm）。表5.1-5国内外部分直流工程的电场强度和离子流 工程名称 国家 电压(kV) 导线结构(n×mm) 表面场强(kV/cm) 标称场强(kV/m) 合成场强(kV/m) 离子流密度(nA/m2) 太平洋联络线 美国 ±400 2×45.8 20.56 11.57 20.82 72.14 太平洋联络线 美国 ±500 2×45.8 25.97 14.46 26.02 90.17 CU工程 美国 ±400 2×38.2 24.14 5.1 17.0* 26.0* 纳尔逊河 加拿大 ±450 2×40.7 25.87 9.0 20.0* 55.0* 伊泰普 巴西 ±600 4×34.1 24.84 14.46 29.89 110.35 葛上直流 中国 ±500 4×23.94 28.1 11.99 28.75 101 天广直流 中国 ±500 4×26.8 25.89 12.36 27.11 62.08 三常、贵广、三广等直流 中国 ±500 4×36.2 20.35 14.21 23.66 71.99注：*表示实测值。以上分析了已建直流工程情况，对于直流输电线路，可将确定一般非居民区导线对地距离的要素和限值定为：合成场强限值取30kV/m，离子流密度限值取100nA/m2。目前我国已建±500kV直流线路采用的导线型号为4×300（葛上直流）、4×400（天广直流）、4×720（三常直流、贵广直流、三广直流等）等三种，如采用4×500或4×630，对地距离可取12.5m和11.5m中间值12m，此时地面合成场强和离子流密度是满足要求的。对于人员活动频繁的居民区，合成场强限值应适当降低，限值可取为25kV/m，在此场强下，人基本上无感觉。葛上直流导线在居民区的对地距离确定为16m，此时地面合成场强小于25kV/m。为简单起见，其他导线型式在居民区对地距离也取16m，同葛上直流相比是有一定裕度的。准东至华东±1100kV特高压直流输电工程可参考上述及±800kV相关限值。本工程推荐采用《±800kV特高压直流线路设计技术规范》（GB50790-2013）的电场效应限值标准，即：居民区，地面合成电场不超过25kV/m，线下地面离子流密度不超过80nA/m2；非居民区，地面合成电场不超过30kV/m，线下地面离子流密度不超过100nA/m2。同时，直流架空线路临近民房时，民房所在地面的未畸变合成场强按湿导线条件计算，不超过15kV/m，以满足测量时民房所在地面的合成电场80％测量值不超过15kV/m和最大值不超过25kV/m的要求。具体如下表5.1-6所示：表5.1-6本工程电场效应限值标准 居民区 合成场强限定在雨天30kV/m，晴天25kV/m.，离子流密度限定在雨天100nA/m2，晴天80nA/m2。 非居民地区（农业耕作区） 合成场强限定在雨天36kV/m，晴天30kV/m，离子流密度限定在雨天150nA/m2，晴天100nA/m2。 非居民区（人烟稀少的非农业耕作地区） 合成场强限定在雨天42kV/m，晴天35kV/m，离子流密度限定在雨天180nA/m2，晴天150nA/m2。5.2导线表面电场强度5.2.1导线起始电晕电场强度电晕是高压线附近产生的微弱的辉光，当导线表面的电场强度超过了空气电气击穿强度时所产生局部放电就形成了电晕。这种电气放电在空气中导致光、可听噪声、无线电干扰、臭氧的产生，还可以使空气电离，这些都会消耗系统的能量。因此高压直流输电线路必须将电晕限制在一定的范围内。光滑导线的表面很少产生电晕，但导线表面通常是不规则的，上面附着着污秽物、昆虫、水滴等，这些足以将导线表面场强增加到足够大而引起局部导线附近空气击穿(空气临界击穿场强29.8kV／cm)。往往由于导线表面的不规则和粗糙等因素，在比空气临界击穿强度低得多的情况下，导线表面即产生了电晕，这种现象通常用导线的表面粗糙系数m来表示对于直流线路而言，一般m的取值在0.4－0.6之间。试验证明，导线的起始电晕电场强度与极性的关系较小，一般认为直流线路导线起晕场强和交流线路起晕场强的峰值相同，可以将皮克(peek)公式转换为直流形式。(5-1)式中m—导线表面粗糙系数，晴天和雨天条件下一般分别取0.52（0.49）和0.42（0.38）；(—相对空气密度；r—导线半径，cm；5.2.2导线表面最大电场强度导线表面最大电场强度决定于运行电压、子导线直径、子导线分裂数、子导线分裂间距、极导线高度以及相间距离等因素。　　直流线路导线表面场强的计算方法与交流线路的计算方法基本一致。目前常用的方法有逐次镜像法和“EPRI”的经验公式两种计算方法，两种方法精度均能满足工程要求。下面介绍经验公式法。(5-2)gmax＝GU(5-3)式中：U－极导线对地电压，kVN－导线分裂数S－极间距离，cmH－极导线的对地距离，cmr－子导线半径，cmR－子导线圆的半径，cmgmax－导线表面平均最大电场强度，kV/cm5.3地面标称场强、合成场强与离子流密度5.3.1标称场强的计算方法根据“EPRI”的研究报告，地面标称场强的计算可按下式进行。(5-4)式中：V—相导线对地电压，kV。H—导线对地高度，m。P—极间距离，m。deq—分裂导线等效直径，m。X—距线路中心垂直线路方向的距离，m。5.3.2合成场强的计算方法第一种方法是采用解析计算办法，这是20世纪60年代末Sarma等人首次提出，他们采用了Deutsch假设，认为空间电荷不影响场强的方向，只影响其大小，从而把二维计算变为一维计算，使问题变得容易解决。第二种方法是由导线电荷产生的标称电场用理论计算，有空间电荷后的合成场强由标称电场和经验公式计算，人们称它为半经验公式法(参见DCConductorDevelopmentEPRIEL－2257)。第三种方法是采用数值计算方法，即用有限元素法来计算离子流场，它是加拿大学者Janischewcky等人于20世纪70年代末首次提出，以后其他国家有些学者又作了不少改进，这一方法无需Deutseh假设，从理论角度来讲，更具有科学性。1)解析法计算介绍当线路的几何尺寸决定之后，合成场强、空间电荷密度(和离子流密度满足以下三式▽(5-1)(5-2)▽(5-3)综合上三式，得(5-4)由于所描述的有空间电荷的合成场强方程是非线性的，这种合成场强方程无法求解，为此Sarma等人引进一些假设，它们是：(1)空间电荷只影响场强幅值而不影响其方向，即Deutsch假设(5-5)式中A为标量函数，如果沿着已知无空间电荷场强E的电力线求解合成电场，那么原先复杂的二维场问题，便转为沿电力线求解一维的非线性微分方程组的边界值问题。(2)导线表面附近发生电离后，导线表面场强保持在起晕场强值。当导线对地电压为V时导线表面电位时，；时，；导线表面的A值即。(3)正、负极导线起晕电压相等。(4)不考虑离子的扩散作用。(5)双极线路下正、负离子迁移率相同。(6)离子迁移率与电场强度无关，是一常数。2)半经验公式法计算介绍这类方法的典型方法是美国EPRI的方法。美国EPRI在直流输电线路模型上进行了大量模拟试验的基础上，找出了地面合成电场和离子电流密度与线路基本参数间的关系而提出了一种半经验公式法。EPRI通过在直流输电线路模型上进行系列的电晕试验，认为直流输电线下的电场有两种极限情况。一种是没有电晕时，仅由导线上电荷决定的静电场或称标称电场。一种是饱和电晕时仅由空间电荷决定的电场，此时电晕已发展的相当严重，线下电场仅取决于极间距离和对地距离，导线本身尺寸已不影响线下电场。计算实际线路下的空间电场和离子流密度分布时，首先计算出上述两种极限情况的电场分布和离子电流密度分布，在此基础上再计算出未饱和电晕放电时的合成电场和离子电流密度的分布。先计算出无空间电荷存在时，仅由导线上电荷产生的地面电场，又称标称电场E的分布。由图5.3-1和5.3-2查曲线求得饱和电晕时所求点对应的值F(x)和C(x)。图5.3-1地表归一化电场强度的横向分布(H－导线对地高度；S－极间距离；V－极电压)图5.3-2地表归一化电流密度的横向分布(H－导线对地高度；S－极间距离；J’＝JH3/V2(10－15A/m3))计算实际直流线路(即未饱和电晕时)地面合成场强和离子电流密度。首先计算出各分裂导线表面最大场强gmax。其次是通过皮克公式或直接给出于导线的电晕起始场强g0，用下式算出导线起始电晕电压V0。(5－6)有空间电荷后地面某点的合成场强Es可由下式求得：(5－7)式中Ke＝f(V/V0)可根据H/Deq和V/V0的比值，由图5.3-3查曲线求得。图5.3-3起晕后地表电场强度计算的设计曲线(H－导线对地高度；r(－分裂导线等效半径)地面某点的离子电流密度可按下式求得：　(5－8)式中Ki＝f(V/V0)可根据H/Deq和V/V0的比值，由图5.3-4查曲线求得。图5.3-4起晕后地表离子电流密度计算的设计曲线(H－导线对地高度；r(－分裂导线等效半径)饱和电晕时地面电场的最大值E0max可按下式计算：(5－9)饱和电晕时地面离子电流密度的最大值JD＋max，和JD－max可按以下两式计算：(5－10)(5－11)饱和电晕时地面电场和离子电流密度的横向分布，在线路走廊以外的部分可按下列经验公式求取(公式适用于1＜(x－P/2)/H＜4)。(5－12)(5－13)(5－14)3)基于有限元的电磁场数值计算方法电磁场数值计算法来计算离子流场，无需Deutseh假设，从理论角度来讲，更具有科学性。各种电磁场数值计算方法的区别主要是由空间电荷密度分布得到空间电场分布的方法不同造成的。目前大量应用的是有限元法，下面做一介绍。这种计算方法首次由加拿大学者Janischewckj提出，该法先设置空间某点电荷密度为某一初始值，再用有限元法解微分方程进行计算得到空间的电场分布，再利用电流连续性定理解得新的空间电荷密度分布。若新的空间电荷密度分布和原来初设值有差别，修正原来