华北电网有限公司，北京100053
0前言
北京昌平至房山500kV输电线路（简称昌房线）是中国第一条500kV紧凑型输电线路。该工程于1999年11月建成投产，线路全长83km，经系统调试一次启动成功，顺利投入运行。至今已安全运行4年多时间。在此期间线路经受了风、雪、冰、雨、雾等多种气象条件的考验、大负荷试验的实际检验，运行正常。这是在华北电力集团公司建成第一条220kV紧凑型输电线路的基础上，研究建成的500kV紧凑型输电线路，其研究成果达到了国际先进水平。
紧凑型输电线路研究的目的是压缩架空输电线路走廊占地宽度，同时提高线路的输电能力，并且减少线路对环境的电磁污染，从而满足我国电力工业持续发展对超高压、远距离输电，减少占地、降低工程综合造价的要求，进而提高我国输电技术的整体水平。
1关于提高自然输送功率的研究
超高压线路输送功率静态稳定极限与该线路电抗的大小成反比，超高压线路的自然输送功率是与该线路波阻抗的大小成反比。自然功率代表着线路的输送能力。我们研究紧凑型线路的目的有二个:即要大幅度的提高线路的自然功率，又要大幅度的压缩线路的走廊宽度，这就只有大幅度的压缩导线的相间距离才能达到。因为随着导线相间距离的减小，线路的电感L也减小，线路的电容C增加，又因为波阻抗Z=（L/C)1/2，所以线路的波阻抗降低，其自然功率提高。
突破常规线路的布置形式，将三相导线置于同一塔窗内，使任何两相导线之间都没有塔柱或横担相隔，因而避免因为塔柱或横担额外增加相间距离，此时的相间距离只需满足相间过电压及带电作业安全距离的要求即可。这是压缩相间距离最有效的方法。在这个塔窗内，将三相导线按等边倒三角形布置，不仅可以获得三相导线几何均距（GMD）最小，而且可使三相导线参数获得最好的平衡。
压缩相间距离，增加子导线的分裂间距固然可以使自然功率增加，但也会导致导线表面场强增加，无线电干扰及电晕损耗增加。对此，国外通常采取增加导线截面的办法解决，而我们则主张:在导线总截面与常规线路基本同的前提下，通过增加分裂导线根数，减小子导线截面的办法解决。
500kV常规线路的每相导线为4×LGJ-400.35，紧凑型输电线路导线的总面积考虑与之相同，在此前提下，我们将每相导线分裂根数控制在4～8根;分裂圆直径在60～100cm;相间中心距离在5～7m的范围内，按不同组合分别进行计算，优化选择最佳值。最终确定的方案是:三相导线按等边倒三角形布置;相间中心距离为6.7m;每相采用6根LGJ-240.30钢芯铝绞线;六分裂导线的分裂间距为37.5cm，即分裂圆直径为75cm;分裂导线组成的六边形的底边为水平方向。对于500kV紧凑型线路，其对地距离为10m，超过4kV/m高电场区的宽度约16m;而500kV常规型线路的对地距离为11m，超过4kV/m高电场区的宽度约48m。
从上述优化方案中，得到下列相关的技术指标和参数:水平边相导线中心距离即线路走廊宽度为6.7m，较常规水平排列的24.6m压缩了17.9m;自然功率为1340MW，较常规线路的1000MW提高了34;线路导线下地面电场强度超过4kV/m的宽度为16m，较常规线路的48m减少了32m;导线表面最大电场强度为17.8kV/cm，相关的无线电干扰水平（RI），噪声水平（AN）均与常规线路相当，并优于国家标准。525kV昌房紧凑型和吕安二回常规型线路离地面1m的工频电场分布情况见图1。从衡量500kV紧凑型线路的3个关键指标，即从提高自然功率的幅度、减小水平边相距离、减小高电场强度的地面宽度来看，我国均处于世界领先地位。
图1525kV昌房紧凑型和昌安二回常规型线路离地面1m的工频电场分布2关于紧凑化技术的研究
架空输电线路紧凑化技术研究的目的是:在保证安全运行和经济的前提下，使线路导线所占走廊的空间及宽度最小，使铁塔的体积及质量最小，从而节省线路的总体占地面积。
首先，三相导线置于同一塔窗内，相间只有空气间隙而没有接地构件，从而在根本上压缩了相间距离。三相导线在空间上按等边倒三角形布置，使任意两相之间的距离都压缩到同一长度，从而使得三相导线的几何均距（GMD）就等于相间距离。这是三相导线最紧凑的布置形式。
其次，三相导线全部采用V形绝缘子串悬挂，使导线在塔窗中的位置固定，不因风力或电动力而摆动。考虑到安全，3个V形串各自独立，2个上相V型串夹角均约90°，下相V形串夹角约140°。但对于某些垂直档距较大的铁塔，下相导线垂直荷载较大，夹角为140°的V形绝缘子即使采用300kN大吨位的绝缘子，其张力仍然不能满足要求。采取再增加一个垂直绝缘子串，专门用来承担导线的垂直荷载。此时夹角140°的V形串只起到防止导线摆动的作用。这种新型的绝缘子串组装悬挂方式国内外都未有过。由于垂直串中间的连接金具处于三相导线中间，金具上产生的悬浮电位对塔窗内电场分布的影响，尤其是对相间操作冲击绝缘强度的影响问题，是超高压线路中从未遇到过的。为此进行了专题计算研究，并通过1∶1模拟塔头及试验线段进行试验，结论是令人满意的。只要连接金具尺寸不大，即使在此处不加设屏蔽环的情况下，影响极小，措施可行。
第三，在大档距中间位置的水平两相之间加装相间绝缘间隔棒。这是我国特有的一项紧凑化技术。昌房紧凑型线路的相间距离为6.7m，远小于常规线路，比设计规程的要求也小得多，在塔窗处用V形绝缘子串固定了位置，而在档距中间情形会如何?这里有2个问题要考虑:①发生短路故障时，在短路电流电动力的作用下，水平两相导线不得发生碰线而造成导线的损伤;②水平两相导线在大风的作用下，产生不同步摇摆而互相接近时，不得发生相间闪络事故。
在进行三相导线短路电动力计算时，将导线作为悬链线，然后逐段积分求得合力。研究结果是:在50kA，0.1s三相短路电流作用下，档距小于700m时，水平两相导线间不会发生碰线，700m及以上时需安装一只相间绝缘间隔棒。以此类推，45kA对应850m档距，40kA对应1000m档距，35kA对应1300m档距。进一步分析可知，50kA只是变电站母线的短路水平，变电站附近的数档范围内，档距一般都小于700m，随着短路点远离变电站，短路电流也逐渐降低，电动力的作用也随之减小。经计算，昌房线全线无需因短路电动力而装设相间间隔棒。
关于风力作用下导线发生不同步摇摆问题，运用非线性有限元动力方法计算，结果为:设计风速为30m/s和32m/s两种气象区，档距分别超过830m和800m时，则需要在档距中央安装水平方向的相间间隔棒，在任何非水平方向上的上下两相导线间均无需装设间隔棒。根据昌房线的实际情况，全线共安装了11只水平方向相间绝缘间隔棒。有效地防止了因风力而发生的相间闪络事故。
对水平相间间隔棒的基本要求是质量小，其自重引起的挠度要小，而在受压力时能承受较大的弯曲。硅橡胶合成绝缘子近几年来得到了较大发展和应用，在此基础上开展研制出水平相间间隔棒。在研究中发现玻璃纤维、环氧树脂引拔棒具有极好的“后屈曲”特性，即受到压力荷载大于其临界荷载之后，仍然具有承受压力大于临界压力的能力。应用“后屈曲”理论设计的相间间隔棒，其芯棒直径为30mm，比应用线性理论设计的结果减小1/4，不仅具有很好的稳定性，而且具有较好的柔性，减轻了导线的负担。该间隔棒已经过超大柔度屈曲试验和屈曲疲劳试验。从一定意义上说，相间绝缘间隔棒的成功研制及应用，是压缩相间距离到6.7m的最后一道保证措施。
3关于绝缘配合的研究
根据系统计算，昌房线的最大统计（2概率）操作过电压倍数，相对地为1.8p.u.，相对相为3.3p.u.，均发生在合闸于空载线路的工况下。带电作业时的单相接地故障及切除（不重合）时的最大操作过电压，相对地为1.[1][2]下一页
