電線電磁環(huán)境研究

【摘要】目的 研究特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境，提升輸電效率。方法 通過研究常規(guī)架設(shè)方式下的電磁環(huán)境、平行架設(shè)方式下的特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境、交叉跨越區(qū)域下的電磁環(huán)境，計(jì)算三種架設(shè)方式下特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)的計(jì)算模型和影響因素。結(jié)果 三種架設(shè)環(huán)境均需要考慮工頻電場、工頻磁場、無線電對(duì)特高壓輸電線路的影響，根據(jù)相關(guān)因素和計(jì)算模型分析，有利于特高壓交流輸電的高效運(yùn)行。結(jié)論 通過特高壓交流輸電線路的電磁環(huán)境研究，提升了輸電效率，降低了對(duì)人民身體的損害，值得推廣。

【關(guān)鍵詞】特高壓 輸電線路 電磁環(huán)境 常規(guī)架設(shè) 平行架設(shè) 交叉跨越

1 緒論

1.1 研究背景

自從電的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，我國對(duì)電力的需要也不斷增長。然而我國的能源分布不均勻，西南地區(qū)主要是水力資源，華北、西北地區(qū)主要是火力資源。東部沿海地區(qū)出現(xiàn)電力超負(fù)荷狀態(tài)。所以我國要進(jìn)行電力輸送就要建設(shè)能源傳輸通道。電力采用特高壓輸電，損耗的能量最小。

特高壓輸電線路具有電壓高、電流大、導(dǎo)線截面粗等特點(diǎn)。特高壓輸電技術(shù)中的特高壓電暈效應(yīng)和電磁場及其影響屬于電磁環(huán)境。居民認(rèn)為其影響了當(dāng)?shù)鼐用竦沫h(huán)境，給人類帶來危害，主要是它會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷和暫態(tài)電擊，還會(huì)容易產(chǎn)生火災(zāi)，重要的是電暈放電產(chǎn)生的無線電干擾無線通訊，還會(huì)產(chǎn)生噪音。關(guān)于上述居民反映的問題，國家在設(shè)計(jì)特高壓輸電線路時(shí)要予以充分考慮。

1.2 研究現(xiàn)狀

為了解決無線電干擾和可聽噪音，各國對(duì)特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境問題進(jìn)行了電暈籠試驗(yàn)和試驗(yàn)線段試驗(yàn)。試驗(yàn)線段試驗(yàn)具有可長時(shí)間測量無線電干擾和可聽噪音的優(yōu)點(diǎn)；電暈籠試驗(yàn)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整、周期短等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)線段試驗(yàn)對(duì)于環(huán)境干擾較大，所以電暈籠試驗(yàn)更受國家的重視。眾多國家開展了電暈籠試驗(yàn)的研究，獲得各種氣候條件下的預(yù)測公式，并得到了無線電干擾和可聽噪聲的計(jì)算公式。交流線路中用二維模型計(jì)算電磁場的分布情況，而用有限差分法、有限元法、等效電荷法及矩量法等方法計(jì)算電場。

學(xué)者對(duì)于高電壓大電流方式輸電產(chǎn)生的生態(tài)影響做了許多研究。其中產(chǎn)生的電場和磁場對(duì)于居民存在著生理影響和電擊影響。目前，經(jīng)專家調(diào)查電場和磁場對(duì)于人類只有輕微影響。而產(chǎn)生的可聽噪音很大時(shí)可能會(huì)影響著當(dāng)?shù)鼐用竦墓ぷ骱托菹?，干擾人類的談話，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有產(chǎn)生耳聾的危險(xiǎn)。研究結(jié)果顯示，高電壓大電流方式輸電對(duì)于人類健康和生活基本沒有影響。

1.3 研究內(nèi)容

學(xué)者對(duì)于常規(guī)架設(shè)方式下的電磁環(huán)境特征參數(shù)進(jìn)行分析。建立模擬模型和計(jì)算模型得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)影響電磁環(huán)境特征參數(shù)的方面。根據(jù)各種參數(shù)，改善線路的最佳位置及其排列方式。建立交流線路交叉跨越區(qū)域的電磁環(huán)境參數(shù)模型，改善線路在交叉跨越區(qū)域的排列方式和相對(duì)高度。總結(jié)研究成果，對(duì)于各種參數(shù)進(jìn)行組合，得到完美的結(jié)合，完善交流輸電線路。

2 常規(guī)架設(shè)方式下的電磁環(huán)境

電磁環(huán)境的預(yù)測通常有兩種方法：一種是類比測量，測量運(yùn)行中的各方面情況相似的輸電線路的電磁環(huán)境參數(shù)，作為待建輸電線路能否滿足國家相關(guān)電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的參照；另一種是理論計(jì)算，根據(jù)輸電線路的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出各項(xiàng)電磁環(huán)境參數(shù)，與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較[1]。

2.1 工頻電場

工程中采用模擬電荷法分析常規(guī)架設(shè)線路，將門型塔導(dǎo)線水平排列和貓頭塔導(dǎo)線三角形排列分別進(jìn)行理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論。研究電磁環(huán)境的影響因素和特征參數(shù)，得出導(dǎo)線排列方式對(duì)電場分布影響不大和高度對(duì)電場強(qiáng)度的影響較大，故導(dǎo)線在跨越農(nóng)田和公路時(shí)，高度應(yīng)分別大于26米和31米。同塔雙回路線的高度影響電場強(qiáng)度，正相序的電場強(qiáng)度大于逆相序的電場強(qiáng)度。

2.2 工頻磁場

工程中采用模擬電流法特高壓對(duì)于輸電線路磁場建立模型和計(jì)算模型，將門型塔和貓頭塔分別進(jìn)行理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論。導(dǎo)線排列方式對(duì)磁場分布有所影響，但峰值不變，而高度對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度影響較大。同塔雙回線路導(dǎo)線的高度和相序?qū)Υ鸥袘?yīng)強(qiáng)度有很大影響。同一相序，導(dǎo)線高度越高磁感應(yīng)強(qiáng)度越低。

2.3 無線電干擾

輸電線路或金具發(fā)生電暈放電時(shí)形成的電流脈沖注入導(dǎo)線，并從注入點(diǎn)向?qū)Ь€的兩邊流動(dòng)。從而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，即無線電干擾場[2]。計(jì)算交流輸電線路無線電干擾有經(jīng)驗(yàn)法和激發(fā)函數(shù)法，小于4分裂導(dǎo)線的高壓線路無線電干擾計(jì)算和大于4分裂導(dǎo)線的高壓線路無線電干擾計(jì)算分別用經(jīng)驗(yàn)法和激發(fā)函數(shù)法。無線電干擾測量數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)在穩(wěn)定的天氣環(huán)境下進(jìn)行。將得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果相比較，得知無線電干擾與天氣和導(dǎo)線本身有著不可分割的聯(lián)系。在晴天，干擾波動(dòng)較大，必須多次測量，而在雨天，導(dǎo)線起暈達(dá)到飽和，干擾波動(dòng)穩(wěn)定。高度影響不大。導(dǎo)線排列方式對(duì)無線電干擾影響較大。在導(dǎo)線水平排列時(shí)梯度較陡，在導(dǎo)線三角排列時(shí)梯度較緩。同塔雙回輸電線路一般采用正序排列，因?yàn)檎蚺帕袩o線電干擾水平較低。

2.4 可聽噪聲

各國對(duì)于電暈籠試驗(yàn)和試驗(yàn)線段試驗(yàn)結(jié)果得出了計(jì)算可聽噪音的公式。可聽噪音的測量對(duì)于氣候的改變影響明顯，雨天線路產(chǎn)生的噪音大于晴天線路產(chǎn)生的噪音。高度對(duì)可聽噪音的影響不大，導(dǎo)線排列方式對(duì)可聽噪音的影響顯著。同塔雙回輸電線路對(duì)相序的不同影響顯著。

3 平行架設(shè)方式下的特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境

對(duì)于平行架設(shè)方式下的工頻電場，導(dǎo)線之間的間距和高度都對(duì)工頻電場有影響，導(dǎo)線之間的間距和相序都對(duì)兩條導(dǎo)線之間的區(qū)域有影響。導(dǎo)線間距越小，線路影響越明顯。而對(duì)于平行架設(shè)方式下的工頻磁場，導(dǎo)線排列方式對(duì)工頻磁場有影響，導(dǎo)線間距對(duì)工頻磁場有影響，間距越小，磁感強(qiáng)度越高。對(duì)于平行架設(shè)方式下的無線電干擾，得出了無線電干擾計(jì)算方法。高度和導(dǎo)線的間距對(duì)無線電干擾影響不大，相序排列只有在兩條導(dǎo)線相近時(shí)才會(huì)對(duì)無線電干擾產(chǎn)生影響，導(dǎo)線排列不同對(duì)無線電干擾也有顯著影響。對(duì)于平行架設(shè)方式下的可聽噪聲，導(dǎo)線間距越小，可聽噪聲越大。

4 交叉跨越區(qū)域下的電磁環(huán)境

交叉跨越區(qū)域電磁環(huán)境參數(shù)因素將會(huì)被建立三維空間模型采用有限元法進(jìn)行計(jì)算，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果進(jìn)行比較，得出結(jié)論。上層導(dǎo)線高度增加，線下場強(qiáng)有略微下降趨勢；下層導(dǎo)線高度增加，線下場強(qiáng)有明顯下降?？紤]到實(shí)際，導(dǎo)線同時(shí)增加，線下場強(qiáng)有明顯下降，但耗資較多。用電暈籠試驗(yàn)測量無線電干擾水平，得出導(dǎo)線激發(fā)函數(shù)。相近的導(dǎo)線存在自感和互感，無線電干擾的計(jì)算方法是首先計(jì)算導(dǎo)線表面電位梯度，然后是計(jì)算激發(fā)函數(shù)，最后是導(dǎo)納矩陣和阻抗矩陣。導(dǎo)線的絕對(duì)高度穩(wěn)定和較大時(shí)對(duì)無線電干擾的影響分別是影響不大和影響較大。結(jié)果顯示，降低交又區(qū)域無線電干擾的方法是增大導(dǎo)線相對(duì)高度和搭配的相序。

5 總結(jié)

上文分別介紹了常規(guī)架設(shè)方式下、平行架設(shè)方式下、交叉跨越區(qū)域下的特高壓輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)的計(jì)算模型和影響因素。本論文研究了特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境問題，采用模型和計(jì)算的方法分析了規(guī)架設(shè)方式下、平行架設(shè)方式下、交叉跨越區(qū)域下的特高壓輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)，研究了無線電干擾和可聽噪音的解決方法，在考慮到節(jié)約經(jīng)濟(jì)，研究出合理的特高壓交流輸電線路通道。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃子璇.特高壓輸電線路電磁環(huán)境預(yù)測計(jì)算的研究[D]浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013：3.

[2] 蔣戰(zhàn)朋.高壓輸電線路電磁環(huán)境研究[M]華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012：3.