不同塔型輸電線路工頻磁場強(qiáng)度的計算與分析

王 杰

(國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司北京102488)

不同塔型輸電線路工頻磁場強(qiáng)度的計算與分析

王 杰

(國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司北京102488)

采用畢奧－沙伐定律計算了不同塔型的輸電線路工頻磁場強(qiáng)度。根據(jù)計算結(jié)果，對各種塔型工頻磁場強(qiáng)度大小和分布特性進(jìn)行對比和分析，優(yōu)選出有效降低工頻磁場強(qiáng)度的輸電線路塔型。

輸電線路;工頻磁場;塔型

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長，國內(nèi)的電力需求也越來越旺盛。目前我國主要的發(fā)電方式為火力發(fā)電，火力發(fā)電所需的煤炭資源主要分布在西北地區(qū)，然而電力需求最大的地區(qū)卻為華東、華中等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。為了降低長距離輸電過程中的電力損耗，國家電網(wǎng)公司大力發(fā)展和建設(shè)超高壓、特高壓輸電線路，以實現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸電。但隨之而來的是，高壓輸電線路產(chǎn)生的磁場問題也越來越受到廣大人民群眾和監(jiān)管部門的關(guān)注?！督ㄔO(shè)項目環(huán)境保護(hù)分類管理名錄》規(guī)定，500kV及以上，500kV以下在敏感區(qū)，要編制環(huán)境影響報告書;500kV以下，在非敏感區(qū)，要編制環(huán)境影響報告表［1］。如何盡量地降低高壓輸電線路的磁場強(qiáng)度成為了環(huán)境保護(hù)的重要課題。高壓輸電線路工頻磁場限值，各國不盡相同，根據(jù)《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 24－1998)，離地面1.5m高處，輸電線路工頻磁場的限值為0.1mT。

1 計算方法

工頻磁場的計算首先要分別計算架空線路和其鏡像在場點(diǎn)處的值，然后將兩者進(jìn)行疊加。鏡像導(dǎo)線的位置d可通過下式進(jìn)行計算［2－3］:

式中:ρ為土壤電阻率;f為工頻，50Hz。

一般情況下，土壤電阻率為幾十到幾千，所以d的值可以達(dá)到幾百上千，鏡像電流對場點(diǎn)產(chǎn)生的磁場可以忽略不計，所以本文只考慮架空線路對場點(diǎn)的磁場作用。

在用畢奧－沙伐定律計算高壓架空線路下磁場分布的過程中，需要作如下簡化:

(1)線路電流為穩(wěn)態(tài)電流，沿線路的軸線流動，電流的有效值和相位沒有變化［4］;

(2)忽略輸變電線路中桿塔、絕緣子、金具等對磁場的影響。

輸電線路工程設(shè)計中，假設(shè)架空線是沒有剛性的柔性索鏈。做出這種假設(shè)的原因在于，架空線的檔距比架空線的截面尺寸大很多，同時架空線是由多股鋁線或多股鋼線構(gòu)成的絞合線，所以架空線的剛性對其懸掛空間曲線形狀的影響很小，所以架空線只能承受拉力而不能承受彎矩，其次假設(shè)作用在架空線的比載是均勻分布的［5］。

根據(jù)以上兩種假設(shè)，懸掛在兩基桿塔間的架空線呈懸鏈線形狀，如圖1所示。

圖1 等高懸掛點(diǎn)架空線示意

本文只討論懸掛點(diǎn)等高的情況，等高懸掛點(diǎn)架空線的方程為［6］:

畢奧－沙代定律的應(yīng)用示例見圖2。

圖2 畢奧－沙伐定律的應(yīng)用示例

根據(jù)畢奧－沙伐定律可得:

式中:u0為真空中的磁導(dǎo)率;I(l)為線電流;eR為R(l)方向上的單位向量。

2 不同塔型輸電線路工頻磁場強(qiáng)度的計算

不同的塔型，其結(jié)構(gòu)尺寸也不一樣，導(dǎo)線的型號及排列方式也可能不同。緊湊型線路的導(dǎo)線排列方式為倒三角，酒杯塔的導(dǎo)線排列方式為水平排列，貓頭塔的導(dǎo)線排列方式為正三角。

在這三種塔型中分別選出一種型號做分析比較，其參數(shù)如表1所示。

表1中，緊湊型線路對地高為中相導(dǎo)線的對地高度，酒杯型線路對地高為三相導(dǎo)線的對地高度，貓頭型線路對地高為邊相導(dǎo)線的對地高度。

表1 塔型參數(shù)

從環(huán)保角度考慮以額定電壓作為計算電壓，導(dǎo)線年平均應(yīng)力σpcal=0.25σcal。在無風(fēng)、無冰天氣條件，檔距同為400m，其他條件都一樣的情況下，分別計算這三種塔型輸電線截面上距中心導(dǎo)線左右50m，離地高度為1.5m范圍內(nèi)的磁場強(qiáng)度分布，設(shè)輸送功率為1000MW，功率因數(shù)為0.9，磁場強(qiáng)度計算結(jié)果見圖3。

圖3 各塔型磁場分布示意

從圖3中可以看出，三種塔型下的工頻磁場分布均為單峰形。其中，酒杯塔線路下的磁場強(qiáng)度最大，貓頭塔線路下的磁場強(qiáng)度次之，緊湊型塔線路下的磁場強(qiáng)度最小。因此，采用緊湊型塔能有效地降低線路下方的磁場強(qiáng)度。

從計算結(jié)果看出，三種塔型線路下方的磁場強(qiáng)度均為uT級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 24－1998)給出限值。

3 輸電線路工頻磁場環(huán)境影響的減緩及控制措施

(1)輸電線路在初期的走廊路徑選擇時，盡量避開城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)、學(xué)校、居民區(qū)等其它的人口活動密集的區(qū)域，對自然風(fēng)景區(qū)、文物古跡等敏感區(qū)也應(yīng)盡量避讓。如確實條件所限，必須經(jīng)過這些區(qū)域時，應(yīng)采取適當(dāng)提高桿塔高度、優(yōu)化相序排列、合理選擇導(dǎo)線間距、采用緊湊型塔等方式降低工頻磁場強(qiáng)度。

(2)工作人員在巡線時應(yīng)配備防護(hù)用具，如防護(hù)服、屏蔽服、專用護(hù)目鏡等，盡可能減少作業(yè)時間和非作業(yè)停留時間。對運(yùn)行中的電力線路，要定期進(jìn)行監(jiān)測。對輻射超標(biāo)的線路，要積極采取技改措施處理［7］。

(3)采用屏蔽措施，在高壓線路與地面之間安裝屏蔽線或低壓線［8－10］。

4 結(jié)語

(1)計算了緊湊型塔、貓頭塔、酒杯塔三種塔型的線路工頻磁場強(qiáng)度，根據(jù)計算結(jié)果得出，緊湊型塔線路能有效地降低線下磁場強(qiáng)度。根據(jù)環(huán)境保護(hù)規(guī)定、電力法及線路運(yùn)行規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，提出了減緩和控制線下磁場強(qiáng)度的措施，保證電力線路快速發(fā)展的同時，兼顧環(huán)境的健康。

(2)緊湊型線路不僅在電磁環(huán)境保護(hù)方面有比較大的優(yōu)勢，而且還因為其占用的走廊面積小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是不得不提的一點(diǎn)是，緊湊型線路由于其相間距離較小，在大風(fēng)天氣、覆冰跳躍等惡劣天氣條件下，容易發(fā)生相間間隔棒斷裂，相間短路跳閘事故。我公司運(yùn)營的500kV沽太雙回線路某區(qū)段位于微氣象區(qū)，經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)天氣，導(dǎo)線舞動劇烈，常發(fā)生相間間隔棒斷裂事故。針對這種情況，公司將該區(qū)段的緊湊型線路桿塔改成常規(guī)的酒杯塔，增大相間距離，降低舞動跳閘事故發(fā)生的概率。

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［3］馮磁璋，馬西奎.工程電磁場導(dǎo)論［M］.北京:高等教育出版社，2000.

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［6］許楊.高壓輸電線路工頻電磁效應(yīng)研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2007.

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50 Hz magnetic field intensities calculation and analysis of different transmission line tower type

Biot－Savart law is adopted to calculate the 50Hz magnetic field intensity of different transmission line tower type.According to the calculation results，the 50Hz magnetic field intensities and distribution characteristics of all kinds of tower type are compared and analyzed，select the transmission line tower type which effectively reduce the 50Hz magnetic field intensity.

transmission line;50Hz magnetic field;tower type

X591

B

1674－8069(2016)04－022－03

2016-01-27;

2016-02-19

王杰(1987-)，男，工程師，從事工作為超高壓輸電線路運(yùn)行與檢修。E－mail:517488841@qq.com

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項目(50977002)