屏蔽線對(duì)輸電線路電磁環(huán)境影響的模擬研究

林 炬，曹俊杰，李立，黃學(xué)良，王瑜

(1.江蘇省輻射環(huán)境保護(hù)咨詢中心，江蘇南京 210019;2.江蘇省電力公司揚(yáng)州供電公司，江蘇揚(yáng)州225000;3.江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇無錫 214062;4.東南大學(xué)，江蘇南京 210000)

屏蔽線對(duì)輸電線路電磁環(huán)境影響的模擬研究

林 炬1，曹俊杰2，李立3，黃學(xué)良，王瑜4

(1.江蘇省輻射環(huán)境保護(hù)咨詢中心，江蘇南京 210019;2.江蘇省電力公司揚(yáng)州供電公司，江蘇揚(yáng)州225000;3.江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇無錫 214062;4.東南大學(xué)，江蘇南京 210000)

隨著輸變電工程的不斷發(fā)展，線路電磁環(huán)境對(duì)于民眾健康的影響愈加突出，對(duì)其進(jìn)行研究分析具有重要價(jià)值。針對(duì)輸電線路下電磁環(huán)境問題，分析了工頻電磁場(chǎng)主要影響因素以及模擬研究了電場(chǎng)環(huán)境的優(yōu)化方案，屏蔽線的位置與屏蔽效果的關(guān)系，通過屏蔽線位置的選擇，可以低成本實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)以及目標(biāo)區(qū)域的最優(yōu)屏蔽。

輸電線路;電磁環(huán)境;工頻電場(chǎng);屏蔽線

0 引言

隨著中國(guó)電力工業(yè)的不斷發(fā)展，為了推進(jìn)能源的高效利用，緩解環(huán)境壓力，合理配置資源，國(guó)家電網(wǎng)公司制定了“加快建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展”的電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)。但是由于公眾對(duì)輸變電工程的電磁環(huán)境存在誤解，阻撓輸變電工程建設(shè)的事件時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致局部電網(wǎng)建設(shè)滯后用電需求。交流輸電工程的電磁環(huán)境主要包括工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)和可聽噪聲三個(gè)方面。工頻電磁場(chǎng)因公眾最為關(guān)注且糾紛較多成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)問題之一。目前，我國(guó)工頻電場(chǎng)與磁場(chǎng)的控制限值為4kV/m和0.1mT［1-5］。

本文借助 Ansoft Maxwell仿真軟件，建模分析輸電線架設(shè)高度對(duì)電磁環(huán)境的影響;分析加裝屏蔽線對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽效果以及屏蔽位置選擇不同時(shí)作用效果的差異，通過比較得出合理的優(yōu)化方案，為高壓輸電線路電磁環(huán)境的優(yōu)化提供依據(jù)。

1 工頻電磁場(chǎng)主要影響因素

輸電線路工作時(shí)，線路上的電荷會(huì)在空間感應(yīng)出工頻電場(chǎng)，線路電流會(huì)在空間感應(yīng)出工頻磁場(chǎng)。輸電線路附近工頻電磁場(chǎng)的影響因素很多，導(dǎo)線的布置形式、對(duì)地距離和相間距離、分裂根數(shù)以及多回路時(shí)回路間電壓的相序等都會(huì)影響其分布以及大小，其中導(dǎo)線對(duì)地距離對(duì)其影響最為突出［7］。本節(jié)針對(duì)1000kV/500kV同桿混壓四回輸電線路垂直-三角布線方式，分析距地面1.5m高度電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨H(最低相線的高度)以及D(到線路中心距離)的變化規(guī)律。

輸電線參數(shù)如表1所示［8］，1000kV/500kV同桿混壓四回輸電線路垂直-三角布線方式見圖1。

表1 輸電線參數(shù)

分裂導(dǎo)線等效半徑計(jì)算公式為［9］:

式中:m為導(dǎo)線分裂數(shù);R為分裂導(dǎo)線圓半徑;r為子導(dǎo)線圓半徑。計(jì)算得 1000kV線路等效半徑為445.2mm，500kV線路等效半徑為355.12mm。

采用垂直-三角布線方式的電磁場(chǎng)分布如圖2所示，圖2(a)為電場(chǎng)強(qiáng)度E隨最低相線高度H以及到線路中心距離D的變化關(guān)系，圖2(b)為磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨最低相線高度H以及到線路中心距離D的變化關(guān)系。

圖1 同桿混壓四回輸電線路垂直-三角布線方式

圖2 垂直-三角布線電磁場(chǎng)強(qiáng)度

從圖2(a)、(b)可以得出，提高導(dǎo)線的整體高度能大幅降低地面附近的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2 屏蔽線對(duì)電磁場(chǎng)屏蔽效果分析

對(duì)于已經(jīng)建設(shè)好的輸電線路，可采用架設(shè)屏蔽線的措施抑制線下電磁場(chǎng)［10-11］;本節(jié)利用仿真軟件，選取半徑為0.01m的金屬導(dǎo)線作為屏蔽線，因不同的區(qū)域?qū)﹄姶艌?chǎng)強(qiáng)度限制不同，因此考察屏蔽線位置的對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽效果。

若令最低相線距地H=12m，屏蔽線距地高度Lh，距離線路中心Ld，如圖3所示。

圖3 屏蔽線架設(shè)方式

在距離線路中心Ld=17m處(僅在右側(cè))，架設(shè)屏蔽線［12-15］，高度Lh取值5m和10m，對(duì)地面高度h=1.5m處電磁場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無屏蔽線時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為10420.12V/m; Lh=5m時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值9340.45V/m，比未架設(shè)屏蔽線時(shí)降低10.36%;Lh=10m時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為9133.95V/m，比未架設(shè)屏蔽線時(shí)降低了12.34%。由此可見屏蔽線對(duì)電場(chǎng)峰值的削弱作用十分顯著，而屏蔽線不同高度之間區(qū)別較弱。屏蔽線對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的削弱作用幾乎可以忽略，因其值本身很小，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的限值，所以下面主要研究屏蔽線對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的屏蔽作用。

下面在最低相線下方兩側(cè)分別架設(shè)一根屏蔽線，討論其對(duì)電場(chǎng)的屏蔽效果。設(shè)置相線最低高度仍為12m，屏蔽線垂直高度Lh，水平距離(距線路中心)Ld。首先選取 Lh=10m，Ld分別取值10m、13m和17m，計(jì)算不同屏蔽線水平位置時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn):無屏蔽線時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為10420.12V/m;Ld=10、13.17m時(shí)場(chǎng)強(qiáng)峰值分別為8617.3、7770.8、9133.95V/m。由此可見，屏蔽線對(duì)輸電線路下方的電場(chǎng)有削弱作用，且兩根屏蔽線分別架設(shè)在兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值區(qū)域附近時(shí)，削弱作用明顯，且屏蔽線不同的水平位置影響較大。

進(jìn)一步選取Ld=13m，Lh分別取值6m、8m和10m，計(jì)算不同屏蔽線高度時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無屏蔽線時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為10420.12V/m;Lh=6、8、10m時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值分別為7512.7、7544.1、7770.8V/m。由此可見，隨著屏蔽線高度的增加，即越接近相線，對(duì)Lh=1.5m處電場(chǎng)強(qiáng)度的削弱作用越小，但是不同高度的屏蔽線對(duì)地面附近電場(chǎng)強(qiáng)度屏蔽效應(yīng)差別并不明顯。

前面的研究結(jié)果已經(jīng)表明，屏蔽線架設(shè)在相線附近，可以對(duì)電場(chǎng)的峰值進(jìn)行有效抑制，整體電場(chǎng)強(qiáng)度減小。若需要進(jìn)行屏蔽的目標(biāo)區(qū)域覆蓋比較大，可以采用多根屏蔽線進(jìn)行屏蔽。四條屏蔽線時(shí)架設(shè)方式如圖4所示。

圖4 四條屏蔽線時(shí)架設(shè)方式

選擇H=12m，Lh=10m，Ld=13m，d分別取值3m、6m和9m，計(jì)算不同屏蔽線水平位置時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無屏蔽線時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為10420.12V/m;d=3、6、9m時(shí)場(chǎng)強(qiáng)峰值分別為6535.26、6934.11、7251.05V/m，比未架設(shè)屏蔽線時(shí)降低了37.28%;d=6m時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為6934.11V/m，比未架設(shè)屏蔽線時(shí)降低了33.45%;d =9m時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值為7251.05V/m，比未架設(shè)屏蔽線時(shí)降低了30.41%。

從以上分析可知，隨著屏蔽線根數(shù)的增多，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的屏蔽效果會(huì)逐漸增大，且各屏蔽線間距離的選擇也極大地影響著屏蔽效果，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和電場(chǎng)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行合理優(yōu)化。

3 結(jié)語

本文主要針對(duì)1000kV/500kV同桿混壓四回輸電線路垂直-三角布線方式下的工頻電磁場(chǎng)在距地面1.5m高度下電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度隨最低相線的高度以及到線路中心距離的變化規(guī)律;研究了架設(shè)屏蔽線對(duì)電磁環(huán)境的屏蔽作用。結(jié)果可知隨著提高導(dǎo)線的整體高度能大幅降低地面附近的電磁場(chǎng)強(qiáng)度;屏蔽線對(duì)輸電線路下方的電場(chǎng)有削弱作用，且兩根屏蔽線分別架設(shè)在兩側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度峰值區(qū)域附近時(shí)，削弱作用十分明顯，且屏蔽線不同的水平位置影響較大，但不同高度的屏蔽線對(duì)地面附近電場(chǎng)強(qiáng)度屏蔽效應(yīng)差別并不明顯;隨著屏蔽線根數(shù)的增多，對(duì)目標(biāo)區(qū)域的屏蔽效果會(huì)逐漸增大，且各屏蔽線間距離的選擇也極大地影響著屏蔽效果，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和電場(chǎng)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行合理優(yōu)化。

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Simulation research of shielding wire on electromagnetic environment of transmission Line

With the continuous development of power transmission project，electromagnetic environment of transmission line has more and more effect on people＇s health.Thus，it is particularly important to carry out this research work.Main influence factors of power frequency electromagnetic field are analyzed.Optimized solutions of electric field environment and the relation between the position of shield wires and its shield ing effect are presented，a method to determine the location of shield wires is introduced in order to shield target point and the target area optimally.

power transmission lines;electromagnetic environment;power frequency electric field;shield wires

TM726

:B

:1674-8069(2017)01-048-03

2016-08-12;

:2016-09-20

林炬(1981-)，男，江蘇南京人，工程師，主要從事輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)等工作。E-mail:linju_job@139.com