屏蔽線對(duì)輸電線路工頻電場(chǎng)的影響分析

田凌峰

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)人民生活水平明顯提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不止，社會(huì)各業(yè)對(duì)電力能源的需求量也都呈現(xiàn)日益增加的趨勢(shì)，老舊的電網(wǎng)配置和規(guī)劃已無(wú)法滿足現(xiàn)時(shí)代社會(huì)生產(chǎn)和居民的生活需要[1]，因此，電網(wǎng)建設(shè)和電力技術(shù)也在加速進(jìn)步，多回路共塔形式的輸電線路越來(lái)越普遍，其電磁環(huán)境的研究已成為熱點(diǎn)[2]。

我國(guó)在電磁環(huán)境問(wèn)題方面的研究起步較晚，尤其針對(duì)超高壓輸電線路[3]，1994年才在在湖北武漢建設(shè)了一段電壓等級(jí)為1000kV的特高壓交流輸電試驗(yàn)工程[4]。從九十年代至今，我國(guó)科研人員持續(xù)不斷地對(duì)特高壓輸電線路的可行性及其理論開(kāi)展研究，得到100多項(xiàng)特高壓方向重要的研究成果[5]。現(xiàn)今，我國(guó)在輸電線路電磁環(huán)境方面已經(jīng)有了一定程度的研究成果[6]，但在超高壓輸電線路多回路并行方面的研究成果比較少[7]。

基于上述問(wèn)題，本文重點(diǎn)關(guān)注多回輸電線路間的電磁環(huán)境，深入分析屏蔽線對(duì)輸電線路工頻電場(chǎng)的影響。

2 降低工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的防護(hù)措施

實(shí)際中，工頻磁場(chǎng)的屏蔽防護(hù)作用明顯，線路磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量值和預(yù)測(cè)值遠(yuǎn)小于其限值，因此，在研究過(guò)程中暫且不考慮工頻磁場(chǎng)的屏蔽防護(hù)。

通過(guò)改變輸電線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)等相關(guān)因素，都能夠一定程度上降低輸電線路的工頻電磁場(chǎng)。但架設(shè)輸電線路時(shí)由于還需要考慮絕緣強(qiáng)度、安全風(fēng)險(xiǎn)以及施工成本等因素，無(wú)法完全限制電場(chǎng)增長(zhǎng)。

我國(guó)及其他許多國(guó)家都對(duì)不同地區(qū)工頻電磁場(chǎng)的暴露限值有一定要求，針對(duì)超高壓輸電工程，可采取以下措施適當(dāng)降低線路工頻電場(chǎng)：

(1)盡可能避免或遠(yuǎn)離居民區(qū)和環(huán)境敏感區(qū)等重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域；

(2)通過(guò)選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，如塔高、塔型、防護(hù)距離等，降低線路電磁場(chǎng)強(qiáng)度，以符合不同區(qū)域的限制水平；

(3)對(duì)于部分特殊區(qū)域，對(duì)電磁環(huán)境要求嚴(yán)格的，可以采取附加電磁屏蔽措施。

3 屏蔽線屏蔽效果影響因素研究

3.1 屏蔽線橫向位置的影響

選擇單根屏蔽線，保持垂直距離5m(hs=5m)不變，改變其與線路中心的距離，計(jì)算對(duì)應(yīng)條件下的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。

圖1 屏蔽線橫向位置的影響

由圖1可知，當(dāng)線路中無(wú)屏蔽線時(shí)，距離線路A相下方1.5m的位置，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大達(dá)到7.8kV/m，且電場(chǎng)分布以線路中心對(duì)稱。移動(dòng)屏蔽線靠近A相后，A相線路下方的工頻電場(chǎng)最大值大約降到6kV/m，且電場(chǎng)的橫向分布不對(duì)稱，屏蔽線所在的區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)更低。移動(dòng)屏蔽線靠近B相后，B相下方對(duì)應(yīng)位置的場(chǎng)強(qiáng)減弱，最低降到3.8kV/m左右，且電場(chǎng)的橫向分布對(duì)稱，屏蔽線所在的區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)更低。C相線路加裝屏蔽線后的結(jié)果與A相相似。

3.2 屏蔽線架設(shè)高度的影響

設(shè)置單根屏蔽線使其位于A相線路的正下方，改變屏蔽線到A相線路的垂直距離(即hs)，圖2是距離A相線路下方1.5m處工頻電場(chǎng)最大值隨垂直距離變化的情況。

圖2 屏蔽線架設(shè)高度的影響

從圖2可以看出，當(dāng)屏蔽線與A相線路的垂直距離(hs)處于0.5～4m時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)最大值隨垂直距離的增加而減弱，并且降低的幅度較大；當(dāng)垂直距離超過(guò)4m后，工頻電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)又會(huì)呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，但增加的幅度小。該規(guī)律說(shuō)明屏蔽線與導(dǎo)線之間垂直距離對(duì)屏蔽功能的影響大，當(dāng)屏蔽線架設(shè)在最佳位置，能夠使屏蔽作用最大化。

3.3 屏蔽線數(shù)目的影響

選擇不同數(shù)量的屏蔽線，分別設(shè)置1根屏蔽線、3根屏蔽線、5根屏蔽線和7根屏蔽線對(duì)稱位于導(dǎo)線下方的水平位置，與導(dǎo)線垂直距離5m。圖3是數(shù)量不同的屏蔽線屏蔽效果的對(duì)比情況。

圖3 屏蔽線數(shù)目的影響

根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于不采取屏蔽措施，單根屏蔽線的作用僅對(duì)中間相下方工頻電場(chǎng)強(qiáng)度有削弱作用，邊相線路基本不受影響。隨著屏蔽線數(shù)量的增加，三相線路的工頻電場(chǎng)屏蔽作用逐漸增強(qiáng)，工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值均下降2kV/m左右，但隨著數(shù)量的進(jìn)一步增加，屏蔽效果變化不明顯。由此可以推測(cè)，當(dāng)屏蔽線的數(shù)量增加到一定的數(shù)目時(shí)，屏蔽效果將保持一定的水平不變。

3.4 屏蔽線間距的影響

選擇3根屏蔽線，使其置于導(dǎo)線下方垂直距離5m出的水平對(duì)稱位置，改變屏蔽線間距ds，結(jié)果如圖4所示。

圖4 屏蔽線間距的影響

由圖4可知，當(dāng)屏蔽線間距ds在從0變化到4m的過(guò)程中，屏蔽線間距越大，工頻電場(chǎng)最大值越低，并且降低的幅度比較大；當(dāng)屏蔽線間距ds超過(guò)4m后，工頻電場(chǎng)最大值反而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，且增大的幅度同樣較大。由此可以說(shuō)明，采取多根屏蔽線措施的方案中，對(duì)屏蔽線間距的選擇尤為重要。

3.5 屏蔽線排列方式的影響

選取不同的架設(shè)方式，包括水平排列、垂直排列、正三角排列、倒三角排列等，研究屏蔽線排列方式對(duì)線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，結(jié)果如下圖所示。

由圖5可知，在上述四種排列方式中，水平排列的屏蔽線效果最好，其他三種差別不大，并且從施工角度出發(fā)，水平排列方式簡(jiǎn)單易行。

圖5 屏蔽線排列方式的影響

4 結(jié)論

本文通過(guò)深入分析屏蔽線數(shù)量、架設(shè)高度、位置、排列方式和線間距等因素對(duì)導(dǎo)線工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，研究得到能夠合理采用屏蔽線有效降低輸電線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的方法，對(duì)輸電下路電磁環(huán)境的相關(guān)研究提供了一定的理論參考，對(duì)輸電線路屏蔽線的安裝設(shè)計(jì)具有一定價(jià)值。