電磁環(huán)境影響研究

文_吳勝華 廣東瑞興電力工程技術(shù)有限公司

1 前言

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)布局越來越密，輸電線路的走廊占地日益成為輸電線路建設(shè)的大問題，我國骨干網(wǎng)架的500kV輸電線路的同塔雙回甚至同塔多回設(shè)計(jì)和建設(shè)成為研究和實(shí)踐的重點(diǎn)。同時(shí)，同塔多回輸電線路的電磁環(huán)境影響日益受到人們的重視。本文就同塔多回超高壓架空輸電線路對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了研究。

2 同塔多回線路架設(shè)方式和線路參數(shù)

500kV同塔4回架設(shè)的塔型分為垂直排列和水平排列兩種。對(duì)應(yīng)于兩種不同塔型，本篇選取應(yīng)用廣泛的垂直排列塔型作為計(jì)算對(duì)象，導(dǎo)線相序懸掛排列方式如表1。

表1 500kV同塔4回架設(shè)垂直排列導(dǎo)線排列方式

500kV線路采用LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線、底相導(dǎo)線對(duì)地最小高度按居民區(qū)14m考慮。

3 同塔多回路的無線電干擾

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)DL/T691-1999《高壓架空送電線路無線電干擾計(jì)算方法》，三相單回路送電線路的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為：

式中：Ei——距第i相導(dǎo)線直接距離Di處的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)，dB/(uV/m)；

gmaxi——第i相導(dǎo)線最大表面電位梯度，kV/cm；

Di——第i相導(dǎo)線到參考點(diǎn)P(離地面2m高)處的直接距離，m。

hi——第i相導(dǎo)線對(duì)地高度，（通常為弧垂最低點(diǎn)的高度），m。

ri——第i相導(dǎo)線子導(dǎo)線半徑，單位cm。

xi——P點(diǎn)到第i相導(dǎo)線的投影距離，單位m。

三相線路的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)按下列方式計(jì)算：如果某一相的場(chǎng)強(qiáng)比其余兩相至少大3dB,那么后者可以忽略，三相線路的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)可認(rèn)為等于最大的一相的場(chǎng)強(qiáng)；否則有下式：

式中：Ea、Eb——指三相中兩相較大的場(chǎng)強(qiáng)值，dB/(μV/m)；

對(duì)于同桿架設(shè)的多回路線路，相導(dǎo)線產(chǎn)生的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)按上式計(jì)算，然后將同名相導(dǎo)線產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)幾何相加，形成疊加后的三相Ea，Eb，Ec。

本計(jì)算結(jié)果代表了好天氣時(shí)，頻率為0.5MHz的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)的平均值。

根據(jù)國際無線電干擾特別委員會(huì)的CISPR18-1出版物，以上公式適合于導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)在12～20kV/cm的高壓線路，導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)若小于12kV/cm，可認(rèn)為導(dǎo)線不起電暈，也就是說該導(dǎo)線不產(chǎn)生無線電干擾，因此在計(jì)算時(shí)不考慮表面場(chǎng)強(qiáng)小于12kV/cm的導(dǎo)線產(chǎn)生的無線電干擾電水平。

3.2 無線電干擾計(jì)算

為了反映輸電線路無線電干擾橫向衰減特性，分別計(jì)算了各種方式下的無線電干擾橫向衰減特性曲線。同塔4回500kV線路按垂直排列塔型架設(shè)，底相導(dǎo)線對(duì)地高度14m，不同導(dǎo)線排列方式下，線路無線電干擾橫向衰減特性如圖1和圖2。

圖1 前4種排列方式無線電干擾橫向衰減特性曲線

圖2 第5、6種排列下無線電干擾橫向衰減特性曲線

在圖1和圖2中，導(dǎo)線第1種排列方式用“實(shí)線”表示，第2種用“點(diǎn)劃線”表示，第3種用“圓圈”表示，第4種用“＋”表示，第5種用“*”表示，第6種用“三角形”表示(下同 )。

從圖1、圖2可以看出，在好天氣情況下，邊相外20m（距線路中心線31.5m）處0.5MHz的無線電干擾平均值見表2。

表2

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

無線電干擾限值應(yīng)該是滿足80%/80%原則的，即在80%的時(shí)間中，送電線路產(chǎn)生的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)不超過限值且具有80%的置信度，通常簡(jiǎn)稱80%值。GB15707-1995《高壓交流架空送電線無線電干擾限值》也指出，計(jì)算得出的好天氣的平均值增加6～10dB，可代表符合雙80%原則的值。表5中的無線電干擾水平是增加了10dB后的結(jié)果。

輸電線路的無線電干擾主要以輸電線路邊相外20m處頻率為0.5MHz的無線電干擾場(chǎng)強(qiáng)為考核標(biāo)準(zhǔn)。在不同導(dǎo)線排列方式和不同對(duì)地高度下計(jì)算的無線電干擾水平如表3。

表3 各種排列方式下距邊導(dǎo)線投影20m處0.5MHz的無線電干擾值，dB（μV/m)

根據(jù)GB15707-1995，頻率為0.5MHz時(shí)，高壓交流架空送電線無線電干擾限值見表4。

表4 無線電干擾限值（距邊導(dǎo)線投影20m處）

由表3算結(jié)果可知，500kV同塔回架設(shè)，各種排列方式均能滿足距邊導(dǎo)線投影距離20m處的無線電干擾值小于55dB，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 工頻電場(chǎng)

4.1 計(jì)算方法

一般認(rèn)為輸電線路的工頻電場(chǎng)是一種交流變頻的準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)，計(jì)算時(shí)我們采用模擬等效電荷法，將輸電線路假設(shè)為一個(gè)與地面平行的良導(dǎo)體，計(jì)算時(shí)需要模擬兩個(gè)等效參數(shù)：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度導(dǎo)線上的電荷及相應(yīng)的電場(chǎng)。

計(jì)算導(dǎo)線線路中單位導(dǎo)線上的等效電荷Q，是通過電壓U和麥克斯韋電位系數(shù)P用以下方程求解，即：

首先計(jì)算出導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等效電荷后，空間任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算得出，在（x ，y）點(diǎn)（如圖3）的電場(chǎng)強(qiáng)度分量Ex和Ey可表示為：

圖3 求空間電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的示意圖

m—導(dǎo)線數(shù)；

4.2 電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算

4.2.1 同塔四回線路地面電場(chǎng)的橫向衰減特性

500kV同塔4回線路，垂直排列塔型，底相導(dǎo)線對(duì)地高度14m時(shí)地面1m處電場(chǎng)強(qiáng)度的橫向衰減特性曲線如圖4

圖4 500kV 同塔4回 各種排列方式地面1m處電場(chǎng)強(qiáng)度橫向分布

以上各種排列方式下，邊相導(dǎo)線外5m(距線路中心線16.5m) 處地面場(chǎng)強(qiáng)均大于4kV/m。

4.2.2 符合環(huán)境保護(hù)要求的走廊寬度

根據(jù)HJ/T24－1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，居民區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度按4kV/m，針對(duì)本項(xiàng)目研究的塔型、導(dǎo)線排列方式和對(duì)地高度，計(jì)算了滿足4kV/m場(chǎng)強(qiáng)的走廊寬度。圖5～圖8 500kV同塔4回架設(shè)對(duì)地高度14m時(shí)4種排列方式下符合環(huán)境保護(hù)要求的走廊寬度。

圖5 第1種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖6 第2種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖7 第3種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖8 第4種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

第5種和第6種為不對(duì)稱排列情況，邊相兩側(cè)的走廊寬度不一致。

4.3 結(jié)果分析

在不同導(dǎo)線排列、不同塔型下，計(jì)算的導(dǎo)線下地面1m處的電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值和邊相外5m值如表5。

HJ/T 24-1998 《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中推薦以4kV/m作為居民區(qū)工頻電場(chǎng)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

4回500kV同塔架設(shè)時(shí)，無論導(dǎo)線以何種方式排列，其邊相外5m處的地面1m電場(chǎng)均大于4kV/m。

表5 各種方式下地面1m處的最大電場(chǎng)強(qiáng)度（kVm）

5 工頻磁場(chǎng)

5.1 計(jì)算模型

由于工頻情況下電磁性能的準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì),線路的磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生。把安培定律應(yīng)用于載流導(dǎo)線,并將計(jì)算結(jié)果疊加，可求出導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度。采用鏡像法計(jì)算時(shí)，其基本原理是將大地的影響等效成為地下一等值反向電流所產(chǎn)生的影響，其鏡像深度d近似可取

式中：ρ為大地電阻率(Ω·m) ,f為頻率(Hz) 。

如果取大地電阻率50Ω·m，則d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)線距地面的距離，所以，忽略它的鏡像進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果已足夠符合實(shí)際。

5.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算

5.2.1 線路下方最大磁感應(yīng)強(qiáng)度

線路下方的磁場(chǎng)由線路電流決定，計(jì)算時(shí)線路電流按500A考慮，并假設(shè)系統(tǒng)在負(fù)荷對(duì)稱的情況下運(yùn)行。

5.2.2 線路下方磁感應(yīng)強(qiáng)度橫向分布

圖9、圖10為同塔四回500kV線路架設(shè)，底相導(dǎo)線對(duì)地高度14m時(shí)，不同導(dǎo)線排列方式下的地面磁感應(yīng)強(qiáng)度橫向分布曲線。

圖9 對(duì)地高度14m對(duì)稱排列方式下磁感應(yīng)強(qiáng)度橫向分布

圖10 對(duì)地高度14m不對(duì)稱排列方式下磁感應(yīng)強(qiáng)度橫向分布

5.3 結(jié)果分析

根據(jù)HJ/T 24-1998 《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，推薦應(yīng)用國際輻射保護(hù)協(xié)會(huì)關(guān)于對(duì)公眾全天輻射時(shí)的工頻限值0.1mT作為磁感應(yīng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。由計(jì)算可以看出，所有排列方式下產(chǎn)生的此值均未超出此限值。即使電流增加1倍，接近線路所能輸送的自然功率，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍不會(huì)超出限值。

6 導(dǎo)線對(duì)地及其它交叉跨越物跨越距離的要求

經(jīng)過國內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)研究，長(zhǎng)期處于架空高壓線路附近的電場(chǎng)中，對(duì)人體不至于產(chǎn)生不良影響，但根據(jù)線路實(shí)際運(yùn)行情況及環(huán)保部門要求，控制房屋所在位置未畸變電場(chǎng)不超過4kV/m。

根據(jù)我國規(guī)程規(guī)定，500kV線路是不允許跨越民房的。

②臨近民房的地方，如前述已討論的以4kV/m為控制指標(biāo)，推算出導(dǎo)線的高度和走廊寬度。

③線路跨越公路時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)指標(biāo)可以7kV/m控制，進(jìn)行導(dǎo)線高度推算。

④線路跨越農(nóng)田和其它非公眾活動(dòng)區(qū)時(shí)，按照GB 50545-2010的一般要求，推算導(dǎo)線高度。

7 結(jié)論

同塔四回500kV線路，按垂直排列塔型架設(shè)，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果分析如下。

線路的無線電干擾水平均能滿足我國的限值標(biāo)準(zhǔn)，即小于55dB。

②對(duì)地高度14m時(shí)無論導(dǎo)線以何種方式排列，其邊相外5m處的地面1m電場(chǎng)均大于4kV/m。建議采取逆相序或其他措施，以減小線路下方電場(chǎng)強(qiáng)度。

③對(duì)地高度14m時(shí)，線路下方地面磁場(chǎng)均滿足我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。