500kv交流輸電線路附近工頻磁場的分析研究

任罡

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司技能培訓(xùn)中心，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

工頻磁場是超高壓輸電及變電設(shè)備附近常見的電磁場干擾類型，其是強電流和強電壓共同作用的結(jié)果，是高壓輸電網(wǎng)絡(luò)附近必然存在的一種電磁干擾類型，工頻磁場會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，這是基于導(dǎo)電性能和電磁效應(yīng)的一種影響形式。通常工頻磁場對環(huán)境的影響是可以忽略不計的，但是隨著城鎮(zhèn)化的進行，輸電網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域已不僅僅局限于荒野、郊區(qū)等，在高壓、超高壓輸電線、變壓器、變壓站附近也有生活區(qū)分布，而工頻磁場的電磁輻射較強不僅僅會對用電設(shè)備、輸電設(shè)備造成影響，還會對周圍居民身體健康造成不利影響[1]。

1 工頻磁場限值及研究現(xiàn)狀

1.1 工頻磁場的環(huán)境限值

高強度的工頻磁場還會對區(qū)域短波通訊產(chǎn)生干擾，引起信號強度降低、噪聲等，在雷雨天氣工頻磁場有較高的風(fēng)險發(fā)生電暈放電、釋放多頻率雜波等，引起雷擊、電網(wǎng)電壓波動等問題。因此工頻磁場存在相應(yīng)的環(huán)境限值，具體來說就是“合理范圍”的工頻磁場，這個磁場強度雖然會引起一定的電磁干擾問題，但處于合理范圍內(nèi)，能夠避免絕大多數(shù)工頻磁場帶來的弊端，而這個磁場強度上限就是工頻磁場的環(huán)境限值。

1.2 工頻磁場的電場限值

根據(jù)HJ/T24-1998相關(guān)文件，我國確認了高壓輸電網(wǎng)絡(luò)工頻磁場的限值，對其有著明確的規(guī)定。根據(jù)輸電網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域，輸電線工頻磁場的限值不同，居民生活區(qū)附近工頻電廠強度不超過5kv/m，磁場強度不超過100uT。這是我國關(guān)于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)工頻電場和工頻磁場的詳細規(guī)定，也是具體到具體數(shù)值的規(guī)定。

1.3 工頻磁場的電磁干擾限值

工頻磁場引起的電磁干擾現(xiàn)象在生活極為常見，比如在高壓變電器附近使用移動通信設(shè)備可聽到明顯的雜音抑或者變壓器運行過程中可聽到“嗡嗡”聲等，均是高壓輸電網(wǎng)附近工頻磁場引起的電磁干擾現(xiàn)象。在現(xiàn)代生活中無線電短波通訊在生產(chǎn)生活中的作用越來越重要，為了確保短波通訊的秩序和電氣設(shè)備的運行參數(shù)，我們需要確保高壓輸電線附近工頻磁場強度在一定范圍內(nèi)[2,3]。根據(jù)GB15707-1995相關(guān)文件，我國目前確定的工頻磁場的電磁干擾限制具體規(guī)定如下：頻率為0.5MHz時，110kv電壓級輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于46dB，220-330kv電壓級輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于53dB，500kv電壓級輸電網(wǎng)絡(luò)附近電磁干擾水平應(yīng)低于55dB。

1.4 工頻磁場研究進展

500kv輸電網(wǎng)絡(luò)是我國當(dāng)前電壓等級最高的輸電網(wǎng)絡(luò)，廣泛用于長距離輸電中。但對于國家已建成電網(wǎng)來說，500kv電壓級輸電網(wǎng)絡(luò)并非新興事物，早在20世紀90年代我國就已獨立簡稱500kv電壓級長距離輸電線路，但受限于當(dāng)時的生產(chǎn)條件和輸電供電環(huán)境，電磁干擾問題并不突出，且當(dāng)時我國工業(yè)正處于發(fā)展起步階段，500kv電壓級輸電網(wǎng)絡(luò)并未大面積覆蓋，未能認識到工頻磁場對生產(chǎn)、生活和電氣系統(tǒng)的影響。

隨著國外電磁研究的穿入，我國電氣研究、電磁研究得到發(fā)展，形成了相對完善的電磁研究理論體系。自1998年起，在國外研究和國內(nèi)武漢高壓研究所研究成果基礎(chǔ)上我國開始了超高壓試驗，就高電壓級輸電線路工頻電場、工頻磁場、可聽噪聲、電磁干擾、電暈損失等電磁環(huán)境參數(shù)進行了大量研究，積累了豐富的研究數(shù)據(jù)與研究成果，為我國攻克高電壓級輸電線附近工頻磁場問題提供了大量的經(jīng)驗參考。

2 高電壓級輸電線附近工頻磁場的主要影響因素

2.1 距離

距離是影響500kv輸電線附近工頻磁場的重要因素，從理論上來說距離越遠電磁效應(yīng)越弱，工頻磁場的強度越低。可以建立一個等效的距離模型進行研究與測定。模型設(shè)計如下，先地面有單回路三相500kv超高壓輸電線，輸送功率均為1000MW，導(dǎo)線中心距離5m，導(dǎo)線高度分別為25m、20m、15m，分裂導(dǎo)線半徑0.32m，次分裂導(dǎo)線半徑0.015m。

經(jīng)過測試得到以下表1數(shù)據(jù)：

表1 單回路相間距離對工頻磁場的影響

根據(jù)表1中測試數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)距離和工頻磁場之間的關(guān)聯(lián)性，兩者呈現(xiàn)負相關(guān)，距離越遠工頻磁場的強度越低，這個距離包含了水平距離和垂直距離。距離越近、線路越密集工頻磁場強度越高，隨著距離的增加工頻磁場的強度迅速降低，短距離內(nèi)衰減速度較快，遠距離衰減速度較慢，超過40m后工頻磁場衰減速度進一步降低，40m和50m距離上工頻磁場強度相差不大。

根據(jù)我國非電離輻射防護的相關(guān)規(guī)定，公眾的工頻磁場暴露限值為100uT，職業(yè)人員允許的暴露強度為500uT，就測試數(shù)值來看，超高壓輸電線正下方地面工頻磁場強度仍小于職業(yè)人員允許的暴露強度，僅在無限接近導(dǎo)線密集區(qū)域時工頻磁場強度接近國家允許的限值但尚未超過，這提示500kv輸電網(wǎng)線路附近的工頻磁場暴露強度均在國家允許的范圍內(nèi)[4,5]。

2.2 相序

同塔雙回線路的高壓輸電線網(wǎng)中，雙回輸電線的工頻磁場會出現(xiàn)相互影響，根據(jù)波的作用原理，其會產(chǎn)生增幅或減幅的效果，而在現(xiàn)實生活中同塔雙回路高壓輸電線較為常見，因此有必要對這種類型高壓輸電線的工頻磁場特征進行研究。

建立一個同塔雙回路輸電線模型，輸送功率為1000MW，導(dǎo)線中心水平距離分別為9m和12m，離地距離分別為13m和11m，四分裂導(dǎo)線半徑0.3m，次分裂導(dǎo)線半徑0.015m。

經(jīng)過試驗測試得到以下數(shù)據(jù)：

根據(jù)表2數(shù)據(jù)不難看出，同塔雙回路輸電線相序之間工頻磁場存在相互影響，由于兩者相互干擾在中心距離較近的地區(qū)工頻磁場強度反而較低，隨著距離的增加工頻磁場強度逐漸上升再逐漸降低，在10-20m之間存在一個強度峰值，預(yù)測可達6B/uT以上，隨著距離的進一步增加工頻磁場強度迅速降低，工頻磁場強度峰值后變化趨勢與距離對工頻磁場強度影響基本一致。

表2 同塔雙回路輸電線工頻磁場分布特征

從模擬實驗數(shù)據(jù)來看，同塔雙回路輸電工頻磁場強度高于單相輸電線，雙回路輸電線的工頻磁場強度普遍高于單相輸電線，因此在進行管理的時候需要注意。在輸電線的垂直方向上工頻磁場強度符合國家規(guī)定的職業(yè)暴露規(guī)定，而10-20m距離上的磁場強度則超過職業(yè)暴露規(guī)定，因此在距離同塔雙回路高壓輸電線中心距離10-20m的范圍內(nèi)盡量減少停留時間和電氣設(shè)備配置，以降低工頻磁場造成的危害[6]。

2.3 線路布置模式

線路布置模式是高壓輸電線的一個重要參數(shù)，在低電壓電系中線路布置對電能使用效率的影響較小，而在500kv超高壓輸電網(wǎng)中線路布置會極大地影響電能的輸送效率，甚至不合理的線路布置模式還可成為電系故障的重要誘因。

從我國超高壓輸電線設(shè)置實際情況來看，常見的500kv超高壓輸電線的布置模式主要有水平排列、三角形排列、倒三角形排列和垂直排列四種樣式。根據(jù)實際情況，建立等效仿真模擬研究模型，就不同線路布置模式下的工頻磁場強度進行測定，結(jié)果如下：

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，我們不難看出線路布置模式對工頻磁場強度有著顯著影響，不同排列模式下工頻磁場強度差異顯著，水平排列和垂直排列輸電線的工頻磁場強度遠低于正三角排列和倒三角排列，同時無論怎樣的線路布置模式均符合距離衰減特征，導(dǎo)線中心垂直方向上工頻磁場強度最高，隨著距離增加逐漸衰減，10-20m內(nèi)工頻磁場衰減速率較高，20m后衰減速度迅速降低。同時從表3中我們不難看出，水平排列和垂直排列的500kv超高壓輸電線工頻磁場強度全距離下均低于國家規(guī)定的職業(yè)暴露強度，而正三角形排列和倒三角形排列正下方和10米內(nèi)工頻磁場強度超過國家允許的職業(yè)暴露強度，在此類型排列的線路附近作業(yè)時要加強相應(yīng)防護，同時倒三角形排列和正三角形排列的500kv超高壓輸電線20m內(nèi)的電氣設(shè)備也應(yīng)當(dāng)減少，以降低工頻磁場造成的損失。

表3 不同線路布置模式下工頻磁場強度

3 結(jié)論

（1）500kv超高壓輸電線附近有著明顯的工頻磁場，工頻磁場圍繞輸電線存在，因此線路越密集工頻磁場強度越高，同時工頻磁場對周圍環(huán)境的影響隨著距離的增加而降低，超過50m時工頻磁場的影響效果幾乎可忽略，因此500kv超高壓輸電線的安全暴露距離在50m之外，即500kv超高壓輸電線距離人口密集區(qū)或活動區(qū)距離在50m以上最佳。這是絕大多數(shù)情況下的安全距離。

（2）工頻磁場和輸電方向具有關(guān)聯(lián)性，同相超高壓輸電線工頻磁場具有疊加效果而雙回線的多相輸電線工頻磁場具有抵消效果，多相中心工頻磁場的強度反而低于中段距離，因此為了提高超高壓輸電線下電工作業(yè)安全性，可適當(dāng)加強雙回線多相輸電線路的運用，利用不同相輸電線工頻磁場之間的干擾特征來降低輸電線中心水平的工頻磁場強度為工作人員提供一個更加安全的工作環(huán)境。

（3）距離是影響工頻磁場作用效果最顯著的因素，增加輸電線到電工作業(yè)環(huán)境和居民生活區(qū)、活動區(qū)的距離可有效降低超高壓輸電線工頻磁場對人體健康和用電器運行參數(shù)的影響，因此我們可以通過調(diào)整導(dǎo)線中心到工作現(xiàn)場或活動區(qū)域的距離來降低工頻磁場的影響。同時距離調(diào)整可同時從水平方向和垂直方向兩方面著手，對于遠離生活區(qū)且用電器不密集的輸電區(qū)域我們可以通過水平方向上的調(diào)整使超高壓輸電線遠離活動區(qū)域，對于從居民生活區(qū)穿過性價比更高的輸電線路我們可以通過在垂直方向上提高輸電線架構(gòu)高度來進行距離調(diào)整，來達到降低或消除輸電線工頻磁場的影響。