不同环境下特高压交流输电线路电磁环境研究

不同环境下特高压交流输电线路电磁环境研究

刘宝宝

(国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古通辽市028000)

摘要：随着我国经济社会的不断发展，全社会对电力能源的需求迅猛增加，但是我国资源分布与生产力分布很不均衡，因此有必要发展更高电压等级的输电技术。特高压交流输电在缓解电力供需紧张状况的同时，也恶化了线路周围的电磁环境，对人和动植物的生存环境产生影响，并腐蚀周围埋地管线，干扰通信电缆。因此，研究特高压交流输电线路的电磁环境是非常必要的。

关键词：不同环境；特高压；交流输电线路；电磁环境

引言

利用电晕笼研究不同结构、不同型号导线产生的无线电干扰和可听噪声特性。利用双层电晕笼完成新型导线和常用绞线的无线电干扰、可听噪声对比试验，总结导线表面状况对导线产生的无线电干扰和可听噪声的影响。利用我国特高压交流试验基地环境气候室和单层电晕笼，完成海拔高度0-4000m范围内的导线无线电干扰试验，提出不同海拔高度条件下的无线电千扰起晕特性。

1特高压输电概述

特高压输电系统是指交流1000kV、直流±800kV及以上电压等级的输电系统，用电负荷快速增长和大容量、远距离输电的迫切需求直接推动了我国特高压输电工程的快速规划和建设。特高压交流输电具有很多优势：传输距离远、输送容量大、减少线路损耗、提高电能输送经济性、提高国家科技自主创新能力等，发展特高压输电是中国电网发展的客观要求。

CDEGS软件是加拿大SES公司出品，是一套功能强大和高度集成的工程软件包，它能精确的分析包括接地、电磁场、电磁干扰（包括AC与DC的干扰抑制研究）以及阴极保护和阳极床等问题。本文主要利用CDEGS软件的SESTLCPro模块，它的全称是TransmissionandDistributionLineCalculator，是一个可快速估计计算结果的工具，可进行电磁干扰、线路和感应电位快速估算，可分析任意结构的平行输电线路和配电线路的线路参数、电场和磁场值，也可以计算邻近金属物体，如管道和铁路（将其看作受干扰线路）上的感应电位和电流。

2电场计算方法介绍

输电线路导线表面的电荷分布及导线表面各线路周围的电场强度均是按正弦规律变化的，但由于其变化频率较低（工频），其电荷及电场强度的分布可按准静态场进行计算。当只需要近似计算时，输电线路周围电场强度也可按静电场来计算。计算分裂导线表面场强和地面场强的方法很多，有基于求取等效半径的马克特-门格尔法、逐次镜像法、模拟电荷法、矩量法和有限元法等。马克特－门格尔法计算方法用等效单根导线代替分裂导线的方法，计算导线表面电场强度较为适用。缺点是没有反映分裂导线中每根子导线表面电场大小和分布，特别是分裂导线在4根以上时不能计算导线附近的空间电场和电位，而且计算准确度较差。模拟电荷法和逐步镜像法相比，计算所需时间较长，计算精度需要在电荷个数和位置优选后得到提高。逐步镜像法是目前工程中较为适用和精度较高的一种计算方法，适用于我国进行特高压输电线路的优化设计和电磁环境研究。逐步镜像法的理论基础是电场唯一性原理和电轴法。通过电轴法，在场外导线内用线电荷代替导线表面的电荷，在维持各导线所带电荷不变并且维持等电位面的边界条件，多导线系统的每根导线上的分布电荷被相应的等效线电荷来表示，转化为二维问题后为点电荷。

3不同输电结构

3.1单回输电线路

（1）根据单回路杆塔各导线的位置参数在SESEnviroPlus中搭建仿真模型，观察猫头鹰塔和酒杯塔的输电线路在地面以上1.5m所产生的电场强度、磁场强度、可听噪声和无线电干扰。（2）酒杯塔在地面1.5m所产生的最大电磁场强度、可听噪声和无线电干扰均比猫头鹰塔所产生的大。输电线路不论是架设在猫头鹰塔还是酒杯塔上，其产生的电场强度均呈马鞍形，最大电场强度出现在两边相导线的外侧，线路中轴处为极小值，因为酒杯塔的三相导线呈水平排列，横担长度比猫头鹰塔要长，因而线路所占的走廊较宽，所以高电场的范围比较大。对于磁场强度、无线电干扰和可听噪声，均呈抛物线分布，虽然酒杯塔产生的无线电干扰最大值比猫头鹰塔大，但是猫头鹰塔的无线电干扰影响范围更广，随着远离中轴线，无线电干扰减少缓慢。（3）猫头鹰塔三相导线呈三角排列，中相导线被抬高20m，导致铁塔的负荷增加，铁塔要比水平排列重5%～10%；酒杯塔三相导线水平排列，线路所占走廊比较宽，因此需要根据实际情况去选择使用何种铁塔。一般来说走廊要求不严、拆迁量不大的山区线路，为了降低工程造价，宜采用酒杯塔；而平丘地区走廊相对拥挤，拆迁量较大，宜采用猫头鹰塔。

3.2双回输电线路

（1）同样在SESEnviroPlus中根据双回路杆塔各导线的位置参数搭建模型，仿真电磁环境参数的分布规律，鼓型塔和伞型塔电场强度波形均为马鞍形，最大电场强度出现在距边相导线外侧约2～3m，线路中轴处为极小值，两个电场强度波形相近，伞型塔的电场强度最大值比鼓型塔的略大，而干字型塔呈单峰形，其最大电场强度值低于另两种杆塔，但是影响范围比另两种杆塔要大；对于磁场强度，这三种杆塔上的磁场强度均是单峰形，伞型塔和鼓型塔的最大磁场强度远高于干字型塔，但是干字型塔的影响范围最大。干字型塔导线产生的可听噪声和无线电干扰最大值远大于另外两种，并且影响范围也最大，三种杆塔的可听噪声分布呈单峰形，而伞型塔和鼓型塔的无线电干扰分布呈马鞍形，干字型塔的无线电干扰分布呈单峰形。（3）伞型塔和鼓型塔的导线均是垂直布置，分布大致相似，只是横担最长的相不同，所以它们产生的电场、磁场、可听噪声和无线电干扰波形相似，而且数值相差不大；干字型塔双回线路采用三角形排列，横担较长，所以占用走廊较宽，电磁场等参数分布范围大，相导线距离较近，致使无线电干扰和可听噪声值非常大，但是电磁场强度则比较小。应根据工程所在区域的情况，综合考虑经济条件来选择合适的杆塔型式。

4不同输电结构情况下电磁环境参数分布规律

本文根据目前常用电磁环境算法的缺点，例如简化分裂导线成一根导线，使用CDEGS软件的SESEnviroPlus模块建立更接近于实际的仿真模型，仿真1000kV特高压交流单回和双回线路的电磁环境，得到在不同输电结构情况下，电磁环境参数的分布规律。结论如下。（1）单回路输电时，酒杯塔上所产生的最大电场强度、磁场强度、可听噪声和无线电干扰均比猫头鹰塔所产生的大，酒杯塔高电场的范围比较宽，而猫头鹰塔的无线电干扰影响范围更广。（2）双回路输电时，伞型塔的电场强度最大，干字型塔电场强度最小，但是影响范围比另外两种杆塔要大；伞型塔和鼓型塔的最大磁场强度远高于干字型塔，但是干字型塔的影响范围最大。干字型塔导线产生的可听噪声和无线电干扰最大值远远大于另外两种，并且影响范围也最大。（3）对于单、双回路输电时，双回线路的电场强度和磁场强度均比单回线路略小，但是无线电干扰和可听噪声比单回线路的大（4）通过仿真，可以发现干字型塔在工程中一般不推荐采用。不同杆塔类型电磁环境有所不同，幅值、分布规律以及影响范围等均不同，因此应根据现场实际情况，综合考虑经济条件来选择合适的杆塔型式以及输电方式。

结语

特高压输电技术虽然可以远距离输电，输送容量较大，但是却恶化了线路周围的电磁环境，对周围电气设备以及生态环境产生影响，因此需要加以重视，对电磁环境作出科学评估，并根据实际情况，妥善解决有关工程及环境问题。

参考文献

[1]周浩.特高压交直流输电技术[M].杭州：浙江大学出版社.2016.

[2]张利航.基于1000kV特高压交流输电线路的电磁环境研究[D].兰州交通大学.2017.

[3]樊亮.高压输电线路电磁环境计算软件开发[D].华北电力大学.2016.