馬耀宇，李傳福，李姜華

（1重慶市電力公司，重慶400014;2重慶市宏偉輻射防護(hù)技術(shù)服務(wù)有限公司，重慶 400014）

220kV 線路在不同相序情況下對(duì)環(huán)境的影響

馬耀宇1，李傳福2，李姜華2

（1重慶市電力公司，重慶400014;2重慶市宏偉輻射防護(hù)技術(shù)服務(wù)有限公司，重慶 400014）

通過理論計(jì)算220kV同塔雙回線路在不同相序情況下產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度、工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度，分析不同相序情況下產(chǎn)生電磁環(huán)境污染對(duì)環(huán)境影響的大小，為電磁環(huán)境保護(hù)和高壓線路的電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

220kV線路;同塔雙回;工頻電場(chǎng)強(qiáng)度;磁感應(yīng)強(qiáng)度

0 引言

隨著城市建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)用電需求迅猛增加，220kV高壓輸電線路作為城市高壓配電網(wǎng)的重要組成部分，將更多、更廣地深入市區(qū)負(fù)荷中心。人口密集區(qū)和用電負(fù)荷大的區(qū)域也是電磁輻射污染的重點(diǎn)區(qū)域，因此本文根據(jù)電磁輻射污染源及電磁輻射環(huán)境污染的調(diào)查、研究，為重慶市開展高壓輸電線路電磁輻射污染的監(jiān)測(cè)、管理和評(píng)價(jià)提供可借鑒的依據(jù)。

1 工頻電磁場(chǎng)的產(chǎn)生原理［1］

電磁污染以電磁場(chǎng)的動(dòng)力為特征，并和電磁波的性質(zhì)及頻率等密切相關(guān)。高壓輸電線在電能輸送過程中，與周圍環(huán)境存在電位差，形成工頻（50Hz）電場(chǎng);輸電線有很強(qiáng)的電流通過，在其附近形成工頻磁場(chǎng);另外，在高壓導(dǎo)線表面處對(duì)空氣中電暈放電、絕緣子污穢或損壞導(dǎo)致火花放電等形成無(wú)線電干擾源，可能會(huì)影響其周圍環(huán)境中的無(wú)線通信、信息技術(shù)及醫(yī)療儀器等設(shè)備的正常工作。因此，220kV高壓輸電線路運(yùn)行過程中主要是工頻電場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、無(wú)線電干擾對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。無(wú)線電干擾主要是對(duì)通訊等產(chǎn)生干擾影響，工頻電磁場(chǎng)主要對(duì)人體等產(chǎn)生不利影響，本文主要計(jì)算討論220kV同塔雙回輸電線路產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)環(huán)境的影響值。

2 計(jì)算參數(shù)篩選

根據(jù)《重慶市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》第六十七條，在城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)220kV輸電線路導(dǎo)線在最大計(jì)算弧垂條件下，與建設(shè)物的垂直距離不小于6m，與地面的垂直距離不小于18m。本文以同塔雙回架設(shè)線路、LGJ-400型導(dǎo)線、呼稱高度21m（考慮弧垂影響），220kV輸電線路架設(shè)計(jì)及主要計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 220kV線路計(jì)算參數(shù)情況表

3 計(jì)算結(jié)果及對(duì)比分析2

本文按高壓輸電線工頻電場(chǎng)、工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為距離地面1.5m，計(jì)算220kV同塔雙回路高壓輸電線距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)、工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度［3，4］。

3.1 工頻電場(chǎng)

工頻電場(chǎng)預(yù)測(cè)利用等效電荷法計(jì)算高壓送電線下空間工頻電場(chǎng)強(qiáng)度。

計(jì)算多導(dǎo)線線路中的導(dǎo)線所帶的電荷Q，可通過電壓和電位系數(shù)之間的關(guān)系求得，即麥克斯韋方程:

式中:［Q］—導(dǎo)線上的電荷矩陣;

［U］—電壓矩陣;

［P］—導(dǎo)線的自電位系數(shù)和互電位系數(shù)組成的矩陣。

電位系數(shù)可以用模擬法求解，一般形式是:

自電位系數(shù):

式中:Lij和Lij'分別表示導(dǎo)線及其鏡像至計(jì)算點(diǎn)的距離;ε為空氣介電常數(shù)

電壓矩陣的求解所計(jì)算的輸電線路是三相交流，電壓為時(shí)間向量，計(jì)算時(shí)各導(dǎo)線的電壓用復(fù)數(shù)表示，相應(yīng)的電荷也是復(fù)數(shù)量:

式中:用i、ji、j表示相互平行的實(shí)際導(dǎo)線，i'和 j'表示它們的鏡像;ε為空氣介電常數(shù)。

前述麥克斯韋方程所表示的矩陣關(guān)系則分別表示了復(fù)數(shù)量的實(shí)數(shù)和虛數(shù)部分。

各導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等效電荷量求出后，空間任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算出，在（x，y）的電場(chǎng)強(qiáng)度可表示為

式中:ExR—由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量;

ExI—由各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的水平分量;

EyR—由各導(dǎo)線的實(shí)部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量;

EyI—由各導(dǎo)線的虛部電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的垂直分量。

220kV同塔雙回線路合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果見表2及圖1、圖2、圖3。

表2 不同相序情況下工頻電場(chǎng)強(qiáng)度表單位:kV/m

圖1 地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度

圖2 地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度

圖3 地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度

由表2及圖1～3可知，在相同條件下:①分別按正序、負(fù)序、逆序運(yùn)行的220kV輸電線路下方、距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度均滿足《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響》（HJ/T24-1998）推薦的電磁輻射環(huán)境管理限值（4kV）的要求;②220kV輸電線路分別按正序、負(fù)序、逆序運(yùn)行時(shí)，距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值分別為1.610215kV/m、1.046962kV/m、0.58464kV/m，且正序運(yùn)行時(shí)的最大電場(chǎng)強(qiáng)度分別是負(fù)序、逆序運(yùn)行最大電場(chǎng)強(qiáng)度的1.54倍和2.75倍;③220kV輸電線路按正序、負(fù)序運(yùn)行時(shí)，距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值位于桿塔中心點(diǎn)，并向兩側(cè)逐漸減小;按逆序運(yùn)行時(shí)，距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值位于桿塔中心點(diǎn)兩側(cè)約6.5m處，并由中心點(diǎn)向兩側(cè)逐漸增大，至7m處達(dá)到極大值后再逐漸減小;④桿塔中心線兩側(cè)一定區(qū)域內(nèi)（30～40m），工頻電場(chǎng)水平分量和垂直分量變化趨勢(shì)差別明顯增大，水平分量變化趨勢(shì)較平緩，垂直分量變化劇烈，呈迅速增大趨勢(shì)。

3.2 工頻磁場(chǎng)

由于工頻情況下電磁性能具有準(zhǔn)靜態(tài)特性，線路的工頻磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生。應(yīng)用安培定律，將計(jì)算結(jié)果按矢量疊加，可得出導(dǎo)線周圍的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度。

式中:I—導(dǎo)線i中的有效電流，A;

h—導(dǎo)線對(duì)地高度，m;

L—導(dǎo)線對(duì)地投影離計(jì)算點(diǎn)的水平距離，m。

為了與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，需要將磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度（mT）（一般也簡(jiǎn)稱磁感應(yīng)強(qiáng)度），轉(zhuǎn)換公式的單位為亨利，換算為特斯拉用下式:

式中:B—磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）;

H—磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）;

μ0—常數(shù)，真空中相對(duì)磁導(dǎo)率（μ0=4π ×10－7H/m）。

由于相位不同形成的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度水平和垂直分量都必須分別考慮電流間的相角，按相位矢量來(lái)合成即可得到三相導(dǎo)線下任一點(diǎn)工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度。

220kV同塔雙回線路不同相序電場(chǎng)強(qiáng)度，預(yù)測(cè)值見表3。

表3 不同相序情況下工頻電場(chǎng)強(qiáng)度表單位:mT

220kV同塔雙回線路不同相序、距地面1.5m處的電磁感應(yīng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)曲線如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 地面1.5m處的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度

在電壓和負(fù)荷相同的情況下，由表3及圖4～圖6可以看出:①分別按不同相序運(yùn)行的220kV輸電線路下方、距離地面1.5m處的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度均滿足《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響》（HJ/T24-1998）推薦的電磁輻射環(huán)境管理限值（0.1mT）的要求。②220kV輸電線路分別按正序、負(fù)序、逆序運(yùn)行時(shí)，距離地面1.5m處的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值分別為 0.00249mT、0.001925 mT、0.001127 mT，正序運(yùn)行時(shí)的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度分別是負(fù)序、逆序運(yùn)行最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的1.29倍和2.21倍。③220kV輸電線路按不同相序運(yùn)行時(shí)，距離地面1.5m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度最大值均位于桿塔中心點(diǎn)，并向兩側(cè)逐漸減小;圖4～6均顯示:由兩側(cè)向桿塔中心點(diǎn)靠近時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度水平分量逐漸增大并達(dá)到一個(gè)極值，然后再向桿塔中心點(diǎn)靠近時(shí)逐漸減小;磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直分量由兩側(cè)向桿塔中心點(diǎn)靠近時(shí)逐漸增大，到達(dá)某一點(diǎn)后又稍有降低，之后迅速增大，并在桿塔中心點(diǎn)達(dá)到極值。④在桿塔中心點(diǎn)兩側(cè)較遠(yuǎn)的一定區(qū)域外，磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量和垂直分量變化趨勢(shì)相同，均為增大趨勢(shì);在桿塔中心點(diǎn)兩側(cè)較近的一定范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量和垂直分量變化趨勢(shì)相反，水平分量變化趨勢(shì)均為減小，垂直分量變化趨勢(shì)均為增大，且均在桿塔中心點(diǎn)分別達(dá)到極小值和極大值。⑤與工頻電場(chǎng)不同，220kV輸電線路按不同相序運(yùn)行時(shí)的，磁感應(yīng)強(qiáng)度的綜合變化趨勢(shì)相同。

圖5 地面1.5m處的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度

圖6 地面1.5m處的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度

4 結(jié)論

綜上所述，在相同架設(shè)、運(yùn)行條件下，220kV高壓輸電線路分別按正序、負(fù)序、逆序運(yùn)行時(shí)，線路下方、距離地面1.5m處，正序運(yùn)行時(shí)的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于負(fù)序、逆序運(yùn)行的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，分別是負(fù)序、逆序運(yùn)行最大電場(chǎng)強(qiáng)度的1.54倍和2.75倍，最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的1.29倍和2.21倍。因此，220kV同塔雙回輸電線路設(shè)計(jì)或架設(shè)運(yùn)行時(shí)，多采用逆序排列布置，以減少對(duì)沿線電磁環(huán)境的不利影響。

［1］ 翟國(guó)慶，張邦俊.220kV高壓輸電線路的工頻電磁場(chǎng)和無(wú)線電干擾污染［J］.浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，（4）.

［2］ 朱林.高壓輸變電工程的電磁輻射及環(huán)境影響評(píng)價(jià)［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2000，（1）.

［3］ 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［S］.

［4］ Q/GDW 179-2008，110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Different Phase Sequence of the 220kV High Voltage Line on the Environment Impact of Electromagnetic Radiation

Ma Yao-yu1，Li Chuan-fu2，Li Jiang-hua2
（1.Chongqing Electric Power Corporation，2.Chongqing Hongwei Radiation Protection Technology Services Ltd，Chongqing 400014）

In this paper，theoretical calculation with the tower of 220kV double circuit transmission line phase sequence in different situations arise frequency electric field intensity，frequency magnetic induction intensity and phase sequence analysis of different cases of electromagnetic pollution on the environmental impact of the size of the electromagnetic environment protection and high-pressure environmental impact assessment of electromagnetic circuit to provide reference.

220kV lines;pairs back to the same tower;electric field strength;magnetic induction intensity

X591.02

A

1008-8032（2011）01-0058-04

2010-10-25

馬耀宇（1976－），工程師，研究方向:電網(wǎng)建設(shè)管理。