鄧偉妮，劉彥軍（.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南 5003； .國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，臨沂 76003）

交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)軟件的開發(fā)及應(yīng)用

鄧偉妮1，劉彥軍2
（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南 250013； 2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，臨沂 276003）

結(jié)合Matlab語言的編程特點(diǎn)，探討了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思想和應(yīng)用程序編制的實(shí)現(xiàn)方法，開發(fā)了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)軟件。對(duì)比同類軟件預(yù)測(cè)結(jié)果及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)軟件的理論計(jì)算值進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明計(jì)算結(jié)果是可信的。軟件的應(yīng)用避免了大量繁雜的手工計(jì)算工作量，可使交流輸電線路電磁環(huán)境計(jì)算快速準(zhǔn)確，提高了環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的質(zhì)量和效率。

交流輸電線路；電磁；預(yù)測(cè)；Matlab

1　研究背景

交流輸電線路的電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)是交流輸變電工程電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)中最核心的部分之一，影響著環(huán)境影響報(bào)告的質(zhì)量和編制進(jìn)度，計(jì)算結(jié)果更是直接關(guān)系到項(xiàng)目的可行性和政府部門的決策。采用手工計(jì)算交流輸電線路的電磁環(huán)境費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較低，而目前國(guó)內(nèi)部分商業(yè)軟件只能在特定條件、特定工況下對(duì)某些典型塔型進(jìn)行計(jì)算，無法滿足當(dāng)前回路數(shù)增多、塔型多變、周圍環(huán)境復(fù)雜的輸電線路發(fā)展趨勢(shì)。本文基于Matlab語言開發(fā)的交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)軟件界面直觀，操作快捷、簡(jiǎn)單，除滿足常規(guī)的交流輸電線路電磁環(huán)境預(yù)測(cè)需求外，還適用于多回路、塔型特殊、周圍環(huán)境復(fù)雜的線路。

2　理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)思路

2.1理論基礎(chǔ)

交流輸電線路電磁環(huán)境（工頻電場(chǎng)強(qiáng)度、工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度）計(jì)算模式在中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則輸變電工程》（HJ 24-2014）中作了相關(guān)規(guī)定。本文以工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為例，說明軟件的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用Matlab編程的實(shí)現(xiàn)方法。

2.1.1單位長(zhǎng)度導(dǎo)線上等效電荷的計(jì)算

高壓送電線上的等效電荷是線電荷，由于輸電線半徑r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于架設(shè)高度h，因此等效電荷的位置可以認(rèn)為是在送電導(dǎo)線的幾何中心。

設(shè)輸電線路為無限長(zhǎng)并且平行于地面，地面可視為良導(dǎo)體，利用鏡像法計(jì)算送電線上的等效電荷。

多導(dǎo)線線路中導(dǎo)線上的等效電荷由矩陣方程計(jì)算。

2.1.2計(jì)算由等效電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)

為計(jì)算地面電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值，通常取夏天滿負(fù)荷有最大孤垂時(shí)導(dǎo)線的最小對(duì)地高度。因此，所計(jì)算的地面場(chǎng)強(qiáng)僅對(duì)檔距中央一段（該處場(chǎng)強(qiáng)最大）是符合的。

當(dāng)各導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等效電荷量求出后，空間任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算得出。

由于接地架空線對(duì)于地面附近場(chǎng)強(qiáng)的影響很小，所以常不計(jì)架空地線影響而使計(jì)算簡(jiǎn)化。

2.2設(shè)計(jì)思路

由交流輸電線路電磁環(huán)境計(jì)算模式可以看出，矩陣計(jì)算是整個(gè)計(jì)算過程的基礎(chǔ)。Matlab正是以矩陣為基本單位進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的，它把科學(xué)計(jì)算、結(jié)果可視化和編程都集中在一個(gè)使用非常方便的環(huán)境中，且具備了圖形圖像處理和與其他流行軟件的接口功能。同時(shí)，Matlab提供了圖形用戶界面（GUI）的設(shè)計(jì)和開發(fā)功能，可通過單擊按鈕、下拉菜單等方式實(shí)現(xiàn)人性化的交互式操作，讓用戶覺得程序界面親切自然、操作方便。

用戶在Excel表中輸入計(jì)算導(dǎo)線參數(shù)后，在計(jì)算項(xiàng)目選擇界面選擇需要計(jì)算的項(xiàng)目，隨后進(jìn)入對(duì)應(yīng)的計(jì)算區(qū)域參數(shù)設(shè)置界面，用戶輸入計(jì)算范圍等數(shù)據(jù)后選擇開始計(jì)算按鈕即可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果可分別以數(shù)值和圖表兩種形式輸出。

本軟件開發(fā)的主要工作是針對(duì)圖形用戶界面中的每個(gè)控件，編寫源程序代碼，Matlab提供了大量賦值、比較、算術(shù)運(yùn)算語句，條件語句和循環(huán)語句，能夠描述和實(shí)現(xiàn)上述想法。用戶利用該軟件進(jìn)行交流輸電線路電磁環(huán)境計(jì)算可大大提高運(yùn)算速度，通常手工計(jì)算需要幾個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)，通過該軟件幾分鐘就能得出準(zhǔn)確的結(jié)果，避免了人為原因造成的計(jì)算數(shù)據(jù)有誤，極大地提高了工作效率。

3　軟件功能及應(yīng)用

3.1軟件功能

軟件主要有5個(gè)功能模塊，分別為導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置、計(jì)算項(xiàng)目選擇、計(jì)算區(qū)域參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果輸出模塊。導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置模塊采用Excel表格的形式為用戶提供輸入預(yù)計(jì)算線路特征的平臺(tái)，并將輸入的導(dǎo)線參數(shù)保存起來讀取到系統(tǒng)中，避免了重復(fù)輸入類似參數(shù)工作，使操作變得更加簡(jiǎn)便。計(jì)算項(xiàng)目選擇模塊中，用戶在需要計(jì)算的項(xiàng)目前選中后點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕即可進(jìn)入對(duì)應(yīng)的計(jì)算區(qū)域參數(shù)設(shè)置模塊。在計(jì)算區(qū)域參數(shù)設(shè)置模塊中用戶輸入計(jì)算范圍的起始與終止值、間隔、計(jì)算點(diǎn)高度等數(shù)據(jù)后選擇“開始計(jì)算”按鈕，系統(tǒng)即執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。數(shù)據(jù)計(jì)算模塊能夠按《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程》（HJ 24-2014）規(guī)定的方法、公式，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理，為了更大提高環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工作效率，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別出計(jì)算結(jié)果的最大值及其出現(xiàn)位置。數(shù)據(jù)輸出模塊可使軟件輸出的內(nèi)容表現(xiàn)為數(shù)值或圖形，用戶根據(jù)實(shí)際需要可將其放入報(bào)告中。

3.2應(yīng)用

為驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，本文以工頻電場(chǎng)強(qiáng)度為例，將本軟件計(jì)算值與武漢高壓研究所電磁計(jì)算程序EMC的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，同時(shí)將某220kV交流輸電線路實(shí)測(cè)值與軟件計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果分別見表1。

軟件計(jì)算的輸入條件為某220kV交流輸電線路的特征參數(shù)，具體如下：220kV同塔雙回線路，逆相序排列，邊導(dǎo)線距中心線4.6m（上）、6.5m（中）、4.6m（下），上橫擔(dān)與中橫擔(dān)間距6.0 m、中橫擔(dān)與下橫擔(dān)間距6.0m；導(dǎo)線為2×LGJ-400鋼芯鋁絞線，直徑26.82mm，分裂間距400mm；導(dǎo)線最大弧垂處對(duì)地高13.7m。

表1　本軟件計(jì)算值與EMC預(yù)測(cè)值及實(shí)測(cè)值對(duì)比表

可以看出，本軟件計(jì)算值與武漢高壓研究所電磁計(jì)算程序EMC的預(yù)測(cè)值完全一致。實(shí)測(cè)值與軟件計(jì)算的理論值存在一定的差異，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之差的絕對(duì)值在0.003～0.031kV/m之間，偏差在0.74%～8.24%之間，這是由于實(shí)際監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)區(qū)域下墊面平整度、地面植被等環(huán)境狀況的影響，以及線路運(yùn)行工況的不穩(wěn)定等因素造成的；但從總的變化規(guī)律分析，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值是基本一致的，總體上也是吻合的，二者之間的差異是可接受的。綜上所述，本軟件的計(jì)算結(jié)果是可信的。

4　結(jié)語

本文結(jié)合Matlab語言的編程特點(diǎn)探討了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思想和應(yīng)用程序編制的實(shí)現(xiàn)方法，編制了專門處理交流輸電線路電磁環(huán)境計(jì)算的應(yīng)用程序，使交流輸電線路電磁環(huán)境計(jì)算能夠借助計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確地完成，以提高環(huán)評(píng)的效率和質(zhì)量。

對(duì)比同類軟件的預(yù)測(cè)值，以及線路的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)軟件計(jì)算值進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，軟件計(jì)算值與同類軟件的預(yù)測(cè)值完全一致；軟件計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的變化規(guī)律是基本一致的，總體上也是吻合的，二者之間偏差的絕對(duì)值在0.74%～8.24%之間。軟件的計(jì)算結(jié)果是可信的。

軟件對(duì)增強(qiáng)交流輸電線路電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、客觀性，提高環(huán)境影響報(bào)告的編制效率和質(zhì)量，有實(shí)際性的作用。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程 HJ 24-2014［S］.環(huán)境保護(hù)部，2014.

［2］劉衛(wèi)國(guó).MATLAB程序設(shè)計(jì)教程［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

［3］周開利，鄧春暉.MATLAB基礎(chǔ)及其應(yīng)用教程［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.158