交流输电线路电磁环境影响预测软件的开发及应用

邓伟妮，刘彦军（.山东电力工程咨询院有限公司，济南 5003； .国网山东省电力公司临沂供电公司，临沂 76003）

交流输电线路电磁环境影响预测软件的开发及应用

邓伟妮1，刘彦军2
（1.山东电力工程咨询院有限公司，济南 250013； 2.国网山东省电力公司临沂供电公司，临沂 276003）

结合Matlab语言的编程特点，探讨了交流输电线路电磁环境影响预测计算机软件系统的理论基础、设计思想和应用程序编制的实现方法，开发了交流输电线路电磁环境影响预测软件。对比同类软件预测结果及实测数据，对软件的理论计算值进行了验证，结果表明计算结果是可信的。软件的应用避免了大量繁杂的手工计算工作量，可使交流输电线路电磁环境计算快速准确，提高了环境影响评价工作的质量和效率。

交流输电线路；电磁；预测；Matlab

1　研究背景

交流输电线路的电磁环境影响预测是交流输变电工程电磁环境影响评价中最核心的部分之一，影响着环境影响报告的质量和编制进度，计算结果更是直接关系到项目的可行性和政府部门的决策。采用手工计算交流输电线路的电磁环境费时费力，且预测结果准确性较低，而目前国内部分商业软件只能在特定条件、特定工况下对某些典型塔型进行计算，无法满足当前回路数增多、塔型多变、周围环境复杂的输电线路发展趋势。本文基于Matlab语言开发的交流输电线路电磁环境影响预测软件界面直观，操作快捷、简单，除满足常规的交流输电线路电磁环境预测需求外，还适用于多回路、塔型特殊、周围环境复杂的线路。

2　理论基础与设计思路

2.1理论基础

交流输电线路电磁环境（工频电场强度、工频磁感应强度）计算模式在中华人民共和国国家环境保护标准《环境影响评价技术导则输变电工程》（HJ 24-2014）中作了相关规定。本文以工频电场强度为例，说明软件的设计思路和应用Matlab编程的实现方法。

2.1.1单位长度导线上等效电荷的计算

高压送电线上的等效电荷是线电荷，由于输电线半径r远远小于架设高度h，因此等效电荷的位置可以认为是在送电导线的几何中心。

设输电线路为无限长并且平行于地面，地面可视为良导体，利用镜像法计算送电线上的等效电荷。

多导线线路中导线上的等效电荷由矩阵方程计算。

2.1.2计算由等效电荷产生的电场

为计算地面电场强度的最大值，通常取夏天满负荷有最大孤垂时导线的最小对地高度。因此，所计算的地面场强仅对档距中央一段（该处场强最大）是符合的。

当各导线单位长度的等效电荷量求出后，空间任意一点的电场强度可根据叠加原理计算得出。

由于接地架空线对于地面附近场强的影响很小，所以常不计架空地线影响而使计算简化。

2.2设计思路

由交流输电线路电磁环境计算模式可以看出，矩阵计算是整个计算过程的基础。Matlab正是以矩阵为基本单位进行数值计算的，它把科学计算、结果可视化和编程都集中在一个使用非常方便的环境中，且具备了图形图像处理和与其他流行软件的接口功能。同时，Matlab提供了图形用户界面（GUI）的设计和开发功能，可通过单击按钮、下拉菜单等方式实现人性化的交互式操作，让用户觉得程序界面亲切自然、操作方便。

用户在Excel表中输入计算导线参数后，在计算项目选择界面选择需要计算的项目，随后进入对应的计算区域参数设置界面，用户输入计算范围等数据后选择开始计算按钮即可获得相应数据，计算结果可分别以数值和图表两种形式输出。

本软件开发的主要工作是针对图形用户界面中的每个控件，编写源程序代码，Matlab提供了大量赋值、比较、算术运算语句，条件语句和循环语句，能够描述和实现上述想法。用户利用该软件进行交流输电线路电磁环境计算可大大提高运算速度，通常手工计算需要几个小时甚至更长，通过该软件几分钟就能得出准确的结果，避免了人为原因造成的计算数据有误，极大地提高了工作效率。

3　软件功能及应用

3.1软件功能

软件主要有5个功能模块，分别为导线参数设置、计算项目选择、计算区域参数设置、数据计算和结果输出模块。导线参数设置模块采用Excel表格的形式为用户提供输入预计算线路特征的平台，并将输入的导线参数保存起来读取到系统中，避免了重复输入类似参数工作，使操作变得更加简便。计算项目选择模块中，用户在需要计算的项目前选中后点击“确认”按钮即可进入对应的计算区域参数设置模块。在计算区域参数设置模块中用户输入计算范围的起始与终止值、间隔、计算点高度等数据后选择“开始计算”按钮，系统即执行计算任务。数据计算模块能够按《环境影响评价技术导则 输变电工程》（HJ 24-2014）规定的方法、公式，对输入的数据进行计算、处理，为了更大提高环境影响评价的工作效率，系统将自动识别出计算结果的最大值及其出现位置。数据输出模块可使软件输出的内容表现为数值或图形，用户根据实际需要可将其放入报告中。

3.2应用

为验证软件计算结果的可靠性和准确性，本文以工频电场强度为例，将本软件计算值与武汉高压研究所电磁计算程序EMC的预测值进行比较，同时将某220kV交流输电线路实测值与软件计算值进行对比，结果分别见表1。

软件计算的输入条件为某220kV交流输电线路的特征参数，具体如下：220kV同塔双回线路，逆相序排列，边导线距中心线4.6m（上）、6.5m（中）、4.6m（下），上横担与中横担间距6.0 m、中横担与下横担间距6.0m；导线为2×LGJ-400钢芯铝绞线，直径26.82mm，分裂间距400mm；导线最大弧垂处对地高13.7m。

表1　本软件计算值与EMC预测值及实测值对比表

可以看出，本软件计算值与武汉高压研究所电磁计算程序EMC的预测值完全一致。实测值与软件计算的理论值存在一定的差异，计算值与实测值之差的绝对值在0.003～0.031kV/m之间，偏差在0.74%～8.24%之间，这是由于实际监测中，监测区域下垫面平整度、地面植被等环境状况的影响，以及线路运行工况的不稳定等因素造成的；但从总的变化规律分析，计算值与实测值是基本一致的，总体上也是吻合的，二者之间的差异是可接受的。综上所述，本软件的计算结果是可信的。

4　结语

本文结合Matlab语言的编程特点探讨了交流输电线路电磁环境影响预测软件系统的理论基础、设计思想和应用程序编制的实现方法，编制了专门处理交流输电线路电磁环境计算的应用程序，使交流输电线路电磁环境计算能够借助计算机快速准确地完成，以提高环评的效率和质量。

对比同类软件的预测值，以及线路的实测数据，对软件计算值进行了验证。结果表明，软件计算值与同类软件的预测值完全一致；软件计算值与实测值的变化规律是基本一致的，总体上也是吻合的，二者之间偏差的绝对值在0.74%～8.24%之间。软件的计算结果是可信的。

软件对增强交流输电线路电磁环境影响评价的准确性、客观性，提高环境影响报告的编制效率和质量，有实际性的作用。

［1］中华人民共和国国家环境保护标准 环境影响评价技术导则 输变电工程 HJ 24-2014［S］.环境保护部，2014.

［2］刘卫国.MATLAB程序设计教程［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［3］周开利，邓春晖.MATLAB基础及其应用教程［M］.北京：北京大学出版社，2007.

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