屏蔽线对输电线路电磁环境影响的模拟研究

林 炬，曹俊杰，李立，黄学良，王瑜

(1.江苏省辐射环境保护咨询中心，江苏南京 210019;2.江苏省电力公司扬州供电公司，江苏扬州225000;3.江苏省电力公司无锡供电公司，江苏无锡 214062;4.东南大学，江苏南京 210000)

屏蔽线对输电线路电磁环境影响的模拟研究

林 炬1，曹俊杰2，李立3，黄学良，王瑜4

(1.江苏省辐射环境保护咨询中心，江苏南京 210019;2.江苏省电力公司扬州供电公司，江苏扬州225000;3.江苏省电力公司无锡供电公司，江苏无锡 214062;4.东南大学，江苏南京 210000)

随着输变电工程的不断发展，线路电磁环境对于民众健康的影响愈加突出，对其进行研究分析具有重要价值。针对输电线路下电磁环境问题，分析了工频电磁场主要影响因素以及模拟研究了电场环境的优化方案，屏蔽线的位置与屏蔽效果的关系，通过屏蔽线位置的选择，可以低成本实现目标点以及目标区域的最优屏蔽。

输电线路;电磁环境;工频电场;屏蔽线

0 引言

随着中国电力工业的不断发展，为了推进能源的高效利用，缓解环境压力，合理配置资源，国家电网公司制定了“加快建设以特高压为骨干网架，各级电网协调发展”的电网规划目标。但是由于公众对输变电工程的电磁环境存在误解，阻挠输变电工程建设的事件时有发生，导致局部电网建设滞后用电需求。交流输电工程的电磁环境主要包括工频电场、工频磁场和可听噪声三个方面。工频电磁场因公众最为关注且纠纷较多成为当前研究的重点问题之一。目前，我国工频电场与磁场的控制限值为4kV/m和0.1mT［1-5］。

本文借助 Ansoft Maxwell仿真软件，建模分析输电线架设高度对电磁环境的影响;分析加装屏蔽线对电磁场的屏蔽效果以及屏蔽位置选择不同时作用效果的差异，通过比较得出合理的优化方案，为高压输电线路电磁环境的优化提供依据。

1 工频电磁场主要影响因素

输电线路工作时，线路上的电荷会在空间感应出工频电场，线路电流会在空间感应出工频磁场。输电线路附近工频电磁场的影响因素很多，导线的布置形式、对地距离和相间距离、分裂根数以及多回路时回路间电压的相序等都会影响其分布以及大小，其中导线对地距离对其影响最为突出［7］。本节针对1000kV/500kV同杆混压四回输电线路垂直-三角布线方式，分析距地面1.5m高度电场强度E、磁感应强度B随H(最低相线的高度)以及D(到线路中心距离)的变化规律。

输电线参数如表1所示［8］，1000kV/500kV同杆混压四回输电线路垂直-三角布线方式见图1。

表1 输电线参数

分裂导线等效半径计算公式为［9］:

式中:m为导线分裂数;R为分裂导线圆半径;r为子导线圆半径。计算得 1000kV线路等效半径为445.2mm，500kV线路等效半径为355.12mm。

采用垂直-三角布线方式的电磁场分布如图2所示，图2(a)为电场强度E随最低相线高度H以及到线路中心距离D的变化关系，图2(b)为磁感应强度B随最低相线高度H以及到线路中心距离D的变化关系。

图1 同杆混压四回输电线路垂直-三角布线方式

图2 垂直-三角布线电磁场强度

从图2(a)、(b)可以得出，提高导线的整体高度能大幅降低地面附近的电磁场强度。

2 屏蔽线对电磁场屏蔽效果分析

对于已经建设好的输电线路，可采用架设屏蔽线的措施抑制线下电磁场［10-11］;本节利用仿真软件，选取半径为0.01m的金属导线作为屏蔽线，因不同的区域对电磁场强度限制不同，因此考察屏蔽线位置的对电磁场的屏蔽效果。

若令最低相线距地H=12m，屏蔽线距地高度Lh，距离线路中心Ld，如图3所示。

图3 屏蔽线架设方式

在距离线路中心Ld=17m处(仅在右侧)，架设屏蔽线［12-15］，高度Lh取值5m和10m，对地面高度h=1.5m处电磁场分布进行了模拟计算，结果发现，无屏蔽线时电场强度峰值为10420.12V/m; Lh=5m时电场强度峰值9340.45V/m，比未架设屏蔽线时降低10.36%;Lh=10m时电场强度峰值为9133.95V/m，比未架设屏蔽线时降低了12.34%。由此可见屏蔽线对电场峰值的削弱作用十分显著，而屏蔽线不同高度之间区别较弱。屏蔽线对磁感应强度的削弱作用几乎可以忽略，因其值本身很小，远低于标准的限值，所以下面主要研究屏蔽线对电场强度的屏蔽作用。

下面在最低相线下方两侧分别架设一根屏蔽线，讨论其对电场的屏蔽效果。设置相线最低高度仍为12m，屏蔽线垂直高度Lh，水平距离(距线路中心)Ld。首先选取 Lh=10m，Ld分别取值10m、13m和17m，计算不同屏蔽线水平位置时的电场强度分布，结果发现:无屏蔽线时电场强度峰值为10420.12V/m;Ld=10、13.17m时场强峰值分别为8617.3、7770.8、9133.95V/m。由此可见，屏蔽线对输电线路下方的电场有削弱作用，且两根屏蔽线分别架设在两侧电场强度峰值区域附近时，削弱作用明显，且屏蔽线不同的水平位置影响较大。

进一步选取Ld=13m，Lh分别取值6m、8m和10m，计算不同屏蔽线高度时的电场强度分布，结果发现，无屏蔽线时电场强度峰值为10420.12V/m;Lh=6、8、10m时电场强度峰值分别为7512.7、7544.1、7770.8V/m。由此可见，随着屏蔽线高度的增加，即越接近相线，对Lh=1.5m处电场强度的削弱作用越小，但是不同高度的屏蔽线对地面附近电场强度屏蔽效应差别并不明显。

前面的研究结果已经表明，屏蔽线架设在相线附近，可以对电场的峰值进行有效抑制，整体电场强度减小。若需要进行屏蔽的目标区域覆盖比较大，可以采用多根屏蔽线进行屏蔽。四条屏蔽线时架设方式如图4所示。

图4 四条屏蔽线时架设方式

选择H=12m，Lh=10m，Ld=13m，d分别取值3m、6m和9m，计算不同屏蔽线水平位置时的电场强度分布，结果发现，无屏蔽线时电场强度峰值为10420.12V/m;d=3、6、9m时场强峰值分别为6535.26、6934.11、7251.05V/m，比未架设屏蔽线时降低了37.28%;d=6m时电场强度峰值为6934.11V/m，比未架设屏蔽线时降低了33.45%;d =9m时电场强度峰值为7251.05V/m，比未架设屏蔽线时降低了30.41%。

从以上分析可知，随着屏蔽线根数的增多，对目标区域的屏蔽效果会逐渐增大，且各屏蔽线间距离的选择也极大地影响着屏蔽效果，需要结合经济性和电场强度指标进行合理优化。

3 结语

本文主要针对1000kV/500kV同杆混压四回输电线路垂直-三角布线方式下的工频电磁场在距地面1.5m高度下电场强度、磁感应强度随最低相线的高度以及到线路中心距离的变化规律;研究了架设屏蔽线对电磁环境的屏蔽作用。结果可知随着提高导线的整体高度能大幅降低地面附近的电磁场强度;屏蔽线对输电线路下方的电场有削弱作用，且两根屏蔽线分别架设在两侧电场强度峰值区域附近时，削弱作用十分明显，且屏蔽线不同的水平位置影响较大，但不同高度的屏蔽线对地面附近电场强度屏蔽效应差别并不明显;随着屏蔽线根数的增多，对目标区域的屏蔽效果会逐渐增大，且各屏蔽线间距离的选择也极大地影响着屏蔽效果，需要结合经济性和电场强度指标进行合理优化。

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Simulation research of shielding wire on electromagnetic environment of transmission Line

With the continuous development of power transmission project，electromagnetic environment of transmission line has more and more effect on people＇s health.Thus，it is particularly important to carry out this research work.Main influence factors of power frequency electromagnetic field are analyzed.Optimized solutions of electric field environment and the relation between the position of shield wires and its shield ing effect are presented，a method to determine the location of shield wires is introduced in order to shield target point and the target area optimally.

power transmission lines;electromagnetic environment;power frequency electric field;shield wires

TM726

:B

:1674-8069(2017)01-048-03

2016-08-12;

:2016-09-20

林炬(1981-)，男，江苏南京人，工程师，主要从事辐射环境影响评价、监测等工作。E-mail:linju_job@139.com