典型220kV双回架空线路工频电磁场分析与评价

徐玉奎

摘 要：为探究输电线路工频电磁场预测模型的可靠性与准确性，文章以南京市典型220kV同塔双回线路为研究对象，实时监测220kV线路断面处工频电场和工频磁感应强度，以比较理论预测与实时监测数据的相符性。研究結果表明，线路实时监测的工频电磁场强度的衰减随与对地投影点距离的增大均呈现先快后慢的趋势，A模型和B模型对工频电场强度的预测与实测值均有较好的吻合度，对于工频磁感应强度，A模型预测准确度优于B模型。

关键词：双回线路；工频电磁场；预测；模型

中图分类号：TM726.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）20-0079-03

Abstract： In order to explore the reliability and accuracy of the power frequency electromagnetic field prediction model for transmission lines， this paper takes the typical 220 kV twin circuit line as the research object， and monitors the power frequency electric field and the power frequency magnetic induction intensity at the section of the 220kV line in real time. The consistency between prediction and real-time monitoring data is compared. The results show that the attenuation of the power frequency electric field intensity in real-time line monitoring shows a tendency of fast and then slow with the increase of the distance between the power frequency electric field and the ground projection point. The prediction of the power frequency electric field intensity by the model A and the B model have good agreement with the measured values. The prediction accuracy of model A is better than that of model B for power frequency magnetic induction intensity.

Keywords： double circuit； power frequency electromagnetic field； prediction； model

1 概述

随着我国电力工业的迅速发展，城市化率的不断提高，高压输电线路供电系统在国民社会经济发展中发挥着举足轻重的作用。根据《中华人民共和国环境影响评价法》、《建设项目环境影响评价分类管理名录》中相关规定，110kV及以上输电线路在建设前须进行环境影响评价，在其环境影响评价中，输电线路路径规划的选择原则上应避让住宅、办公楼、工厂等有公众居住、工作或学习的建筑物等电磁环境敏感目标。然而，综合考虑路径选择的经济因素、技术因素、自然社会因素等各方面因素，线路不可避免地会跨越或邻近有公众居留的建筑物，同时，人们对电磁辐射认知的提高，线路运行时产生的工频电磁场对公众产生的影响也愈来愈受到人们的关注。架空输电线路电磁环境预测模型是输电线路建设项目环境影响评价中预测线路工频电磁场强度的重要工具。在现有电网架构中，220kV架空输电线路是其重要组成部分 ，基于此，为探讨输电线路工频电磁场预测模型的可靠性与准确度，本研究以典型220kV同塔双回架空线路为研究对象，通过理论模型预测与实时监测数据比较与分析，以期为输变电项目电磁环境影响预测与评价提供参考，为架空线路周围电磁辐射的防护提供理论支撑。

2 试验方法

（1）试验仪器及天气状况。仪器：场强仪，主机型号：NBM550，探头型号：EHP-50F。天气状况：晴，空气温度：8℃～17℃，相对湿度：44%～56%，风速：1.2m/s～2.3m/s。（2）监测方法。选择南京市已正常运行的四条220kV同塔双回线路。监测时，以线路弧垂最低位置处档距对应两杆塔中央连线对地投影点为起点，10m内每隔1m布置1个监测点，10m外每隔5m布置1个测点，顺序测至线路弧垂最低位置处档距对应两杆塔中央连线对地投影点50m处，监测点位选择在不干扰工频电磁场监测的空地上，监测距地面垂直高度1.5m处工频电磁场强度，每个测点测定5次后取方均根值。具体监测方法参考《交流输变电工程电磁环境监测方法》（HJ 681-2013）。（3）预测模型。线路工频电磁场模拟预测采用江苏省某2家环评单位所用软件，分别记为A预测模型和B预测模型，模型关键参数引用“国际大电网会议第36.01工作组”的推荐二维模型计算方法[1]。（4）线路技术参数及实时监测工况。本研究选取的双回架空输电线路技术参数及实时监测工况分别如表1、表2所示。

3 数据分析

工频电磁场强度模型预测和实时监测间的差异采用单因素方差分析（ANOVA），平均值比较采用最小显著差异法（LSD）， P=0.05。统计分析软件为SPSS 19.0v.，绘图软件为Origin 8.0v.。

4 结果与分析

4.1 工频电场强度分析

一般认为，架空输电线路的电压、导线线高、相序排布等是影响线路周围工频电场的重要因素[2-3]。除此之外，空气湿度、温度等气象因素由于引起电晕放电间接影响工频电场的强弱[4]。如图1所示为220kV科红线、华牵线、 科线及协科线的工频电场实测值及预测值，可以看出，本研究的四条双回线路的工频电场强度实时监测最大值均出现在对地投影点0m处，分别为258V/m、222V/m、493V/m、712V/m。随着对地投影点距离的增大，工频电场强度实时监测值均有不同程度降低，220kV华牵线（图1（b））、协科线（图1（d））实时监测的工频电场强度减弱的速度呈现先快后慢的趋势，在距对地投影点10m处，工频电场强度分别为87V/m、411V/m，较对地投影0m处，下降135V/m和301V/m，降低幅度达60.8%和42.3%。而220kV科红线（图1（a））、 科线（图1（c））实时监测的工频电场强度衰减速度则先慢后快，在距对地投影点10m处，工频电场强度分别为224V/m、381V/m，较对地投影0m处，仅下降34V/m和112V/m。220kV科红线在对地投影点40m处工频电场强度仍有约100V/m，与220kV华牵线、 科线、协科线在对地投影点40m处即已降至工频电场本底值附近（<10V/m）有较大差异，其原因有待进一步探究。

模型预测是估算线路周围工频电场强度的有效手段之一。图1所示为四条双回线路周围工频电场强度模型预测值，从预测的四条双回线路的最大值来看，工频电场强度最大值均出现在对地投影点0m处，且B模型>A模型>实时监测，B模型预测值（311V/m）最多比实测值（255V/m）偏大约22%（图1（a））。整体上，A模型和B模型预测值均呈现先快后慢的趋势，这与王群等人研究较为一致[5]。

有研究认为[6]，同等条件下，线路采用同相序架设较异相序架设工频磁场强度大，本研究中，科红线、 科线采用同相序架设，华牵线、协科线为异相序架设，尽管科红线与华牵线、协科线与 科线运行电压相差极小（表2），但现场实时监测结果表明，异相序架设线路较同相序线路架设周围工频电场高，这可能是因为异相序导线架设高度明显小于同相序导线架设高度，导线架设高度较导线相序排布影响更大。

4.2 工频磁感应强度分析

图2所示为四条双回线路工频磁感应强度实测值及预测值，可以看出，220kV科红线、华牵线工频磁感应强度的实时监测的最大值大约出现在对地投影点5m处，分别为0.403μT和0.357μT，而220kV 科线、协科线实测最大值则出现在对地投影0m处，其最大值分别为0.487μT和0.265μT，随着与对地投影点距离的增加，较工频电场强度（图1），工频磁感应强度的较缓慢，可能是因为工频电场易受导电物体（如建筑物、树木等）影响产生畸变而被屏蔽，50Hz的工频磁场则很容易透过大多数物体[7]。对地投影点40m～50m时，实测的工频磁感应强度基本无明显变化，基本维持在0.10μT～0.20μT之间。A模型和B模型预测最大值均出现在对地投影0m处，其工频磁感应强度的衰减呈现先快后慢的趋势。可以看出，模型预测的工频磁感应强度最大值一般比实时监测最大值高14%～59%，其中工频磁感应强度最大值出现在协科线的B模型预测值，为0.421μT，较实测高出59%，而差异最小的出现在华牵线的A模型预测和实测值间，预测值为0.408μT，仅比实测值高14%。本研究中的预测值及实测值均远小于《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）中规定的100μT限值标准。普遍认为，电流强度、导线线高、相序排列方式是影响线路周围工频磁感应强度的关键因素。本研究中，尽管220kV华牵线导线弧垂明显高于220kV协科线，且二者均为异相序架设（表1），但总体上，220kV华牵线实测的工频磁感应强度略大于220kV协科线，这可能是因为220kV华牵线电流明显大于协科线。

4.3 方差分析

均值方差分析是反映均值间是否存在显著性差异的重要统计学方法。工频电磁场的实测值与预测值间的显著性分析如表3所示。

对于反映工频电场强度显著性差异的P值，除了华牵线，科红线、 科线、协科线的P值均大于0.05，表明在该置信水平下，两模型预测值与实测值无显著性差异，因此，该模型预测值可以一定程度上代替工频电场强度实测值，其模型具有较高的可信度与准确性。而在工频磁场A模型预测中，仅华牵线预测值与实测值间有显著性差异，其模型与实际情况的相符性优于B模型，因此在本研究中，A模型的在环境影响评价工频电磁场预测中具有较高的参考价值。

5 结束语

（1）实时监测的双回线路工频电磁场强度的衰减均呈现先快后慢的趋势。（2）A模型和B模型预测的工频电场强度与监测结果均较为符合，对于工频磁感应强度的预测，A模型与实际情况的相符性优于B模型。

参考文献：

[1]国际大电网会议第36.01工作组.输电系统产生的电场和磁场[M].水利电力出版社，1984.

[2]朱艳秋，宋晓东，赵志勇.220kV高压输电线路工频电磁场影响因素研究[J].电力科技与环保，2011，27（1）：5-8.

[3]韩杏朵.超高压输电线路电磁环境預测模型的研究[D].东北大学，2008.

[4]王灵志，董艳艳，李薇，等.气象因素对输变电线路电磁环境的影响[J].工业安全与环保，2016，42（10）：32-34.

[5]王群，李永卿，陈静，等.110kV高压输电线路电磁场分析及评价[J].北京工业大学学报，2005，31（3）：308-312.

[6]丛俊，李慧，王文兵.双回220kV输电线路不同相序下的工频电磁场分析[J].中国辐射卫生，2014，23（1）：80-83.

[7]傅一迪.变电站电磁辐射环境影响探析-以庆南变电站为例[J].环境科学与管理，2012，37（12）：79-83.