电磁环境影响研究

文_吴胜华 广东瑞兴电力工程技术有限公司

1 前言

随着我国电力工业的迅速发展，电网布局越来越密，输电线路的走廊占地日益成为输电线路建设的大问题，我国骨干网架的500kV输电线路的同塔双回甚至同塔多回设计和建设成为研究和实践的重点。同时，同塔多回输电线路的电磁环境影响日益受到人们的重视。本文就同塔多回超高压架空输电线路对环境的影响进行了研究。

2 同塔多回线路架设方式和线路参数

500kV同塔4回架设的塔型分为垂直排列和水平排列两种。对应于两种不同塔型，本篇选取应用广泛的垂直排列塔型作为计算对象，导线相序悬挂排列方式如表1。

表1 500kV同塔4回架设垂直排列导线排列方式

500kV线路采用LGJ-400/35型钢芯铝绞线、底相导线对地最小高度按居民区14m考虑。

3 同塔多回路的无线电干扰

3.1 计算模型

根据DL/T691-1999《高压架空送电线路无线电干扰计算方法》，三相单回路送电线路的无线电干扰场强计算公式为：

式中：Ei——距第i相导线直接距离Di处的无线电干扰场强，dB/(uV/m)；

gmaxi——第i相导线最大表面电位梯度，kV/cm；

Di——第i相导线到参考点P(离地面2m高)处的直接距离，m。

hi——第i相导线对地高度，（通常为弧垂最低点的高度），m。

ri——第i相导线子导线半径，单位cm。

xi——P点到第i相导线的投影距离，单位m。

三相线路的无线电干扰场强按下列方式计算：如果某一相的场强比其余两相至少大3dB,那么后者可以忽略，三相线路的无线电干扰场强可认为等于最大的一相的场强；否则有下式：

式中：Ea、Eb——指三相中两相较大的场强值，dB/(μV/m)；

对于同杆架设的多回路线路，相导线产生的无线电干扰场强按上式计算，然后将同名相导线产生的场强几何相加，形成叠加后的三相Ea，Eb，Ec。

本计算结果代表了好天气时，频率为0.5MHz的无线电干扰场强的平均值。

根据国际无线电干扰特别委员会的CISPR18-1出版物，以上公式适合于导线表面场强在12～20kV/cm的高压线路，导线表面场强若小于12kV/cm，可认为导线不起电晕，也就是说该导线不产生无线电干扰，因此在计算时不考虑表面场强小于12kV/cm的导线产生的无线电干扰电水平。

3.2 无线电干扰计算

为了反映输电线路无线电干扰横向衰减特性，分别计算了各种方式下的无线电干扰横向衰减特性曲线。同塔4回500kV线路按垂直排列塔型架设，底相导线对地高度14m，不同导线排列方式下，线路无线电干扰横向衰减特性如图1和图2。

图1 前4种排列方式无线电干扰横向衰减特性曲线

图2 第5、6种排列下无线电干扰横向衰减特性曲线

在图1和图2中，导线第1种排列方式用“实线”表示，第2种用“点划线”表示，第3种用“圆圈”表示，第4种用“＋”表示，第5种用“*”表示，第6种用“三角形”表示(下同 )。

从图1、图2可以看出，在好天气情况下，边相外20m（距线路中心线31.5m）处0.5MHz的无线电干扰平均值见表2。

表2

3.3 计算结果分析

无线电干扰限值应该是满足80%/80%原则的，即在80%的时间中，送电线路产生的无线电干扰场强不超过限值且具有80%的置信度，通常简称80%值。GB15707-1995《高压交流架空送电线无线电干扰限值》也指出，计算得出的好天气的平均值增加6～10dB，可代表符合双80%原则的值。表5中的无线电干扰水平是增加了10dB后的结果。

输电线路的无线电干扰主要以输电线路边相外20m处频率为0.5MHz的无线电干扰场强为考核标准。在不同导线排列方式和不同对地高度下计算的无线电干扰水平如表3。

表3 各种排列方式下距边导线投影20m处0.5MHz的无线电干扰值，dB（μV/m)

根据GB15707-1995，频率为0.5MHz时，高压交流架空送电线无线电干扰限值见表4。

表4 无线电干扰限值（距边导线投影20m处）

由表3算结果可知，500kV同塔回架设，各种排列方式均能满足距边导线投影距离20m处的无线电干扰值小于55dB，符合国家标准要求。

4 工频电场

4.1 计算方法

一般认为输电线路的工频电场是一种交流变频的准静态电场，计算时我们采用模拟等效电荷法，将输电线路假设为一个与地面平行的良导体，计算时需要模拟两个等效参数：单位长度导线上的电荷及相应的电场。

计算导线线路中单位导线上的等效电荷Q，是通过电压U和麦克斯韦电位系数P用以下方程求解，即：

首先计算出导线单位长度的等效电荷后，空间任一点的电场强度可根据叠加原理计算得出，在（x ，y）点（如图3）的电场强度分量Ex和Ey可表示为：

图3 求空间电场场强的示意图

m—导线数；

4.2 电场强度计算

4.2.1 同塔四回线路地面电场的横向衰减特性

500kV同塔4回线路，垂直排列塔型，底相导线对地高度14m时地面1m处电场强度的横向衰减特性曲线如图4

图4 500kV 同塔4回 各种排列方式地面1m处电场强度横向分布

以上各种排列方式下，边相导线外5m(距线路中心线16.5m) 处地面场强均大于4kV/m。

4.2.2 符合环境保护要求的走廊宽度

根据HJ/T24－1998《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》，居民区电场强度按4kV/m，针对本项目研究的塔型、导线排列方式和对地高度，计算了满足4kV/m场强的走廊宽度。图5～图8 500kV同塔4回架设对地高度14m时4种排列方式下符合环境保护要求的走廊宽度。

图5 第1种排列方式下满足4kV/m的走廊宽度

图6 第2种排列方式下满足4kV/m的走廊宽度

图7 第3种排列方式下满足4kV/m的走廊宽度

图8 第4种排列方式下满足4kV/m的走廊宽度

第5种和第6种为不对称排列情况，边相两侧的走廊宽度不一致。

4.3 结果分析

在不同导线排列、不同塔型下，计算的导线下地面1m处的电场强度的最大值和边相外5m值如表5。

HJ/T 24-1998 《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中推荐以4kV/m作为居民区工频电场评价的标准。

4回500kV同塔架设时，无论导线以何种方式排列，其边相外5m处的地面1m电场均大于4kV/m。

表5 各种方式下地面1m处的最大电场强度（kVm）

5 工频磁场

5.1 计算模型

由于工频情况下电磁性能的准静态性质,线路的磁场仅由电流产生。把安培定律应用于载流导线,并将计算结果叠加，可求出导线周围的磁场强度。采用镜像法计算时，其基本原理是将大地的影响等效成为地下一等值反向电流所产生的影响，其镜像深度d近似可取

式中：ρ为大地电阻率(Ω·m) ,f为频率(Hz) 。

如果取大地电阻率50Ω·m，则d远远大于导线距地面的距离，所以，忽略它的镜像进行计算，其结果已足够符合实际。

5.2 磁感应强度计算

5.2.1 线路下方最大磁感应强度

线路下方的磁场由线路电流决定，计算时线路电流按500A考虑，并假设系统在负荷对称的情况下运行。

5.2.2 线路下方磁感应强度横向分布

图9、图10为同塔四回500kV线路架设，底相导线对地高度14m时，不同导线排列方式下的地面磁感应强度横向分布曲线。

图9 对地高度14m对称排列方式下磁感应强度横向分布

图10 对地高度14m不对称排列方式下磁感应强度横向分布

5.3 结果分析

根据HJ/T 24-1998 《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》，推荐应用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射时的工频限值0.1mT作为磁感应强度评价的标准。由计算可以看出，所有排列方式下产生的此值均未超出此限值。即使电流增加1倍，接近线路所能输送的自然功率，产生的磁感应强度仍不会超出限值。

6 导线对地及其它交叉跨越物跨越距离的要求

经过国内外大量实验研究，长期处于架空高压线路附近的电场中，对人体不至于产生不良影响，但根据线路实际运行情况及环保部门要求，控制房屋所在位置未畸变电场不超过4kV/m。

根据我国规程规定，500kV线路是不允许跨越民房的。

②临近民房的地方，如前述已讨论的以4kV/m为控制指标，推算出导线的高度和走廊宽度。

③线路跨越公路时，场强指标可以7kV/m控制，进行导线高度推算。

④线路跨越农田和其它非公众活动区时，按照GB 50545-2010的一般要求，推算导线高度。

7 结论

同塔四回500kV线路，按垂直排列塔型架设，根据以上计算结果分析如下。

线路的无线电干扰水平均能满足我国的限值标准，即小于55dB。

②对地高度14m时无论导线以何种方式排列，其边相外5m处的地面1m电场均大于4kV/m。建议采取逆相序或其他措施，以减小线路下方电场强度。

③对地高度14m时，线路下方地面磁场均满足我国环保标准要求。