500kv交流输电线路附近工频磁场的分析研究

任罡

（国网江苏省电力有限公司技能培训中心，江苏 苏州 215000）

0 引言

工频磁场是超高压输电及变电设备附近常见的电磁场干扰类型，其是强电流和强电压共同作用的结果，是高压输电网络附近必然存在的一种电磁干扰类型，工频磁场会对周围环境产生影响，这是基于导电性能和电磁效应的一种影响形式。通常工频磁场对环境的影响是可以忽略不计的，但是随着城镇化的进行，输电网络所在区域已不仅仅局限于荒野、郊区等，在高压、超高压输电线、变压器、变压站附近也有生活区分布，而工频磁场的电磁辐射较强不仅仅会对用电设备、输电设备造成影响，还会对周围居民身体健康造成不利影响[1]。

1 工频磁场限值及研究现状

1.1 工频磁场的环境限值

高强度的工频磁场还会对区域短波通讯产生干扰，引起信号强度降低、噪声等，在雷雨天气工频磁场有较高的风险发生电晕放电、释放多频率杂波等，引起雷击、电网电压波动等问题。因此工频磁场存在相应的环境限值，具体来说就是“合理范围”的工频磁场，这个磁场强度虽然会引起一定的电磁干扰问题，但处于合理范围内，能够避免绝大多数工频磁场带来的弊端，而这个磁场强度上限就是工频磁场的环境限值。

1.2 工频磁场的电场限值

根据HJ/T24-1998相关文件，我国确认了高压输电网络工频磁场的限值，对其有着明确的规定。根据输电网络所在区域，输电线工频磁场的限值不同，居民生活区附近工频电厂强度不超过5kv/m，磁场强度不超过100uT。这是我国关于高压输电网络工频电场和工频磁场的详细规定，也是具体到具体数值的规定。

1.3 工频磁场的电磁干扰限值

工频磁场引起的电磁干扰现象在生活极为常见，比如在高压变电器附近使用移动通信设备可听到明显的杂音抑或者变压器运行过程中可听到“嗡嗡”声等，均是高压输电网附近工频磁场引起的电磁干扰现象。在现代生活中无线电短波通讯在生产生活中的作用越来越重要，为了确保短波通讯的秩序和电气设备的运行参数，我们需要确保高压输电线附近工频磁场强度在一定范围内[2,3]。根据GB15707-1995相关文件，我国目前确定的工频磁场的电磁干扰限制具体规定如下：频率为0.5MHz时，110kv电压级输电网络附近电磁干扰水平应低于46dB，220-330kv电压级输电网络附近电磁干扰水平应低于53dB，500kv电压级输电网络附近电磁干扰水平应低于55dB。

1.4 工频磁场研究进展

500kv输电网络是我国当前电压等级最高的输电网络，广泛用于长距离输电中。但对于国家已建成电网来说，500kv电压级输电网络并非新兴事物，早在20世纪90年代我国就已独立简称500kv电压级长距离输电线路，但受限于当时的生产条件和输电供电环境，电磁干扰问题并不突出，且当时我国工业正处于发展起步阶段，500kv电压级输电网络并未大面积覆盖，未能认识到工频磁场对生产、生活和电气系统的影响。

随着国外电磁研究的穿入，我国电气研究、电磁研究得到发展，形成了相对完善的电磁研究理论体系。自1998年起，在国外研究和国内武汉高压研究所研究成果基础上我国开始了超高压试验，就高电压级输电线路工频电场、工频磁场、可听噪声、电磁干扰、电晕损失等电磁环境参数进行了大量研究，积累了丰富的研究数据与研究成果，为我国攻克高电压级输电线附近工频磁场问题提供了大量的经验参考。

2 高电压级输电线附近工频磁场的主要影响因素

2.1 距离

距离是影响500kv输电线附近工频磁场的重要因素，从理论上来说距离越远电磁效应越弱，工频磁场的强度越低。可以建立一个等效的距离模型进行研究与测定。模型设计如下，先地面有单回路三相500kv超高压输电线，输送功率均为1000MW，导线中心距离5m，导线高度分别为25m、20m、15m，分裂导线半径0.32m，次分裂导线半径0.015m。

经过测试得到以下表1数据：

表1 单回路相间距离对工频磁场的影响

根据表1中测试数据不难发现距离和工频磁场之间的关联性，两者呈现负相关，距离越远工频磁场的强度越低，这个距离包含了水平距离和垂直距离。距离越近、线路越密集工频磁场强度越高，随着距离的增加工频磁场的强度迅速降低，短距离内衰减速度较快，远距离衰减速度较慢，超过40m后工频磁场衰减速度进一步降低，40m和50m距离上工频磁场强度相差不大。

根据我国非电离辐射防护的相关规定，公众的工频磁场暴露限值为100uT，职业人员允许的暴露强度为500uT，就测试数值来看，超高压输电线正下方地面工频磁场强度仍小于职业人员允许的暴露强度，仅在无限接近导线密集区域时工频磁场强度接近国家允许的限值但尚未超过，这提示500kv输电网线路附近的工频磁场暴露强度均在国家允许的范围内[4,5]。

2.2 相序

同塔双回线路的高压输电线网中，双回输电线的工频磁场会出现相互影响，根据波的作用原理，其会产生增幅或减幅的效果，而在现实生活中同塔双回路高压输电线较为常见，因此有必要对这种类型高压输电线的工频磁场特征进行研究。

建立一个同塔双回路输电线模型，输送功率为1000MW，导线中心水平距离分别为9m和12m，离地距离分别为13m和11m，四分裂导线半径0.3m，次分裂导线半径0.015m。

经过试验测试得到以下数据：

根据表2数据不难看出，同塔双回路输电线相序之间工频磁场存在相互影响，由于两者相互干扰在中心距离较近的地区工频磁场强度反而较低，随着距离的增加工频磁场强度逐渐上升再逐渐降低，在10-20m之间存在一个强度峰值，预测可达6B/uT以上，随着距离的进一步增加工频磁场强度迅速降低，工频磁场强度峰值后变化趋势与距离对工频磁场强度影响基本一致。

表2 同塔双回路输电线工频磁场分布特征

从模拟实验数据来看，同塔双回路输电工频磁场强度高于单相输电线，双回路输电线的工频磁场强度普遍高于单相输电线，因此在进行管理的时候需要注意。在输电线的垂直方向上工频磁场强度符合国家规定的职业暴露规定，而10-20m距离上的磁场强度则超过职业暴露规定，因此在距离同塔双回路高压输电线中心距离10-20m的范围内尽量减少停留时间和电气设备配置，以降低工频磁场造成的危害[6]。

2.3 线路布置模式

线路布置模式是高压输电线的一个重要参数，在低电压电系中线路布置对电能使用效率的影响较小，而在500kv超高压输电网中线路布置会极大地影响电能的输送效率，甚至不合理的线路布置模式还可成为电系故障的重要诱因。

从我国超高压输电线设置实际情况来看，常见的500kv超高压输电线的布置模式主要有水平排列、三角形排列、倒三角形排列和垂直排列四种样式。根据实际情况，建立等效仿真模拟研究模型，就不同线路布置模式下的工频磁场强度进行测定，结果如下：

根据表3数据，我们不难看出线路布置模式对工频磁场强度有着显著影响，不同排列模式下工频磁场强度差异显著，水平排列和垂直排列输电线的工频磁场强度远低于正三角排列和倒三角排列，同时无论怎样的线路布置模式均符合距离衰减特征，导线中心垂直方向上工频磁场强度最高，随着距离增加逐渐衰减，10-20m内工频磁场衰减速率较高，20m后衰减速度迅速降低。同时从表3中我们不难看出，水平排列和垂直排列的500kv超高压输电线工频磁场强度全距离下均低于国家规定的职业暴露强度，而正三角形排列和倒三角形排列正下方和10米内工频磁场强度超过国家允许的职业暴露强度，在此类型排列的线路附近作业时要加强相应防护，同时倒三角形排列和正三角形排列的500kv超高压输电线20m内的电气设备也应当减少，以降低工频磁场造成的损失。

表3 不同线路布置模式下工频磁场强度

3 结论

（1）500kv超高压输电线附近有着明显的工频磁场，工频磁场围绕输电线存在，因此线路越密集工频磁场强度越高，同时工频磁场对周围环境的影响随着距离的增加而降低，超过50m时工频磁场的影响效果几乎可忽略，因此500kv超高压输电线的安全暴露距离在50m之外，即500kv超高压输电线距离人口密集区或活动区距离在50m以上最佳。这是绝大多数情况下的安全距离。

（2）工频磁场和输电方向具有关联性，同相超高压输电线工频磁场具有叠加效果而双回线的多相输电线工频磁场具有抵消效果，多相中心工频磁场的强度反而低于中段距离，因此为了提高超高压输电线下电工作业安全性，可适当加强双回线多相输电线路的运用，利用不同相输电线工频磁场之间的干扰特征来降低输电线中心水平的工频磁场强度为工作人员提供一个更加安全的工作环境。

（3）距离是影响工频磁场作用效果最显著的因素，增加输电线到电工作业环境和居民生活区、活动区的距离可有效降低超高压输电线工频磁场对人体健康和用电器运行参数的影响，因此我们可以通过调整导线中心到工作现场或活动区域的距离来降低工频磁场的影响。同时距离调整可同时从水平方向和垂直方向两方面着手，对于远离生活区且用电器不密集的输电区域我们可以通过水平方向上的调整使超高压输电线远离活动区域，对于从居民生活区穿过性价比更高的输电线路我们可以通过在垂直方向上提高输电线架构高度来进行距离调整，来达到降低或消除输电线工频磁场的影响。