屏蔽线对输电线路工频电场的影响分析

田凌峰

(湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

近年来，我国人民生活水平明显提高，国民经济增长不止，社会各业对电力能源的需求量也都呈现日益增加的趋势，老旧的电网配置和规划已无法满足现时代社会生产和居民的生活需要[1]，因此，电网建设和电力技术也在加速进步，多回路共塔形式的输电线路越来越普遍，其电磁环境的研究已成为热点[2]。

我国在电磁环境问题方面的研究起步较晚，尤其针对超高压输电线路[3]，1994年才在在湖北武汉建设了一段电压等级为1000kV的特高压交流输电试验工程[4]。从九十年代至今，我国科研人员持续不断地对特高压输电线路的可行性及其理论开展研究，得到100多项特高压方向重要的研究成果[5]。现今，我国在输电线路电磁环境方面已经有了一定程度的研究成果[6]，但在超高压输电线路多回路并行方面的研究成果比较少[7]。

基于上述问题，本文重点关注多回输电线路间的电磁环境，深入分析屏蔽线对输电线路工频电场的影响。

2 降低工频电场强度的防护措施

实际中，工频磁场的屏蔽防护作用明显，线路磁感应强度的测量值和预测值远小于其限值，因此，在研究过程中暂且不考虑工频磁场的屏蔽防护。

通过改变输电线路的结构设计和系统参数等相关因素，都能够一定程度上降低输电线路的工频电磁场。但架设输电线路时由于还需要考虑绝缘强度、安全风险以及施工成本等因素，无法完全限制电场增长。

我国及其他许多国家都对不同地区工频电磁场的暴露限值有一定要求，针对超高压输电工程，可采取以下措施适当降低线路工频电场：

(1)尽可能避免或远离居民区和环境敏感区等重点保护区域；

(2)通过选择合理的设计参数，如塔高、塔型、防护距离等，降低线路电磁场强度，以符合不同区域的限制水平；

(3)对于部分特殊区域，对电磁环境要求严格的，可以采取附加电磁屏蔽措施。

3 屏蔽线屏蔽效果影响因素研究

3.1 屏蔽线横向位置的影响

选择单根屏蔽线，保持垂直距离5m(hs=5m)不变，改变其与线路中心的距离，计算对应条件下的工频电场强度，结果如图1所示。

图1 屏蔽线横向位置的影响

由图1可知，当线路中无屏蔽线时，距离线路A相下方1.5m的位置，工频电场强度最大达到7.8kV/m，且电场分布以线路中心对称。移动屏蔽线靠近A相后，A相线路下方的工频电场最大值大约降到6kV/m，且电场的横向分布不对称，屏蔽线所在的区域场强更低。移动屏蔽线靠近B相后，B相下方对应位置的场强减弱，最低降到3.8kV/m左右，且电场的横向分布对称，屏蔽线所在的区域场强更低。C相线路加装屏蔽线后的结果与A相相似。

3.2 屏蔽线架设高度的影响

设置单根屏蔽线使其位于A相线路的正下方，改变屏蔽线到A相线路的垂直距离(即hs)，图2是距离A相线路下方1.5m处工频电场最大值随垂直距离变化的情况。

图2 屏蔽线架设高度的影响

从图2可以看出，当屏蔽线与A相线路的垂直距离(hs)处于0.5～4m时，场强最大值随垂直距离的增加而减弱，并且降低的幅度较大；当垂直距离超过4m后，工频电场的场强又会呈现逐渐升高的趋势，但增加的幅度小。该规律说明屏蔽线与导线之间垂直距离对屏蔽功能的影响大，当屏蔽线架设在最佳位置，能够使屏蔽作用最大化。

3.3 屏蔽线数目的影响

选择不同数量的屏蔽线，分别设置1根屏蔽线、3根屏蔽线、5根屏蔽线和7根屏蔽线对称位于导线下方的水平位置，与导线垂直距离5m。图3是数量不同的屏蔽线屏蔽效果的对比情况。

图3 屏蔽线数目的影响

根据图3可以发现，相对于不采取屏蔽措施，单根屏蔽线的作用仅对中间相下方工频电场强度有削弱作用，边相线路基本不受影响。随着屏蔽线数量的增加，三相线路的工频电场屏蔽作用逐渐增强，工频电场强度最大值均下降2kV/m左右，但随着数量的进一步增加，屏蔽效果变化不明显。由此可以推测，当屏蔽线的数量增加到一定的数目时，屏蔽效果将保持一定的水平不变。

3.4 屏蔽线间距的影响

选择3根屏蔽线，使其置于导线下方垂直距离5m出的水平对称位置，改变屏蔽线间距ds，结果如图4所示。

图4 屏蔽线间距的影响

由图4可知，当屏蔽线间距ds在从0变化到4m的过程中，屏蔽线间距越大，工频电场最大值越低，并且降低的幅度比较大；当屏蔽线间距ds超过4m后，工频电场最大值反而呈现增大的趋势，且增大的幅度同样较大。由此可以说明，采取多根屏蔽线措施的方案中，对屏蔽线间距的选择尤为重要。

3.5 屏蔽线排列方式的影响

选取不同的架设方式，包括水平排列、垂直排列、正三角排列、倒三角排列等，研究屏蔽线排列方式对线路工频电场强度的影响，结果如下图所示。

由图5可知，在上述四种排列方式中，水平排列的屏蔽线效果最好，其他三种差别不大，并且从施工角度出发，水平排列方式简单易行。

图5 屏蔽线排列方式的影响

4 结论

本文通过深入分析屏蔽线数量、架设高度、位置、排列方式和线间距等因素对导线工频电场强度的影响，研究得到能够合理采用屏蔽线有效降低输电线路工频电场强度的方法，对输电下路电磁环境的相关研究提供了一定的理论参考，对输电线路屏蔽线的安装设计具有一定价值。