特高压交流输电线路对管道电磁干扰的研究

曾 波，吴昆霖

（1.国网国际发展有限公司 国网巴控公司，北京 100045；2.国网国际发展有限公司 巴西CPFL公司，北京 100045）

0 引 言

随着我国社会经济的不断发展，电力能源需求迅速增加，但是我国资源分布与生产力分布很不均衡，因此有必要发展更高等级电压的输电技术。同时，油气的需求量也越来越大，油气管道的敷设里程逐渐增多，输电线路与管道平行或交叉的情况也会越来越多。输电线路在埋地管道上产生感应电压和电流，将腐蚀埋地管道，危及工作人员的人身安全。而且特高压交流输电在缓解电力供需紧张状况的同时也恶化了线路周围的电磁环境，使其对周围埋地管道的干扰更加严重[1-5]。因此，研究特高压交流输电线路的电磁环境是非常必要的。本文使用CDEGS软件建立1 000 kV交流输电线路对管道电磁干扰的模型，仿真在线路与管道位置不同的情况下（如平行、交叉以及不对称交叉等）管道所受到的干扰。

1 特高压输电概述

特高压输电系统是指交流1 000 kV、直流±800 kV及以上电压等级的输电系统，用电负荷快速增长、大容量以及远距离输电的迫切需求直接推动了我国特高压输电工程的快速规划和建设。特高压交流输电具有传输距离远、输送容量大、减少线路损耗、提高电能输送经济性以及提高国家科技自主创新能力等优势，发展特高压输电是我国电网发展的客观要求。

CDEGS软件由加拿大SES公司出品，是一套功能强大且高度集成的工程软件包，它能精确分析包括接地、电磁场以及电磁干扰（包括AC与DC的干扰抑制研究）等问题。本文主要利用CDEGS软件的SESTLC Pro模块和HIFREQ模块。通过查阅文献可知，1 000 kV输电线路单回路主要采用三角水平排列的酒杯塔和三角排列的猫头鹰塔两种塔型，本文主要研究猫头鹰塔结构下输电线路对管道的电磁干扰。

在仿真模型中，空气电阻率默认是1 018 Ω·m，土壤电阻率默认是100 Ω·m。设特高压输电线路额定电压为1 000 kV，电磁环境计算时所取电压高出额定电压5%，即电压取1 050 kV，电流取4 000 A。

2 不同管线位置下特高压交流线路对管道的干扰情况

2.1 改变管道与线路的水平间距

当管道与线路并行长度为1 000 m时，随着管道与线路中心的距离增大，管道上最大感应电压先增大再逐渐减小，并趋于稳定，电流与电压趋势一样。当管道距离线路中心大约30 m时，电压和电流均达到最大值。随着间距增大，管道电压迅速降低，到500 m之后降低幅度很小。当管道距离线路中心大约630 m时，电压达到安全限值4 V，再增大管线间距，对于减小管道干扰水平意义不大，不具有实际工程意义。

2.2 改变管道与输电线路的并行长度

当管道距离线路中心30 m时，改变管道与输电线路的并行长度，得出在不同并行长度情况下管道上所产生的最大感应电压与纵向电流，可以画出管道电压和电流与并行长度之间的关系曲线。管道上感应电压随着并行长度的增大而迅速增大，继而缓慢减小，最终趋于稳定，之后并行长度再增大，管道感应电压也没有大幅度的变化。当并行长度在2 000 m左右时，管道感应电压最大，管道电流的变化趋势与电压相同。因此，在管道防护中，即使管道与线路并行长度很长，也并不意味着对管道造成的干扰越严重。

2.3 改变交叉角度

在实际情况中，管道与线路大多是不平行的，即存在线路与管道交叉情况。研究管道与线路交叉情况时的埋地管道受输电线路干扰影响具有重要的现实意义。此部分仿真使用CDEGS中的HIFREQ模块，管道取1 000 m长，管道中点与线路中心重合。改变管道与输电线路的交叉角度，得出在不同交叉角度情况下管道上所产生的最大感应电压与纵向电流。管道与输电线路交叉时，感应电势在管道中点呈对称分布，交叉点电势最高，然后向管道两侧逐渐降低，在管道两端时略微升高。管道电流分布趋势与电压相同。

随着管道交叉角度增大，管道电压和电流减小，当管道与线路垂直时，几乎不受任何干扰。但是现场中管道中点与线路中心并不总是重合的，当管道中点与线路中心不重合时，仿真在这种情况下改变管道中点沿管道方向到线路中心的距离，研究管道感应电势和电流的变化规律。此时管道长度为1 000 m，管线交叉45°，当管道中点沿管道与线路中心距离是200 m时，也就是线路将管道分为300 m和700 m两部分，其他情况相同。管道中点与线路中心不重合交叉时，管道电压分布不对称，电压最大值仍出现在交叉位置，分别向两侧递减，然后再缓慢上升，当管道中点越靠近线路中心时，管道最大感应电势和电流越大。因此，实际工程中应尽量避免管道与线路的对称交叉情况。在实际现场中，管道与高压输电线路交叉时，通常将小角度变为大角度后再交越，从而降低输电线路对管道的干扰[6-9]。

管道电压分布曲线与管道中点与线路中心重合交叉的情况相同。当交叉角度≤60°时，管道小角度变大角度与线路交叉，管道所受到的干扰明显小于管道与线路直接交叉情况。当交叉角度≥75°时，管道小角度变大角度与线路交叉所受到的干扰略大于直接交叉情况。但是，接近90°时，管道最大电势低于4 V，在安全限值以内影响不是很大。因此可见，管道小角度变大角度与线路交越，在某种程度而言可以降低管道干扰，但在交叉角度很大时，反而不适宜采用此种方式进行防护。

3 仿真结论

特高压输电技术虽然可以远距离输电，输送容量较大，但却恶化了线路周围的电磁环境，腐蚀周围埋地管道，因此需要加以重视。

本文使用CDEGS软件的SESTLC Pro和HIFREQ模块建立特高压交流输电线路对管道的影响模型，仿真了在不同管线位置下特高压交流线路对管道的干扰情况，结论如下。

一是当管道与线路平行时，随着管道与线路中心的距离增大，管道上最大感应电压先增大再逐渐减小，电流与电压趋势相同。当管道距离线路中心大约30 m时，电压和电流均达到最大值，随着间距增大，管道电压迅速降低。二是当管道与线路平行时，管道上感应电压随着并行长度的增大而迅速增大，继而缓慢减小，最终趋于稳定。当并行长度在2 000 m左右时，管道感应电压最大，管道电流的变化趋势与电压相同。三是当管道与输电线路交叉时，感应电势在管道中点呈对称分布，交叉点电势最高，然后向管道两侧逐渐降低，电流趋势与电压相同。随着管道与线路交叉角度增大，管道电压和电流在减小，当管道与线路垂直时，几乎不受任何干扰。四是当管道中点与线路中心不重合交叉时，管道电压分布不对称，电压最大值出现在交叉位置，分别向两侧递减。当管道中点越靠近线路中心，管道最大感应电势和电流越大。

4 结 论

根据仿真结果，管道与线路的平行长度和水平间距及其对管道的干扰影响有一定的规律，应结合实际情况避开峰值。当管道以小角度变大角度与线路交叉时，可以减小管道干扰，现场施工中应尽量采取管道小角度变大角度与线路交越或者垂直交越的方式。此外，为减小电磁干扰，应尽量保证线路与管道不对称交叉。