淺談高壓輸電線路并列架設(shè)空間工頻電場

田昊 彭文

（湖南科鑫電力設(shè)計(jì)有限公司，湖南，長沙 410007）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，土地價(jià)格不斷上漲，高壓輸電走廊日益緊張，與此同時(shí)，線路走廊與地方規(guī)劃、建設(shè)的矛盾也越來越突出。為了最大限度地利用高壓走廊用地，一條高壓輸電走廊內(nèi)多條輸電線路并列架設(shè)的情況經(jīng)常出現(xiàn)，尤其在變電站進(jìn)、出線處則更為常見。由于工頻電場是一個(gè)矢量，因此不同線路產(chǎn)生的工頻電場會(huì)相互疊加或削減。筆者利用電磁場計(jì)算軟件，以有關(guān)規(guī)范推薦的4kV/m作為工頻電場的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析多條輸電線路并列架設(shè)時(shí)線路下方電場的變化規(guī)律及線路間的相互影響作用。

1 電場理論計(jì)算模型

高壓輸電線路附近的場域是一個(gè)無界場域，場域介質(zhì)由單一介質(zhì)空氣組成，一般采用等效電荷法計(jì)算超高壓輸電線路下方空間的場。等效電荷法以靜電場的鏡像法為基礎(chǔ)，將導(dǎo)線表面不均勻且連續(xù)分布的電荷用其內(nèi)部一組等效電荷來代替。等效電荷由矩陣方程[T]=[a]-1[U]求得，其中[U]和[T]分別是導(dǎo)線上的電壓和電荷的列矩陣，而[a]是各導(dǎo)線的電位系數(shù)組成的n階方陣(n為導(dǎo)線數(shù))，可由鏡像原理求得。根據(jù)等效電荷量，空間任意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度可根據(jù)疊加原理計(jì)算得出，在(x，y)點(diǎn)的電場強(qiáng)度分量Ex和Ey，可表示為：

由于接地架空地線對(duì)地面附近場強(qiáng)的影響很小，對(duì)500 kV單回路水平排列的計(jì)算表明，沒有架空地線時(shí)較有架空地線時(shí)的場強(qiáng)增加l% ～2% ，本文不計(jì)架空地線影響而使計(jì)算簡化。

2 計(jì)算分析結(jié)果

在電力輸送中，單、雙回線路一般最為常見，因此，本文主要研究該兩種類型線路并列架設(shè)時(shí)空間工頻電場的變化情況。

2.1 單回線路并列架設(shè)

2.1.1 水平排列

兩條水平排列線路，電壓均為220kV，相間距5m，導(dǎo)線對(duì)地最低距離10m，導(dǎo)線型號(hào)為 2×LGJ一 300，子導(dǎo)線直徑 23.76 mm，分裂間距400 mm。兩條線路有6根導(dǎo)線，因此，不同相序排列的組合方式有許多種，本文選擇

3 種有代表性的排列方式(圖1)所示。

當(dāng)兩線路中心導(dǎo)線相距20m，線路下方地面處場強(qiáng)分布情況如圖1所示。兩條導(dǎo)線水平排列的線路相序布置相反時(shí)，兩線路之間地面處的電場發(fā)生疊加，電場總量增加；相序布置一致時(shí)，兩線路相互屏蔽，電場總量減小。當(dāng)線路呈方式② 布置時(shí)，兩線路中心導(dǎo)線間20m范圍內(nèi)電場有較大的增強(qiáng)，最大值為4.8 kV／m，較僅一條線路時(shí)的場強(qiáng)極大值高1.6kV／m，而兩線路中心導(dǎo)線外側(cè)電場基本不受影響。當(dāng)線路排列方式為①時(shí)，電場最大削減量為 1.4 kV／m。

2.1.2 正三角排列

兩正三角線路并列架設(shè)，水平相距8m，上相距兩下相的垂直高度4m，導(dǎo)線對(duì)地最低高度10m，導(dǎo)線型號(hào)2 X LGJ一300，子導(dǎo)線直徑23.76 mm，分裂間距400 mm。正三角排列線路下方地面處場強(qiáng)的分布和變化趨勢與水平排列線路相似。當(dāng)兩線路中心導(dǎo)線相距20m，且相序排列一致時(shí)，線路間電場相互疊加，最大值較僅一條線路時(shí)高1.2 kV／m。

2.1.3 垂直排列

垂直排列的線路一般通過利用雙回桿塔的一側(cè)架設(shè)走線，設(shè)導(dǎo)線對(duì)地最低距離9 m，垂直相間距4 m，導(dǎo)線型號(hào)2×LGJ一300，子導(dǎo)線直徑23.76 mm，分裂間距400mm。兩條導(dǎo)線垂直排列的線路相序布置相同時(shí)，地面電場相互疊加，總量增加，相序布置相反時(shí)，電場因削減而減小 。當(dāng)僅一條垂直排列線路時(shí)，地面場強(qiáng)最大值為 3.9 kV／m，位于線路正下方。當(dāng)兩條垂直排列線路并列架設(shè)，中心導(dǎo)線相距10 m，且相序布置一致時(shí)，地面最大電場強(qiáng)度達(dá)4.8 kV／m，位于兩線路之間。

2.2 雙回線路并列架設(shè)

2.2.1 雙回垂直布置

導(dǎo)線呈垂直布置的雙回線路是一種最常見的雙回輸電方式，兩回線路分別布置在桿塔兩側(cè)。線路水平相間距8m，垂直相間距4m，兩條雙回線路共l2根導(dǎo)線。本文選擇6種有代表性的排列方式。當(dāng)兩線路中心相距20m，不同相序排列時(shí)的電場分布情況見圖2

圖中⑤、⑥ 分別為一條雙回線路同、逆相序排列時(shí)的電場分布情況。當(dāng)兩條雙回線路并列架設(shè)，且相序排列一致時(shí)，兩線路間地面處電場最大增量為0.4 kV／m。③、④ 排列方式時(shí)兩線路均逆相序布置，不同的是，以方式③ 排列時(shí)，兩線路鄰近的兩回線路相序相對(duì)一致，而方式④ 則相對(duì)逆相序。從圖2可看出，以線路③ 方式排列時(shí)，兩線路中心之間范圍內(nèi)的地面場強(qiáng)明顯加強(qiáng)，比僅一條逆相序時(shí)的場強(qiáng)最大值高出24% ；以線路④方式排列時(shí)，地面電場因線路的相互屏蔽而減弱，最大削減量為 0.6 kV／m。

2.2.2 雙回水平布置

與導(dǎo)線垂直布置的雙回線路不同，水平布置的兩回線路導(dǎo)線呈上下布置(見圖3)，水平相間距5m，垂直相間距4m。

以圖3可知，若兩條水平布置的線路并列架設(shè)且相序布置相反，那么線路之間地面電場會(huì)因相互疊加而增加。當(dāng)線路呈②方式排列時(shí)，疊加后的場強(qiáng)最大值比僅一條同相序排列(上下線路相序布置相同)的雙回線路大1.9 kV／m。當(dāng)線路呈① 方式排列時(shí)，由于各線路相序排列相對(duì)一致，因此，兩線路中心導(dǎo)線問地面的電場發(fā)生較大削減，0m到20m范圍內(nèi)，場強(qiáng)最大值僅為2.1 kV／m。③、④兩種方式兩線路均呈逆相序排列，后者地面工頻電場在0～20m范圍內(nèi)較前者大，其他位置基本相等。

2.3 不同類型的多線路并列架設(shè)

本文以湖南省電力公司220kV威撈線輸電線路工程為實(shí)例 ，分析不同類型的多線路并列架設(shè)時(shí)地面工頻電場的分布及變化情況。220 kV威撈線位于長沙市境內(nèi)，部分線路位于城區(qū)走線。由于線路走廊緊缺，該線路采用雙回路架設(shè)。

110 kV線路導(dǎo)線半徑均為 11.88mm，220kV線路均為雙分裂導(dǎo)線，擬建和已建線路子導(dǎo)線半徑分別為16.8mm和11.88mm。為了研究輸電線路工頻電場對(duì)環(huán)境的最大影響，本文假設(shè)各線路導(dǎo)線最低點(diǎn)均位于垂直于線路的同一直線上，分別計(jì)算玉玉線36種不同導(dǎo)線布置方式時(shí)的電場強(qiáng)度，并選取其中3種代表性較強(qiáng)的排列方式為例，排列方式及其計(jì)算結(jié)果見圖4

從圖4可看出，擬建線路自身相序排列方式是影響地面工頻電場強(qiáng)度和分布的主要因素，同時(shí)也影響附近其他線路下方地面處的工頻電場。曲線④為玉玉線建設(shè)前地面場強(qiáng)分布情況。當(dāng)線路呈① 方式排列時(shí)，已建l10kV雙回線路與220kV線路下方地面處工頻電場有不同程度的加強(qiáng)。由于110kV雙回線路與玉玉線距離較近且相序布置完全一致.所以地面電場增量較220kV雙回線路大。玉玉線對(duì)較遠(yuǎn)距離的單回110kV線路影響較小。

結(jié)語

(1)通過預(yù)測分析可知，導(dǎo)線垂直布置的兩線路采用逆相序排列時(shí)地面場強(qiáng)衰減量最大，水平及三角形布置的線路則采用同相序場強(qiáng)衰減量最大。多線路并列架設(shè)時(shí)，應(yīng)合理布置各線路相序，加強(qiáng)線路間的屏蔽作用，從而降低地面處的工頻電場。

(2)在線路運(yùn)行安全和技術(shù)可行的條件下，縮短并列架設(shè)線路間的距離，不僅可以減少線路走廊占地，在相序布置合理的情況下，還可以有效降低輸電線路下方的工頻電場。

(3)對(duì)于擬建的雙(多)回線路首先應(yīng)考慮自身相序的布置方式，然后根據(jù)線路間電場削減原理，調(diào)整各線路的相序，最大程度地降低地面場強(qiáng)。

(4)由于110kV、220kV輸電線路允許跨越屋頂不為燃燒材料的房屋，因此，在線路走廊上房屋分布比較密集的東部發(fā)達(dá)地區(qū)，利用線路間的屏蔽作用來降低線下工頻電場更具現(xiàn)實(shí)意義。

(5)預(yù)測結(jié)果表明，兩線路并行架設(shè)時(shí)，線路中心投影外區(qū)域的電場互不影響，場強(qiáng)值基本與僅一條線路時(shí)相同。因此在選取類比線路的過程中，若選取的類比線路與其他高壓線路并行架設(shè)，其他情況均符合類比要求時(shí)，應(yīng)選取離開其他輸電線路的一側(cè)作為類比路徑進(jìn)行監(jiān)測。如果類比線路兩側(cè)均存在其他線路，則應(yīng)根據(jù)各線路的電壓等級(jí)、線路間的距離來考慮是否可以將所選線路作為類比線。

[1]吳高強(qiáng)，程勝高，劉震環(huán).高壓輸電線路并列架設(shè)空間工頻電場研究[J].電力科技與環(huán)保，2010(02).

[2]王杰，張小青，王濤，陳灝，盛財(cái)旺，劉峰.高壓交流架空線路工頻電場對(duì)人體的影響[J].電工電能新技術(shù)，2011(03).