高壓交流輸電線路空間工頻磁場分布特性解析

張志堅　陸新秋　蘇曉　沈震宇　劉洪祥

摘 要

＼本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，對高壓交流輸電線路的工頻磁場的橫向和縱向分布特性進行了研究，并得出有關結論。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，定性的說明了負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式和雙回路相序布置方式等主要因素對工頻磁場的影響程度，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的影響。

【關鍵詞】空間磁場分布 高壓交流輸電線路 工頻磁場 橫向分布

1 引 言

目前，我國正處于智能電網的全面建設階段。為了應對國內日益增長的電力缺口，有必要進一步研究和發展超高壓交流電網，促進產業結構優化。同時，合理協調電源和電網，有助于實現全國電力資源的優化配置。

由于高壓交流輸電線路傳輸的功率較大，電磁作用將對周邊環境產生很大的影響，以往的研究往往側重于工頻電場對周邊環境的影響，對由于工頻磁場而產生的問題并未有深入的研究。本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，探討了有關降低磁場強度的改善措施，并對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布規律進行研究，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的電磁污染。

2 空間工頻磁場的數學模型

對高壓交流輸電線路而言，其四周的磁場因導線內部電流的周期性變化而不斷變化，因此相應磁場的數學模型要能夠反映時域特性，以便能夠更加直觀的了解其變化過程和物理特性。

2.1 同塔單回三相輸電線路的時域計算模型

考慮三相對稱電流IA、IB 、IC，并令 相的電流的相位角為φ。三相電流均會在p點產生磁場，結合矢量特性可以對三個分量進行疊加，從而獲得合成磁場，空間任一點的磁場的表達式為下式2-1：

B==K·

（2-1）

其中，K=。

事實上，高壓交流輸電時候，隨著時間的推移，三相電流會不斷變化，所以對于導線周圍環境中的某個點p而言，位于該點處的磁場強度也是會隨著時間而變化的。當滿足：dBp/dφ=0時，點p（x，y）處的合成磁感應強度將達到最大，于是，在空間中任一點p處三相輸電線路產生的磁感應強度的幅值最大為如下式2-2所示：

Bp=

（2-2）

2.2 同塔雙回三相輸電線路的時域計算模型

同塔雙回輸電線路的工頻磁場時域模型建立過程與前述單回線路模型建立有相似之處，類似可得式2-3：

Bp=

（2-3）

3 工頻磁場的空間分布特性

以我國設計的幾種典型的高壓交流輸電線路為例，對其工頻磁場計算分析，相關參數按照下列情況考慮：

（1）單回路排列方式：考慮比較典型的IVI三角排列和IVI水平排列，導線最小對地距離取22m，負荷電流取3kA。

（2）雙回路排列方式：考慮比較典型的I串逆相序和同相序垂直排列，導線對地最小距離取21m，負荷電流取4kA。

線下離地1m處垂直線路方向工頻磁場幅值的橫向分布如圖1所示，圖中曲線1、2、3、4分別對應于 串逆相序垂直排列、IVI水平排列、 串同相序垂直排列和IVI三角排列的線路。

由此不難得出高壓交流輸電線路磁場分布的基本規律：

（1）磁場的分布具有明顯的對稱性，橫向上對稱分布在輸電導線的兩側，當然這是基于三相導線的對稱分布，如果導線的排布發生了變化，相應的也會引起磁場分布的改變。

（2）磁場強度的幅值一般出現在輸電線路的正下方，在兩側呈現下降的態勢。高壓輸電線路的磁場會受到諸多因素的影響，如輸電線路的電壓等、相序排列、相間的幾何排布等。

（3）磁感應強度的大小在uT這個數量級，與大地磁場在同一數量級上，而且強度較小。當然，隨著線路設計電壓等級的提高，電場的影響將越來越大，將成為對環境影響的主導因素。

4 工頻磁場的影響因素分析

在交流輸電線路的下方，影響其空間磁場大小分布的主要因素有：線路負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式、雙回路相序布置方式。在分析工頻磁場的影響因素時，將易測量的磁感應強度作為參考量，用其垂直分量和橫向分量來表示磁場強度。

電流取3kA，按輸送自然功率計算，離地1m處的空間工頻磁場強度的橫向分布曲線，其中實線表示水平分量，虛線表示垂直分量。在距離線路中心20米的范圍內，磁場強度的水平分量大于垂直分量，這與工頻電場的分布情況正好相反。同時從圖2中也不難發現，隨著導線距離地面高度的增加，磁場強度無論是水平方向上還是垂直方向上都有不同程度的減小。

單回路導線三角布置時其高磁場區的覆蓋范圍相對較窄，且磁感應強度的極值均較??；單回路導線水平布置時其高場強覆蓋范圍相對較廣且極值均較大。因此，當特高壓交流單回輸電線路穿過人口稠密的地區時，采用三角布置方式可以有效地節省線路走廊寬度，還能有效減小線下工頻磁場強度。

由于雙回路相導線采用的是上下排列的方式，這樣在地面上，各相的電流產生的磁場有一部分抵消了，從而可以降低地面磁場。因此，與單回路排列時相比，雙回路不論相序如何排列，其垂直分量和水平分量都有一定數量的減小。因此，在用特高壓交流同塔雙回輸電線路時，根據實際情況，設計人員應考慮恰當的相序排列方式。

5 結論

本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，該數學模型中電流表示為瞬時值的形式，能更加直觀的了解磁場變化的暫態過程。對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布特性進行研究，研究其橫向和縱向分布特性，并得出了磁場最大值出現在輸電下路正下方的結論，據此可以采取相應的防護措施以減小電磁污染。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，以期能夠為工程設計人員對我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供指導，減少對周邊環境的影響。

參考文獻

[1]李蓉，蔣忠涌.500 kV架空送電線路空間工頻磁場分布的研究[J].中國電力，2000，33（3）：36-38.

[2]張啟春，阮江軍，喻劍輝等.高壓架空線附近的工頻磁場[J].電力環境保護，2000，16（2）：10-15.

[3]易輝.100OkV交流特高壓輸電線路運行特性分析[J].電網技術，2006，30（l5）：l-7.

[4]部雄，萬保權，路遙.1000kV級交流輸電線路電磁環境的研究[J].高電壓技術，2006，32（12）：29-32.

[5]黃道春，阮江軍，文武等.特高壓交流輸電線路電磁環境研究[J].電網技術，2007，31（1）：6-11.

作者單位

無錫供電公司 江蘇省無錫市 214061endprint

摘 要

＼本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，對高壓交流輸電線路的工頻磁場的橫向和縱向分布特性進行了研究，并得出有關結論。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，定性的說明了負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式和雙回路相序布置方式等主要因素對工頻磁場的影響程度，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的影響。

【關鍵詞】空間磁場分布 高壓交流輸電線路 工頻磁場 橫向分布

1 引 言

目前，我國正處于智能電網的全面建設階段。為了應對國內日益增長的電力缺口，有必要進一步研究和發展超高壓交流電網，促進產業結構優化。同時，合理協調電源和電網，有助于實現全國電力資源的優化配置。

由于高壓交流輸電線路傳輸的功率較大，電磁作用將對周邊環境產生很大的影響，以往的研究往往側重于工頻電場對周邊環境的影響，對由于工頻磁場而產生的問題并未有深入的研究。本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，探討了有關降低磁場強度的改善措施，并對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布規律進行研究，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的電磁污染。

2 空間工頻磁場的數學模型

對高壓交流輸電線路而言，其四周的磁場因導線內部電流的周期性變化而不斷變化，因此相應磁場的數學模型要能夠反映時域特性，以便能夠更加直觀的了解其變化過程和物理特性。

2.1 同塔單回三相輸電線路的時域計算模型

考慮三相對稱電流IA、IB 、IC，并令 相的電流的相位角為φ。三相電流均會在p點產生磁場，結合矢量特性可以對三個分量進行疊加，從而獲得合成磁場，空間任一點的磁場的表達式為下式2-1：

B==K·

（2-1）

其中，K=。

事實上，高壓交流輸電時候，隨著時間的推移，三相電流會不斷變化，所以對于導線周圍環境中的某個點p而言，位于該點處的磁場強度也是會隨著時間而變化的。當滿足：dBp/dφ=0時，點p（x，y）處的合成磁感應強度將達到最大，于是，在空間中任一點p處三相輸電線路產生的磁感應強度的幅值最大為如下式2-2所示：

Bp=

（2-2）

2.2 同塔雙回三相輸電線路的時域計算模型

同塔雙回輸電線路的工頻磁場時域模型建立過程與前述單回線路模型建立有相似之處，類似可得式2-3：

Bp=

（2-3）

3 工頻磁場的空間分布特性

以我國設計的幾種典型的高壓交流輸電線路為例，對其工頻磁場計算分析，相關參數按照下列情況考慮：

（1）單回路排列方式：考慮比較典型的IVI三角排列和IVI水平排列，導線最小對地距離取22m，負荷電流取3kA。

（2）雙回路排列方式：考慮比較典型的I串逆相序和同相序垂直排列，導線對地最小距離取21m，負荷電流取4kA。

線下離地1m處垂直線路方向工頻磁場幅值的橫向分布如圖1所示，圖中曲線1、2、3、4分別對應于 串逆相序垂直排列、IVI水平排列、 串同相序垂直排列和IVI三角排列的線路。

由此不難得出高壓交流輸電線路磁場分布的基本規律：

（1）磁場的分布具有明顯的對稱性，橫向上對稱分布在輸電導線的兩側，當然這是基于三相導線的對稱分布，如果導線的排布發生了變化，相應的也會引起磁場分布的改變。

（2）磁場強度的幅值一般出現在輸電線路的正下方，在兩側呈現下降的態勢。高壓輸電線路的磁場會受到諸多因素的影響，如輸電線路的電壓等、相序排列、相間的幾何排布等。

（3）磁感應強度的大小在uT這個數量級，與大地磁場在同一數量級上，而且強度較小。當然，隨著線路設計電壓等級的提高，電場的影響將越來越大，將成為對環境影響的主導因素。

4 工頻磁場的影響因素分析

在交流輸電線路的下方，影響其空間磁場大小分布的主要因素有：線路負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式、雙回路相序布置方式。在分析工頻磁場的影響因素時，將易測量的磁感應強度作為參考量，用其垂直分量和橫向分量來表示磁場強度。

電流取3kA，按輸送自然功率計算，離地1m處的空間工頻磁場強度的橫向分布曲線，其中實線表示水平分量，虛線表示垂直分量。在距離線路中心20米的范圍內，磁場強度的水平分量大于垂直分量，這與工頻電場的分布情況正好相反。同時從圖2中也不難發現，隨著導線距離地面高度的增加，磁場強度無論是水平方向上還是垂直方向上都有不同程度的減小。

單回路導線三角布置時其高磁場區的覆蓋范圍相對較窄，且磁感應強度的極值均較??；單回路導線水平布置時其高場強覆蓋范圍相對較廣且極值均較大。因此，當特高壓交流單回輸電線路穿過人口稠密的地區時，采用三角布置方式可以有效地節省線路走廊寬度，還能有效減小線下工頻磁場強度。

由于雙回路相導線采用的是上下排列的方式，這樣在地面上，各相的電流產生的磁場有一部分抵消了，從而可以降低地面磁場。因此，與單回路排列時相比，雙回路不論相序如何排列，其垂直分量和水平分量都有一定數量的減小。因此，在用特高壓交流同塔雙回輸電線路時，根據實際情況，設計人員應考慮恰當的相序排列方式。

5 結論

本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，該數學模型中電流表示為瞬時值的形式，能更加直觀的了解磁場變化的暫態過程。對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布特性進行研究，研究其橫向和縱向分布特性，并得出了磁場最大值出現在輸電下路正下方的結論，據此可以采取相應的防護措施以減小電磁污染。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，以期能夠為工程設計人員對我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供指導，減少對周邊環境的影響。

參考文獻

[1]李蓉，蔣忠涌.500 kV架空送電線路空間工頻磁場分布的研究[J].中國電力，2000，33（3）：36-38.

[2]張啟春，阮江軍，喻劍輝等.高壓架空線附近的工頻磁場[J].電力環境保護，2000，16（2）：10-15.

[3]易輝.100OkV交流特高壓輸電線路運行特性分析[J].電網技術，2006，30（l5）：l-7.

[4]部雄，萬保權，路遙.1000kV級交流輸電線路電磁環境的研究[J].高電壓技術，2006，32（12）：29-32.

[5]黃道春，阮江軍，文武等.特高壓交流輸電線路電磁環境研究[J].電網技術，2007，31（1）：6-11.

作者單位

無錫供電公司 江蘇省無錫市 214061endprint

摘 要

＼本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，對高壓交流輸電線路的工頻磁場的橫向和縱向分布特性進行了研究，并得出有關結論。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，定性的說明了負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式和雙回路相序布置方式等主要因素對工頻磁場的影響程度，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的影響。

【關鍵詞】空間磁場分布 高壓交流輸電線路 工頻磁場 橫向分布

1 引 言

目前，我國正處于智能電網的全面建設階段。為了應對國內日益增長的電力缺口，有必要進一步研究和發展超高壓交流電網，促進產業結構優化。同時，合理協調電源和電網，有助于實現全國電力資源的優化配置。

由于高壓交流輸電線路傳輸的功率較大，電磁作用將對周邊環境產生很大的影響，以往的研究往往側重于工頻電場對周邊環境的影響，對由于工頻磁場而產生的問題并未有深入的研究。本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，探討了有關降低磁場強度的改善措施，并對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布規律進行研究，以期為我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供參照，減少對周圍環境的電磁污染。

2 空間工頻磁場的數學模型

對高壓交流輸電線路而言，其四周的磁場因導線內部電流的周期性變化而不斷變化，因此相應磁場的數學模型要能夠反映時域特性，以便能夠更加直觀的了解其變化過程和物理特性。

2.1 同塔單回三相輸電線路的時域計算模型

考慮三相對稱電流IA、IB 、IC，并令 相的電流的相位角為φ。三相電流均會在p點產生磁場，結合矢量特性可以對三個分量進行疊加，從而獲得合成磁場，空間任一點的磁場的表達式為下式2-1：

B==K·

（2-1）

其中，K=。

事實上，高壓交流輸電時候，隨著時間的推移，三相電流會不斷變化，所以對于導線周圍環境中的某個點p而言，位于該點處的磁場強度也是會隨著時間而變化的。當滿足：dBp/dφ=0時，點p（x，y）處的合成磁感應強度將達到最大，于是，在空間中任一點p處三相輸電線路產生的磁感應強度的幅值最大為如下式2-2所示：

Bp=

（2-2）

2.2 同塔雙回三相輸電線路的時域計算模型

同塔雙回輸電線路的工頻磁場時域模型建立過程與前述單回線路模型建立有相似之處，類似可得式2-3：

Bp=

（2-3）

3 工頻磁場的空間分布特性

以我國設計的幾種典型的高壓交流輸電線路為例，對其工頻磁場計算分析，相關參數按照下列情況考慮：

（1）單回路排列方式：考慮比較典型的IVI三角排列和IVI水平排列，導線最小對地距離取22m，負荷電流取3kA。

（2）雙回路排列方式：考慮比較典型的I串逆相序和同相序垂直排列，導線對地最小距離取21m，負荷電流取4kA。

線下離地1m處垂直線路方向工頻磁場幅值的橫向分布如圖1所示，圖中曲線1、2、3、4分別對應于 串逆相序垂直排列、IVI水平排列、 串同相序垂直排列和IVI三角排列的線路。

由此不難得出高壓交流輸電線路磁場分布的基本規律：

（1）磁場的分布具有明顯的對稱性，橫向上對稱分布在輸電導線的兩側，當然這是基于三相導線的對稱分布，如果導線的排布發生了變化，相應的也會引起磁場分布的改變。

（2）磁場強度的幅值一般出現在輸電線路的正下方，在兩側呈現下降的態勢。高壓輸電線路的磁場會受到諸多因素的影響，如輸電線路的電壓等、相序排列、相間的幾何排布等。

（3）磁感應強度的大小在uT這個數量級，與大地磁場在同一數量級上，而且強度較小。當然，隨著線路設計電壓等級的提高，電場的影響將越來越大，將成為對環境影響的主導因素。

4 工頻磁場的影響因素分析

在交流輸電線路的下方，影響其空間磁場大小分布的主要因素有：線路負荷電流、導線對地高度、單回路導線布置形式、雙回路相序布置方式。在分析工頻磁場的影響因素時，將易測量的磁感應強度作為參考量，用其垂直分量和橫向分量來表示磁場強度。

電流取3kA，按輸送自然功率計算，離地1m處的空間工頻磁場強度的橫向分布曲線，其中實線表示水平分量，虛線表示垂直分量。在距離線路中心20米的范圍內，磁場強度的水平分量大于垂直分量，這與工頻電場的分布情況正好相反。同時從圖2中也不難發現，隨著導線距離地面高度的增加，磁場強度無論是水平方向上還是垂直方向上都有不同程度的減小。

單回路導線三角布置時其高磁場區的覆蓋范圍相對較窄，且磁感應強度的極值均較?。粏位芈穼Ь€水平布置時其高場強覆蓋范圍相對較廣且極值均較大。因此，當特高壓交流單回輸電線路穿過人口稠密的地區時，采用三角布置方式可以有效地節省線路走廊寬度，還能有效減小線下工頻磁場強度。

由于雙回路相導線采用的是上下排列的方式，這樣在地面上，各相的電流產生的磁場有一部分抵消了，從而可以降低地面磁場。因此，與單回路排列時相比，雙回路不論相序如何排列，其垂直分量和水平分量都有一定數量的減小。因此，在用特高壓交流同塔雙回輸電線路時，根據實際情況，設計人員應考慮恰當的相序排列方式。

5 結論

本文參考有關空間工頻磁場的時域數值模型，該數學模型中電流表示為瞬時值的形式，能更加直觀的了解磁場變化的暫態過程。對高壓交流輸電線路的工頻磁場分布特性進行研究，研究其橫向和縱向分布特性，并得出了磁場最大值出現在輸電下路正下方的結論，據此可以采取相應的防護措施以減小電磁污染。探討了有關減小磁場強度的改進措施，對影響工頻磁場的有關因素進行分析，以期能夠為工程設計人員對我國高壓交流輸電線路走廊的設計提供指導，減少對周邊環境的影響。

參考文獻

[1]李蓉，蔣忠涌.500 kV架空送電線路空間工頻磁場分布的研究[J].中國電力，2000，33（3）：36-38.

[2]張啟春，阮江軍，喻劍輝等.高壓架空線附近的工頻磁場[J].電力環境保護，2000，16（2）：10-15.

[3]易輝.100OkV交流特高壓輸電線路運行特性分析[J].電網技術，2006，30（l5）：l-7.

[4]部雄，萬保權，路遙.1000kV級交流輸電線路電磁環境的研究[J].高電壓技術，2006，32（12）：29-32.

[5]黃道春，阮江軍，文武等.特高壓交流輸電線路電磁環境研究[J].電網技術，2007，31（1）：6-11.

作者單位

無錫供電公司 江蘇省無錫市 214061endprint