10kV交流架空配電線路電場(chǎng)計(jì)算分析

耿 恒 何大猛

（1.云南電網(wǎng)公司紅河供電局，云南 紅河 661100；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，成都 610000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷深入，10kV 配電線路成為了城市配電網(wǎng)及市郊電網(wǎng)的主要部分，同居民的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)[1]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)[2-5]，對(duì)輸電線路電磁環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視[6-8]。準(zhǔn)確計(jì)算10kV 架空配電線路下方電場(chǎng)分布可以為配電線路的設(shè)計(jì)和電磁環(huán)境安全分析提供理論參考。因此，進(jìn)行10kV 交流架空配電線路電場(chǎng)計(jì)算具有非常重要的研究意義。

本文采用有限元法計(jì)算10kV 交流架空線路典型排列方式：水平排列、三角排列、垂直排列、雙回垂直排列等4 種排列方式下導(dǎo)線表面電場(chǎng)和線路下方距離地面1m 水平線上的電場(chǎng)強(qiáng)度。

1 10kV 輸電線路的基本參數(shù)

根據(jù)《10kV 及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定[9]，10kV 交流架空配電線路導(dǎo)線可以采用截面積為 150～240mm2的導(dǎo)線，因此本文選用LGJ-150/20，檔距為50m，導(dǎo)線最小間距為0.65m，導(dǎo)線與地面的最小距離為6.5m。10kV 交流架空配電線路的水平排列、三角排列、垂直排列，雙回垂直排列等四種方式如圖1所示。

圖1 10kV 交流配電線路導(dǎo)線排列方式

2 工頻電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算

2.1 導(dǎo)線表面最大場(chǎng)強(qiáng)及對(duì)應(yīng)的相角

建立二維交變電場(chǎng)計(jì)算有限元模型[10]，給A 相導(dǎo)線施加激勵(lì)的幅值為8.164kV，相角為0°，作為參考角度。B 和C 激勵(lì)幅值和A 相一樣，相角依次滯后120°。通過(guò)有限元軟件計(jì)算，可以得到各導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)Emax，及最大場(chǎng)強(qiáng)是導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的相位角，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各種排列方式下各相導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)及對(duì)應(yīng)相角

從表1的數(shù)據(jù)可以看出：

1）每相導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在此導(dǎo)線電壓到達(dá)峰值的時(shí)刻。

2）單回線路邊相最大場(chǎng)強(qiáng)小于中間相的最大場(chǎng)強(qiáng)，即導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在中間相導(dǎo)線電壓到達(dá)峰值時(shí)刻。

3）由于雙回線路換位的影響，雙回垂直排列導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在最下端的兩根導(dǎo)線表面，即C1 和A2 導(dǎo)線表面，且它們的最大電場(chǎng)強(qiáng)度值一樣。

2.2 線路下方距離地面1m 處電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

通過(guò)表1可以知道相角分別為0、120°、240°等角度時(shí)A、B、C 三相導(dǎo)線表面電場(chǎng)最大，因此計(jì)算了相角分別為0、120°、240°時(shí)距地面1m 處水平線上，以導(dǎo)線為中心向左右延伸20m 范圍內(nèi)電場(chǎng)分布曲線如圖2至圖5所示。

圖2 水平排列下，不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

從圖2的電場(chǎng)分布曲線可以看出：水平排列情況下，相角為0 和240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值最大，值為65V/m，分別出現(xiàn)在A 相和C 相導(dǎo)線正下方位置。相角為120°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)為29.5V/m，出現(xiàn)在B 相導(dǎo)線正下方位置。

從圖3可以看出：三角排列情況下，相角為0和240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值最大，值為50V/m，分別出現(xiàn)在A 相和C 相導(dǎo)線的正下方位置。相角為120°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)為48V/m，出現(xiàn)在B 相導(dǎo)線的正下方位置。

圖3 三角排列下，不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

圖4 垂直排列下，不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

從圖4可以看出：三角排列情況下，相角為0、120°、240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值分別為88V/m、36V/m、52V/m，出現(xiàn)在導(dǎo)線的正下方位置，即當(dāng)C 相導(dǎo)線電壓值最大時(shí)，導(dǎo)線下方的場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)最大值。

從圖5可以看出：雙回垂直排列情況下，當(dāng)相角為120°時(shí)出現(xiàn)最大場(chǎng)強(qiáng)為54V/m，位于雙回導(dǎo)線的中間位置處。當(dāng)相角為0、240°時(shí)的最大場(chǎng)強(qiáng)值一樣，為26.4V/m，分別位于回路1 和回路2 的正下方。

圖5 雙回垂直排列下，不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線

3 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算各種排列方式下導(dǎo)線表面電場(chǎng)及距地面1m 處水平線上電場(chǎng)分布情況，可以得到以下結(jié)論：

1）單回線路中間相導(dǎo)線的Emax比邊相的Emax大，且垂直排列方式時(shí)導(dǎo)線表面Emax數(shù)值最大，而倒三角排列時(shí)導(dǎo)線表面Emax最小。

2）單回線路各種排列方式下距地面1m 處水平線上的電場(chǎng)都會(huì)在相角為240°時(shí)出現(xiàn)最大值，其中垂直排列最大場(chǎng)強(qiáng)值最大，水平排列最大場(chǎng)強(qiáng)值居中，三角排列最大場(chǎng)強(qiáng)值最小。雙回垂直排列時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在相角為120°時(shí)，但比單回垂直排列的值降低了。

所以建議單回布線時(shí)最好采取倒三角排列方式，這樣既能保證導(dǎo)線表面電場(chǎng)不會(huì)過(guò)大而損壞絕緣，同時(shí)也保證了導(dǎo)線下方的電場(chǎng)強(qiáng)度不會(huì)影響居民正常生活。

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