交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測軟件的開發(fā)及應(yīng)用

鄧偉妮，劉彥軍（.山東電力工程咨詢院有限公司，濟南 5003； .國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，臨沂 76003）

交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測軟件的開發(fā)及應(yīng)用

鄧偉妮1，劉彥軍2
（1.山東電力工程咨詢院有限公司，濟南 250013； 2.國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，臨沂 276003）

結(jié)合Matlab語言的編程特點，探討了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測計算機軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、設(shè)計思想和應(yīng)用程序編制的實現(xiàn)方法，開發(fā)了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測軟件。對比同類軟件預(yù)測結(jié)果及實測數(shù)據(jù)，對軟件的理論計算值進行了驗證，結(jié)果表明計算結(jié)果是可信的。軟件的應(yīng)用避免了大量繁雜的手工計算工作量，可使交流輸電線路電磁環(huán)境計算快速準(zhǔn)確，提高了環(huán)境影響評價工作的質(zhì)量和效率。

交流輸電線路；電磁；預(yù)測；Matlab

1　研究背景

交流輸電線路的電磁環(huán)境影響預(yù)測是交流輸變電工程電磁環(huán)境影響評價中最核心的部分之一，影響著環(huán)境影響報告的質(zhì)量和編制進度，計算結(jié)果更是直接關(guān)系到項目的可行性和政府部門的決策。采用手工計算交流輸電線路的電磁環(huán)境費時費力，且預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性較低，而目前國內(nèi)部分商業(yè)軟件只能在特定條件、特定工況下對某些典型塔型進行計算，無法滿足當(dāng)前回路數(shù)增多、塔型多變、周圍環(huán)境復(fù)雜的輸電線路發(fā)展趨勢。本文基于Matlab語言開發(fā)的交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測軟件界面直觀，操作快捷、簡單，除滿足常規(guī)的交流輸電線路電磁環(huán)境預(yù)測需求外，還適用于多回路、塔型特殊、周圍環(huán)境復(fù)雜的線路。

2　理論基礎(chǔ)與設(shè)計思路

2.1理論基礎(chǔ)

交流輸電線路電磁環(huán)境（工頻電場強度、工頻磁感應(yīng)強度）計算模式在中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則輸變電工程》（HJ 24-2014）中作了相關(guān)規(guī)定。本文以工頻電場強度為例，說明軟件的設(shè)計思路和應(yīng)用Matlab編程的實現(xiàn)方法。

2.1.1單位長度導(dǎo)線上等效電荷的計算

高壓送電線上的等效電荷是線電荷，由于輸電線半徑r遠遠小于架設(shè)高度h，因此等效電荷的位置可以認(rèn)為是在送電導(dǎo)線的幾何中心。

設(shè)輸電線路為無限長并且平行于地面，地面可視為良導(dǎo)體，利用鏡像法計算送電線上的等效電荷。

多導(dǎo)線線路中導(dǎo)線上的等效電荷由矩陣方程計算。

2.1.2計算由等效電荷產(chǎn)生的電場

為計算地面電場強度的最大值，通常取夏天滿負(fù)荷有最大孤垂時導(dǎo)線的最小對地高度。因此，所計算的地面場強僅對檔距中央一段（該處場強最大）是符合的。

當(dāng)各導(dǎo)線單位長度的等效電荷量求出后，空間任意一點的電場強度可根據(jù)疊加原理計算得出。

由于接地架空線對于地面附近場強的影響很小，所以常不計架空地線影響而使計算簡化。

2.2設(shè)計思路

由交流輸電線路電磁環(huán)境計算模式可以看出，矩陣計算是整個計算過程的基礎(chǔ)。Matlab正是以矩陣為基本單位進行數(shù)值計算的，它把科學(xué)計算、結(jié)果可視化和編程都集中在一個使用非常方便的環(huán)境中，且具備了圖形圖像處理和與其他流行軟件的接口功能。同時，Matlab提供了圖形用戶界面（GUI）的設(shè)計和開發(fā)功能，可通過單擊按鈕、下拉菜單等方式實現(xiàn)人性化的交互式操作，讓用戶覺得程序界面親切自然、操作方便。

用戶在Excel表中輸入計算導(dǎo)線參數(shù)后，在計算項目選擇界面選擇需要計算的項目，隨后進入對應(yīng)的計算區(qū)域參數(shù)設(shè)置界面，用戶輸入計算范圍等數(shù)據(jù)后選擇開始計算按鈕即可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，計算結(jié)果可分別以數(shù)值和圖表兩種形式輸出。

本軟件開發(fā)的主要工作是針對圖形用戶界面中的每個控件，編寫源程序代碼，Matlab提供了大量賦值、比較、算術(shù)運算語句，條件語句和循環(huán)語句，能夠描述和實現(xiàn)上述想法。用戶利用該軟件進行交流輸電線路電磁環(huán)境計算可大大提高運算速度，通常手工計算需要幾個小時甚至更長，通過該軟件幾分鐘就能得出準(zhǔn)確的結(jié)果，避免了人為原因造成的計算數(shù)據(jù)有誤，極大地提高了工作效率。

3　軟件功能及應(yīng)用

3.1軟件功能

軟件主要有5個功能模塊，分別為導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置、計算項目選擇、計算區(qū)域參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)計算和結(jié)果輸出模塊。導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置模塊采用Excel表格的形式為用戶提供輸入預(yù)計算線路特征的平臺，并將輸入的導(dǎo)線參數(shù)保存起來讀取到系統(tǒng)中，避免了重復(fù)輸入類似參數(shù)工作，使操作變得更加簡便。計算項目選擇模塊中，用戶在需要計算的項目前選中后點擊“確認(rèn)”按鈕即可進入對應(yīng)的計算區(qū)域參數(shù)設(shè)置模塊。在計算區(qū)域參數(shù)設(shè)置模塊中用戶輸入計算范圍的起始與終止值、間隔、計算點高度等數(shù)據(jù)后選擇“開始計算”按鈕，系統(tǒng)即執(zhí)行計算任務(wù)。數(shù)據(jù)計算模塊能夠按《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程》（HJ 24-2014）規(guī)定的方法、公式，對輸入的數(shù)據(jù)進行計算、處理，為了更大提高環(huán)境影響評價的工作效率，系統(tǒng)將自動識別出計算結(jié)果的最大值及其出現(xiàn)位置。數(shù)據(jù)輸出模塊可使軟件輸出的內(nèi)容表現(xiàn)為數(shù)值或圖形，用戶根據(jù)實際需要可將其放入報告中。

3.2應(yīng)用

為驗證軟件計算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，本文以工頻電場強度為例，將本軟件計算值與武漢高壓研究所電磁計算程序EMC的預(yù)測值進行比較，同時將某220kV交流輸電線路實測值與軟件計算值進行對比，結(jié)果分別見表1。

軟件計算的輸入條件為某220kV交流輸電線路的特征參數(shù)，具體如下：220kV同塔雙回線路，逆相序排列，邊導(dǎo)線距中心線4.6m（上）、6.5m（中）、4.6m（下），上橫擔(dān)與中橫擔(dān)間距6.0 m、中橫擔(dān)與下橫擔(dān)間距6.0m；導(dǎo)線為2×LGJ-400鋼芯鋁絞線，直徑26.82mm，分裂間距400mm；導(dǎo)線最大弧垂處對地高13.7m。

表1　本軟件計算值與EMC預(yù)測值及實測值對比表

可以看出，本軟件計算值與武漢高壓研究所電磁計算程序EMC的預(yù)測值完全一致。實測值與軟件計算的理論值存在一定的差異，計算值與實測值之差的絕對值在0.003～0.031kV/m之間，偏差在0.74%～8.24%之間，這是由于實際監(jiān)測中，監(jiān)測區(qū)域下墊面平整度、地面植被等環(huán)境狀況的影響，以及線路運行工況的不穩(wěn)定等因素造成的；但從總的變化規(guī)律分析，計算值與實測值是基本一致的，總體上也是吻合的，二者之間的差異是可接受的。綜上所述，本軟件的計算結(jié)果是可信的。

4　結(jié)語

本文結(jié)合Matlab語言的編程特點探討了交流輸電線路電磁環(huán)境影響預(yù)測軟件系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、設(shè)計思想和應(yīng)用程序編制的實現(xiàn)方法，編制了專門處理交流輸電線路電磁環(huán)境計算的應(yīng)用程序，使交流輸電線路電磁環(huán)境計算能夠借助計算機快速準(zhǔn)確地完成，以提高環(huán)評的效率和質(zhì)量。

對比同類軟件的預(yù)測值，以及線路的實測數(shù)據(jù)，對軟件計算值進行了驗證。結(jié)果表明，軟件計算值與同類軟件的預(yù)測值完全一致；軟件計算值與實測值的變化規(guī)律是基本一致的，總體上也是吻合的，二者之間偏差的絕對值在0.74%～8.24%之間。軟件的計算結(jié)果是可信的。

軟件對增強交流輸電線路電磁環(huán)境影響評價的準(zhǔn)確性、客觀性，提高環(huán)境影響報告的編制效率和質(zhì)量，有實際性的作用。

［1］中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 輸變電工程 HJ 24-2014［S］.環(huán)境保護部，2014.

［2］劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計教程［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［3］周開利，鄧春暉.MATLAB基礎(chǔ)及其應(yīng)用教程［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.158