典型220kV雙回架空線路工頻電磁場分析與評價

徐玉奎

摘 要：為探究輸電線路工頻電磁場預(yù)測模型的可靠性與準(zhǔn)確性，文章以南京市典型220kV同塔雙回線路為研究對象，實(shí)時監(jiān)測220kV線路斷面處工頻電場和工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度，以比較理論預(yù)測與實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的相符性。研究結(jié)果表明，線路實(shí)時監(jiān)測的工頻電磁場強(qiáng)度的衰減隨與對地投影點(diǎn)距離的增大均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，A模型和B模型對工頻電場強(qiáng)度的預(yù)測與實(shí)測值均有較好的吻合度，對于工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度，A模型預(yù)測準(zhǔn)確度優(yōu)于B模型。

關(guān)鍵詞：雙回線路；工頻電磁場；預(yù)測；模型

中圖分類號：TM726.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0079-03

Abstract： In order to explore the reliability and accuracy of the power frequency electromagnetic field prediction model for transmission lines， this paper takes the typical 220 kV twin circuit line as the research object， and monitors the power frequency electric field and the power frequency magnetic induction intensity at the section of the 220kV line in real time. The consistency between prediction and real-time monitoring data is compared. The results show that the attenuation of the power frequency electric field intensity in real-time line monitoring shows a tendency of fast and then slow with the increase of the distance between the power frequency electric field and the ground projection point. The prediction of the power frequency electric field intensity by the model A and the B model have good agreement with the measured values. The prediction accuracy of model A is better than that of model B for power frequency magnetic induction intensity.

Keywords： double circuit； power frequency electromagnetic field； prediction； model

1 概述

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，城市化率的不斷提高，高壓輸電線路供電系統(tǒng)在國民社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境影響評價法》、《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價分類管理名錄》中相關(guān)規(guī)定，110kV及以上輸電線路在建設(shè)前須進(jìn)行環(huán)境影響評價，在其環(huán)境影響評價中，輸電線路路徑規(guī)劃的選擇原則上應(yīng)避讓住宅、辦公樓、工廠等有公眾居住、工作或?qū)W習(xí)的建筑物等電磁環(huán)境敏感目標(biāo)。然而，綜合考慮路徑選擇的經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)因素、自然社會因素等各方面因素，線路不可避免地會跨越或鄰近有公眾居留的建筑物，同時，人們對電磁輻射認(rèn)知的提高，線路運(yùn)行時產(chǎn)生的工頻電磁場對公眾產(chǎn)生的影響也愈來愈受到人們的關(guān)注。架空輸電線路電磁環(huán)境預(yù)測模型是輸電線路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價中預(yù)測線路工頻電磁場強(qiáng)度的重要工具。在現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)中，220kV架空輸電線路是其重要組成部分 ，基于此，為探討輸電線路工頻電磁場預(yù)測模型的可靠性與準(zhǔn)確度，本研究以典型220kV同塔雙回架空線路為研究對象，通過理論模型預(yù)測與實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)比較與分析，以期為輸變電項(xiàng)目電磁環(huán)境影響預(yù)測與評價提供參考，為架空線路周圍電磁輻射的防護(hù)提供理論支撐。

2 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)儀器及天氣狀況。儀器：場強(qiáng)儀，主機(jī)型號：NBM550，探頭型號：EHP-50F。天氣狀況：晴，空氣溫度：8℃～17℃，相對濕度：44%～56%，風(fēng)速：1.2m/s～2.3m/s。（2）監(jiān)測方法。選擇南京市已正常運(yùn)行的四條220kV同塔雙回線路。監(jiān)測時，以線路弧垂最低位置處檔距對應(yīng)兩桿塔中央連線對地投影點(diǎn)為起點(diǎn)，10m內(nèi)每隔1m布置1個監(jiān)測點(diǎn)，10m外每隔5m布置1個測點(diǎn)，順序測至線路弧垂最低位置處檔距對應(yīng)兩桿塔中央連線對地投影點(diǎn)50m處，監(jiān)測點(diǎn)位選擇在不干擾工頻電磁場監(jiān)測的空地上，監(jiān)測距地面垂直高度1.5m處工頻電磁場強(qiáng)度，每個測點(diǎn)測定5次后取方均根值。具體監(jiān)測方法參考《交流輸變電工程電磁環(huán)境監(jiān)測方法》（HJ 681-2013）。（3）預(yù)測模型。線路工頻電磁場模擬預(yù)測采用江蘇省某2家環(huán)評單位所用軟件，分別記為A預(yù)測模型和B預(yù)測模型，模型關(guān)鍵參數(shù)引用“國際大電網(wǎng)會議第36.01工作組”的推薦二維模型計算方法[1]。（4）線路技術(shù)參數(shù)及實(shí)時監(jiān)測工況。本研究選取的雙回架空輸電線路技術(shù)參數(shù)及實(shí)時監(jiān)測工況分別如表1、表2所示。

3 數(shù)據(jù)分析

工頻電磁場強(qiáng)度模型預(yù)測和實(shí)時監(jiān)測間的差異采用單因素方差分析（ANOVA），平均值比較采用最小顯著差異法（LSD）， P=0.05。統(tǒng)計分析軟件為SPSS 19.0v.，繪圖軟件為Origin 8.0v.。

4 結(jié)果與分析

4.1 工頻電場強(qiáng)度分析

一般認(rèn)為，架空輸電線路的電壓、導(dǎo)線線高、相序排布等是影響線路周圍工頻電場的重要因素[2-3]。除此之外，空氣濕度、溫度等氣象因素由于引起電暈放電間接影響工頻電場的強(qiáng)弱[4]。如圖1所示為220kV科紅線、華牽線、 科線及協(xié)科線的工頻電場實(shí)測值及預(yù)測值，可以看出，本研究的四條雙回線路的工頻電場強(qiáng)度實(shí)時監(jiān)測最大值均出現(xiàn)在對地投影點(diǎn)0m處，分別為258V/m、222V/m、493V/m、712V/m。隨著對地投影點(diǎn)距離的增大，工頻電場強(qiáng)度實(shí)時監(jiān)測值均有不同程度降低，220kV華牽線（圖1（b））、協(xié)科線（圖1（d））實(shí)時監(jiān)測的工頻電場強(qiáng)度減弱的速度呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，在距對地投影點(diǎn)10m處，工頻電場強(qiáng)度分別為87V/m、411V/m，較對地投影0m處，下降135V/m和301V/m，降低幅度達(dá)60.8%和42.3%。而220kV科紅線（圖1（a））、 科線（圖1（c））實(shí)時監(jiān)測的工頻電場強(qiáng)度衰減速度則先慢后快，在距對地投影點(diǎn)10m處，工頻電場強(qiáng)度分別為224V/m、381V/m，較對地投影0m處，僅下降34V/m和112V/m。220kV科紅線在對地投影點(diǎn)40m處工頻電場強(qiáng)度仍有約100V/m，與220kV華牽線、 科線、協(xié)科線在對地投影點(diǎn)40m處即已降至工頻電場本底值附近（<10V/m）有較大差異，其原因有待進(jìn)一步探究。

模型預(yù)測是估算線路周圍工頻電場強(qiáng)度的有效手段之一。圖1所示為四條雙回線路周圍工頻電場強(qiáng)度模型預(yù)測值，從預(yù)測的四條雙回線路的最大值來看，工頻電場強(qiáng)度最大值均出現(xiàn)在對地投影點(diǎn)0m處，且B模型>A模型>實(shí)時監(jiān)測，B模型預(yù)測值（311V/m）最多比實(shí)測值（255V/m）偏大約22%（圖1（a））。整體上，A模型和B模型預(yù)測值均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，這與王群等人研究較為一致[5]。

有研究認(rèn)為[6]，同等條件下，線路采用同相序架設(shè)較異相序架設(shè)工頻磁場強(qiáng)度大，本研究中，科紅線、 科線采用同相序架設(shè)，華牽線、協(xié)科線為異相序架設(shè)，盡管科紅線與華牽線、協(xié)科線與 科線運(yùn)行電壓相差極小（表2），但現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測結(jié)果表明，異相序架設(shè)線路較同相序線路架設(shè)周圍工頻電場高，這可能是因?yàn)楫愊嘈驅(qū)Ь€架設(shè)高度明顯小于同相序?qū)Ь€架設(shè)高度，導(dǎo)線架設(shè)高度較導(dǎo)線相序排布影響更大。

4.2 工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度分析

圖2所示為四條雙回線路工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)測值及預(yù)測值，可以看出，220kV科紅線、華牽線工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)時監(jiān)測的最大值大約出現(xiàn)在對地投影點(diǎn)5m處，分別為0.403μT和0.357μT，而220kV 科線、協(xié)科線實(shí)測最大值則出現(xiàn)在對地投影0m處，其最大值分別為0.487μT和0.265μT，隨著與對地投影點(diǎn)距離的增加，較工頻電場強(qiáng)度（圖1），工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的較緩慢，可能是因?yàn)楣ゎl電場易受導(dǎo)電物體（如建筑物、樹木等）影響產(chǎn)生畸變而被屏蔽，50Hz的工頻磁場則很容易透過大多數(shù)物體[7]。對地投影點(diǎn)40m～50m時，實(shí)測的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度基本無明顯變化，基本維持在0.10μT～0.20μT之間。A模型和B模型預(yù)測最大值均出現(xiàn)在對地投影0m處，其工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的衰減呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。可以看出，模型預(yù)測的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值一般比實(shí)時監(jiān)測最大值高14%～59%，其中工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在協(xié)科線的B模型預(yù)測值，為0.421μT，較實(shí)測高出59%，而差異最小的出現(xiàn)在華牽線的A模型預(yù)測和實(shí)測值間，預(yù)測值為0.408μT，僅比實(shí)測值高14%。本研究中的預(yù)測值及實(shí)測值均遠(yuǎn)小于《電磁環(huán)境控制限值》（GB 8702-2014）中規(guī)定的100μT限值標(biāo)準(zhǔn)。普遍認(rèn)為，電流強(qiáng)度、導(dǎo)線線高、相序排列方式是影響線路周圍工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。本研究中，盡管220kV華牽線導(dǎo)線弧垂明顯高于220kV協(xié)科線，且二者均為異相序架設(shè)（表1），但總體上，220kV華牽線實(shí)測的工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度略大于220kV協(xié)科線，這可能是因?yàn)?20kV華牽線電流明顯大于協(xié)科線。

4.3 方差分析

均值方差分析是反映均值間是否存在顯著性差異的重要統(tǒng)計學(xué)方法。工頻電磁場的實(shí)測值與預(yù)測值間的顯著性分析如表3所示。

對于反映工頻電場強(qiáng)度顯著性差異的P值，除了華牽線，科紅線、 科線、協(xié)科線的P值均大于0.05，表明在該置信水平下，兩模型預(yù)測值與實(shí)測值無顯著性差異，因此，該模型預(yù)測值可以一定程度上代替工頻電場強(qiáng)度實(shí)測值，其模型具有較高的可信度與準(zhǔn)確性。而在工頻磁場A模型預(yù)測中，僅華牽線預(yù)測值與實(shí)測值間有顯著性差異，其模型與實(shí)際情況的相符性優(yōu)于B模型，因此在本研究中，A模型的在環(huán)境影響評價工頻電磁場預(yù)測中具有較高的參考價值。

5 結(jié)束語

（1）實(shí)時監(jiān)測的雙回線路工頻電磁場強(qiáng)度的衰減均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。（2）A模型和B模型預(yù)測的工頻電場強(qiáng)度與監(jiān)測結(jié)果均較為符合，對于工頻磁感應(yīng)強(qiáng)度的預(yù)測，A模型與實(shí)際情況的相符性優(yōu)于B模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]國際大電網(wǎng)會議第36.01工作組.輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的電場和磁場[M].水利電力出版社，1984.

[2]朱艷秋，宋曉東，趙志勇.220kV高壓輸電線路工頻電磁場影響因素研究[J].電力科技與環(huán)保，2011，27（1）：5-8.

[3]韓杏朵.超高壓輸電線路電磁環(huán)境預(yù)測模型的研究[D].東北大學(xué)，2008.

[4]王靈志，董艷艷，李薇，等.氣象因素對輸變電線路電磁環(huán)境的影響[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2016，42（10）：32-34.

[5]王群，李永卿，陳靜，等.110kV高壓輸電線路電磁場分析及評價[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，31（3）：308-312.

[6]叢俊，李慧，王文兵.雙回220kV輸電線路不同相序下的工頻電磁場分析[J].中國輻射衛(wèi)生，2014，23（1）：80-83.

[7]傅一迪.變電站電磁輻射環(huán)境影響探析-以慶南變電站為例[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（12）：79-83.