屏蔽線對輸電線路工頻電場的影響分析

田凌峰

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

近年來，我國人民生活水平明顯提高，國民經濟增長不止，社會各業對電力能源的需求量也都呈現日益增加的趨勢，老舊的電網配置和規劃已無法滿足現時代社會生產和居民的生活需要[1]，因此，電網建設和電力技術也在加速進步，多回路共塔形式的輸電線路越來越普遍，其電磁環境的研究已成為熱點[2]。

我國在電磁環境問題方面的研究起步較晚，尤其針對超高壓輸電線路[3]，1994年才在在湖北武漢建設了一段電壓等級為1000kV的特高壓交流輸電試驗工程[4]。從九十年代至今，我國科研人員持續不斷地對特高壓輸電線路的可行性及其理論開展研究，得到100多項特高壓方向重要的研究成果[5]。現今，我國在輸電線路電磁環境方面已經有了一定程度的研究成果[6]，但在超高壓輸電線路多回路并行方面的研究成果比較少[7]。

基于上述問題，本文重點關注多回輸電線路間的電磁環境，深入分析屏蔽線對輸電線路工頻電場的影響。

2 降低工頻電場強度的防護措施

實際中，工頻磁場的屏蔽防護作用明顯，線路磁感應強度的測量值和預測值遠小于其限值，因此，在研究過程中暫且不考慮工頻磁場的屏蔽防護。

通過改變輸電線路的結構設計和系統參數等相關因素，都能夠一定程度上降低輸電線路的工頻電磁場。但架設輸電線路時由于還需要考慮絕緣強度、安全風險以及施工成本等因素，無法完全限制電場增長。

我國及其他許多國家都對不同地區工頻電磁場的暴露限值有一定要求，針對超高壓輸電工程，可采取以下措施適當降低線路工頻電場：

(1)盡可能避免或遠離居民區和環境敏感區等重點保護區域；

(2)通過選擇合理的設計參數，如塔高、塔型、防護距離等，降低線路電磁場強度，以符合不同區域的限制水平；

(3)對于部分特殊區域，對電磁環境要求嚴格的，可以采取附加電磁屏蔽措施。

3 屏蔽線屏蔽效果影響因素研究

3.1 屏蔽線橫向位置的影響

選擇單根屏蔽線，保持垂直距離5m(hs=5m)不變，改變其與線路中心的距離，計算對應條件下的工頻電場強度，結果如圖1所示。

圖1 屏蔽線橫向位置的影響

由圖1可知，當線路中無屏蔽線時，距離線路A相下方1.5m的位置，工頻電場強度最大達到7.8kV/m，且電場分布以線路中心對稱。移動屏蔽線靠近A相后，A相線路下方的工頻電場最大值大約降到6kV/m，且電場的橫向分布不對稱，屏蔽線所在的區域場強更低。移動屏蔽線靠近B相后，B相下方對應位置的場強減弱，最低降到3.8kV/m左右，且電場的橫向分布對稱，屏蔽線所在的區域場強更低。C相線路加裝屏蔽線后的結果與A相相似。

3.2 屏蔽線架設高度的影響

設置單根屏蔽線使其位于A相線路的正下方，改變屏蔽線到A相線路的垂直距離(即hs)，圖2是距離A相線路下方1.5m處工頻電場最大值隨垂直距離變化的情況。

圖2 屏蔽線架設高度的影響

從圖2可以看出，當屏蔽線與A相線路的垂直距離(hs)處于0.5～4m時，場強最大值隨垂直距離的增加而減弱，并且降低的幅度較大；當垂直距離超過4m后，工頻電場的場強又會呈現逐漸升高的趨勢，但增加的幅度小。該規律說明屏蔽線與導線之間垂直距離對屏蔽功能的影響大，當屏蔽線架設在最佳位置，能夠使屏蔽作用最大化。

3.3 屏蔽線數目的影響

選擇不同數量的屏蔽線，分別設置1根屏蔽線、3根屏蔽線、5根屏蔽線和7根屏蔽線對稱位于導線下方的水平位置，與導線垂直距離5m。圖3是數量不同的屏蔽線屏蔽效果的對比情況。

圖3 屏蔽線數目的影響

根據圖3可以發現，相對于不采取屏蔽措施，單根屏蔽線的作用僅對中間相下方工頻電場強度有削弱作用，邊相線路基本不受影響。隨著屏蔽線數量的增加，三相線路的工頻電場屏蔽作用逐漸增強，工頻電場強度最大值均下降2kV/m左右，但隨著數量的進一步增加，屏蔽效果變化不明顯。由此可以推測，當屏蔽線的數量增加到一定的數目時，屏蔽效果將保持一定的水平不變。

3.4 屏蔽線間距的影響

選擇3根屏蔽線，使其置于導線下方垂直距離5m出的水平對稱位置，改變屏蔽線間距ds，結果如圖4所示。

圖4 屏蔽線間距的影響

由圖4可知，當屏蔽線間距ds在從0變化到4m的過程中，屏蔽線間距越大，工頻電場最大值越低，并且降低的幅度比較大；當屏蔽線間距ds超過4m后，工頻電場最大值反而呈現增大的趨勢，且增大的幅度同樣較大。由此可以說明，采取多根屏蔽線措施的方案中，對屏蔽線間距的選擇尤為重要。

3.5 屏蔽線排列方式的影響

選取不同的架設方式，包括水平排列、垂直排列、正三角排列、倒三角排列等，研究屏蔽線排列方式對線路工頻電場強度的影響，結果如下圖所示。

由圖5可知，在上述四種排列方式中，水平排列的屏蔽線效果最好，其他三種差別不大，并且從施工角度出發，水平排列方式簡單易行。

圖5 屏蔽線排列方式的影響

4 結論

本文通過深入分析屏蔽線數量、架設高度、位置、排列方式和線間距等因素對導線工頻電場強度的影響，研究得到能夠合理采用屏蔽線有效降低輸電線路工頻電場強度的方法，對輸電下路電磁環境的相關研究提供了一定的理論參考，對輸電線路屏蔽線的安裝設計具有一定價值。