電磁環(huán)境影響研究

文_吳勝華 廣東瑞興電力工程技術有限公司

1 前言

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網布局越來越密，輸電線路的走廊占地日益成為輸電線路建設的大問題，我國骨干網架的500kV輸電線路的同塔雙回甚至同塔多回設計和建設成為研究和實踐的重點。同時，同塔多回輸電線路的電磁環(huán)境影響日益受到人們的重視。本文就同塔多回超高壓架空輸電線路對環(huán)境的影響進行了研究。

2 同塔多回線路架設方式和線路參數

500kV同塔4回架設的塔型分為垂直排列和水平排列兩種。對應于兩種不同塔型，本篇選取應用廣泛的垂直排列塔型作為計算對象，導線相序懸掛排列方式如表1。

表1 500kV同塔4回架設垂直排列導線排列方式

500kV線路采用LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線、底相導線對地最小高度按居民區(qū)14m考慮。

3 同塔多回路的無線電干擾

3.1 計算模型

根據DL/T691-1999《高壓架空送電線路無線電干擾計算方法》，三相單回路送電線路的無線電干擾場強計算公式為：

式中：Ei——距第i相導線直接距離Di處的無線電干擾場強，dB/(uV/m)；

gmaxi——第i相導線最大表面電位梯度，kV/cm；

Di——第i相導線到參考點P(離地面2m高)處的直接距離，m。

hi——第i相導線對地高度，（通常為弧垂最低點的高度），m。

ri——第i相導線子導線半徑，單位cm。

xi——P點到第i相導線的投影距離，單位m。

三相線路的無線電干擾場強按下列方式計算：如果某一相的場強比其余兩相至少大3dB,那么后者可以忽略，三相線路的無線電干擾場強可認為等于最大的一相的場強；否則有下式：

式中：Ea、Eb——指三相中兩相較大的場強值，dB/(μV/m)；

對于同桿架設的多回路線路，相導線產生的無線電干擾場強按上式計算，然后將同名相導線產生的場強幾何相加，形成疊加后的三相Ea，Eb，Ec。

本計算結果代表了好天氣時，頻率為0.5MHz的無線電干擾場強的平均值。

根據國際無線電干擾特別委員會的CISPR18-1出版物，以上公式適合于導線表面場強在12～20kV/cm的高壓線路，導線表面場強若小于12kV/cm，可認為導線不起電暈，也就是說該導線不產生無線電干擾，因此在計算時不考慮表面場強小于12kV/cm的導線產生的無線電干擾電水平。

3.2 無線電干擾計算

為了反映輸電線路無線電干擾橫向衰減特性，分別計算了各種方式下的無線電干擾橫向衰減特性曲線。同塔4回500kV線路按垂直排列塔型架設，底相導線對地高度14m，不同導線排列方式下，線路無線電干擾橫向衰減特性如圖1和圖2。

圖1 前4種排列方式無線電干擾橫向衰減特性曲線

圖2 第5、6種排列下無線電干擾橫向衰減特性曲線

在圖1和圖2中，導線第1種排列方式用“實線”表示，第2種用“點劃線”表示，第3種用“圓圈”表示，第4種用“＋”表示，第5種用“*”表示，第6種用“三角形”表示(下同 )。

從圖1、圖2可以看出，在好天氣情況下，邊相外20m（距線路中心線31.5m）處0.5MHz的無線電干擾平均值見表2。

表2

3.3 計算結果分析

無線電干擾限值應該是滿足80%/80%原則的，即在80%的時間中，送電線路產生的無線電干擾場強不超過限值且具有80%的置信度，通常簡稱80%值。GB15707-1995《高壓交流架空送電線無線電干擾限值》也指出，計算得出的好天氣的平均值增加6～10dB，可代表符合雙80%原則的值。表5中的無線電干擾水平是增加了10dB后的結果。

輸電線路的無線電干擾主要以輸電線路邊相外20m處頻率為0.5MHz的無線電干擾場強為考核標準。在不同導線排列方式和不同對地高度下計算的無線電干擾水平如表3。

表3 各種排列方式下距邊導線投影20m處0.5MHz的無線電干擾值，dB（μV/m)

根據GB15707-1995，頻率為0.5MHz時，高壓交流架空送電線無線電干擾限值見表4。

表4 無線電干擾限值（距邊導線投影20m處）

由表3算結果可知，500kV同塔回架設，各種排列方式均能滿足距邊導線投影距離20m處的無線電干擾值小于55dB，符合國家標準要求。

4 工頻電場

4.1 計算方法

一般認為輸電線路的工頻電場是一種交流變頻的準靜態(tài)電場，計算時我們采用模擬等效電荷法，將輸電線路假設為一個與地面平行的良導體，計算時需要模擬兩個等效參數：單位長度導線上的電荷及相應的電場。

計算導線線路中單位導線上的等效電荷Q，是通過電壓U和麥克斯韋電位系數P用以下方程求解，即：

首先計算出導線單位長度的等效電荷后，空間任一點的電場強度可根據疊加原理計算得出，在（x ，y）點（如圖3）的電場強度分量Ex和Ey可表示為：

圖3 求空間電場場強的示意圖

m—導線數；

4.2 電場強度計算

4.2.1 同塔四回線路地面電場的橫向衰減特性

500kV同塔4回線路，垂直排列塔型，底相導線對地高度14m時地面1m處電場強度的橫向衰減特性曲線如圖4

圖4 500kV 同塔4回 各種排列方式地面1m處電場強度橫向分布

以上各種排列方式下，邊相導線外5m(距線路中心線16.5m) 處地面場強均大于4kV/m。

4.2.2 符合環(huán)境保護要求的走廊寬度

根據HJ/T24－1998《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》，居民區(qū)電場強度按4kV/m，針對本項目研究的塔型、導線排列方式和對地高度，計算了滿足4kV/m場強的走廊寬度。圖5～圖8 500kV同塔4回架設對地高度14m時4種排列方式下符合環(huán)境保護要求的走廊寬度。

圖5 第1種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖6 第2種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖7 第3種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

圖8 第4種排列方式下滿足4kV/m的走廊寬度

第5種和第6種為不對稱排列情況，邊相兩側的走廊寬度不一致。

4.3 結果分析

在不同導線排列、不同塔型下，計算的導線下地面1m處的電場強度的最大值和邊相外5m值如表5。

HJ/T 24-1998 《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》中推薦以4kV/m作為居民區(qū)工頻電場評價的標準。

4回500kV同塔架設時，無論導線以何種方式排列，其邊相外5m處的地面1m電場均大于4kV/m。

表5 各種方式下地面1m處的最大電場強度（kVm）

5 工頻磁場

5.1 計算模型

由于工頻情況下電磁性能的準靜態(tài)性質,線路的磁場僅由電流產生。把安培定律應用于載流導線,并將計算結果疊加，可求出導線周圍的磁場強度。采用鏡像法計算時，其基本原理是將大地的影響等效成為地下一等值反向電流所產生的影響，其鏡像深度d近似可取

式中：ρ為大地電阻率(Ω·m) ,f為頻率(Hz) 。

如果取大地電阻率50Ω·m，則d遠遠大于導線距地面的距離，所以，忽略它的鏡像進行計算，其結果已足夠符合實際。

5.2 磁感應強度計算

5.2.1 線路下方最大磁感應強度

線路下方的磁場由線路電流決定，計算時線路電流按500A考慮，并假設系統在負荷對稱的情況下運行。

5.2.2 線路下方磁感應強度橫向分布

圖9、圖10為同塔四回500kV線路架設，底相導線對地高度14m時，不同導線排列方式下的地面磁感應強度橫向分布曲線。

圖9 對地高度14m對稱排列方式下磁感應強度橫向分布

圖10 對地高度14m不對稱排列方式下磁感應強度橫向分布

5.3 結果分析

根據HJ/T 24-1998 《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評價技術規(guī)范》，推薦應用國際輻射保護協會關于對公眾全天輻射時的工頻限值0.1mT作為磁感應強度評價的標準。由計算可以看出，所有排列方式下產生的此值均未超出此限值。即使電流增加1倍，接近線路所能輸送的自然功率，產生的磁感應強度仍不會超出限值。

6 導線對地及其它交叉跨越物跨越距離的要求

經過國內外大量實驗研究，長期處于架空高壓線路附近的電場中，對人體不至于產生不良影響，但根據線路實際運行情況及環(huán)保部門要求，控制房屋所在位置未畸變電場不超過4kV/m。

根據我國規(guī)程規(guī)定，500kV線路是不允許跨越民房的。

②臨近民房的地方，如前述已討論的以4kV/m為控制指標，推算出導線的高度和走廊寬度。

③線路跨越公路時，場強指標可以7kV/m控制，進行導線高度推算。

④線路跨越農田和其它非公眾活動區(qū)時，按照GB 50545-2010的一般要求，推算導線高度。

7 結論

同塔四回500kV線路，按垂直排列塔型架設，根據以上計算結果分析如下。

線路的無線電干擾水平均能滿足我國的限值標準，即小于55dB。

②對地高度14m時無論導線以何種方式排列，其邊相外5m處的地面1m電場均大于4kV/m。建議采取逆相序或其他措施，以減小線路下方電場強度。

③對地高度14m時，線路下方地面磁場均滿足我國環(huán)保標準要求。