500kV超高壓輸電線路附近工頻磁場分析

王凱奇 沈立群 張 華 王悅瑩

（國網浙江德清縣供電公司，浙江 德清 313200）

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500kV超高壓輸電線路附近工頻磁場分析

王凱奇 沈立群 張 華 王悅瑩

（國網浙江德清縣供電公司，浙江 德清 313200）

本文采用模擬電流法對高壓輸電線路附近的工頻磁場進行計算，仿真結果表明，輸電線在周圍環境中產生的磁場與多種參數有關，這些關鍵參數主要包括：相間距離，多回路的相序排列方式，輸送功率等。這些結果為科學評估輸變電工程中的電磁環境提供了依據。

模擬電流法；超高壓輸電線；工頻磁場；參數分析

隨著社會經濟的發展，輸變電工程的電磁輻射對健康的影響成為公眾關注的熱點。輸變電工程電磁環境包括工頻電場、工頻磁場和無線電干擾等。人們對工頻電場方面研究相對較成熟，但是對于工頻磁場的研究則相對較少。為此，本文主要探討輸電線路周圍工頻磁場的分布規律和減小工頻磁場的方法。

1　計算模型

在工頻源激勵下，電磁場可以看作準靜態場，線路周圍的磁場認為僅由線路流經的電流所決定。我們用模擬電流法來計算磁場，它的基本思想是：用一組離散的模擬電流來代替分布不均勻的連續電流，若滿足三相導線的矢量磁位和電流要求，那么就可以用這組模擬電流來計算輸電線周圍的工頻磁場[1-4]。

1.1輸電導線半徑的處理

把分裂導線簡化為圓柱導線，分列導線示意圖如圖1所示，其等效半徑可表示為

式中，R為分裂導線半徑；n為分裂導線根數；r為次導線半徑。

圖1　分裂導線等效半徑

1.2單回輸電系統

某三相單回輸電線路示意圖如圖2所示。

圖3為三相導線模擬電流及其匹配點的示意圖。假設匹配點 1為零磁位點，相應的匹配點2～n 2～n磁位也為0，匹配點n+1～2n磁位為，匹配點2n+1～3n磁位為。

圖2　單回輸電系統示意圖

圖3　匹配點與模擬電流示意圖

場域內任一點P(x, y) 磁矢量位為

可得P(x, y) 處的磁感應強度為

P(x, y) 點合成磁感應強度為

1.3同塔雙回輸電系統

圖4為某同塔雙回輸電線路示意圖。

圖4　同塔雙回輸電系統示意圖

圖5為某同塔雙回時匹配點與模擬電流示意圖。假設匹配點1為零磁位點，相應的匹配點2～n磁位也為0，匹配點n+1～2n磁位為，匹配點2n+1～3n磁位為，匹配點3n+1～4n磁位為，匹配點4n+1～5n磁位為AV，匹配點5n+1～6n磁位為[5-6]。

圖5　雙回路時匹配點與模擬電流示意圖

可得P(x, y) 處的磁感應強度為

P(x, y) 點合成磁感應強度為

2　影響工頻磁場的主要因素

2.1單回路相間距離的影響

圖6為500kV單回路三相超高壓輸電線，輸送功率為1000MW。導線中心水平距離D=5m，導線離地高度為 H1=25m、H2=20m。4分裂導線半徑R=0.323m，次分裂導線半徑r=0.0148m。

圖6　單回路布置示意圖

圖 7是地面和離地高度 1.5m處磁場分布示意圖。可以看出，對于單回輸電線路，線路正下方磁場強度最大；離輸電線路越遠，磁場強度越小。而國家非電離輻射防護委員會規定，公眾的工頻磁場允許暴露限值為 100μT，職業人員的工頻磁場允許暴露限值為 500μT[8]。因此，即使在輸電線的正下方，工頻磁場也遠小于國家非電離輻射防護委員會所規定的限值。

圖7 地面和1.5m高處磁場分布示意圖

圖8是不同相間距離時離地1.5m高處磁場示意圖。由圖8可見，相間距離增大，工頻磁場會相應增大，因為相間距離越小，三相電流產生的矢量磁位越接近于0[9]。

圖8　不同相間距離1.5m高處磁場分布示意圖

2.2同塔雙回線路相序的影響

圖9為500kV同塔雙回超高壓輸電線，輸送功率為1000MW。導線中心水平距離D1=9m、D2=12m，導線離地高度為 H1=18m、H2=11m。4分裂導線半徑R=0.323m，次分裂導線半徑r=0.0148m。

圖9 雙回輸電線路示意圖

圖10是雙回輸電線地面和離地1.5m高處磁場分布圖。圖11是不同相序時1.5m高處磁場分布示意圖。由圖11可見，相序對工頻磁場影響很大，abc-bac這種情況下輸電線周圍（除輸電線正下方）工頻磁場最小；abc-abc這種情況下輸電線下方的工頻磁場最小，但遠離輸電線下方磁場比 abc-bac略大；abc-cba這種情況下工頻磁場最大，但均未超過國家非電離輻射防護委員會規定的限值。

圖10　雙回輸電線地面和1.5m高處磁場分布示意圖

圖11　雙回輸電線不同相序對磁場分布的影響

2.3不同輸送功率的影響

圖12是不同輸送功率時磁場分布示意圖。由圖可以看出，輸送功率越大，工頻磁場越高，這很容易理解，因為輸送功率越大輸電線所流經的電流越大。

圖12　雙回輸電線不同輸送功率對磁場分布的影

3　結論

本文采用模擬電流法對輸電線周圍的工頻磁場進行計算，并在此基礎上得出如下結論：

1）相間距離越大，工頻磁場越大；

2）相序對工頻磁場影響很大；

3）輸送功率越大，工頻磁場越大。這對于輸變電工程建設項目電磁環境評價具有一定的指導意義。

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Power Frequency Magnetic Field Analysis of 500kV EHV Transmission Lines

Wang Kaiqi Shen Liqun Zhang Hua Wang Yunying
(State Grid Zhejiang Deqing Power Supply Company, Deqing, Zhejiang 313200)

Power frequency magnetic fields of high voltage transmission lines are analyzed using the current simulation method. The results show that magnetic field is affected by many coefficients of the physical system. The key variables include: the phase distance, phase sequence arrangement of double loop, transmission power etc. The results provide a means to estimate the electromagnetic fields generated by transmission project.

current simulation method; EHV transmission lines; power frequency magnetic field; parameter analysis

王凱奇（1988-），男，河南省桐柏縣人，碩士，主要從事調控運行及輸電線路的工頻電磁場計算。