特高壓交流輸電線路對管道電磁干擾的研究

曾 波，吳昆霖

（1.國網國際發展有限公司 國網巴控公司，北京 100045；2.國網國際發展有限公司 巴西CPFL公司，北京 100045）

0 引 言

隨著我國社會經濟的不斷發展，電力能源需求迅速增加，但是我國資源分布與生產力分布很不均衡，因此有必要發展更高等級電壓的輸電技術。同時，油氣的需求量也越來越大，油氣管道的敷設里程逐漸增多，輸電線路與管道平行或交叉的情況也會越來越多。輸電線路在埋地管道上產生感應電壓和電流，將腐蝕埋地管道，危及工作人員的人身安全。而且特高壓交流輸電在緩解電力供需緊張狀況的同時也惡化了線路周圍的電磁環境，使其對周圍埋地管道的干擾更加嚴重[1-5]。因此，研究特高壓交流輸電線路的電磁環境是非常必要的。本文使用CDEGS軟件建立1 000 kV交流輸電線路對管道電磁干擾的模型，仿真在線路與管道位置不同的情況下（如平行、交叉以及不對稱交叉等）管道所受到的干擾。

1 特高壓輸電概述

特高壓輸電系統是指交流1 000 kV、直流±800 kV及以上電壓等級的輸電系統，用電負荷快速增長、大容量以及遠距離輸電的迫切需求直接推動了我國特高壓輸電工程的快速規劃和建設。特高壓交流輸電具有傳輸距離遠、輸送容量大、減少線路損耗、提高電能輸送經濟性以及提高國家科技自主創新能力等優勢，發展特高壓輸電是我國電網發展的客觀要求。

CDEGS軟件由加拿大SES公司出品，是一套功能強大且高度集成的工程軟件包，它能精確分析包括接地、電磁場以及電磁干擾（包括AC與DC的干擾抑制研究）等問題。本文主要利用CDEGS軟件的SESTLC Pro模塊和HIFREQ模塊。通過查閱文獻可知，1 000 kV輸電線路單回路主要采用三角水平排列的酒杯塔和三角排列的貓頭鷹塔兩種塔型，本文主要研究貓頭鷹塔結構下輸電線路對管道的電磁干擾。

在仿真模型中，空氣電阻率默認是1 018 Ω·m，土壤電阻率默認是100 Ω·m。設特高壓輸電線路額定電壓為1 000 kV，電磁環境計算時所取電壓高出額定電壓5%，即電壓取1 050 kV，電流取4 000 A。

2 不同管線位置下特高壓交流線路對管道的干擾情況

2.1 改變管道與線路的水平間距

當管道與線路并行長度為1 000 m時，隨著管道與線路中心的距離增大，管道上最大感應電壓先增大再逐漸減小，并趨于穩定，電流與電壓趨勢一樣。當管道距離線路中心大約30 m時，電壓和電流均達到最大值。隨著間距增大，管道電壓迅速降低，到500 m之后降低幅度很小。當管道距離線路中心大約630 m時，電壓達到安全限值4 V，再增大管線間距，對于減小管道干擾水平意義不大，不具有實際工程意義。

2.2 改變管道與輸電線路的并行長度

當管道距離線路中心30 m時，改變管道與輸電線路的并行長度，得出在不同并行長度情況下管道上所產生的最大感應電壓與縱向電流，可以畫出管道電壓和電流與并行長度之間的關系曲線。管道上感應電壓隨著并行長度的增大而迅速增大，繼而緩慢減小，最終趨于穩定，之后并行長度再增大，管道感應電壓也沒有大幅度的變化。當并行長度在2 000 m左右時，管道感應電壓最大，管道電流的變化趨勢與電壓相同。因此，在管道防護中，即使管道與線路并行長度很長，也并不意味著對管道造成的干擾越嚴重。

2.3 改變交叉角度

在實際情況中，管道與線路大多是不平行的，即存在線路與管道交叉情況。研究管道與線路交叉情況時的埋地管道受輸電線路干擾影響具有重要的現實意義。此部分仿真使用CDEGS中的HIFREQ模塊，管道取1 000 m長，管道中點與線路中心重合。改變管道與輸電線路的交叉角度，得出在不同交叉角度情況下管道上所產生的最大感應電壓與縱向電流。管道與輸電線路交叉時，感應電勢在管道中點呈對稱分布，交叉點電勢最高，然后向管道兩側逐漸降低，在管道兩端時略微升高。管道電流分布趨勢與電壓相同。

隨著管道交叉角度增大，管道電壓和電流減小，當管道與線路垂直時，幾乎不受任何干擾。但是現場中管道中點與線路中心并不總是重合的，當管道中點與線路中心不重合時，仿真在這種情況下改變管道中點沿管道方向到線路中心的距離，研究管道感應電勢和電流的變化規律。此時管道長度為1 000 m，管線交叉45°，當管道中點沿管道與線路中心距離是200 m時，也就是線路將管道分為300 m和700 m兩部分，其他情況相同。管道中點與線路中心不重合交叉時，管道電壓分布不對稱，電壓最大值仍出現在交叉位置，分別向兩側遞減，然后再緩慢上升，當管道中點越靠近線路中心時，管道最大感應電勢和電流越大。因此，實際工程中應盡量避免管道與線路的對稱交叉情況。在實際現場中，管道與高壓輸電線路交叉時，通常將小角度變為大角度后再交越，從而降低輸電線路對管道的干擾[6-9]。

管道電壓分布曲線與管道中點與線路中心重合交叉的情況相同。當交叉角度≤60°時，管道小角度變大角度與線路交叉，管道所受到的干擾明顯小于管道與線路直接交叉情況。當交叉角度≥75°時，管道小角度變大角度與線路交叉所受到的干擾略大于直接交叉情況。但是，接近90°時，管道最大電勢低于4 V，在安全限值以內影響不是很大。因此可見，管道小角度變大角度與線路交越，在某種程度而言可以降低管道干擾，但在交叉角度很大時，反而不適宜采用此種方式進行防護。

3 仿真結論

特高壓輸電技術雖然可以遠距離輸電，輸送容量較大，但卻惡化了線路周圍的電磁環境，腐蝕周圍埋地管道，因此需要加以重視。

本文使用CDEGS軟件的SESTLC Pro和HIFREQ模塊建立特高壓交流輸電線路對管道的影響模型，仿真了在不同管線位置下特高壓交流線路對管道的干擾情況，結論如下。

一是當管道與線路平行時，隨著管道與線路中心的距離增大，管道上最大感應電壓先增大再逐漸減小，電流與電壓趨勢相同。當管道距離線路中心大約30 m時，電壓和電流均達到最大值，隨著間距增大，管道電壓迅速降低。二是當管道與線路平行時，管道上感應電壓隨著并行長度的增大而迅速增大，繼而緩慢減小，最終趨于穩定。當并行長度在2 000 m左右時，管道感應電壓最大，管道電流的變化趨勢與電壓相同。三是當管道與輸電線路交叉時，感應電勢在管道中點呈對稱分布，交叉點電勢最高，然后向管道兩側逐漸降低，電流趨勢與電壓相同。隨著管道與線路交叉角度增大，管道電壓和電流在減小，當管道與線路垂直時，幾乎不受任何干擾。四是當管道中點與線路中心不重合交叉時，管道電壓分布不對稱，電壓最大值出現在交叉位置，分別向兩側遞減。當管道中點越靠近線路中心，管道最大感應電勢和電流越大。

4 結 論

根據仿真結果，管道與線路的平行長度和水平間距及其對管道的干擾影響有一定的規律，應結合實際情況避開峰值。當管道以小角度變大角度與線路交叉時，可以減小管道干擾，現場施工中應盡量采取管道小角度變大角度與線路交越或者垂直交越的方式。此外，為減小電磁干擾，應盡量保證線路與管道不對稱交叉。