趙杰+王玲桃

摘 要： 為深入研究超高壓輸電線路下方工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和改善措施，首先根據(jù)電磁場(chǎng)理論對(duì)輸電線路的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出沿線電壓的分布?？紤]沿線電壓不同后，采用模擬電荷法對(duì)輸電線下方1.5 m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行分析，并利用ANSYS軟件對(duì)模擬電荷法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只需部分架設(shè)屏蔽線就可以滿(mǎn)足要求，這樣也可以節(jié)省成本。然后分析得出架設(shè)屏蔽線的合理位置。最后利用Matlab仿真得出輸電線路下方部分架設(shè)屏蔽線的工頻電場(chǎng)曲線，研究結(jié)果表明，部分架設(shè)屏蔽線可以改善輸電線路的工頻電場(chǎng)。

關(guān)鍵詞： 模擬電荷法； 參數(shù)計(jì)算； 工頻電場(chǎng)強(qiáng)度； 部分架設(shè)； Matlab

中圖分類(lèi)號(hào)： TN958?34； TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）22?0126?05

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，電力建設(shè)的投入也不斷加大。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，超高壓輸電線路穿過(guò)城鎮(zhèn)或居民區(qū)的情況不可避免。超高壓輸電線路電壓等級(jí)較高，導(dǎo)線周?chē)目臻g工頻電場(chǎng)引起了人們的關(guān)注。工頻電場(chǎng)強(qiáng)度已成為高壓輸電工程評(píng)估的主要內(nèi)容，直接影響到線路的設(shè)計(jì)、規(guī)劃及建設(shè)投入。深入研究和如何改善高壓交流輸電線路下方空間的工頻電場(chǎng)，是電力工作者需要考慮的重點(diǎn)[1?2]。

超高壓輸電線路一般架設(shè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，參考一些國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，大都將輸電線看成平行于地面的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線；并且在計(jì)算輸電線路下方的電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)架空輸電線路的電壓無(wú)損耗，把電壓看成固定不變的；但是，實(shí)際情況是輸電線路的電壓沿線是有損耗的，所以輸電線路的電壓在沿線的不同位置是不一樣的。

對(duì)于改善超高壓輸電線路下方工頻電場(chǎng)的措施主要有：一是通過(guò)改變線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]，但是對(duì)于已經(jīng)選好型號(hào)的輸電線路，此方法行不通；二是通過(guò)提高桿塔高度來(lái)實(shí)現(xiàn)[4]，但是對(duì)于已經(jīng)架設(shè)好的輸電線路，此方法成本較高；三是在輸電線路下方架設(shè)屏蔽線來(lái)實(shí)現(xiàn)，在人員相對(duì)密集區(qū)域通過(guò)在相導(dǎo)線與地面之間架設(shè)屏蔽線可以有效地改善線下工頻電場(chǎng)[5]。

本文根據(jù)電磁場(chǎng)理論，計(jì)算出架空輸電線路經(jīng)過(guò)循環(huán)換位后的參數(shù)，把每相輸電線路看成是均勻傳輸線，列出電壓隨線路參數(shù)、線路長(zhǎng)度變化的方程。分析輸電線路電壓的分布，并結(jié)合模擬電荷法，建立了超高壓輸電線路工頻電場(chǎng)的計(jì)算模型。然后通過(guò)架設(shè)屏蔽線改善線路的工頻電場(chǎng)。

2 仿真分析

2.1 架空輸電線路的模型

某交流500 kV輸電線路如圖3所示，線路長(zhǎng)度為600 km，導(dǎo)線水平排列，型號(hào)為4*LGJ/400/35，分裂間距為0.450 m；避雷線的型號(hào)為GJ?70。圖中[H]=30 m表示避雷線距地面的高度，[h]=20 m為輸電線路距地面的高度，[h′]=10 m為屏蔽線距離地面的高度。[La]=10 m表示避雷線距中心位置的距離，[Lb]=12.5 m表示相導(dǎo)線距中心位置的距離，[L1=L2]=15.5 m為屏蔽線距中心位置的距離。

2.2 輸電線路的電壓分布

當(dāng)線路首段的線電壓有效值為500 kV，電流有效值為1 000 A時(shí)，初始相角為0°。以A相為例進(jìn)行仿真分析，電壓的有效值隨線路的分布，如圖4所示。

由圖4可以看出，輸電線路的電壓隨輸電線路的長(zhǎng)度有一定的損耗，所以在進(jìn)行研究時(shí)不可以忽略電壓的損耗。

2.3 輸電線路下方的電場(chǎng)強(qiáng)度仿真

首先，采用模擬電荷法得出首端輸電線路下方1.5 m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度，并與ANSYS仿真得出的結(jié)果進(jìn)行比較，如圖5所示。

由圖5可以看出，利用模擬電荷法研究輸電線路工頻電場(chǎng)強(qiáng)度是很精確的。所以接下來(lái)采用模擬電荷法，利用Matlab仿真得出輸電線路在不同線長(zhǎng)處的線下場(chǎng)強(qiáng)如圖6所示。

由圖6中可以得出，此輸電線路在線下場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)了我國(guó)規(guī)定的工頻電場(chǎng)公眾暴露值4 kV/s。且輸電線路沿線下方工頻電場(chǎng)強(qiáng)度隨著輸電距離的增大而減小，到500 km時(shí)線下場(chǎng)強(qiáng)已經(jīng)減小到公眾暴露值以下。所以完全可以只對(duì)一部分線路進(jìn)行工頻電場(chǎng)的改善，這樣可以做到在節(jié)約成本的前提下，使沿線下方的工頻電場(chǎng)值達(dá)到規(guī)定的限值以下。

2.4 改善輸電線路的工頻電場(chǎng)

2.4.1 屏蔽線架設(shè)方案的選擇

對(duì)于已經(jīng)架設(shè)好的輸電線路，提高線路高度和改變線路的參數(shù)都行不通。在線路下方架設(shè)屏蔽線路是很有效的。很多文獻(xiàn)都提出了架設(shè)屏蔽線可以有效地改善輸電線路下方的工頻電場(chǎng)[3，7]，但是并沒(méi)有明確給出一個(gè)屏蔽線架設(shè)的合理方案。屏蔽線數(shù)目增加可以減少輸電線路下方工頻場(chǎng)強(qiáng)，可是卻增加了建設(shè)成本。所以本線路選擇架設(shè)兩根屏蔽線，并研究架設(shè)的相對(duì)合理位置。

針對(duì)本線路在0～500 km處部分架設(shè)屏蔽線，屏蔽線的型號(hào)為GJ?70。首先根據(jù)Matlab仿真，得出架設(shè)屏蔽線的合理位置。

圖7，圖8分別代表屏蔽線不同高度和不同水平間距時(shí)，線下場(chǎng)強(qiáng)的分布曲線。表1，表2代表仿真得出的線下最大場(chǎng)強(qiáng)值。

由圖7和表1可以看出隨著屏蔽線架設(shè)高度的增加，線下最大場(chǎng)強(qiáng)先減小再增大。所以有相對(duì)最佳位置，可以看出屏蔽線架設(shè)高度為10 m時(shí)最佳。由圖8和表2可以看出，隨著屏蔽線間距的減小，線下最大場(chǎng)強(qiáng)先減小后增大。所以有最佳位置，最佳間距為15.5 m。

綜上所述，選擇輸電線路下方架設(shè)屏蔽線的高度為10 m，間距為15.5 m。

2.4.2 架設(shè)屏蔽線來(lái)改善線路工頻電場(chǎng)

通過(guò)以上的分析，針對(duì)本線路在0～500 km處架設(shè)屏蔽線，并且綜合考慮電壓損耗和屏蔽線架設(shè)位置后可以得出線下的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度曲線如圖9所示。

以上關(guān)于架設(shè)屏蔽線線下工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的研究均通過(guò)ANSYS仿真驗(yàn)證，得出的結(jié)果基本是一致。由圖9可以看出架設(shè)屏蔽線后，超高壓輸電線路的工頻電場(chǎng)得到了改善，并且沿線下方的工頻電場(chǎng)都降到了我國(guó)規(guī)定的公眾暴露值以下。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)超高壓輸電線路下方1.5 m處工頻場(chǎng)強(qiáng)的仿真分析，得出當(dāng)輸電線路經(jīng)過(guò)人員相對(duì)密集區(qū)域時(shí)的一些結(jié)論：

（1） 通過(guò)比較模擬電荷法和ANSYS仿真的結(jié)果，得出模擬電荷法可以準(zhǔn)確地計(jì)算輸電線下電場(chǎng)強(qiáng)度。

（2） 超高壓輸電線路考慮電壓損耗后，線路下方1.5 m處的工頻場(chǎng)強(qiáng)，沿線是下降的趨勢(shì)，并且在500 km后最大場(chǎng)強(qiáng)降低為4 kV/m。所以為了節(jié)約建設(shè)成本，可以只改善0～500 km處的工頻電場(chǎng)。

（3） 增加屏蔽線架設(shè)高度后，線下最大場(chǎng)強(qiáng)先減少后增加，所以架設(shè)屏蔽線有相對(duì)最佳位置。

（4） 增加屏蔽線架設(shè)間距后，線下最大場(chǎng)強(qiáng)先減少后增加，所以架設(shè)屏蔽線有相對(duì)最佳位置。

（5） 通過(guò)部分架設(shè)屏蔽線可以有效地改善超高壓輸電線路下方的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度。

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