随着经济发展和人们环保意识提高, 遍布城市和乡村的高压输电线路电磁环境影响问题日益引起人们的高度关注。为从源头上控制高压输电线路的电磁环境影响, 本文通过对高压输电线路电磁环境影响因素进行分析, 研究输电线路电磁环境影响随各种因素的变化规律, 提出降低输电线路电磁环境影响的措施。

1 研究方法

采用《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T24-1998)附录A及附录B中计算方法, 利用计算机辅助分析软件, 计算高压送电线下工频电场强度及磁感应强度。工频电场强度计算采用等效电荷法。工频磁感应强度仅由电流产生, 应用安培定律, 将计算结果按矢量叠加, 得出导线周围的磁感应强度。

由于目前线路设计中无论是居民区还是非居民区, 220/ 110kV导线与地面最小距离, 在最大计算弧垂情况下设计值均不小于7.5/7.0m。因此, 除特别说明外, 本文计算值均为220/ 110kV导线对地距离7.5m/7.0m, 双回及以上多回输电线路导线采取逆相序排列, 距线路中心地面投影0~50m范围内, 距地面1.5m高度处产生的工频电磁场强度。

2 电磁环境影响评价标准

依据《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T24-1998)规定, 工频电场强度以离地面1.5m高度处4kV/m作为居民区工频电场强度的评价推荐标准; 工频磁感应强度采用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射时的工频限值0.1mT作为磁感应强度的推荐评价标准。

3 研究内容

以110kV、220kV线路为例, 通过理论计算, 研究导线布置等不同因素对高压输电线路工频电磁场强度的影响规律。

3.1 导线布置(表 1, 图 1)

由图 1可知, 工频电磁场强度随导线布置变化规律:水平排列>三角形排列>倒三角形排列。倒三角形排列比水平排列电场强度降低10.0%, 磁感应强度降低35.5%。三种布置工频电磁场强度均满足评价标准。

3.2 导线回路(表 2, 图 2)

由图 2可知, 工频电磁场强度随导线回路变化规律:单回路>同塔双回路>同塔四回路。同塔四回路与单回路、双回路相比, 工频电场强度分别降低45.2%、37.2%, 磁感应强度分别降低55.5%、46.8%。单回路距边导线4.2m外达标。双回路距边导线1.7m外达标, 同塔四回路工频电场强度及三种不同导线回路工频磁感应强度均满足评价标准。

3.3 导线对地高度(图 3)

220kV双回路计算模型A(± 4.6, 31) B(± 5.6, 24.3) C(± 4.6, 18)。

由图 3可知, 工频电磁场强度随导线对地高度增加而减小, 开始时减小显著, 以后减小程度逐渐缓慢。当导线对地高度由7.5m提高到8.5m时, 工频电场强度最大值减小21.3%, 磁感应强度最大值减小19.6%。导线对地高度增至8.5m时, 工频电场强度满足评价标准。导线不同对地高度情况下, 工频磁感应强度均满足评价标准。

3.4 导线相序(表 3, 图 4)

由图 4可知, 工频电场强度随导线相序排列变化规律:方式1 >方式3 >方式2 >方式4 >方式5 >方式6。工频磁场强度随导线相序排列变化规律:方式1 >方式6 >方式3 >方式4 >方式5 >方式2。采用不同相序排列方式, 工频电场强度和磁感应强度分别降低27.3%、3.9%。方式1工频电场强度距边导线2.7m外均达标, 方式6工频电场强度距边导线1.7m外达标。各种相序排列方式工频磁感应强度均满足评价标准。

3.5 导线相间距

采用220kV同塔双回计算模型A(±4.6, 31)、B(±5.6, 24.3)、C(± 4.6, 18)预测, 研究表明:导线相序排列不同时, 相间距对工频电磁场强度影响也不同。以工频电场强度为例:同相序时, 工频电场强度随水平相间距的增加而减小, 随垂直相间距增加而增大, 随着水平、垂直相间距同时增加而减小。逆相序时, 工频电场强度随水平、垂直相间距增加而增大。工频电场强度在水平、垂直相间距保持不变时, 距边导线1.7m外达标, 水平、垂直相间距均增加4m后, 距边导线6.9m外达标。在各种相间距情况下, 工频磁感应强度均满足评价标准。

3.6 导线参数

由于工频磁感应强度的计算只考虑导线的实际空间位置, 不考虑等效半径, 因此工频磁感应强度不受导线参数变化的影响。工频电场强度计算采用等效电荷法, 导线对线下场强的影响主要取决于导线的等效半径。由等效半径计算公式可知, 等效半径大小主要取决于各分裂导线的半径、分裂根数和分裂间距。

采用220kV单回计算模型A(0, 23.5)、B(-5.6, 18)、C(+5.6, 18)预测, 研究表明:工频电场强度最大值随导线直径、分裂导线根数、分裂间距增加而增大。其中导线分裂数对工频电场的影响程度最大。导线直径由21.6mm增至33.6mm, 工频电场强度均满足评价标准; 导线由1根增至4根分裂导线时, 工频电场强度由满足标准变为距边导线5.8m外达标。分裂间距由0.4m增至0.7m时, 工频电场强度由距边导线4.2m外均达标变为距边导线4.8m外达标。

4 降低输电线路电磁环境影响主要措施 4.1 遵循科学规划、源头控制原则

在进行输电线路建设时, 严格遵循预防为主, 源头控制, 科学规划原则。依据相关环境保护法律法规及设计技术规程, 从规划选线开始, 采用全球卫星定位系统等高新技术, 结合线路沿线社会环境现状及城市规划, 选线尽可能避开环境保护目标, 对不能避开且不能满足电磁环境标准要求的环境保护目标, 采取拆迁措施。从源头上最大程度控制输电线路对周围电磁环境影响。

4.2 采用同塔多回高低压混合线路

由于布置在高电压线路下方的低电压输电线路对上方的高电压输电线具有明显的屏蔽作用^[1], 同时利用布置在下方的低电压输电线路产生的场强与上方的高电压输电线产生的场强叠加, 可有效降低线下场强。针对目前土地资源空间日趋紧张的新形势, 在线路设计中, 应紧密结合当地电力及城市长远规划, 科学设计, 尽可能采用下层架设较低电压等级的多回混合线路, 这样不但可有效降低工频电磁场强度, 而且能够节省土地资源、节约并合理利用线路走廊、增加输电容量、降低建设投资。

4.3 选择合理导线布置

对于单回输电线路, 导线三角形排列方式产生的工频电磁场强度要小于导线平行布置方式产生的工频电磁场强度。在输电线路工程设计时, 应选择合理的导线布置方式, 不仅可以降低输电线路的工频电磁场强度, 同时可节省线路走廊宽度。

4.4 优化导线相序排列

对于同塔双回线路, 可采用相序优化来降低地面工频电场及磁感应强度的影响, 本文对220kV同塔双回线路, 经相序排列优化后, 工频电场强度和磁感应强度分别降低27.3%、3.9%。相序优化对降低工频电场强度的效果较明显。

4.5 提高导线对地高度

提高导线对地高度可明显降低线下的工频电磁场强度, 随着导线对地高度的抬高, 工频电磁场强度相应减小, 开始时减小显著, 以后减小程度逐渐缓慢。增加导线对地高度对降低工频电磁场的影响虽然比较有效, 但提高线路高度会增加线路建设成本。

4.6 屏蔽

对于极低频电场, 树木、建筑物等比较容易屏蔽, 极低频磁场则较难屏蔽。3~4m高的树木可使附近地面的电场强度降低3~4倍。一般的钢筋混凝土结构房屋就能达到非常好的屏蔽效果, 屋内的电场强度几乎与背景场强差不多。对已建成投运的输电线, 沿输电线平行方向架设屏蔽线能使输电线下场强值大幅降低^[2]。

5 结论

笔者通过选取110kV、220kV输电线路计算模型, 研究了输电线路电磁环境与各种影响因素的变化规律, 分析了输电线路电磁环境的影响程度和范围, 提出了降低输电线路电磁环境影响措施, 希望本文能够为电力设计、环保等部门的工作提供参考和借鉴。线路交叉(跨越或钻越)以及线路并行等特殊情况下输电线路环境影响有待今后进一步研究。