不同塔型输电线路工频磁场强度的计算与分析

王 杰

(国网冀北电力有限公司检修分公司北京102488)

不同塔型输电线路工频磁场强度的计算与分析

王 杰

(国网冀北电力有限公司检修分公司北京102488)

采用毕奥－沙伐定律计算了不同塔型的输电线路工频磁场强度。根据计算结果，对各种塔型工频磁场强度大小和分布特性进行对比和分析，优选出有效降低工频磁场强度的输电线路塔型。

输电线路;工频磁场;塔型

0 引言

随着经济的飞速增长，国内的电力需求也越来越旺盛。目前我国主要的发电方式为火力发电，火力发电所需的煤炭资源主要分布在西北地区，然而电力需求最大的地区却为华东、华中等经济发达地区。为了降低长距离输电过程中的电力损耗，国家电网公司大力发展和建设超高压、特高压输电线路，以实现大容量、远距离输电。但随之而来的是，高压输电线路产生的磁场问题也越来越受到广大人民群众和监管部门的关注。《建设项目环境保护分类管理名录》规定，500kV及以上，500kV以下在敏感区，要编制环境影响报告书;500kV以下，在非敏感区，要编制环境影响报告表［1］。如何尽量地降低高压输电线路的磁场强度成为了环境保护的重要课题。高压输电线路工频磁场限值，各国不尽相同，根据《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 24－1998)，离地面1.5m高处，输电线路工频磁场的限值为0.1mT。

1 计算方法

工频磁场的计算首先要分别计算架空线路和其镜像在场点处的值，然后将两者进行叠加。镜像导线的位置d可通过下式进行计算［2－3］:

式中:ρ为土壤电阻率;f为工频，50Hz。

一般情况下，土壤电阻率为几十到几千，所以d的值可以达到几百上千，镜像电流对场点产生的磁场可以忽略不计，所以本文只考虑架空线路对场点的磁场作用。

在用毕奥－沙伐定律计算高压架空线路下磁场分布的过程中，需要作如下简化:

(1)线路电流为稳态电流，沿线路的轴线流动，电流的有效值和相位没有变化［4］;

(2)忽略输变电线路中杆塔、绝缘子、金具等对磁场的影响。

输电线路工程设计中，假设架空线是没有刚性的柔性索链。做出这种假设的原因在于，架空线的档距比架空线的截面尺寸大很多，同时架空线是由多股铝线或多股钢线构成的绞合线，所以架空线的刚性对其悬挂空间曲线形状的影响很小，所以架空线只能承受拉力而不能承受弯矩，其次假设作用在架空线的比载是均匀分布的［5］。

根据以上两种假设，悬挂在两基杆塔间的架空线呈悬链线形状，如图1所示。

图1 等高悬挂点架空线示意

本文只讨论悬挂点等高的情况，等高悬挂点架空线的方程为［6］:

毕奥－沙代定律的应用示例见图2。

图2 毕奥－沙伐定律的应用示例

根据毕奥－沙伐定律可得:

式中:u0为真空中的磁导率;I(l)为线电流;eR为R(l)方向上的单位向量。

2 不同塔型输电线路工频磁场强度的计算

不同的塔型，其结构尺寸也不一样，导线的型号及排列方式也可能不同。紧凑型线路的导线排列方式为倒三角，酒杯塔的导线排列方式为水平排列，猫头塔的导线排列方式为正三角。

在这三种塔型中分别选出一种型号做分析比较，其参数如表1所示。

表1中，紧凑型线路对地高为中相导线的对地高度，酒杯型线路对地高为三相导线的对地高度，猫头型线路对地高为边相导线的对地高度。

表1 塔型参数

从环保角度考虑以额定电压作为计算电压，导线年平均应力σpcal=0.25σcal。在无风、无冰天气条件，档距同为400m，其他条件都一样的情况下，分别计算这三种塔型输电线截面上距中心导线左右50m，离地高度为1.5m范围内的磁场强度分布，设输送功率为1000MW，功率因数为0.9，磁场强度计算结果见图3。

图3 各塔型磁场分布示意

从图3中可以看出，三种塔型下的工频磁场分布均为单峰形。其中，酒杯塔线路下的磁场强度最大，猫头塔线路下的磁场强度次之，紧凑型塔线路下的磁场强度最小。因此，采用紧凑型塔能有效地降低线路下方的磁场强度。

从计算结果看出，三种塔型线路下方的磁场强度均为uT级，远远小于《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》(HJ/T 24－1998)给出限值。

3 输电线路工频磁场环境影响的减缓及控制措施

(1)输电线路在初期的走廊路径选择时，尽量避开城镇、工业区、学校、居民区等其它的人口活动密集的区域，对自然风景区、文物古迹等敏感区也应尽量避让。如确实条件所限，必须经过这些区域时，应采取适当提高杆塔高度、优化相序排列、合理选择导线间距、采用紧凑型塔等方式降低工频磁场强度。

(2)工作人员在巡线时应配备防护用具，如防护服、屏蔽服、专用护目镜等，尽可能减少作业时间和非作业停留时间。对运行中的电力线路，要定期进行监测。对辐射超标的线路，要积极采取技改措施处理［7］。

(3)采用屏蔽措施，在高压线路与地面之间安装屏蔽线或低压线［8－10］。

4 结语

(1)计算了紧凑型塔、猫头塔、酒杯塔三种塔型的线路工频磁场强度，根据计算结果得出，紧凑型塔线路能有效地降低线下磁场强度。根据环境保护规定、电力法及线路运行规程的相关规定，提出了减缓和控制线下磁场强度的措施，保证电力线路快速发展的同时，兼顾环境的健康。

(2)紧凑型线路不仅在电磁环境保护方面有比较大的优势，而且还因为其占用的走廊面积小等优点被广泛应用。但是不得不提的一点是，紧凑型线路由于其相间距离较小，在大风天气、覆冰跳跃等恶劣天气条件下，容易发生相间间隔棒断裂，相间短路跳闸事故。我公司运营的500kV沽太双回线路某区段位于微气象区，经常出现大风天气，导线舞动剧烈，常发生相间间隔棒断裂事故。针对这种情况，公司将该区段的紧凑型线路杆塔改成常规的酒杯塔，增大相间距离，降低舞动跳闸事故发生的概率。

［1］张伟.高压、超高压交流输电线路电磁环境的研究［M］.北京:水利水电机械，2007.

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50 Hz magnetic field intensities calculation and analysis of different transmission line tower type

Biot－Savart law is adopted to calculate the 50Hz magnetic field intensity of different transmission line tower type.According to the calculation results，the 50Hz magnetic field intensities and distribution characteristics of all kinds of tower type are compared and analyzed，select the transmission line tower type which effectively reduce the 50Hz magnetic field intensity.

transmission line;50Hz magnetic field;tower type

X591

B

1674－8069(2016)04－022－03

2016-01-27;

2016-02-19

王杰(1987-)，男，工程师，从事工作为超高压输电线路运行与检修。E－mail:517488841@qq.com

国家自然科学基金重点资助项目(50977002)