500kV超高压输电线路附近工频磁场分析

王凯奇 沈立群 张 华 王悦莹

（国网浙江德清县供电公司，浙江 德清 313200）



500kV超高压输电线路附近工频磁场分析

王凯奇 沈立群 张 华 王悦莹

（国网浙江德清县供电公司，浙江 德清 313200）

本文采用模拟电流法对高压输电线路附近的工频磁场进行计算，仿真结果表明，输电线在周围环境中产生的磁场与多种参数有关，这些关键参数主要包括：相间距离，多回路的相序排列方式，输送功率等。这些结果为科学评估输变电工程中的电磁环境提供了依据。

模拟电流法；超高压输电线；工频磁场；参数分析

随着社会经济的发展，输变电工程的电磁辐射对健康的影响成为公众关注的热点。输变电工程电磁环境包括工频电场、工频磁场和无线电干扰等。人们对工频电场方面研究相对较成熟，但是对于工频磁场的研究则相对较少。为此，本文主要探讨输电线路周围工频磁场的分布规律和减小工频磁场的方法。

1　计算模型

在工频源激励下，电磁场可以看作准静态场，线路周围的磁场认为仅由线路流经的电流所决定。我们用模拟电流法来计算磁场，它的基本思想是：用一组离散的模拟电流来代替分布不均匀的连续电流，若满足三相导线的矢量磁位和电流要求，那么就可以用这组模拟电流来计算输电线周围的工频磁场[1-4]。

1.1输电导线半径的处理

把分裂导线简化为圆柱导线，分列导线示意图如图1所示，其等效半径可表示为

式中，R为分裂导线半径；n为分裂导线根数；r为次导线半径。

图1　分裂导线等效半径

1.2单回输电系统

某三相单回输电线路示意图如图2所示。

图3为三相导线模拟电流及其匹配点的示意图。假设匹配点 1为零磁位点，相应的匹配点2∼n 2∼n磁位也为0，匹配点n+1∼2n磁位为，匹配点2n+1∼3n磁位为。

图2　单回输电系统示意图

图3　匹配点与模拟电流示意图

场域内任一点P(x, y) 磁矢量位为

可得P(x, y) 处的磁感应强度为

P(x, y) 点合成磁感应强度为

1.3同塔双回输电系统

图4为某同塔双回输电线路示意图。

图4　同塔双回输电系统示意图

图5为某同塔双回时匹配点与模拟电流示意图。假设匹配点1为零磁位点，相应的匹配点2∼n磁位也为0，匹配点n+1∼2n磁位为，匹配点2n+1∼3n磁位为，匹配点3n+1∼4n磁位为，匹配点4n+1∼5n磁位为AV，匹配点5n+1∼6n磁位为[5-6]。

图5　双回路时匹配点与模拟电流示意图

可得P(x, y) 处的磁感应强度为

P(x, y) 点合成磁感应强度为

2　影响工频磁场的主要因素

2.1单回路相间距离的影响

图6为500kV单回路三相超高压输电线，输送功率为1000MW。导线中心水平距离D=5m，导线离地高度为 H1=25m、H2=20m。4分裂导线半径R=0.323m，次分裂导线半径r=0.0148m。

图6　单回路布置示意图

图 7是地面和离地高度 1.5m处磁场分布示意图。可以看出，对于单回输电线路，线路正下方磁场强度最大；离输电线路越远，磁场强度越小。而国家非电离辐射防护委员会规定，公众的工频磁场允许暴露限值为 100μT，职业人员的工频磁场允许暴露限值为 500μT[8]。因此，即使在输电线的正下方，工频磁场也远小于国家非电离辐射防护委员会所规定的限值。

图7 地面和1.5m高处磁场分布示意图

图8是不同相间距离时离地1.5m高处磁场示意图。由图8可见，相间距离增大，工频磁场会相应增大，因为相间距离越小，三相电流产生的矢量磁位越接近于0[9]。

图8　不同相间距离1.5m高处磁场分布示意图

2.2同塔双回线路相序的影响

图9为500kV同塔双回超高压输电线，输送功率为1000MW。导线中心水平距离D1=9m、D2=12m，导线离地高度为 H1=18m、H2=11m。4分裂导线半径R=0.323m，次分裂导线半径r=0.0148m。

图9 双回输电线路示意图

图10是双回输电线地面和离地1.5m高处磁场分布图。图11是不同相序时1.5m高处磁场分布示意图。由图11可见，相序对工频磁场影响很大，abc-bac这种情况下输电线周围（除输电线正下方）工频磁场最小；abc-abc这种情况下输电线下方的工频磁场最小，但远离输电线下方磁场比 abc-bac略大；abc-cba这种情况下工频磁场最大，但均未超过国家非电离辐射防护委员会规定的限值。

图10　双回输电线地面和1.5m高处磁场分布示意图

图11　双回输电线不同相序对磁场分布的影响

2.3不同输送功率的影响

图12是不同输送功率时磁场分布示意图。由图可以看出，输送功率越大，工频磁场越高，这很容易理解，因为输送功率越大输电线所流经的电流越大。

图12　双回输电线不同输送功率对磁场分布的影

3　结论

本文采用模拟电流法对输电线周围的工频磁场进行计算，并在此基础上得出如下结论：

1）相间距离越大，工频磁场越大；

2）相序对工频磁场影响很大；

3）输送功率越大，工频磁场越大。这对于输变电工程建设项目电磁环境评价具有一定的指导意义。

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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

王凯奇（1988-），男，河南省桐柏县人，硕士，主要从事调控运行及输电线路的工频电磁场计算。